电磁感应综合与拓展的物理教案
一、知识地图
根据考纲的要求，本章内容可以分成这样几部分，即：电磁感应现象、楞次定律;法拉第电磁感应定律、自感;电磁感应与电路规律的综合应用;电磁感应与力学规律的综合应用。其中楞次定律和法拉第电磁感应定律是电磁感应这一章中最重要、最基本的定律，电磁感应与电路规律的综合应用、电磁感应与力学规律的综合应用，也是复习的重点和难点。另外，电磁感应知识在实际中的应用广泛如：自感、日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术应用等。
二、应考指南
电磁感应是高中物理中的主干和核心知识之一，本章从研究电磁感应现象入手，通过实验总结出了产生感应电流的条件和判定感应电流方向的一般方法楞次定律，给出了确定感应电动势大小的一般规律法拉第电磁感应定律.楞次定律和法拉第电磁感应定律是解决电磁感应问题的重要依据，复习中必须深入理解和熟练掌握;同时由于电磁感应的题型大多与实际问题相联系，往往综合性较强，与前面的知识联系较多，涉及到力和运动、动量、能量、直流电路、安培力等多方面的知识，解题时一般要从以下两个方面分析：(1)受力情况、运动情况的动态分析。(2)功能分析，电磁感应过程往往涉及多种能量形式的转化。力学与本章内容结合的题目以及电学与本章结合的题目是复习中应强化训练的重要内容.本章重在考查学生综合运用知识、分析解决实际问题的能力，综合性强，能力要求高，在高考中常以压轴题出现。电磁感应的图像问题也是高考中常见的题型之一。
全章蕴含了丰富的科学思维方法，如：归纳与演绎、抽象与概括、能的观点、等效的方法、物理方法等。
三、好题精析
例1、近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术航天飞缆，航天飞缆是用柔性
缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统。飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖曳力，它还能清理太空垃圾等。从1967年至1999年的17次试验中，飞缆系统试验已获得部分成功。该系统的工作原理可用物理学的基本定律来解释。
下图为飞缆系统的简化模型示意图，图中两个物体P，Q的质量分别为mp，mQ，柔性金属缆索长为Z，外有绝缘层，系统在近地轨道作圆周运动，运动过程中Q距地面高为h。设缆索总保持指向地心，P的速度为p。已知地球半径为R，地面的重力加速度为g。
(1)飞缆系统在地磁场中运动，地磁场在缆索所在处的磁感应强度大小为B，方向垂直
于纸面向外。设缆索中无电流，问缆索P、Q哪端电势高?此问中可认为缆索各处的速度均近似等于p，求P、Q两端的电势差;
(2)设缆索的电阻为R1，如果缆索两端物体P、Q通过周围的电离层放电形成电流，相应的电阻为R2，求缆索所受的安培力多大;
(3)求缆索对Q的拉力FQ。
例2、如图所示，固定于水平桌面上的金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动。此时，adeb构成一个边长为l的正方形。棒的电阻为r，其余部分电阻不计。开始时磁感强度为B0。
⑴若从t=0时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为k，同时保持棒静止。求棒中的感应电流。在图上标出感应电流的方向。
⑵在上述⑴情况中。始终保持棒静止，当t=t1s末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大?
⑶若从t=0时刻起，磁感强度逐渐减小，当棒以恒定速度v。向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则磁感强度应怎样随时间变化(写出B与t的关系式)。
例3、图中a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在平面(纸面)向里。导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的，距离为l1;c1d1段与c2d2段也是竖直的，距离为l2。x1 y1与x2 y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为和m1和m2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触。两杆与导轨构成的回路的总电阻为R。F为作用于金属杆x1y1上的竖直向上的.恒力。已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率。
例4、如图所示，两根竖直放置在绝缘地面上的金属导轨的上端，接有一个电容为C的电容器，框架上有一质量为m、长为l的金属棒，平行于地面放置，与框架接触良好且无摩擦，棒离地面的高度为h，磁感强度为B的匀强磁场与框架平面垂直.开始时，电容器不带电.将金属棒由静止释放，问：棒落地时的速度为多大?(整个电路电阻不计)
例5、在有线电话网中，电话机是通过两条导线和电信局的交换机传送和接收电信号。如果不采取措施，发话者的音频信号必会传到自己的受话器中，使自己听到自己的讲话声音，这就是侧音。较大的侧音会影响接听对方的讲话，故必须减小或消除。如图所示是一电话机的消侧音电路与交换机的连接示意图。图中的两个变压器是完全相同的，a、b、c、d、e、f六个线圈的匝数相同。打电话时，对着话筒发话，把放大后的音频电压加到变压器的线圈a，从线圈c和b输出大小相等但随声频变化的电压，c两端的电压产生的电流IL通过线圈e和两导线L、电信局的交换机构成回路，再通过交换机传到对方电话机,对方就听到发话者的声音。同时由于线圈e中有电流通过，在线圈f中也会有电压输出，放大后在自己的电话机的受话器上发出自己的讲话声，这就是上面讲的侧音。为了消除这个侧音，可以把线圈b的电压加在线圈d上，并通过R调节d中的电流Id。那么为达到消侧音的目的，1应与( )相接;4应与( )相接，并使Id ( )IL(填小于、大于、或等于)。对方讲话时，音频电压通过交换机和两条导线L加到本机，那么通过R的电流为多少?
四、变式迁移
1、两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L。导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示.两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度v0.若两导体棒在运动中始终不接触，求：
(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少.
(2)当ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度是多少?
2、如下图所示，固定在竖直平面内的两根平行金属导轨的间距为L，上端连一电容为C的电容器，其耐压足够大。空间有垂直于导轨平面的匀强磁场，其磁感强度为B。一根质量为m的金属杆PP水平地卡在导轨上，释放后，此杆沿导轨无摩擦地下滑。经过一段时间，到图示时刻其下落速度为v1。假定导轨足够长，导轨、金属杆和连接导线的电阻均可忽略。
试求：金属板PP的速度从v1变化到v2的过程中，电容器吸收的能量△ E。
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