高考物理一轮复习 9.3法拉第电磁感应定律的综合应用课件.ppt

第三讲法拉第电磁感应定律的综合应用 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 电磁感应中的图象问题 考点自清 1 图象类型 1 随变化的图象 如b t图象 t图象 e t图象和i t图象 2 随变化的图象 如e x图象和i x图象 时间t 位移x 2 问题类型 1 由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象 2 由给定的有关图象分析电磁感应过程 求解相应的物理量 3 应用知识左手定则 安培定则 右手定则 欧姆定律 牛顿运动定律 函数图象等知识 楞次定律 法拉第电磁感应定律 基础自测 1 如图所示 两个相邻的匀强磁场 宽度均为l 方向垂直纸面向外 磁感应强度大小分别为b 2b 边长为l的正方形线框从位置甲匀速穿过两个磁场到位置乙 规定感应电流逆时针方向为正 则感应电流i随时间t变化的图象是 答案 d 2 安培力的方向先用确定感应电流方向 再用确定安培力方向 也可根据楞次定律判断 安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向 右手定则 左手定则 相反 基础自测 2 如图所示 线框由a位置开始下落 在磁场中受到的安培力如果总小于重力 则它在a b c d四个位置 b d位置恰好线框有一半在磁场中 时 加速度关系为 a aa ab ac adb aa ac ab adc aa ac ad abd aa ac ab ad 解析 线框在a c位置时只受重力作用 加速度aa ac g 线框在b d位置时均受两个力的作用 其中安培力向上 重力向下 由于重力大于安培力 所以加速度向下 大小为a g f m g 又线框在d点时速度大于b点速度 即fd fb 所以ad ab 因此加速度的关系为aa ac ab ad 故选项b正确 答案 b 三 电磁感应中的能量转化与守恒 考点自清 1 能量转化导体切割磁感线或磁通量发生变化 在回路中产生感应电流 这个过程中机械能或其他形式的能转化为 具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热 又可使电能转化为或 因此 电磁感应过程中总是伴随着能量的转化 电能 机械能 内能 2 能量转化的实质 电磁感应现象的能量转化实质是其他形式能和电能之间的转化 3 热量的计算 电流做功产生的热量用焦耳定律计算 公式为q i2rt 基础自测 3 如图所示电路 两根光滑金属导轨 平行放置在倾角为 的斜面上 导轨下端接有电阻r 导轨电阻不计 斜面处在竖直向上的匀强磁场中 电阻可略去不计的金属棒ab质量为m 受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力f的作用 金属棒沿导轨匀速下滑 则它在下滑h高度的过程中 以下说法正确的是 a 作用在金属棒上各力的合力做功为零b 重力做功等于系统产生的电能c 金属棒克服安培力做功等于电阻r上产生的焦耳热d 金属棒克服恒力f做功等于电阻r上产生的焦耳热解析 由动能定理可知a正确 重力做的功等于重力势能的减小 重力势能的减少 一部分产生电能 一部分克服恒力f做功 b错误 由能量守恒定律可知 c正确 金属棒克服恒力f做的功与电阻r上产生的焦耳热无关 d错误 答案 ac 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 关于电磁感应图象问题的 四明确一理解 1 四个明确 1 明确图象所描述的物理意义 2 明确图象中各种正 负号的含义 3 明确斜率的含义 4 明确图象和电磁感应过程之间的对应关系 2014年全国卷 如图 a 线圈ab cd绕在同一软铁芯上 在ab线圈中通以变化的电流 用示波器测得线圈cd间电压如图 b 所示 已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比 则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中 可能正确的是 例1 思路指导 在原线圈ab中通过变化电流 则在线圈ab周围产生变化的磁场 由于两线圈绕在同一铁芯上 所以通过线圈cd的磁通量发生变化 在线圈cd两端产生感应电动势 由法拉第电磁感应定律和楞次定律分析得出线圈ab的电流的变化情况 答案 c 2013年福建卷 如图 矩形闭合导体线框在匀强磁场上方 由不同高度静止释放 用t1 t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻 线框下落过程形状不变 ab边始终保持与磁场水平边界线oo 平行 线框平面与磁场方向垂直 设oo 下方磁场区域足够大 不计空气影响 则下列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律 变式训练1 解析 线框进入磁场前做自由落体运动 为匀加速直线运动 若线框下落高度较小 进入磁场时速度较小 线框内产生的感应电流较小 线框所受安培力小于重力 则线框进入磁场的过程做加速度逐渐减小的加速运动 选项c有可能 若线框进入磁场时速度较大 线框受到的安培力大于重力 线框进入磁场的过程做加速度逐渐减小的减速运动 图象b有可能 若线框进入磁场时速度合适 线框受到的安培力等于重力 线框进入磁场的过程做匀速直线运动 图象d有可能 线框进入磁场时不可能做加速度逐渐增大的减速直到匀速 故图象a没有可能 答案 a 1 导体两种状态及处理方法 1 导体的平衡态 静止或匀速直线运动状态 处理方法 根据平衡条件合外力等于零列式分析 2 导体的非平衡态 加速度不为零 处理方法 根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析 2 电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系 3 电磁感应中的动力学临界问题 1 解决这类问题的关键是通过运动状态的分析 寻找过程中的临界状态 如速度 加速度求最大值或最小值的条件 2 两种常见类型 2014年安徽卷 如图 1 所示 匀强磁场的磁感应强度b为0 5t 其方向垂直于倾角 为30 的斜面向上 绝缘斜面上固定有 形状的光滑金属导轨mpn 电阻忽略不计 mp与np长度均为2 5m mn连线水平 长为3m 以mn中点o为原点 op为x轴建立一维坐标系ox 一根粗细均匀的金属杆cd 长度d为3m 质量m为1kg 电阻r为0 3 在拉力f的作用下 从mn处以恒定速度v 1m s在导轨上沿x轴正向运动 金属杆与导轨接触良好 g取10m s2 例2 1 求金属杆cd运动过程中产生的感应电动势e及运动到x 0 8m处电势差ucd 2 推导金属杆cd从mn处运动到p点过程中拉力f与位置坐标x的关系式 并在图 2 中画出f x关系图象 3 求金属杆cd从mn处运动到p点的全过程产生的焦耳热 思路指导 导体棒在外力f作用下沿 形导轨的恒定速度滑动 切割磁感线与导轨形成闭合电路 由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可求得电动势和ucd 由平衡条件和相关数学知识求得f x的关系 根据f x图象求拉力做功 从而求得焦耳热 答案 1 1 5v 0 6v 2 f 12 5 3 75x 0 x 2 图见解析 3 7 5j 如图所示 相距为l的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 上端接有定值电阻r 匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为b 将质量为m的导体棒由静止释放 当速度达到v时开始匀速运动 此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力 并保持拉力的功率恒为p 导体棒最终以2v的速度匀速运动 导体棒始终与导轨垂直且接触良好 不计导轨和导体棒的电阻 重力加速度为g 下列选项正确的是 变式训练2 答案 ac 2013年广东卷 如图 a 所示 在垂直于匀强磁场b的平面内 半径为r的金属圆盘绕过圆心o的轴转动 圆心o和边缘k通过电刷与一个电路连接 电路中的p是加上一定正向电压才能导通的电子元件 流过电流表的电流i与圆盘角速度 的关系如图 b 所示 其中ab段和bc段均为直线 且ab段过坐标原点 0代表圆盘逆时针转动 已知 r 3 0 b 1 0t r 0 2m 忽略圆盘 电流表和导线的电阻 例3 1 根据图 b 写出ab bc段对应的i与 的关系式 2 求出图 b 中b c两点对应的p两端的电压ub uc 3 分别求出ab bc段流过p的电流ip与其两端电压up的关系式 思路指导 金属圆盘转动时 其半径切割磁感线 由题中b图可知对应a b c三点的电流和角速度从而可以确定 ab bc段i与 的关系式 由法拉第电磁感应定律 求得b c两点对应的ub uc 由电路并联规律求得相关电流 答案 见解析 变式训练3 答案 ac 思想方法技巧运用提升素养 学科素养提升 电磁感应中的能量转化与守恒1 能量转化特点 2 电能的求解思路 如图所示 一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内 导轨间距l 0 5m 左端接有阻值r 0 3 的电阻 一质量m 0 1kg 电阻r 0 1 的金属棒mn放置在导轨上 整个装置置于竖直向上的匀强磁场中 磁场的磁感应强度b 0 4t 棒在水平向右的外力作用下 由静止开始以a 2m s2的加速度做匀加速运动 当棒的位移x 9m时撤去外力 棒继续运动一段距离后停下来 已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比q1 q2 2 1 导轨足够长且电阻不计 棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触 求 例4 1 棒在匀加速运动过程中 通过电阻r的电荷量q 2 撤去外力后回路中产生的焦耳热q2 3 外力做的功wf 3 由题意可知 撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比q1 q2 2 1 可得q1 3 6j 棒在运动的整个过程中 由功能关系得wf q1 q2 5 4j 答案 1 4 5c 2 1 8j 3 5 4j 在如图所示的倾角为 的光滑斜面上 存在着两个磁感应强度大小为b的匀强磁场 区域 的磁场方向垂直斜面向上 区域 的磁场方向垂直斜面向下 磁场的宽度均为l 一个质量为m 电阻为r 边长也为l的正方形导线框 由静止开始沿斜面下滑 当ab边刚越过gh进入磁场 区时 恰好以速度v1做匀速直线运动 当ab边下滑到jp与mn的中间位置时 线框又恰好以速度v2做匀速直线运动 从ab进入gh到mn与jp的中间位置的过程中 线框的动能变化量为 ek 重力对线框做功大小为w1 安培力对线框做功大小为w2 下列说法中正确的有 变式训练4 a 在下滑过程中 由于重力做正功 所以有v2 v1b 从ab进入gh到mn与jp的中间位置的过程中 机械能守恒c 从ab进入gh到mn与jp的中间位置的过程 有 w1 ek 机械能转化为电能d 从ab进入gh到mn与jp的中间位置的过程中 线框动能的变化量大小为 ek w1 w2 解析 当线框的ab边进入gh后匀速运动到进入jp为止 ab进入jp后回路