高考物理二轮复习 专题七 电磁感应 交变电流 第24课时 法拉第电磁感应定律的综合运用课件.ppt

第24课时法拉第电磁感应定律的综合运用 易错点一电磁感应中的图象问题1 电磁感应图象问题的分类 1 由给出的电磁感应过程选出或画出正确的图象 2 由给定的有关图象分析电磁感应过程 求解相应物理量 2 分析电磁感应图象的要点 1 要抓住磁通量的变化是否均匀 从而推知感应电动势 感应电流 是否大小恒定 用楞次定律判断出感应电动势 或感应电流 的方向 从而确定其正负 以及在坐标中的范围 3 要正确理解图象问题 必须既能根据图象的定义把图象反映的规律对应到实际过程中去 又能根据实际过程的物理规律进行判断 这样 才抓住了解决图象问题的根本 2 分析回路中的感应电动势或感应电流的大小及其变化规律 要利用法拉第电磁感应定律来分析 有些图象还要画出等效电路来辅助分析 练1 多选 半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置 在圆环的缺口两端引出两根导线 分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接 两板间距为d 如图1所示 有一变化的磁场垂直于纸面 规定向内为正 变化规律如图2所示 在t 0时刻平板之间中心有一重力不计 电荷量为q的静止微粒 则以下说法正确的是 解析根据楞次定律和法拉第电磁感应定律画出极板间电势差 以上极板电势高时为正 随时间变化的关系图象如图甲所示 根据牛顿运动定律和运动学知识得到微粒运动的图象如图乙所示 由上述两图象知 选项a正确 b c错误 根据法拉第电磁感应定律得第2s末两极板之间的电压大小 乙 答案ad 易错点二电磁感应中的电路问题解决电磁感应中的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 练2 如图3所示 r1 5 r2 6 电压表与电流表的量程分别为0 10v和0 3a 电表均为理想电表 导体棒ab与导轨电阻均不计 且导轨光滑 导轨平面水平 ab棒处于匀强磁场中 图3 1 当变阻器r接入电路的阻值调到30 且用f1 40n的水平拉力向右拉ab棒并使之达到稳定速度v1时 两表中恰好有一表满偏 而另一表又能安全使用 则此时ab棒的速度v1是多少 2 当变阻器r接入电路的阻值调到3 且仍使ab棒的速度达到稳定时 两表中恰有一表满偏 而另一表能安全使用 则此时作用于ab棒的水平向右的拉力f2是多大 答案 1 1m s 2 60n 疑难点三电磁感应中的动力学问题用 四步法 分析电磁感应中的动力学问题 具体思路如下 练3 如图4所示 两完全相同的金属棒垂直放在水平光滑导轨上 其质量均为m 1kg 导轨间距d 0 5m 现两棒并齐 中间夹一长度不计的轻质压缩弹簧 弹簧弹性势能为ep 16j 现释放弹簧 不拴接 弹簧弹开后 两棒同时获得大小相等的速度开始反向运动 ab棒进入一随时间变化的磁场 已知b 2 0 5t 单位 t 导轨上另有两个挡块p q cd棒与之碰撞时无能量损失 开始时挡块p与cd棒之间的距离为16m ab棒与虚线mn之间的距离为16m 两棒接入导轨部分的电阻均为r 5 导轨电阻不计 若从释放弹簧时开始计时 不考虑弹簧弹开两棒的时间 即瞬间就弹开两棒 在ab棒进入磁场边界的瞬间 对ab棒施加一外力f 大小和方向都可以变化 使之做加速度大小为a 0 5m s2的匀减速直线运动 求 1 ab棒刚进入磁场时的外力f的大小和方向 2 ab棒速度为零时所受到的安培力 图4 答案 1 1 1n方向水平向右 2 6 4n方向水平向右 疑难点四电磁感应中的能量问题1 电磁感应中的能量转化关系 2 求解焦耳热q的三种方法 3 电能求解方法 1 利用克服安培力做功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒定律求解 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 通过电路中所消耗的电能来计算 4 用能量方法解决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 求出回路中电阻消耗电功率的表达式 3 分析导体机械能的变化 用能量守恒定律得到机械功率的改变与电功率的改变所满足的关系式 练4 如图5所示 两根足够长的平行金属导轨固定在倾角 30 的斜面上 导轨电阻不计 间距l 0 4m 导轨所在空间被分成区域 和 两区域的边界与斜面的交线为mn 中的匀强磁场方向垂直斜面向下 中的匀强磁场方向垂直斜面向上 两磁场的磁感应强度大小均为b 0 5t 在区域 中 将质量m1 0 1kg 电阻r1 0 1 的金属棒ab放在导轨上 ab刚好不下滑 然后 在区域 中将质量m2 0 4kg 电阻r2 0 1 的光滑导体棒cd置于导轨上 由静止开始下滑 cd在滑动过程中始终处于区域 的磁场中 ab cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触 取g 10m s2 问 1 cd下滑的过程中 ab中的电流方向 2 ab刚要向上滑动时 cd的速度v多大 3 从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中 cd滑动的距离x 3 8m 此过程中ab上产生的热量q是多少 图5 答案 1 由a流向b 2 5m s 3 1 3j 真题示例 1 测u时 与a点相接的是电压表的 正极 还是 负极 2 求此时铝块的速度大小 3 求此下落过程中铝块机械能的损失 图6 答案 1 正极 2 2m s 3 0 5j 例2 2016 浙江理综 小明设计的电磁健身器的简化装置如图7所示 两根平行金属导轨相距l 0 50m 倾角 53 导轨上端串接一个r 0 05 的电阻 在导轨间长d 0 56m的区域内 存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场 磁感应强度b 2 0t 质量m 4 0kg的金属棒cd水平置于导轨上 用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆gh相连 cd棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s 0 24m 一位健身者用恒力f 80n拉动gh杆 cd棒由静止开始运动 上升过程中cd棒始终保持与导轨垂直 当cd棒到达磁场上边界时健身者松手 触发恢复装置使cd棒回到初始位置 重力加速度g 10m s2 sin53 0 8 不计其他电阻 摩擦力以及拉杆和绳索的质量 求 1 cd棒进入磁场时速度v的大小 2 cd棒进入磁场时所受的安培力fa的大小 3 在拉升cd棒的过程中 健身者所做的功w和电阻产生的焦耳热q 图7 答案 1 2 4m s 2 48n 3 64j26 88j 冲刺训练 1 如图8甲为风速仪的结构示意图 在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁体转动 线圈产生的电流随时间变化的关系如图乙 若风速减小到原来的一半 则电流随时间变化的关系图可能是 图8 解析根据em nbs 若风速减小到原来的一半时 则最大感应电动势也变小 所以感应电流也变小 根据转速与周期成反比 可知 若风速减小到原来的一半时 则周期变大为原来两倍 故c正确 a b d错误 答案c 2 多选 如图9甲所示 水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置 间距为l 一端通过导线与阻值为r的电阻连接 导轨上放一质量为m的金属杆 金属杆 导轨的电阻均忽略不计 匀强磁场垂直导轨平面向下 用与导轨平行的恒定拉力f作用在金属杆上 杆最终将做匀速运动 当改变拉力的大小时 金属杆做匀速运动时的速度v也会变化 v和f的关系如图乙所示 下列说法正确的是 图9 答案bd 3 如图10所示 两平行导轨间距l 0 1m 足够长光滑的倾斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接 倾斜部分与水平面的夹角 30 垂直斜面方向向上的磁场的磁感应强度b 0 5t 水平部分没有磁场 金属棒ab质量m 0 005kg 电阻r 0 02 运动中与导轨有良好接触 并且垂直于导轨 电阻r 0 08 其余电阻不计 当金属棒从斜面上离地高h 1 0m以上任何地方由静止释放后 在水平面上滑行的最大距离x都是1 25m g取10m s2 求 1 棒在斜面上的最大速度 2 水平面的动摩擦因数 3 从高度h 1 0m处滑下后电阻r上产生的热量 图10 答案 1 1 0m s 2 0 04 3 3 8 10 2j 4 如图11 电阻不计的相同的光滑弯折金属轨道mon与m o n 均固定在竖直面内 二者平行且正对 间距为l 1m 构成的斜面noo n 与moo m 跟水平面夹角均为 30 两边斜面均处于垂直于斜面的匀强磁场中 磁感应强度大小均为b 0 1t t 0时 将长度也为l 电阻r 0 1 的金属杆a在轨道上无初速度释放 金属杆与轨道接触良好 轨道足够长 g取10m s2 不计空气阻力 轨道与地面绝缘 1 求t时刻杆a产生的感应电动势的大小e 2 在t 2s时将与a完全相同的金属杆b放在moo m 上 发现b恰能静止 求a杆的质量m以及放上b后a杆每下滑位移s 1m回路产生的焦耳热q 图11 解析 1 只放