高考物理总复习 94电磁感应的综合应用课件 新人教版.ppt

第4单元电磁感应的综合应用 一 电磁感应中的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 电磁感应往往和力学问题结合在一起 解决这类问题基本方法 确定研究对象 进行受力分析 运动情况的动态分析 导体受力运动产生感应电动势 感应电流 通电导体受安培力 合外力变化 加速度变化 速度变化 周而复始地循环 循环结束时 加速度等于零 导体达稳定状态 抓住a 0时 速度达最大 紧紧抓住 物体的运动状态与其受力密切相关 例1 如图所示 两平行导轨m n水平固定在一个磁感应强度为b 方向竖直向上的匀强磁场中 两根相同的导体棒 垂直于导轨放置 它们的质量都为m 电阻都为r 导体棒与导轨接触良好 导轨电阻不计 导体棒与导轨间的动摩擦因数均为 开始时两导体棒处于静止状态 现对 棒施加一平行于导轨的恒力f 方向如图所示 使 棒运动起来 关于两棒的最终运动状态 下列说法可能正确的是 a 棒最终做匀速运动而 棒静止b 两棒最终都以相同的速度做匀速运动c 两棒最终都匀速运动 但 棒的速度较大d 两棒最终都以相同的加速度运动 解析 分两种情况讨论 1 f 2 mg 则导体棒 先做加速运动 随着所受的安培力增大 导体棒的加速度越来越小 直到f mg f安 若 mg f安 此时导体棒 处于静止 导体棒 做匀速运动 2 f 2 mg 导体棒 先做加速运动 当所受的安培力大于 mg时 导体棒 也开始做加速运动 一直到两导体棒的加速度相等 即两者的速度差恒定 此时安培力的大小不变 两棒均保持匀加速直线运动 答案 ad 二 电磁感应与做功相结合 例2 2011 重庆 有人设计了一种可测速的跑步机 测速原理如图所示 该机底面固定有间距为l 长度为d的平行金属电极 电极间充满磁感应强度为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场 且接有电压表和电阻r 绝缘橡胶带上镀有间距为d的平行细金属条 磁场中始终仅有一根金属条 且与电极接触良好 不计金属电阻 若橡胶带匀速运动时 电压表读数为u 求 1 橡胶带匀速运动的速率 2 电阻r消耗的电功率 3 一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功 三 电磁感应中的电路问题 例3 2012 浙江 为了提高自行车夜间行驶的安全性 小明同学设计了一种 闪烁 装置 如图所示 自行车后轮由半径r1 5 0 10 2m的金属内圈 半径r2 0 40m的金属外圈和绝缘辐条构成 后轮的内 外圈之间等间隔地接有4根金属条 每根金属条的中间均串联有一电阻值为r的小灯泡 2 ab边切割充当电源 其余为外电路 且并联 其等效电路如图所示 答案 4 9 10 2v 电流方向由b到a 电路见解析 一 巧妙选取研究对象 例1 如图所示 两电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为 导轨间距为l 所在平面的正方形区域abcd内存在有界匀强磁场 磁感应强度为b 方向垂直斜面向上 将甲 乙两阻值相同 质量均为m的相同金属杆放置在导轨上 甲金属杆处在磁场的上边界 甲乙相距l 从静止释放两金属杆的同时 在甲金属杆上施加一个沿着导轨的外力 使甲金属杆在运动过程中始终沿导轨向下做匀加速直线运动 加速度大小为gsin 乙金属杆刚进入磁场时做匀速运动 1 甲 乙的电阻r为多少 2 从刚释放两金属杆时开始计时 写出从计时开始到甲金属杆离开磁场的过程中 外力f随时间t的变化关系式 并说明f的方向 3 若从开始释放到乙金属杆离开磁场 乙金属杆中共产生热量q 试求此过程中外力f对甲做的功 3 分两个过程考虑 第一过程 乙进入磁场前做匀加速运动 只有甲切割磁感线 甲乙产生相同的热量 设为q1 此过程中甲一直在磁场中 外力f始终等于安培力 则有wf w安 2q1 第二过程 乙在磁场中切割磁感线 产生的热量q2 q q1 对乙匀速过程用动能定理 受三个力 重力 支持力 安培力 注意安培力做功 就是这个过程消耗的总热量 有mglsin 2q2 0 0 联立解得wf 2q mglsin 学法指导 本题的第一问 不能以甲为研究对象 因为甲的外力和安培力相等 但都随时间变化 无法列出相应方程求解 第三问原题中解法为分过程求解 若从开始释放到乙金属杆离开磁场 乙金属杆中共产生热量q 由于电流始终相同 故整个过程中甲金属杆中也产生热量q 实际上 本题也可将甲乙作为整体应用动能定理 对从开始到乙离开磁场过程用动能定理 受力分析知做功的力为外力 重力 安培力 二 科学分析 不能想当然 例2 2011 上海 电阻可忽略的光滑平行金属导轨长s 1 15m 两导轨间距l 0 75m 导轨倾角为30 导轨上端ab接一阻值r 1 5 的电阻 磁感应强度b 0 8t的匀强磁场垂直轨道平面向上 阻值r 0 5 质量m 0 2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好 从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端 在此过程中金属棒产生的焦耳热qr 0 1j 取g 10m s2 求 解析 1 下滑过程中安培力的功即为在电阻上产生的焦耳热 由于r 3r 因此qr 3qr 0 3jw安 q qr qr 0 4j 学法指导 有些考生一看到提供的解法 第一反应就是不对 本题对动能定理的应用只是提供一个思路 具体的解题步骤并未详尽给出 一 电磁感应中的图象问题 例1 2010 上海 如图所示 一有界区域内 存在着磁感应强度大小均为b 方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场 磁场宽度均为l 边长为l的正方形线框abcd的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上 使线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域 若以逆时针方向为电流的正方向 能反映线框中感应电流变化规律的是 答案 ac 触类旁通 2013 山东 将一段导线绕成图甲所示的闭合电路 并固定在水平面 纸面 内 回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场 中 回路的圆形区域内有垂直纸面的磁场 以向里为磁场 的正方向 其磁感应强度b随时间t变化的图象如图乙所示 用f表示ab边受到的安培力 以水平向右为f的正方向 能正确反映f随时间t变化的图象是 解析 分析一个周期内的情况 在前半个周期内 磁感应强度均匀变化 磁感应强度b的变化率一定 由法拉第电磁感应定律得知 圆形线圈中产生的感应电动势恒定不变 则感应电流恒定不变 ab边在磁场中所受的安培力也恒定不变 由楞次定律可知 圆形线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向 通过ab的电流方向从b a 由左手定则判断得知 ab所受的安培力方向水平向左 为负值 同理可知 在后半个周期内 安培力大小恒定不变 方向水平向右 故b项正确 答案 b 二 电磁感应中的能量问题 例2 2012 上海 如图所示 质量为m的足够长金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上 一电阻不计 质量为m的导体棒pq放置在导轨上 始终与导轨接触良好 pqbc构成矩形 棒与导轨间动摩擦因数为 棒左侧有两个固定于水平面的立柱 导轨bc段长为l 开始时pq左侧导轨的总电阻为r 右侧导轨单位长度的电阻为r0 以ef为界 其左侧匀强磁场方向竖直向上 右侧匀强磁场水平向左 磁感