高考物理一轮复习电磁感应规律的综合应用PPT课件.ppt

第3讲专题电磁感应规律的综合应用 电磁感应中的电路问题 图9 3 1 答案AB 电源 外电路 Blv E Ir 内阻 思维驱动 如图9 3 2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 电磁感应现象中的动力学问题 图9 3 2 答案ACD Blv BIl 2 安培力的方向 1 先用确定感应电流方向 再用确定安培力方向 2 根据楞次定律 安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向 右手定则 左手定则 相反 思维驱动 如图9 3 3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 电磁感应现象中的能量问题 图9 3 3 答案AC 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 图9 3 4 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Uabt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 2 通过分析 可得电路图为 4 闪烁 装置不能正常工作 金属条的感应电动势只有4 9 10 2V 远小于小灯泡的额定电压 因此无法正常工作 B增大 E增大 但有限度 r2增大 E增大 但有限度 增大 E增大 但有限度 增大 E不变 答案 1 4 9 10 2V电流方向为b a 2 3 4 见解析 变式跟踪1 如图9 3 5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 图9 3 5 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 答案 1 0 15J 2 0 1A 3 0 75T 借题发挥1 电磁感应中电路知识的关系图 3 明确电源的内阻 即相当于电源的那部分电路的电阻 4 明确电路关系 即构成回路的各部分电路的串 并联关系 5 结合闭合电路欧姆定律和电功 电功率等能量关系列方程求解 3 易错总结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 备课札记 考点二电磁感应中的动力学问题 典例2 如图9 3 6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Bt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 图9 3 6 审题提示 答案 1 5m s2 2 2m s 3 0 5J 变式跟踪2 如图9 3 7所示 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 图9 3 7 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 答案 1 6m s2方向沿导轨向上 2 10 24W 备课札记 考点三电磁感应中的能量问题 典例3 如图9 3 8所示 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 图9 3 8 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 审题提示 变式跟踪3 如图9 3 9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 图9 3 9 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 答案BD 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 备课札记 物理建模7电磁感应中的 杆 导轨 模型模型特点 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 建模指导解决电磁感应中综合问题的一般思路是 先电后力再能量 典例1 2012 天津卷 11 如图9 3 10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 图9 3 10 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 答案 1 4 5C 2 1 8J 3 5 4J 典例2 2012 山东卷 20 如图9 3 11所示 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 图9 3 11 答案AC 一 电磁感应中的电路问题1 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 答案B 2 两根平行的长直金属导轨 其电阻不计 导线ab cd跨在导轨上且与导轨接触良好 如图9 3 12所示 ab的电阻大于cd的电阻 当cd在外力F1 大小 的作用下 匀速向右运动时 ab在外力F2 大小 的作用下保持静止 那么在不计摩擦力的情况下 Uab Ucd是导线与导轨接触间的电势差 A F1 F2 Uab UcdB F1UcdD F1 F2 Uab Ucd 图9 3 12 解析通过两导线电流强度一样 两导线都处于平衡状态 则F1 BIL F2 BIL 所以F1 F2 A B错误 Uab IRab 这里cd导线相当于电源 所以Ucd是路端电压 Ucd IRab即Uab Ucd 答案D 二 电磁感应中的动力学问题3 如图9 3 13所示 两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中 磁场垂直导轨所在平面 金属棒ab可沿导轨自由滑动 导轨一端连接一个定值电阻R 金属棒和导轨电阻不计 现将金属棒沿导轨由静止向右拉 若保持拉力F恒定 经时间t1后速度为v 加速度为a1 最终以速度2v做匀速运动 若保持拉力的功率P恒定 棒由静止经时间t2后速度为v 加速度为a2 最终也以速度2v做匀速运动 则 A t2 t1B t1 t2C a2 2a1D a2 5a1 图9 3 13 答案B 4 如图9 3 14所示 足够长的光滑金属导轨MN PQ平行放置 且都倾斜着与水平面成夹角 在导轨的最上端M P之间接有电阻R 不计其他电阻 导体棒ab从导轨的最底端冲上导轨 当没有磁场时 ab上升的最大高度为H 若存在垂直导轨平面的匀强磁场时 ab上升的最大高度为h 在两次运动过程中ab都与导轨保持垂直 且初速度都相等 关于上述情景 下列说法正确的是 图9 3 14 答案B 三 电磁感应中的能量问题5 如图9 3 15所示 边长为L的正方形导线框质量为m 由距磁场H L高处自由下落 其下边ab进入匀强磁场后 线圈开始做减速运动 直到其上边cd刚刚穿出磁场时 速度减为ab边进入磁场时的一半 磁场的宽度也为L 则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为 图9 3 15 答案C 6 如图9 3 16所示 电阻不计且足够长的U型金属框架放置在绝缘水平面上 框架与水平面间的动摩擦因数 0 2 框架的宽度l 0 4m 质量m1 0 2kg 质量m2 0 1kg 电阻R