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電磁感應(yīng)綜合與拓展的物理教案
一、知識地圖
根據(jù)考綱的要求，本章內(nèi)容可以分成這樣幾部分，即：電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律;法拉第電磁感應(yīng)定律、自感;電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用;電磁感應(yīng)與力學規(guī)律的綜合應(yīng)用。其中楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁感應(yīng)這一章中最重要、最基本的定律，電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與力學規(guī)律的綜合應(yīng)用，也是復習的重點和難點。另外，電磁感應(yīng)知識在實際中的應(yīng)用廣泛如：自感、日光燈原理、磁懸浮原理、電磁阻尼、超導技術(shù)應(yīng)用等。
二、應(yīng)考指南
電磁感應(yīng)是高中物理中的主干和核心知識之一，本章從研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象入手，通過實驗總結(jié)出了產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件和判定感應(yīng)電流方向的一般方法楞次定律，給出了確定感應(yīng)電動勢大小的一般規(guī)律法拉第電磁感應(yīng)定律.楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律是解決電磁感應(yīng)問題的重要依據(jù)，復習中必須深入理解和熟練掌握;同時由于電磁感應(yīng)的題型大多與實際問題相聯(lián)系，往往綜合性較強，與前面的知識聯(lián)系較多，涉及到力和運動、動量、能量、直流電路、安培力等多方面的知識，解題時一般要從以下兩個方面分析：(1)受力情況、運動情況的動態(tài)分析。(2)功能分析，電磁感應(yīng)過程往往涉及多種能量形式的轉(zhuǎn)化。力學與本章內(nèi)容結(jié)合的題目以及電學與本章結(jié)合的題目是復習中應(yīng)強化訓練的重要內(nèi)容.本章重在考查學生綜合運用知識、分析解決實際問題的能力，綜合性強，能力要求高，在高考中常以壓軸題出現(xiàn)。電磁感應(yīng)的圖像問題也是高考中常見的題型之一。
全章蘊含了豐富的科學思維方法，如：歸納與演繹、抽象與概括、能的觀點、等效的方法、物理方法等。
三、好題精析
例1、近期《科學》中文版的文章介紹了一種新技術(shù)航天飛纜，航天飛纜是用柔性
纜索將兩個物體連接起來在太空飛行的系統(tǒng)。飛纜系統(tǒng)在太空飛行中能為自身提供電能和拖曳力，它還能清理太空垃圾等。從1967年至1999年的17次試驗中，飛纜系統(tǒng)試驗已獲得部分成功。該系統(tǒng)的工作原理可用物理學的基本定律來解釋。
下圖為飛纜系統(tǒng)的簡化模型示意圖，圖中兩個物體P，Q的質(zhì)量分別為mp，mQ，柔性金屬纜索長為Z，外有絕緣層，系統(tǒng)在近地軌道作圓周運動，運動過程中Q距地面高為h。設(shè)纜索總保持指向地心，P的速度為p。已知地球半徑為R，地面的重力加速度為g。
(1)飛纜系統(tǒng)在地磁場中運動，地磁場在纜索所在處的磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直
于紙面向外。設(shè)纜索中無電流，問纜索P、Q哪端電勢高?此問中可認為纜索各處的速度均近似等于p，求P、Q兩端的電勢差;
(2)設(shè)纜索的電阻為R1，如果纜索兩端物體P、Q通過周圍的電離層放電形成電流，相應(yīng)的電阻為R2，求纜索所受的安培力多大;
(3)求纜索對Q的拉力FQ。
例2、如圖所示，固定于水平桌面上的金屬框架cdef，處在豎直向下的勻強磁場中，金屬棒ab擱在框架上，可無摩擦滑動。此時，adeb構(gòu)成一個邊長為l的正方形。棒的電阻為r，其余部分電阻不計。開始時磁感強度為B0。
�、湃魪膖=0時刻起，磁感強度均勻增加，每秒增量為k，同時保持棒靜止。求棒中的感應(yīng)電流。在圖上標出感應(yīng)電流的方向。
�、圃谏鲜觫徘闆r中。始終保持棒靜止，當t=t1s末時需加的垂直于棒的水平拉力為多大?
�、侨魪膖=0時刻起，磁感強度逐漸減小，當棒以恒定速度v。向右做勻速運動時，可使棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，則磁感強度應(yīng)怎樣隨時間變化(寫出B與t的關(guān)系式)。
例3、圖中a1b1c1d1和a2b2c2d2為在同一豎直平面內(nèi)的金屬導軌，處在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌所在平面(紙面)向里。導軌的a1b1段與a2b2段是豎直的，距離為l1;c1d1段與c2d2段也是豎直的，距離為l2。x1 y1與x2 y2為兩根用不可伸長的絕緣輕線相連的金屬細桿，質(zhì)量分別為和m1和m2，它們都垂直于導軌并與導軌保持光滑接觸。兩桿與導軌構(gòu)成的回路的總電阻為R。F為作用于金屬桿x1y1上的豎直向上的恒力。已知兩桿運動到圖示位置時，已勻速向上運動，求此時作用于兩桿的重力的功率的大小和回路電阻上的熱功率。
例4、如圖所示，兩根豎直放置在絕緣地面上的金屬導軌的上端，接有一個電容為C的電容器，框架上有一質(zhì)量為m、長為l的金屬棒，平行于地面放置，與框架接觸良好且無摩擦，棒離地面的高度為h，磁感強度為B的勻強磁場與框架平面垂直.開始時，電容器不帶電.將金屬棒由靜止釋放，問：棒落地時的速度為多大?(整個電路電阻不計)
例5、在有線電話網(wǎng)中，電話機是通過兩條導線和電信局的交換機傳送和接收電信號。如果不采取措施，發(fā)話者的音頻信號必會傳到自己的受話器中，使自己聽到自己的講話聲音，這就是側(cè)音。較大的側(cè)音會影響接聽對方的講話，故必須減小或消除。如圖所示是一電話機的消側(cè)音電路與交換機的連接示意圖。圖中的兩個變壓器是完全相同的，a、b、c、d、e、f六個線圈的匝數(shù)相同。打電話時，對著話筒發(fā)話，把放大后的音頻電壓加到變壓器的線圈a，從線圈c和b輸出大小相等但隨聲頻變化的電壓，c兩端的電壓產(chǎn)生的電流IL通過線圈e和兩導線L、電信局的交換機構(gòu)成回路，再通過交換機傳到對方電話機,對方就聽到發(fā)話者的聲音。同時由于線圈e中有電流通過，在線圈f中也會有電壓輸出，放大后在自己的電話機的受話器上發(fā)出自己的講話聲，這就是上面講的側(cè)音。為了消除這個側(cè)音，可以把線圈b的電壓加在線圈d上，并通過R調(diào)節(jié)d中的電流Id。那么為達到消側(cè)音的目的，1應(yīng)與( )相接;4應(yīng)與( )相接，并使Id ( )IL(填小于、大于、或等于)。對方講話時，音頻電壓通過交換機和兩條導線L加到本機，那么通過R的電流為多少?
四、變式遷移
1、兩根足夠長的固定的平行金屬導軌位于同一水平面內(nèi)，兩導軌間的距離為L。導軌上面橫放著兩根導體棒ab和cd，構(gòu)成矩形回路，如圖所示.兩根導體棒的質(zhì)量皆為m，電阻皆為R，回路中其余部分的電阻可不計.在整個導軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.設(shè)兩導體棒均可沿導軌無摩擦地滑行.開始時，棒cd靜止，棒ab有指向棒cd的初速度v0.若兩導體棒在運動中始終不接觸，求：
(1)在運動中產(chǎn)生的焦耳熱最多是多少.
(2)當ab棒的速度變?yōu)槌跛俣鹊?/4時，cd棒的加速度是多少?
2、如下圖所示，固定在豎直平面內(nèi)的兩根平行金屬導軌的間距為L，上端連一電容為C的電容器，其耐壓足夠大。空間有垂直于導軌平面的勻強磁場，其磁感強度為B。一根質(zhì)量為m的金屬桿PP水平地卡在導軌上，釋放后，此桿沿導軌無摩擦地下滑。經(jīng)過一段時間，到圖示時刻其下落速度為v1。假定導軌足夠長，導軌、金屬桿和連接導線的電阻均可忽略。
試求：金屬板PP的速度從v1變化到v2的過程中，電容器吸收的能量△ E。
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