沪科版高考物理一轮复习：高考热点集训（9）《电磁感应与图像结合的问题》ppt精编课件.ppt

高考热点集训 九 电磁感应与图像结合的问题理论指导1 两类图像 1 电磁感应中常涉及磁感应强度B 磁通量 感应电动势E 感应电流I 安培力F安或外力F外随时间t变化的图像 即B t图像 t图像 E t图像 I t图像 F t图像等 2 对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况 还常涉及感应电动势E和感应电流I随位移s变化的图像 即E s图像 I s图像等 2 电磁感应中的图像问题 常通过直观的图像信息考查下面三个规律的应用 1 由楞次定律 右手定则判断感应电流的方向 实战演练1 如图9 1甲所示 一矩形金属线框ABCD垂直固定于磁场中 磁场是变化的 磁感应强度B随时间t的变化关系图像如图乙所示 则线框的AB边所受安培力F随时间t变化的图像是下图中的 规定向右为安培力F的正方向 图9 1 图9 1 在1 2s内 B均匀增大 感应电流方向由A到B 由左手定则可知 AB边受到的安培力方向向右 且均匀增大 故C错误 A正确 2 如图9 3所示 一个高度为L的矩形线框无初速度地从高处落下 设下落过程中 线框保持水平向下平动 在线框的下方有一个上 下界面都是水平的匀强磁场区 磁场区高度为2L 磁场方向与线框平面垂直 闭合线框下落后 刚好可以匀速进入磁场区 整个过程中 线框中的感应电流i随位移变化的图像可能是 图9 3 图9 4 解析 选BD 线框匀速进入磁场时 感应电流恒为I0 方向不变 线框完全进入磁场后 安培力立即消失 线框匀加速运动 当下边刚出磁场时 线框的速度大于进入磁场时的速度 故电流大于I0 线框所受安培力大于重力 做减速运动 但上边离开磁场时的速度不会小于线框进磁场时的速度 故x 3L处电流不小于I0 选项A C都错 3 在水平桌面上 一个圆形金属框置于匀强磁场B1中 线框平面与磁场垂直 圆形金属框与一个水平的平行金属导轨相连接 导轨上放置一根导体棒ab 导体棒与导轨接触良好 导体棒处于另一匀强磁场B2中 该磁场的磁感应强度恒定 方向垂直导轨平面向下 如图9 5甲所示 磁感应强度B1随时间t的变化关系如图乙所示 0 1 0s内磁场方向垂直线框平面向下 若导体棒始终保持静止 并设向右为静摩擦力的正方向 则导体棒所受的静摩擦力f随时间t变化的图像是 图9 5 图9 6 可判断安培力方向向左 摩擦力方向向右 在1 2s内感应电流为0 安培力为零 在2 3s内安培力大小不变 安培力方向向右 摩擦力方向向左 D正确 电磁感应中的力 电综合问题理论指导1 电磁感应中的力电综合问题 是将力学中的规律 牛顿运动定律 动能定理或动能关系 与电磁感应的基本规律相结合解题 动力学问题应从力和运动的关系入手 作好动态分析 求电热或电功问题注意全过程动能定理和能量守恒定律的应用 2 解题方法 1 选择研究对象 即哪一根导体棒或几根导体棒组成的系统 2 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向 3 求回路中的电流大小 4 分析其受力情况 5 分析研究对象所受各力的做功情况和合外力做功情况 选定所要应用的物理规律 实战演练4 如图9 7所示 用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合线框a和b 以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外 不考虑线框的动能 若外力对环做的功分别为Wa Wb 则Wa Wb为 A 1 4B 1 2C 1 1D 不能确定 图9 7 解析 选A 根据能量守恒可知 外力做的功等于产生的电能 而产生的电能又全部转化为焦耳热 5 如图9 8 连接两个定值电阻的平行金属导轨与水平面成 角 R1 R2 2R 匀强磁场垂直穿过导轨平面 有一导体棒ab质量为m 棒的电阻也为2R 棒与导轨之间的动摩擦因数为 导体棒ab沿导轨向上滑动 当上滑的速度为v时 定值电阻R2消耗的电功率为P 下列说法正确的是 A 此时重力的功率为mgvcos 图9 8 B 此装置消耗的机械功率为 mgvcos C 导体棒受到的安培力的大小为6P vD 导体棒受到的安培力的大小为8P v 解析 选C 根据功率的计算公式 则此时重力的功率为mgvsin 即选项A不正确 由于摩擦力f mgcos 故因摩擦而消耗的热功率为 mgvcos 由法拉第电磁感应定律得E BLv 回路总电流I E 3R 导体棒滑动中受到的安培力F BIL 故整个装置消耗的机械功率为 F mgcos v 即选项B不正确 由于R1 R2 2R 棒的电阻也为2R 当上滑的速度为v时 定值电阻R2消耗的电功率为P 则定值电阻R1消耗的电功率也为P 根据电路的基本特点 此时导体棒ab消耗的电功率应该为4P 故整个电路消耗的电功率为6P 同时克服安培力做功转化为电功率 所以导体棒受到的安培力的大小为F 6P v 即选项C正确 而D错误 6 如图9 9所示 质量m1 0 1kg 电阻R1 0 3 长度l 0 4m的导体棒ab横放在U型金属框架上 框架质量m2 0 2kg 放在绝缘水平面上 与水平面间的动摩擦因数 0 2 相距0 4m的MM NN 相互平行 电阻不计且足够长 电阻R2 0 1 的MN垂直于MM 整个装置处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度B 0 5T 图9 9 垂直于ab施加F 2N的水平恒力 ab从静止开始无摩擦地运动 始终与MM NN 保持良好接触 当ab运动到某处时 框架开始运动 设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力 g取10m s2 1 求框架开始运动时ab速度v的大小 2 从ab开始运动到框架开始运动的过程中 MN上产生的热量Q 0 1J 求该过程ab位移s的大小 解析 1 ab对框架的压力N1 m1g框架受水平面的支持力N m2g N1依题意 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 则框架受到最大静摩擦力f2 Nab中的感应电动势E Blv 答案 1 6m s 2 1 1m 电磁感应现象中能量转化问题理论指导电磁感应现象中出现的电能 一定是由其他形式的能转化而来的 具体问题中会涉及多种形式能之间的转化 如机械能和电能的相互转化 内能和电能的相互转化 分析时 应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律 分析清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量参与了相互转化 如有摩擦力做功 必须有内能出现 重力做功 就可能有机械能参与转化 安培力做负功就是将其他形式的能转化为电能 做正功就是将电能转化为其他形式的能 然后利用能量守恒列出方程求解 电磁感应现象中能量问题的实质是电能的转化问题 桥梁是安培力 电能求解的三种主要思路 1 利用克服安培力求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒求解 机械能的减少量等于产生的电能 3 利用电路特征求解 通过电路中所产生的电流来计算 实战演练7 质量为m 电阻为R的矩形线圈abcd边长分别为L和2L 线圈一半在有界磁场内 一半在磁场外 磁场方向垂直于线圈平面 如图9 10甲所示 t 0时刻磁感应强度为B0 此后磁场开始按图乙所示变化 线圈中便开始产生感应电流 在磁场力作用下线圈开始运动 其v t图像如图丙所示 图中斜向上的虚线为过O点速度图像的切线 图9 10 图中数据仅t0未知 但t0大于t2 不考虑重力影响 则 C t2时刻回路的电功率为0 8 一根粗细均匀的金属棒弯折成一个左端封闭的导轨MNPQ 水平放置在桌面上 如图9 11所示 MN平行于PQ 间距为d MN与NP之间的夹角为45 整个轨道处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中 磁场的方向竖直向下 另有一根材料 粗细都与轨道相同的金属杆ab 垂直于导轨放在导轨上 并与一根轻弹簧的右端相连 图9 11 弹簧的左端固定 现将ab杆拉至距P点的距离为x的位置由静止释放 之后ab杆向左加速运动 运动过程中ab杆始终与PQ垂直 当到达P点时速度大小为v0 之后恰好以速度v0匀速通过PN段轨道 已