高考核动力高考物理一轮复习 9.3电磁感应定律的综合应用课件.ppt

第3单元电磁感应定律的综合应用 填一填 1 在电磁感应现象中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生 该导体或回路相当于 因此 电磁感应问题往往与电路问题联系在一起 部分电路欧姆定律i 电源的内电压ur 电源的路端电压u ir 3 通过导体的电量q i t 温馨提示 路端电压 电动势和某电阻两端的电压三者的区别 1 某段导体作为外电路时 它两端的电压就是电流与其电阻的乘积 2 某段导体作为电源时 它两端的电压就是路端电压 等于电流与外电阻的乘积 或等于电动势减内电压 当其电阻不计时路端电压等于电源电动势 3 某段导体作电源 断路时电压等于电动势 1 通电导体在磁场中将受到作用 电磁感应问题往往和力学问题联系在一起 基本方法是 1 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 2 求回路中的电流 3 分析导体受力情况 包含安培力在内的全面受力分析 4 根据平衡条件或牛顿第二定律列方程 2 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受力情况和运动状态的分析 寻找过程中的临界状态 如速度 加速度为最大值或最小值的条件 1 电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程 电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到作用 因此要维持安培力存在 必须有 外力 克服做功 此过程中 其他形式的能转化为 外力 克服安培力做多少功 就有多少其他形式的能转化为 当感应电流通过用电器时 电能又转化为其他形式的能 同理 安培力做功的过程 是转化为其他形式的能的过程 安培力做多少功就有多少转化为其他形式的能 练一练 1 如图所示是两个互连的金属圆环 小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一 磁场垂直穿过大金属环所在区域 当磁感应强度随时间均匀变化时 在大环内产生的感应电动势为e 则a b两点间的电势差为 答案 b 解析 由公式e blv可知 当刷卡速度减半时 线圈中的感应电动势最大值减半 且刷卡所用时间加倍 故本题正确选项为d 答案 d 3 如图所示 有两根和水平方向成 角的光滑且平行的金属轨道 上端接有可变电阻r 下端足够长 空间有垂直于轨道平面的匀强磁场 磁感应强度为b 一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下 经过足够长的时间后 金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm 则 a 如果b增大 vm将变大b 如果 变大 vm将变大c 如果r变大 vm将变大d 如果m变小 vm将变大 答案 bc 4 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 电阻可忽略不计的金属棒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 则它在下滑高度h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 重力做的功等于系统产生的电能c 金属棒克服安培力做的功等于电阻r上产生的焦耳热d 金属棒克服恒力f做的功等于电阻r上产生的焦耳热 解析 根据动能定理 合力做的功等于动能的增量 故a对 重力做的功等于重力势能的减少 重力做的功等于克服f所做的功与产生的电能之和 而克服安培力做的功等于电阻r上产生的焦耳热 所以b d错 c对 答案 ac 考点一电磁感应中的电路问题 考点梳理 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内阻 其余部分是外电路 3 突破策略 1 确定电源 先判断产生电磁感应现象的是哪一部分导体 该部分导体可视为电源 2 分析电路结构 画等效电路图 3 利用电路规律求解 主要有欧姆定律 串并联规律等 4 误区分析 1 不能正确分析感应电动势及感应电流的方向 因产生感应电动势的那部分电路为电源部分 故该部分电路中的电流应为电源内部的电流 而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势 2 应用欧姆定律分析求解电路时 没有注意等效电源的内阻对电路的影响 3 对连接在电路中电表的读数不能正确进行分析 特别是并联在等效电源两端的电压表 其示数应该是路端电压 而不是等效电源的电动势 典例应用 总结提升 解决电磁感应中的电路问题三步曲 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 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 3 利用规律求解 2015 河南郑州一模 如图所示 在xoy平面内有一扇形金属框abc 其半径为r ac边与y轴重合 bc边与x轴重合 且c位于坐标原点 ac边与bc边的电阻不计 圆弧ab上单位长度的电阻为r 金属杆mn长度为l 放在金属框abc上 mn与ac边紧邻且重叠部分的电阻为r0 磁感应强度b的匀强磁场与框架平面垂直并充满平面 现对mn杆施加一个外力 图中未画出 使之以c点为轴顺时针匀速转动 角速度为 求 1 在mn杆运动过程中 通过杆的电流i与转过的角度 间的关系 2 整个电路消耗电功率的最小值是多少 考点二电磁感应中的图象问题 考点梳理 1 图象类型 2 突破策略对图象的分析 应做到 四明确一理解 1 明确图象所描述的物理意义 明确各种正 负号的含义 明确斜率的含义 明确图象和电磁感应过程之间的对应关系 2 理解三个相似关系及其各自的物理意义 3 解题关键弄清初始条件 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决问题的关键 4 解决图象问题的一般步骤 1 明确图象的种类 即是b t图象还是 t图象 或者e t图象 i t图象等 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 画图象或判断图象 5 主要题型 1 图象的选择 2 图象的转换 3 图象的应用由给定的有关图象分析电磁感应过程 求解相应的物理量 典例应用 2014 安徽理综 23 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和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 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 解题指导 1 金属杆匀速上移过程中切割磁感线产生的感应电动势e为定值 但cd杆接入电路的有效长度在变化 故回路中电流及杆所受安培力均发生变化 2 安培力在时刻变化 外力f也在时刻变化 故杆cd所受的力为动态平衡力 3 外力的功一部分用来增加重力势能 另一部分转化为cd杆有效长度上的焦耳热 课堂笔记 1 由题可知 金属杆cd在匀速运动过程中产生的感应电动势为e bdv 1 5v由几何关系可知 金属杆运动到x 0 8m处时 接入电路的长度为l 1 8m 故可知ucd bdv blv 0 6v 答案 1 1 5v 0 6v 2 f 12 5 3 75x图象见解析 3 7 5j 互动探究 将上题中图2的纵轴改为i 表示通过回路的电流 横轴改为t 试画出i t关系图象 并求全过程通过金属杆截面的电荷量 考点三电磁感应中的动力学问题 考点梳理 1 安培力的大小 典例应用 2014 江苏单科 13 如图所示 在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨 导轨间距为l 长为3d 导轨平面与水平面的夹角为 在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层 匀强磁场的磁感应强度大小为b 方向与导轨平面垂直 质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放 在滑上涂层之前已经做匀速运动 并一直匀速滑到导轨底端 导体棒始终与导轨垂直 且仅与涂层间有摩擦 接在两导轨间的电阻为r 其他部分的电阻均不计 重力加速度为g 求 1 导体棒与涂层间的动摩擦因数 2 导体棒匀速运动的速度大小v 3 整个运动过程中 电阻产生的焦耳热q 解题指导 1 导体在整个运动过程中作什么性质的运动 受力情况如何 2 导体棒在整个运动过程中能量又是如何转化的 提示 1 由静止开始做变加速运动 速度增大 加速度减小 然后以某一速度匀速运动 在滑上涂层前受重力 支持力和安培力作用 在涂层运动时受重力 支持力 摩擦力和安培力作用 最后一段受力情况与第一段相同 2 重力势能转化为摩擦产生的热量 电阻r上产生的焦耳热及导体的动能 如图所示 mn和pq是两条水平放置彼此平行的金属导轨 质量m 0 2kg 电阻r 0 5 的金属杆ab垂直跨接在导轨上 匀强磁场的磁感线垂直于导轨平面 导轨左端接阻值r 2 的电阻 理想电压表并接在r两端 导轨电阻不计 t 0时刻ab受水平拉力f的作用后由静止开始向右做匀加速运动 ab杆与导轨动摩擦因数 0 2 第4s末 ab杆的速度v 1m s 电压表示数u 0 4v 取重力加速度g 10m s2 1 在第4s末 ab杆产生的感应电动势和受到的安培力各为多大 2 若第4s末以后 ab杆做匀速运动 则在匀速运动阶段的拉力为多大 整个过程拉力的最大值为多大 3 若第4s末以后 拉力的功率保持不变 ab杆能达到的最大速度为多大 答案 1 0 5v0 10n 2 0 50n0 55n 3 1 08m s 用 守恒与转化 的观点处理电磁感应中的能量问题1 能量守恒与转化的特点 2 电能的求解思路 如图所示 足够长的光滑平行金属导轨mn pq竖直放置 一匀强磁场垂直穿过导轨平面 导轨的上端m与p间连接阻值为r 0 40 的电阻 质量为m 0 01kg 电阻为r 0 30 的金属棒ab紧贴在导轨上 现使金属棒ab由静止开始下滑 其下滑距离与时间的关系如下表所示 导轨电阻不计 重力加速度g取10m s2 试求 1 当t 0 7s时 重力对金属棒ab做功的功率 2 金属棒ab在开始运动的0 7s内 电阻r上产生的焦耳热 3 从开始运动到t 0 4s的时间内 通过金属棒ab的电荷量 解析 1 由表格中数据可知 金属棒先做加速度减小的加速运动 最后以7m s的速度匀速下落 则t 0 7s时 重力对金属棒ab做功的功率为pg mgv 0 7w 答案 1 0 7w 2 0 06j 3 0 2c 总结提升 此类问题求解的一般步骤 1 确定研究对象 导体棒或回路 2 弄清电磁感应过程中 哪些力做功 哪些形式的能量相互转化 3 根据能量守恒定律列式求解 如图所示 竖直平面内有平行放置的光滑导轨 导轨间距为l 0 2m 电阻不计 导轨间有水平方向的匀强磁场 磁感应强度大小为b 2t 方向如图所示 有两根质量均为m 0 1kg 长度均为l 0 2m 电阻均为r 0 4 的导体棒ab和cd与导轨接触良好 当用竖直向上的力f使ab棒向上做匀速运动时 cd棒刚好能静止不动 则下列说法正确的是 g取10m s2 a ab棒运动的速度是5m sb 力f的大小为1nc 在1s内 力f做的功为5jd 在1s内 cd棒产生的电热为5j 答案 a 如图所示 导线框abcd固定在竖直平面内 导线ab和cd间的宽度为l b c间电阻阻值为r 其他电阻均可忽略 ef是一电阻可忽略的水平放置的导体杆 杆的质量为m 杆的两端分别与ab和cd保持良好接触 且能沿导线框无摩擦地滑动 磁感应强度为b的匀强磁场方向与框面垂直 现用一恒力f竖直向上拉ef 使其由静止开始运动 当ef上升高度为h时 ef恰好做匀速运动 求 1 ef匀速上升的速度v的大小 2 ef从开始运动到上升h的整个过程中产生的焦耳热q的大小 模拟题组 1 2015 洛阳高三质检 如图所示 两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置 间距为l 1m cd间 de间 cf间分别接阻值为r 10 的电阻 一阻值为r 10 的导体棒ab以速度v 4m s匀速向左运动 导体棒与导轨接触良好 导轨所在平面存在磁感应强度大小为b 0 5t 方向竖直向下的匀强磁场 下列说法中正确的是 a 导体棒ab中电流的流向为由b到ab cd两端的电压为1vc de两端的电压为1vd fe两端的电压为1v 答案 bd 2 2015 成都高三模拟 有一个匀强磁场 它的边界是mn 在mn左侧是无场区 右侧是匀强磁场区域 如图甲所示 现在有一个金属线框以恒定速度从mn左侧进入匀强磁场区域 线框中的电流随时间变化的i t图像如图乙所示 则可能的线框是 解析 a为圆形线框 匀速移动时感应电流不是按线性变化的 选项a错误 d选项中六边形线框匀速移动时 电流先均匀增大 然后保持不变 再均匀减小 选项d正确 b c选项中线框有效切割长度先均匀增大 达到最大马上又均匀减小 选项b c错误 答案 d 高考题组 3 2013 天津卷 3 如图所示 纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ab边长大于bc边长 置于垂直纸面向里 边界为mn的匀强磁场外 线框