福建省长泰一中高三物理 第九章 第3讲 电磁感应定律的综合应用(一)复习课件 新人教版选修32.ppt

第3讲电磁感应定律的综合应用 一 电路和图象 考点1电磁感应中的电路问题 1 内电路和外电路 1 切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于 2 该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的 其余部分是 电源 内阻 外电路 2 电源电动势和路端电压 1 电动势 e 或e 2 路端电压 u ir blv e ir 1 对电磁感应电源的理解 1 电源的正 负极可用右手定则或楞次定律判定 2 电源电动势的大小可由e blv或求得 2 对电磁感应电路的理解 1 在电磁感应电路中 相当于电源的部分把其他形式的能通过电流做功转化为电能 2 电源 两端的电压为路端电压 而不是感应电动势 如图所示 把总电阻为2r的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环 水平固定在竖直向下的匀强磁场中 一长度为2a 电阻等于r 粗细均匀的金属棒放在圆环上 与圆环始终保持良好的接触 当金属棒以恒定速度v向右移动 且经过圆心时 棒两端的电压umn为 a bavb 2bavc bavd bav 解析 选c 金属棒过圆心时的电动势大小为e 2bav 等效电路如图所示 由闭合电路欧姆定律得流过电源的电流为所以umn e ir bav 故c正确 考点2电磁感应图象问题 电磁感应现象中的图象及应用 时间t 位移s 楞次定律 法拉第电磁感应定律 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 明确图象斜率的含义 4 明确图象和电磁感应过程之间的对应关系 2 一个理解理解三个相似关系及各自的物理意义 1 v v 2 b b 3 其中 分别反映了v b 变化的快慢 2012 莆田模拟 圆形导线框固定在匀强磁场中 磁感线的方向与导线框所在平面垂直 规定磁场的正方向垂直纸面向里 磁感应强度b随时间变化的规律如图所示 若规定顺时针方向为感应电流i的正方向 下列各图中正确的是 解析 选c 据法拉第电磁感应定律 由b t图象知 1 3s b的变化率相同 0 1s 3 4s b的变化率相同 再结合楞次定律 0 1s 3 4s内感应电流的方向为顺时针方向 1 3s内感应电流的方向为逆时针方向 可知c正确 热点考向1 等效法 处理电磁感应问题 例证1 2012 福州模拟 在同一水平面中的光滑平行导轨p q相距l 1m 导轨左端接有如图所示的电路 其中水平放置的两平行板电容器两极板m n间距d 10mm 定值电阻r1 r2 12 r3 2 金属棒ab的电阻r 2 其他电阻不计 磁感应强度b 0 5t的匀强磁场竖直穿过导轨平面 当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时 悬浮于电容器两极板之间 质量m 1 10 14kg 电荷量q 1 10 14c的微粒恰好静止不动 已知g 10m s2 在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好 且运动速度保持恒定 试求 1 匀强磁场的方向 2 ab两端的电压 3 金属棒ab运动的速度 解题指南 解答本题应从以下两点重点把握 1 以微粒的受力情况为突破口 确定电场的大小和方向 2 确定 等效电源 画出等效电路 结合闭合电路欧姆定律进行分析计算 自主解答 1 微粒受到重力和电场力而静止 因重力竖直向下 则电场力竖直向上 故m板带正电 ab棒向右切割磁感线产生感应电动势 ab棒等效于电源 其a端为电源的正极 等效电路如图所示 由右手定则可判断 匀强磁场方向竖直向下 2 微粒受到重力和电场力而静止 则有mg eq 所以 0 1v r3两端电压与电容器两端电压相等 由欧姆定律得通过r3的电流 0 05aab棒两端的电压为 3 由法拉第电磁感应定律得感应电动势e blv 由闭合电路欧姆定律得 e uab ir 0 5v 联立可得 1m s 答案 1 竖直向下 2 0 4v 3 1m s 总结提升 应用 等效法 解题时应注意的问题 等效法 是从事物间的等同效果出发来研究问题的科学思维方法 运用等效法 可以在某种物理意义效果相同的前提下 把实际的 复杂的物理现象 物理过程转化为理想的 简单的 等效的物理现象 物理过程来处理 在使用等效法处理问题时应注意以下两点 1 等效前和等效后的物理现象和物理过程应遵守相同的物理规律 2 等效法的实质是 等同性 常见的等效法有三种 模型的等效 过程的等效 作用的等效 变式训练 2013 龙岩模拟 如图所示 半径为a的圆环电阻不计 放置在垂直于纸面向里 磁感应强度为b的匀强磁场中 环内有一导体棒 电阻为r 可以绕环匀速转动 将电阻r 开关s连接在环上和棒的o端 将电容器极板水平放置 两极板间距为d 并联在电阻r和开关s两端 如图所示 1 开关s断开 极板间有一带正电q 质量为m的粒子恰好静止 试判断om的转动方向和角速度的大小 2 当s闭合时 该带电粒子以g的加速度向下运动 则r是r的几倍 解析 1 由于粒子带正电 故电容器上极板为负极 根据右手定则 om应绕o点逆时针方向转动 粒子受力平衡 则 mg 当s断开时 u e 解得 2 当s闭合时 根据牛顿第二定律 解得 3 答案 1 om应绕o点逆时针转动 2 3 热点考向2电磁感应图象问题的规范求解 例证2 2012 福建高考 如图甲 一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落 穿过一根竖直悬挂的条形磁铁 铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合 若取磁铁中心o为坐标原点 建立竖直向下为正方向的x轴 则图乙中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图象是 解题指南 解答本题时应明确以下三点 1 条形磁铁周围磁感线分布特点 2 公式e blv中b与v相互垂直 3 感应电流方向可用右手定则或楞次定律判断 规范解答 选b 闭合铜环下落过程的侧视图如图所示 据右手定则或楞次定律可知闭合铜环在原点o上方和下方时电流方向相反 d错 闭合铜环从 位置到 位置过程电动势e变大 位置速度与磁感线平行 e 0 闭合铜环下落过程加速运动 且在原点o下方速度较大 电动势e的最大值比上方e的最大值大 a c错 b对 总结提升 电磁感应图象问题的规范求解1 一般解题步骤 1 明确图象的种类 即是b t图还是 t图 或者是e t图 i t图等 2 分析电磁感应的具体过程判断对应的图象是否分段 共分几段 3 用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向 4 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿定律等规律写出函数关系式 5 根据函数关系式 进行数学分析 6 画图象或判断图象 2 应注意的问题 1 弄清初始条件 正 负方向的对应 变化范围 所研究物理量的函数表达式 进出磁场的转折点是解题的关键 2 图象问题可以综合法拉第电磁感应定律 楞次定律 右手定则 安培定则和左手定则 还有与之相关的电路知识和力学知识等 变式训练 2011 海南高考 如图 eof和e o f 为空间一匀强磁场的边界 其中eo e o fo f o 且eo of oo 为 eof的角平分线 oo 间的距离为l 磁场方向垂直于纸面向里 一边长为l的正方形导线框沿o o方向匀速通过磁场 t 0时刻恰好位于图示位置 规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正 则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是 解析 选b 线框刚进入磁场时 磁通量增加 根据楞次定律 可以判断感应电流的磁场垂直纸面向外 根据安培定则可知 感应电流为逆时针方向 故c d错误 由e blv 线框通过磁场的过程中 导体切割磁感线的有效长度发生变化 感应电动势先增大 后不变 再减小 然后再反向增大 后不变 再减小 故a错误 b正确 变式备选 如图所示 半径为r的导线环对心 匀速穿过半径也为r的匀强磁场区域 关于导线环中的感应电流随时间的变化关系 下列图象中 以逆时针方向的电流为正 最符合实际的是 解析 选c 本题考查法拉第电磁感应定律 楞次定律及考生对图象的分析能力 由e blv可得 当导线环进入磁场时 有效切割长度在变大 产生的感应电动势变大 由作图可知 磁通量的变化率越来越小 这时由楞次定律可得 电流的方向和规定的正方向相同 当导线环出磁场时 有效切割长度变小 磁通量的变化率越来越大 这时由楞次定律可得 电流的方向与规定的正方向相反 综上所述 c项正确 a b d项错误 例证 2011 浙江高考 如图甲所示 在水平面上固定有长为l 2m 宽为d 1m的金属 u 型导轨 在 u 型导轨右侧l 0 5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场 且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示 在t 0时刻 质量为m 0 1kg的导体棒以v0 1m s的初速度从导轨的左端开始向右运动 导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 0 1 导轨与导体棒单位长度的电阻均为 0 1 m 不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响 取g 10m s2 1 通过计算分析4s内导体棒的运动情况 2 计算4s内回路中电流的大小 并判断电流方向 3 计算4s内回路产生的焦耳热 规范解答 1 导体棒先在无磁场区域做匀减速运动 有 mg ma vt v0 at s v0t 代入数据解得 t 1s时 vt 0 s 0 5m 所以导体棒没有进入磁场区域 导体棒在1s末已停止运动 以后一直保持静止 静止时离左端位置为s 0 5m 2 由图乙可知 前2s磁通量不变 回路电动势和电流分别为e 0 i 0后2s回路产生的电动势为 此时回路的总长度为5m 因此回路的总电阻为r 5 0 5 电流为根据楞次定律 在回路中的电流方向是顺时针方向 3 前2s电流为零 后2s有恒定电流 焦耳热为q i2rt 0 04j答案 1 前1s 匀减速直线运动 后3s 静止在离左端0 5m的位置 2 前2s i 0 后2s i 0 2a电流方向是顺时针方向 3 0 04j 1 2012 青岛模拟 某闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象分别如图甲 乙 丙 丁所示 关于回路中产生的感应电动势 下列判断正确的是 a 图甲回路中 感应电动势不断增大b 图乙回路中 感应电动势恒定不变c 图丙回路中 0 t1时间内的感应电动势小于t1 t2时间内的感应电动势d 图丁回路中 感应电动势先变大 再变小 解析 选b 由知 t图象的斜率的绝对值表示电动势e的大小 图甲中斜率为0 图乙中斜率不变 图丙中0 t1时间内图象的斜率大于t1 t2时间内图象的斜率 图丁中斜率先变小后变大 故b正确 a c d错误 2 2012 深圳模拟 一环形线圈放在匀强磁场中 设第1s内磁感线垂直线圈平面 即垂直于纸面 向里 如图甲所示 若磁感应强度b随时间t变化的关系如图乙所示 那么第3s内线圈中感应电流的大小与其各处所受安培力的方向是 a 大小恒定 沿顺时针方向与圆相切b 大小恒定 沿着圆半径指向圆心c 逐渐增加 沿着圆半径离开圆心d 逐渐增加 沿逆时针方向与圆相切 解析 选b 由题图乙知 第3s内磁感应强度b逐渐增大 变化率恒定 故感应电流的大小恒定 再由楞次定律 线圈各处受安培力的方向都使线圈面积有缩小的趋势 故沿着圆半径指向圆心 b项正确 3 2012 泉州模拟 如图所示 平行于y轴的导体棒以速度v向右做匀速直线运动 经过半径为r 磁感应强度为b的圆形匀强磁场区域 导体棒中的感应电动势e与导体棒位置x关系的图象是图中的 解析 选a 如图所示 当导体棒运动到如图位置时 其坐标值为x 则导体棒切割磁感线的有效长度为则感应电动势为 对照上述图象 只有a正确 4 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 则导体棒所受的摩擦力f随时间变化的图象是 解析 选d 0 1s 根据楞次定律可得 棒中电流由b到a 由于磁场均匀变化 感应电动势大小恒定 感应电流的大小不变 对棒由左手定则可知 其受到的安培力向左 大小不变 故摩擦力向右 且大小不变 1 2s内 无感应电流 同理可知2 3s内 棒所受安培力向右 大小不变 故摩擦力向左 且大小不变 故d正确 5 2011 大纲版全国卷 如图 两根足够长的金属导轨ab cd竖直放置 导轨间距离为l 电阻不计 在导轨