重庆市万州区龙宝中学高考物理总复习 第9章 第3讲 专题 电磁感应规律的综合应用课件.ppt

第3讲专题电磁感应规律的综合应用 掌握一个建模 抓住三个考点 备选视频展台 突破三个考向 随堂基础演练 1 电磁感应中的电路问题2 电磁感应现象中的动力学问题3 电磁感应现象中的能量问题 1 电磁感应中电路问题的解题思路2 电磁感应中动力学问题的解题思路3 电磁感应中能量问题的解题思路 物理建模7电磁感应中的 杆 导轨 模型1 模型特点2 典例13 典例2 第九章电磁感应备选多媒体展台1 法拉第发现电磁感应现象2 磁通量的概念3 感应电动势与哪些因素有关4 电磁感应 动生电动势5 电磁感应 感生电动势6 电动机线圈转动时产生的感应电动势7 磁阻尼实验现象分析 01抓住三个考点 思维驱动 01抓住三个考点 知识存盘 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电源 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 2 电源电动势和路端电压 1 电动势 e 或e n t 2 路端电压 u ir 内阻 外电路 blv e ir 思维驱动 01抓住三个考点 如图所示 mn和pq是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨 已知导轨足够长 且电阻不计 有一垂直导轨平面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 宽度为l ab是一根不但与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆 开始 将开关s断开 让ab由静止开始自由下落 过段时间后 再将s闭合 若从s闭合开始计时 则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象可能是 电键闭合后 导线棒中产生感应电流 应判断通电导体棒所受安培力与其重力的大小关系 01抓住三个考点 知识存盘 blv bil 右手定则 左手定则 相反 01抓住三个考点 思维驱动 如图所示 水平固定放置的足够长的u形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中 在导轨上放着金属棒ab 开始时ab棒以水平初速度v0向右运动 最后静止在导轨上 就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较 这个过程 a 安培力对ab棒所做的功不相等b 电流所做的功相等c 产生的总内能相等d 通过ab棒的电荷量相等 f安 01抓住三个考点 知识存盘 1 能量的转化 感应电流在磁场中受安培力 外力克服安培力 将其他形式的能转化为 电流做功再将电能转化为 2 实质 电磁感应现象的能量转化 实质是其他形式的能和 之间的转化 做功 电能 内能 电能 典例1 2012 浙江理综 25 为了提高自行车夜间行驶的安全性 小明同学设计了一种 闪烁 装置 如图示 自行车后轮由半径r1 5 0 10 2m的金属内圈 半径r2 0 40m的金属外圈和绝缘辐条构成 后轮的内 外圈之间等间隔地接有4根金属条 每根金属条的中间均串联有一电阻值为r的小灯泡 在支架上装有磁铁 形成了磁感应强度b 0 10t 方向垂直纸面向外的 扇形 匀强磁场 其内半径为r1 外半径为r2 张角 6 后轮以角速度 2 rad s相对于转轴转动 若不计其它电阻 忽略磁场的边缘效应 1 当金属条ab进入 扇形 磁场时 求感应电动势e 并指出ab上的电流方向 2 当金属条ab进入 扇形 磁场时 画出 闪烁 装置的电路图 3 从金属条ab进入 扇形 磁场时开始 经计算画出轮子转一圈过程中 内圈与外圈之间电势差uab随时间t变化的uab t图象 4 若选择的是 1 5v 0 3a 的小灯泡 该 闪烁 装置能否正常工作 有同学提出 通过改变磁感应强度b 后轮外圈半径r2 角速度 和张角 等物理量的大小 优化前同学的设计方案 请给出你的评价 02突破三个考向 注意 后轮在转动过程中哪部分导体切割磁感线 02突破三个考向 续下页 审题导析1 先求出切割磁感线的部分导线产生的感应电动势 并判定感应电流的方向 2 理清该装置的供电与耗电部分 找出内 外电路 画出等效电路图 02突破三个考向 1 电磁感应中电路知识的关系图 02突破三个考向 借题发挥 02突破三个考向 2 电磁感应中电路知识的关系图 对于电磁感应现象中的电路结构分析有两个方面容易出错 1 电源分析错误 不能正确地应用右手定则或楞次定律判断电源的正负极 不能选择恰当的公式计算感应电动势的大小 2 外电路分析错误 不能正确判断电路结构的串并联关系 02突破三个考向 3 易错总结 4 求解电磁感应中的电路问题的关键 1 在电磁感应电路中产生感应电动势的那一部分电路相当于电源 电流的流向是从 电源 的负极经电源流向正极 这一部分电路两端电压相当于路端电压 u er r r 感应电动势是联系电磁感应与电路的桥梁 2 当所涉及的电路为全电路时 往往存在着一定的功率关系 即电磁感应产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和 若为纯电阻电路 则产生的电能全部转化为电路中的内能 所以能量守恒是分析这类问题的思路 变式跟踪1 如图所示 在倾角为 37 的斜面内 放置mn和pq两根不等间距的光滑金属导轨 该装置放置在垂直斜面向下的匀强磁场中 导轨m p端间接入阻值r1 30 的电阻和理想电流表 n q端间接阻值为r2 6 的电阻 质量为m 0 6kg 长为l 1 5m的金属棒放在导轨上以v0 5m s的初速度从ab处向右上方滑到a b 处的时间为t 0 5s 滑过的距离l 0 5m ab处导轨间距lab 0 8m a b 处导轨间距la b 1m 若金属棒滑动时电流表的读数始终保持不变 不计金属棒和导轨的电阻 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 1 此过程中电阻r1上产生的热量 2 此过程中电流表上的读数 3 匀强磁场的磁感应强度 02突破三个考向 此条件表明 金属棒ab整个运动过程中 所产生的感应电动势不变 再结合能量守恒定律解答问题 02突破三个考向 02突破三个考向 典例2 如图甲所示 光滑斜面的倾角 30 在斜面上放置一矩形线框abcd ab边的边长l1 1m bc边的边长l2 0 6m 线框的质量m 1kg 电阻r 0 1 线框受到沿光滑斜面向上的恒力f的作用 已知f 10n 斜面上ef线 ef gh 的右方有垂直斜面向上的均匀磁场 磁感应强度b随时间t的变化情况如图乙的b t图象所示 时间t是从线框由静止开始运动时刻起计时的 如果线框从静止开始运动 进入磁场最初一段时间是匀速的 ef线和gh线的距离x 5 1m 取g 10m s2 求 1 线框进入磁场前的加速度 2 线框进入磁场时匀速运动的速度v 3 线框整体进入磁场后 ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热 02突破三个考向 审题提示 02突破三个考向 1 安培力的方向判断 02突破三个考向 借题发挥 2 两种状态处理 1 导体处于平衡态 静止或匀速直线运动状态 处理方法 根据平衡条件列式分析 2 导体处于非平衡态 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 3 解题步骤 1 用法拉第电磁感应定律 楞次定律 右手定则确定感应电动势的大小和方向 2 应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的大小 3 分析研究导体的受力情况 特别要注意安培力方向的确定 4 列出动力学方程或平衡方程求解 4 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 02突破三个考向 2 基本思路是 02突破三个考向 变式跟踪2 如图示 处于匀强磁场中的两根足够长 电阻不计的平行金属导轨相距l 1m 导轨平面与水平面成 37 角 下端连接阻值为r 4 的电阻 匀强磁场方向垂直于导轨平面向下 磁感应强度为b 1t 质量m 0 4kg 电阻r 1 的金属棒放在两导轨上 棒与导轨垂直且接触良好 它们间的动摩擦因数 0 25 金属棒以初速度v0 20m s沿导轨滑下 g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 金属棒沿导轨下滑的最大加速度 2 金属棒下滑时电阻r消耗的最小功率 02突破三个考向 1 分析金属棒下滑过程中 所受各力及变化情况 确定合力 加速度方向及变化 找出加速度最大的位置 2 金属棒下滑过程中 判定电路电流变化情况 金属棒速度最小时 r消耗功率最小 02突破三个考向 mg bil fn v b 02突破三个考向 典例3 如图示 两根足够长 电阻不计 间距为d的光滑平行金属导轨 其所在平面与水平面夹角为 导轨平面内的矩形区域abcd内存在有界匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向垂直于斜面向上 ab与cd之间相距为l 金属杆甲 乙的阻值相同 质量均为m 甲杆在磁场区域的上边界ab处 乙杆在甲杆上方与甲相距l处 甲 乙两杆都与导轨垂直且接触良好 由静止释放两杆的同时 在甲杆上施加一个垂直于杆平行于导轨的外力f 使甲杆在有磁场的矩形区域内向下做匀加速直线运动 加速度大小a 2gsin 甲离开磁场时撤去f 乙杆进入磁场后恰好做匀速运动 然后离开磁场 1 求每根金属杆的电阻r是多大 2 从释放金属杆开始计时 求外力f随时间t的变化关系式 并说明f的方向 3 若整个过程中 乙金属杆共产生热量q 求外力f对甲金属杆做的功w是多少 02突破三个考向 审题提示 明确电路结构 挖掘隐含条件 根据特殊状态搞突破 02突破三个考向 02突破三个考向 02突破三个考向 借题发挥 1 能量转化及焦耳热的求法 1 能量转化 2 求解焦耳热q的几种方法 2 用能量观点解答电磁感应问题的一般步骤 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方向 2 画出等效电路 求出回路消耗电功率的表达式 3 分析导体机械能的变化 用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的关系式 解析考查电磁感应中的功能关系 本题关键是理解上滑经过磁场的末速度与下滑经过磁场的初速度相等 由切割磁感线的效果差别 得a错b对 因过程中有能量损失 上滑平均速度大于下滑平均速度 用时t上 t下 重力做功两次相同由p w t可知c错d对 答案bd 02突破三个考向 变式跟踪3 如图所示 足够长的光滑斜面上中间虚线区域内有一垂直于斜面向上的匀强磁场 一正方形线框从斜面底端以一定初速度上滑 线框越过虚线进入磁场 最后又回到斜面底端 则下列说法中正确的是 a 上滑过程线框中产生的焦耳热等于下滑过程线框中产生的焦耳热b 上滑过程线框中产生的焦耳热大于下滑过程线框中产生的焦耳热c 上滑过程线框克服重力做功的平均功率等于下滑过程中重力的平均功率d 上滑过程线框克服重力做功的平均功率大于下滑过程中重力的平均功率 模型特点 杆 导轨 模型是电磁感应问题高考命题的 基本道具 也是高考的热点 考查的知识点多 题目的综合性强 物理情景变化空间大 是我们复习中的难点 杆 导轨 模型又分为 单杆 型和 双杆 型 单杆 型为重点 导轨放置方式可分为水平 竖直和倾斜 杆的运动状态可分为匀速 匀变速 非匀变速运动等 03掌握一个建模 03掌握一个建模 单杆水平式 如典例1 03掌握一个建模 单杆倾斜式 如典例2 典例1 2012 天津卷 11 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 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 03掌握一个建模 审题导析注意对复杂物理过程中各物理规律的挖掘与分析 找出关联量 并列出对应物理现象的方程式 l x v t 03掌握一个建模 03掌握一个建模 典例2 2012 山东卷 20 如图示 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 a p 2mgvsin b p 3mgvsin c 当导体棒速度达到时加速度大小为si