沪科版高考物理一轮复习：选修3-2第9章第3节《电磁感应规律的综合应用》ppt精编课件.ppt

第3节电磁感应规律的综合应用 B2l2v R 2 安培力的方向判断 二 电磁感应中的能量转化1 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 电能 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 2 电流做功产生的热量用焦耳定律计算 公式为Q 机械能 内能 I2R t 3 分析电磁感应现象中能量问题的一般步骤 1 在电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于 电源 2 分析清楚有哪些力 就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 3 根据能量守恒列方程分析求解 做功 思考感悟1 安培力做功对应哪种形式的能量的转化 提示 安培力做正功时 电能转化为其他形式的能 克服安培力做功时其他形式的能转化为电能 三 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就相当于 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 外阻或外电路 2 电源电动势和路端电压 1 电动势 E 或E 2 电源正 负极 用 或 判定 3 路端电压 U IR Blv 右手定则 楞次定律 E Ir 四 电磁感应图像问题1 图像类型 1 磁感应强度B 磁通量 感应电动势E和感应电流I随 变化的图像 即B t图像 t图像 E t图像和I t图像 时间t 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 变化的图像 即E x图像和I x图像 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像 2 由给定的有关图像分析电磁感应过程 求解相应的物理量 3 利用给出的图像判断或画出新的图像 3 应用知识左手定则 安培定则 右手定则 欧姆定律 牛顿定律 函数图像等知识 楞次定律 法拉第电磁感应定律 思考感悟2 t图像中的斜率 I t图像中的面积 分别表示什么含义 提示 t图像中的斜率表示磁通量的变化率 I t图像中的面积表示通过导体横截面的电量 一 电磁感应中的力学能量转化问题与能量转化的分析1 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 根据平衡条件合外力等于零列式分析 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 2 电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系 3 电磁感应中的能量转化特点外力克服安培力做功 把机械能或其他能量转化成电能 感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式的能 如内能 这一功能转化途径可表示为 4 电能求解思路主要有三种 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 其他形式的能的减少量等于产生的电能 3 利用电路特征来求解 通过电路中所产生的电能来计算 即时应用1 2018 高考福建理综卷 如图9 3 1 足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成 角 0 90 其中MN与PQ平行且间距为L 导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直 导轨电阻不计 金属棒ab由静止开始沿导轨下滑 并与两导轨始终保持垂直且良好接触 ab棒接入电路的电阻为R 图9 3 1 当流过ab棒某一横截面的电量为q时 棒的速度大小为v 则金属棒ab在这一过程中 二 电磁感应中的电路问题1 对电源的理解电源是将其他形式的能转化为电能的装置 在电磁感应现象里 通过导体切割磁感线和线圈磁通量的变化而将其他形式的能转化为电能 2 对电路的理解内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈 外电路由电阻 电容等电学元件组成 3 解决电磁感应中电路问题的基本步骤 1 确定电源 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 具体做法是 产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源 利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小 利用楞次定律确定其正负极 需要强调的是 在电源内部电流是由负极流向正极的 在外部从正极流向外电路 并由负极流入电源 如无感应电流 则可以假设电流如果存在时电流的流向 确定电动势方向 2 分析电路结构 画出等效电路图 这一步的本质是确定 分析 的到位与准确 承上启下 为下一步的处理做好准备 3 利用电路规律求解 运用闭合电路欧姆定律 串并联电路性质 电功 电热等规律或公式求解 即时应用2 如图9 3 2所示 两根相距为l的平行直导轨ab cd b d间连有一固定电阻R 导轨电阻可忽略不计 MN为放在ab和cd上的一导体杆 与ab垂直 其电阻也为R 整个装置处于匀强磁场中 磁感应强度的大小为B 磁场方向垂直于导轨所在平面 指向图中纸面内 图9 3 2 现对MN施力使它沿导轨方向以速度v做匀速运动 令U表示MN两端电压的大小 则 三 电磁感应中的图像问题1 图像问题的特点 1 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像 2 由给定的有关图像分析电磁感应过程 求解相应的物理量 3 根据图像定量计算 2 解决图像问题的一般步骤 1 明确图像的种类 即是B t图还是 t图 或者E t图 I t图等 2 分析电磁感应的具体过程 3 用右手定则或楞次定律确定方向对应关系 4 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动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 如分析斜率的变化 截距等 6 画图像或判断图像 即时应用3 2018 高考江苏单科卷 如图9 3 3所示 水平面内有一平行金属导轨 导轨光滑且电阻不计 匀强磁场与导轨平面垂直 阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置 且与导轨接触良好 t 0时 将开关S由1掷到2 q i v和a分别表示电容器所带的电荷量 棒中的电流 棒的速度和加速度 下列图像正确的是 图9 3 3 图9 3 4 解析 选D 当S由1掷到2时 电容器瞬间放电 导体中产生放电电流 从而使导体棒向右运动 当导体棒向右运动时又会在导体棒中产生反向感应电流 当q减小到感应电动势和电容器上的电压相等时 q将保持不变 故A错 当稳定后导体棒中的i为零 故B错 电容器放电使导体棒做a减小的加速运动 当稳定时 i 0 a 0 v达到最大且保持匀速直线运动 故C错D正确 2018 高考山东理综卷 如图9 3 5所示 两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计 两质量 长度均相同的导体棒c d 置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处 磁场宽为3h 方向与导轨平面垂直 图9 3 5 先由静止释放c c刚进入磁场即匀速运动 此时再由静止释放d 两导体棒与导轨始终保持良好接触 用ac表示c的加速度 Ekd表示d的动能 sc sd分别表示c d相对释放点的位移 选项图中正确的是 图9 3 6 思路点拨 将导体棒c d的运动分阶段研究 并寻找两导体棒相对应的阶段受力情况及运动规律 答案 BD 方法指引 1 不管是何种类型 电磁感应中的图像问题常需利用右手定则 楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析计算感应电流的方向和大小 再结合安培力 闭合电路欧姆定律等分析 2 含导体棒切割问题的基本思路 变式训练 2018 宝鸡市高三质检 如图9 3 5所示 两竖直放置的足够长的平行光滑导轨与电阻R连接后处于垂直于导轨平面的匀强磁场中 金属杆ab与导轨接触良好并可沿导轨滑动 金属杆的电阻恒定 导轨的电阻忽略不计 最初开关S断开 让ab杆由静止开始下滑 经一段时间后闭合S 图9 3 7 则从S闭合开始计时 金属杆ab的速度v 加速度a 杆中的电流I 杆所受安培力F随时间t的关系图像如下图所示 其中不可能发生的是 图9 3 8 解析 选B 如果开关闭合的瞬间 金属杆下落的速度恰好使得金属杆在磁场中受到的向上的力等于其自身重力 就会出现A图所示情形 以一定速度匀速运动 开关闭合后 由楞次定律的作用效果可以知道金属杆受到向上的力 而其原本只受到重力 只具有竖直向下的重力加速度 所以其加速度不可能增加 B图所示不可能出现 开关一闭合 金属杆中就产生电流 受到向上的力 若闭合开关时金属杆具有足够的运动速度 则可能开始受力就大于自身重力而使得加速度变为向上 这时金属杆的下落速度将逐渐减小 F也将随之减小 故D情况可能出现 若闭合开关时金属杆不具有足够的运动速度 不能一开始就达到受磁场向上的力大于重力 那么加速度在闭合开关后的一段时间内仍然向下 金属杆的运动速度在此时间内继续增加 直到达到A项所述情况时I变为定值 这就是图C描述的情况 如图9 3 9 a 所示 水平放置的两根平行金属导轨 间距L 0 3m 导轨左端连接R 0 6 的电阻 区域abcd内存在垂直于导轨平面B 0 6T的匀强磁场 磁场区域宽D 0 2m 细金属棒A1和A2用长为2D 0 4m的轻质绝缘杆连接 放置在导轨平面上 图9 3 9 并与导轨垂直 每根金属棒在导轨间的电阻均为r 0 3 导轨电阻不计 使金属棒以恒定速度v 1 0m s沿导轨向右穿越磁场 计算从金属棒A1进入磁场 t 0 到A2离开磁场的时间内 不同时间段通过电阻R的电流强度 并在图9 3 9 b 中画出 思路点拨 解此题关键有两点 1 根据右手定则和法拉第电磁感应定律判断导体棒切割时的正 负极 并画出等效电路图 2 根据电路结构和 等效电源 的情况分析电流的变化规律 解析 画出A1 A2在磁场中切割磁感线时的等效电路如图9 3 10 甲 乙 所示 图9 3 10 总电流i 0 36A 流过R的电流iR 0 12A综合上述计算结果 绘制通过R的电流与时间的关系图线 如图9 3 11所示 答案 见解析 9 3 11 方法引导 解决电磁感应电路问题的基本步骤 1 源 的分析 用法拉第电磁感应定律算出E的大小 用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向 感应电流方向是电源内部电流的方向 从而确定电源正负极 明确内阻r 2 路 的分析 根据 等效电源 和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路 互动探究根据上题中电流随时间的关系图线计算此过程电阻R上产生的热量 答案 0 0035J 满分样板18分 2018 高考天津理综卷 如图9 3 12所示 两根足够长的光滑平行金属导轨MN PQ间距为l 0 5m 其电阻不计 两导轨及其构成的平面均与水平面成30 角 完全相同的两金属棒ab cd分别垂直导轨放置 每棒两端都与导轨始终有良好接触 图9 3 12 已知两棒质量均为m 0 02kg 电阻均为R 0 1 整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 磁感应强度B 0 2T 棒ab在平行于导轨向上的力F作用下 沿导轨向上匀速运动 而棒cd恰好能够保持静止 取g 10m s2 问 1 通过棒cd的电流I是多少 方向如何 2 棒ab受到的力F多大 3 棒cd每产生Q 0 1J的热量 力F做的功W是多少 思路点拨 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 1 棒cd受到的安培力Fcd IlB 1分 棒cd在共点力作用下平衡 则Fcd mgsin30 2分 由 式 代入数据解得I 1A 1分 根据楞次定律可知 棒cd中的电流方向由d至c 1分 2 棒ab与棒cd受到的安培力大小相等Fab Fcd对棒ab 由共点力平衡知F mgsin30 IlB 2分 代入数据解得F 0 2N 2分 3 设在时间t内棒cd产生Q 0 1J的热量 由焦耳定律知Q I2Rt 2分 设棒ab匀速运动的速度大小为v 其产生的感应电动势E Blv 1分 力F做的功W Fs 2分 综合上述各式 代入数据解得W 0 4J 1分 答案 1 1A方向由d到c 2 0 2N 3 0 4J 名师归纳 电磁感应中的力学综合问题实质上是力 电 磁和能量的综合 解此类问题要注意以下两点 1 运动的动态结构如示意