高考物理总复习（高考备考导航+基础要点整合+解题素能培养+考点核心突破+训练高效提能）9.3 电磁感应规律的综合应用课件.ppt

第三节电磁感应规律的综合应用 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 属内电路 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 考点一电磁感应中的电路问题 2 电源 两端的电压为路端电压 而不是感应电动势 如图9 3 1所示 半径为a的圆形区域内有匀强磁场 磁感应强度为b 0 2t 磁场方向垂直纸面向里 半径为b的金属圆环与磁场同心放置 磁场与环面垂直 其中a 0 4m b 0 6m 金属环上分别接有灯l1 l2 两灯的电阻均为r0 2 一金属棒mn与金属环接触良好 棒与环的电阻均忽略不计 图9 3 1 1 若棒以v0 5m s的速率在环上向右匀速滑动 求棒滑过圆环直径oo 的瞬时 如图9 3 1所示 mn中的电动势和流过灯l1的电流 审题指导 1 审读题干 抓住关键点 磁场区域的半径为a 金属圆环的半径为b 棒和环的电阻忽略不计 2 分析设问 确定解题方案 棒匀速运动 棒为电源 两灯泡并联构成外电路 利用闭合电路欧姆定律和串并联知识求解 磁场均匀变化 左半部分为电源 利用法拉第电磁感应定律求电动势 答案 1 0 8v0 4a 2 1 28 10 2w 规律总结求解电磁感应电路问题的基本思路 1 确定电源 明确哪一部分电路产生电磁感应 则这部分电路就是等效电源 2 用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向 在电源 导体 内部 电流由负极 低电势 流向电源的正极 高电势 在外部由正极流向负极 3 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 注意区别内外电路 区别路端电压和电动势 4 运用闭合电路欧姆定律 串并联电路的性质 电功率等公式求解 1 流过金属棒的感应电流多大 2 若图中电容器c为0 3 f 则充电量为多少 答案 1 0 2a 2 4 10 8c 突破训练 1 图象问题的类型和分析方法 考点二电磁感应中的图象问题 2 解题注意对图象的分析 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 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 2014 南昌三模 如图9 3 3甲所示 正三角形导线框abc固定在磁场中 磁场方向与线圈平面垂直 磁感应强度b随时间变化的关系如图乙所示 t 0时刻磁场方向垂直纸面向里 在0 4s时间内 线框ab边所受安培力f1随时间t变化的关系 规定水平向左为力的正方向 可能是下图中的图9 3 3 解析 在0 1s时间内 磁场方向垂直纸面向里 磁感应强度均匀减小 线框中产生恒定电动势和恒定电流 根据楞次定律 电流方向为顺时针 所以线框ab边受力向左 根据f bil 随着b的减小f均匀减小 在1s 2s时间内 磁场方向垂直纸面向外 磁感应强度均匀增大 线框中产生顺时针方向的恒定电流 所以根据左手定则判断出ab边受力向右 且f随b的增大而增大 同样判断出3s 3 5s时间内 力f方向向左 且逐渐减小 3 5s 4s时间内 力f方向向右 且逐渐增大 所以选项a正确 答案 a 方法点拨 1 对图象的认识 应注意以下几方面 明确图象所描述的物理意义 必须明确各种 的含义 必须明确斜率的含义 必须建立图象和电磁感应过程之间的对应关系 注意三个相似关系及其各自的物理意义 2 电磁感应中图象类选择题的两个常见解法 排除法 定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势 增大还是减小 变化快慢 均匀变化还是非均匀变化 特别是物理量的正负 排除错误的选项 函数法 根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系 然后由函数关系对图象作出分析和判断 这未必是最简捷的方法 但却是最有效的方法 2 2014 四川省广元市二模 如图9 3 4所示 边长为2l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一个边长为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直 导线框的一条对角线和虚线框的一条对角线恰好在同一直线上 从t 0开始 使导线框从图示位置开始以恒定速度沿对角线方向移动进入磁场 直到整个导线框离开磁场区域 用i表示导线框中的感应电流 逆时针方向为正 则下列表示i t关系的图线中 正确的是 突破训练 图9 3 4 解析在线框进入磁场时 切割磁感线的有效长度逐渐增大 当线框即将完全进入磁场时 切割磁感线的有效长度最大 产生的电流最大 此过程电流方向为逆时针方向 整个线框在磁场中运动时 不产生感应电流 当线框离开磁场时 产生电流方向为顺时针方向 且切割磁感线的有效长度逐渐减小 产生的感应电流逐渐减小 所以选项d正确 答案d 1 导体的两种运动状态 1 导体的平衡状态 静止状态或匀速直线运动状态 2 导体的非平衡状态 加速度不为零 2 动态分析的基本思路 考点三电磁感应中的动力学问题 2012 广东理综 如图9 3 5所示 质量为m的导体棒ab 垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上 导轨平面与水平面的夹角为 并处于磁感应强度大小为b 方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 左侧是水平放置 间距为d的平行金属板 r和rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值 不计其他电阻 图9 3 5 1 调节rx r 释放导体棒 当棒沿导轨匀速下滑时 求通过棒的电流i及棒的速率v 2 改变rx 待棒沿导轨再次匀速下滑后 将质量为m 带电荷量为 q的微粒水平射入金属板间 若它能匀速通过 求此时的rx 审题指导 1 导体棒匀速下滑 导体棒所受重力 支持力 安培力的合力为零 2 带电粒子受重力和电场力平衡 利用平衡条件和部分电路欧姆定律分析 规律总结解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是 先电后力 即 先做 源 的分析 分离出电路中由电磁感应所产生的电源 求出电源参数e和r 再进行 路 的分析 分析电路结构 弄清串 并联关系 求出相应部分的电流大小 以便求解安培力 然后是 力 的分析 分析研究对象 常是金属杆 导体线圈等 的受力情况 尤其注意其所受的安培力 最后进行 运动 状态的分析 根据力和运动的关系 判断出正确的运动模型 3 如图9 3 6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 试求 突破训练 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上产生的热量 3 从开始运动到t 0 4s的时间内 通过金属棒ab的电量 图9 3 6 答案 1 0 7w 2 0 06j 3 0 2c 1 电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程 而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的 安培力做功的过程 是电能转化为其他形式能的过程 外力克服安培力做功 则是其他形式的能转化为电能的过程 2 能量转化及焦耳热的求法 1 能量转化 考点四电磁感应中的能量问题 2014 厦门市毕业班适应测试 如图9 3 7所示 足够长的粗糙绝缘斜面与水平面成 37 放置 在斜面上虚线aa 和bb 与斜面底边平行 在aa bb 围成的区域有垂直斜面向上的有界匀强磁场 磁感应强度为b 1t 现有一质量为m 10g 总电阻为r 1 边长d 0 1m的正方形金属线圈mnpq 让pq边与斜面底边平行 从斜面上端静止释放 线圈刚好匀速穿过磁场 已知线圈与斜面间的动摩擦因数为 0 5 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 图9 3 7 1 线圈进入磁场区域时 受到的安培力大小 2 线圈释放时 pq边到bb 的距离 3 整个线圈穿过磁场的过程中 线圈上产生的焦耳热 审题指导 线框匀速进入磁场 其所受重力 支持力 摩擦力 安培力平衡 线框做匀加速运动 可利用运动学公式或动能定理求距离 线圈上产生的焦耳热等于克服安培力做的功 3 由于线圈刚好匀速穿过磁场 则磁场宽度等于d 0 1mq w安 f安 2d解得 q 4 10 3j 答案 1 2 10 2n 2 1m 3 4 10 3j 规律总结电磁感应中能量转化问题的分析技巧 1 电磁感应过程往往涉及多种能量的转化 如图中金属棒ab沿导轨由静止下滑时 重力势能减少 一部分用来克服安培力做功 转化为感应电流的电能 最终在r上转化为焦耳热 另一部分转化为金属棒的动能 若导轨足够长 棒最终达到稳定状态做匀速运动 之后重力势能的减小则完全用来克服安培力做功 转化为感应电流的电能 2 安培力做功和电能变化的特定对应关系 外力 克服安培力做多少功 就有多少其他形式的能转化为电能 安培力做功的过程 是电能转化为其他形式的能的过程 安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能 3 解决此类问题的步骤 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 包括右手定则 确定感应电动势的大小和方向 画出等效电路图 写出回路中电阻消耗的电功率的表达式 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方程 联立求解 4 2014 济宁二模 如图9 3 8所示 在一个光滑倾斜绝缘板的上方 有垂直板面的等间距的a b c三条边界线隔成了 两区 分别加有垂直纸面方向相反的匀强磁场 磁感应强度大小均为b 另有一半径为r的导体圆环从a边界上方某处沿板面开始自由向下运动 一直加速穿过该磁场区域 已知环的直径等于每一磁场区的宽度 圆环电阻为r 圆环运动到直径刚好与边界线b重合时的速度为v 下列分析正确的是 突破训练 图9 3 8 答案ac 13 电磁感应中的单杆与双杆模型 模型概述 单杆模型是电磁感应中常见的物理模型 此类题目所给的物理情景一般是导体棒垂直切割磁感线 在安培力 重力 拉力作用下的变加速直线运动或匀速直线运动 所涉及的知识有牛顿运动定律 功能关系 能量守恒定律等 此类题目的分析要抓住三点 杆 物理模型构建 的稳定状态一般是匀速运动 达到最大速度或最小速度 此时合力为零 整个电路产生的电能等于克服安培力所做的功 电磁感应现象遵从能量守恒定律 如图9 3 9甲 导体棒ab从磁场上方h处自由释放 当进入磁场后 其速度随时间的可能变化情况有三种 如图乙 全过程其能量转化情况是重力势能转化为动能和电能 电能再进一步转化为导体棒和电阻r的内能 图9 3 9 双杆类题目可分为两种情况 一是 假双杆 甲杆静止不动 乙杆运动 其实质是单杆问题 不过要注意题目包含着一个条件 甲杆静止 受力平衡 另一种情况是两杆都在运动 对于这种情况 要注意两杆切割磁感线产生的感应电动势是相加还是相减 线框进入磁场和离开磁场的过程和单杆的运动情况相同 在磁场中运动的过程与双杆的运动情况相同 15分 2014 扬州模拟 如图9 3 10所示 两根质量同为m 电阻同为r 长度同为l的导体棒 用两条等长的 质量和电阻均可忽略的长直导线连接后 放在距地面足够高的光滑绝缘水平桌面上 两根导体棒均与桌边缘平行 一根在桌面上 另一根移动到靠在桌子的光滑绝缘侧面上 整个空间存在水平向右的匀强磁场 磁感应强度为b 开始时两棒静止 自由释放后开始运动 已知两条导线除桌边缘拐弯处外其余部位均处于伸直状态 导线与桌子侧棱间无摩擦 求 图9 3 10 1 刚释放时 导体棒的加速度大小 2 导体棒运动稳定时的速度大小 3 若从开始下滑到刚稳定时通过横截面的电荷量为q 求该过程中系统产生的焦耳热 审题指导 1 审读题干 获取有用信息 桌面光滑 桌子边缘光滑 整个过程不计摩擦力的作用 匀强磁场方向水平向右 a运动时切割磁感线 b不切割磁感线 2 分析设问 确定解题方案 刚释放时无感应电动势和电流 利用牛顿第二定律求解加速度 运动稳定时利用平衡条件和闭合电路欧姆定律求速度 由电荷量求解下落的高度h 然后利用能量守恒求焦耳热 5 如图9 3 11所示 两足够长平行光滑的金属导轨mn pq相距为l 导轨平面与水平面夹角为 导轨上端跨接一定值电阻r 导轨电阻不计 整个装置处于与斜面垂直斜向左上方的匀强磁场中 长为l的金属棒cd垂直于mn pq放置在导轨上 且与导轨保持接触良好 金属棒的质量为m 电阻为r 现将金属棒由静止释放 当金属棒沿导轨下滑距离为s时 速度达到最大值vm 重力加速度为g 求 突破训练 1 匀强磁场的磁感应强度大小 2 金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中 电阻r上产生的电热 图9 3 11 随堂演练 1 2014 常州模拟 如图9 3 12所示 两平行的虚线间的区域内存在着有界匀强磁场 有一较小的三角形线框ab 的ab边与磁场边界平行 现使此线框向右匀速穿过磁场区域 运动过程中始终保持速度方向与ab边垂直 则下列各图中哪一个可以定性地表示线框在通过磁场的过程中感应电流随时间变化的规律 图9 3 12答案d 2 2014 安徽江南十校联考 如图9 3 13所示 金属三角形导轨cod上放有一根金属棒mn 拉动mn使它以速度v在匀强磁场中向右匀速平动 若导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体 它们的电阻率相同 则在mn运动过程中闭合电路的a 感应电动势保持不变b 感应电流逐渐增大c 感应电流将保持不变d 感应电流逐渐减小图9 3 13 解析拉动mn使它以速度v在匀强磁场中向右匀速平动 t时刻 导体棒切割磁感线的有效长度l vttan 产生的感应电动势e blv bv2ttan 感应电动势逐渐增大 选项a错误 粗细相同的均匀导体 它们的电阻率相同 单位长度电阻相同 设为r 回路总电阻r总 r vttan vt cos vt r tan 1 cos 1 vt 产生