高中物理 第一章 电磁感应章末复习课学案 教科版选修32.doc

第一章 电磁感应巩固层知识整合体系构建核心速填1“磁生电”的发现：法拉第发现“磁生电”2感应电流产生条件：电路闭合、磁通量发生变化3感应电流方向的判断：楞次定律、右手定则4感应电动势的大小：en，eblv.5感应电动势的方向：电源内部电流的方向6电磁感应中能量的转化：安培力做负功，其他形式的能转化为电能；安培力做正功，电能转化为其他形式的能7自感现象产生条件：线圈本身电流发生变化；自感系数：由线圈本身性质决定；应用日光灯8涡流涡流的防止和利用：电磁阻尼、电磁驱动提升层能力强化电磁感应中的动力学问题通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速度、加速度的变化1基本方法(1)由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(包括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分析和运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值、最小值的条件(2)基本思路是：导体受外力运动感应电动势感应电流导体安培力合外力变化加速度变化速度变化临界状态列式求解如图11所示，线圈abcd每边长l0.20 m，线圈质量m10.10 kg、电阻r0.10 ，重物质量为m20.14 kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度b0.5 t，方向垂直线圈平面向里，磁场区域的宽度为h0.20 m重物从某一位置下降，使ab边进入磁场开始做匀速运动，求线圈做匀速运动的速度图11【解析】线圈在匀速上升时受到的安培力f安、绳子的拉力f和重力m1g相互平衡，即ff安m1g重物受力平衡：fm2g线圈匀速上升，在线圈中产生的感应电流i线圈受到向下的安培力f安bil联立式解得v4 m/s.【答案】4 m/s一语通关电磁感应中力学问题的解题技巧(1)将安培力与其他力一起进行分析(2)要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化，不像重力或其他力一样是恒力(3)列出稳定状态下的受力平衡方程往往是解题的突破口针对训练1(多选)如图12甲所示，mn左侧有一垂直纸面向里磁感应强度大小为b的匀强磁场现将一质量为m、边长为l的正方形金属线框置于该磁场中，使线框平面与磁场方向垂直，且bc边与磁场边界mn重合对线框施加一按图12乙所示规律变化的水平拉力f，使线框由静止开始向右做匀加速直线运动；当t0时，拉力大小为f0；线框的ad边与磁场边界mn重合时，拉力大小为3f0.则()甲乙图12a线框的加速度为b线框的ad边出磁场时的速度为c线框在磁场中运动的时间为d线框的总电阻为b2l2bdt0时刻，感应电动势e0，感应电流i0，安培力f安bil0.由牛顿第二定律得f0ma，得a，a错误；根据公式v22al，得v，b正确；根据运动学公式得t，c错误；线框的ad边与磁场边界mn重合时，根据3f0ma，得rb2l2，d正确电磁感应中的电路问题电磁感应问题往往和电路问题联系在一起，解决这类问题的基本方法是：1确定电源，产生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，利用右手定则或楞次定律确定其方向以及感应电流的方向，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2分析电路结构，画出等效电路图，这一步关键是“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，主要还是利用欧姆定律、串并联电路中电功、电热之间的关系等4注意：电源两极间的电压为路端电压如图13所示，粗细均匀的金属环的电阻为r，可绕轴o转动的金属杆oa的电阻为，杆长为l，a端与环相接触，一阻值为的定值电阻分别与杆的端点o及环边缘d连接杆oa在垂直于环面向里、磁感应强度为b的匀强磁场中，以角速度顺时针转动求电路中总电流的变化范围图13【解析】设oa杆转至题中所示位置时，金属环a、d间的两部分电阻分别为r1、r2，其等效电路如图所示，则电路中的总电流为i，式中r并.因为r1r2r为定值，故当r1r2时，r并有最大值，最大值为；当r10或r20时，r并有最小值，最小值为0，因此电流的最小值和最大值分别为imin，imax.所以i.【答案】i一语通关电磁感应中电路问题的分析方法(1)明确电路结构，分清内、外电路.(2)根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小，如果是磁场变化，由e计算；如果是导体切割磁感线，由eblv计算.(3)根据楞次定律判断感应电流的方向.(4)根据电路组成列出相应的方程式.针对训练2粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边a、b两点间的电势差绝对值最大的是 () 【导学号：24622048】abcdb在磁场中的线框与速度垂直的边等效为切割磁感线产生感应电动势的电源四个选项中的感应电动势大小均相等，回路电阻也相等，因此电路中的电流相等，b中a、b两点间电势差为路端电压，为电动势的，而其他选项则为电动势的.故b正确电磁感应中的能量转化问题1.电磁感应的本质能量转化电磁感应过程，实质上也是一个能量转化和守恒的过程通过安培力做负功，将其他非电能转化为电能；同时又将转化来的电能进一步转化成其他非电能因此电磁感应过程总是伴随着能量转化2利用功能关系求解电磁感应问题的基本方法(1)用法拉第电磁感应定律或导体切割磁感线公式确定感应电动势的大小，用楞次定律和右手定则判断感应电动势的方向(2)画出等效电路，求解电路中相关参量，分析电路中能量转化关系(3)研究导体机械能的转化，利用能量转化和守恒关系，列出机械能功率与电路中电功率变化的守恒关系式3电磁感应中能量转化类型(1)机械能电能机械能内能(2)化学能电能机械能内能(2)非电能电能内能如图14所示，足够长的u形框架宽度是l0.5 m，电阻忽略不计，其所在平面与水平面成37角，磁感应强度b0.8 t的匀强磁场方向垂直于导体框平面， 一根质量为m0.2 kg，有效电阻r2 的导体棒mn垂直跨放在u形框架上，该导体棒与框架间的动摩擦因数0.5，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动时，通过导体棒横截面的电荷量共为q2 c求：图14(1)导体棒匀速运动的速度；(2)导体棒从静止开始下滑到刚开始匀速运动，这一过程中导体棒的有效电阻消耗的电功【解析】(1)导体棒受力如图，匀速下滑时有平行斜面方向：mgsin fff0垂直斜面方向：fnmgcos 0其中fffn安培力fbil电流i感应电动势eblv由以上各式得v5 m/s.(2)通过导体棒的电量qt其中平均电流设导体棒下滑位移为s，则bsl由以上各式得s m10 m全程由动能定理得mgssin w安mgcos smv2其中克服安培力做功w安等于电功w则wmgssin mgscos mv2(1282.5) j1.5 j.【答案】(1)5 m/s(2)1.5 j针对训练3水平放置的光滑平行导轨上放置一根长为l、质量为m的导体棒ab，ab处在磁感应强度大小为b、方向如图15所示的匀强磁场中，导轨的一端接一阻值为r的电阻，导轨及导体棒电阻不计现使ab在水平恒力f作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动，当通过的位移为x时，ab达到最大速度vm.此时撤去外力，最后ab静止在导轨上在ab运动的整个过程中，下列说法正确的是()图15a撤去外力后，ab做匀减速运动b合力对ab做的功为fxcr上释放的热量为fxmvdr上释放的热量为fxd撤去外力后，导体棒水平方向只受安培力作用，而f安，f安随v的变化而变化，故导体棒做加速度变化的变速运动，a错；对整个过程由动能定理得w合ek0，b错；由能量守恒定律知，恒力f做的功等于整个回路产生的电能，电能又转化为r上释放的热量，即qfx，c错，d正确电磁感应中的图像问题1.图像类型(1)电磁感应中常涉及磁感应强度b、磁通量、感应电动势e和感应电流i等随时间变化的图像，即bt图像、 t图像、et图像和it图像(2)对于导体切割磁感线产生的感应电动势和感应电流的情况，有时还常涉及感应电动势e和感应电流i等随位移x变化的图像，即ex图像和ix图像等2两类图像问题(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解题的基本方法(1)关键是分析磁通量的变化是否均匀，从而判断感应电动势(电流)或安培力的大小是否恒定，然后运用楞次定律或左手定则判断它们的方向，分析出相关物理量之间的函数关系，确定其大小和方向及在坐标轴中的范围(2)图像的初始条件，方向与正、负的对应，物理量的变化趋势，物理量的增、减或方向正、负的转折点都是判断图像的关键4解题时要注意的事项(1)电磁感应中的图像定性或定量地表示出所研究问题的函数关系(2)在图像中，e、i、b等物理量的方向通过物理量的正、负来反映(3)画图像要注意纵、横坐标的单位长度、定义或表达如图16所示，有一等腰直角三角形的区域，其斜边长为2l，高为l.在该区域内分布着如图所示的磁场，左侧磁场方向垂直纸面向外，右侧磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小均为b.一边长为l、总电阻为r的正方形导线框abcd，从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域取沿abcda的感应电流方向为正，则选项图中表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图像正确的是()图16d根据右手定则确定，当bc边刚进入左侧磁场时，电流为正方向，c错误；根据eblv，感应电动势和感应电流的大小与有效长度成正比，bc边在左侧磁场时，有效长度沿x方向逐渐增大，bc边进入右侧磁场时，ad边进入左侧磁场，由于两侧磁场方向相反，故有效长度为ad边和bc边切割磁感线有效长度之和，保持不变，且电流为负方向，故a错误；当bc边离开右侧磁场后，ad边切割磁感线，电流方向仍为正方向，故b错误，d正确一语通关电磁感应中图像类选择题的两个常见解法(1)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.(2)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像作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法.针对训练4如图17所示，三条平行虚线位于纸面内，中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度等大反向菱形闭合导线框abcd位于纸