高考物理一轮总复习 专题十 第3讲 电磁感应定律的综合应用课件.ppt

第3讲电磁感应定律的综合应用 考点1 电磁感应中的电路问题 1 电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于电源 将它们接上电容器 便可使电容器充电 将它们接上用电器 便可对用电器供电 在回路中形成电流 因此 电磁感应问题往往跟电路问题联系在一起 解决电磁感应电路问题的关键是把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路 2 基本方法 1 确定电源 先判断产生电磁感应现象的是哪一部分导 体 该部分导体可视为等效电源 2 分析电路结构 画等效电路图 3 利用电路规律求解 主要有欧姆定律 串并联规律等 3 常见的一些分析误区 1 不能正确分析感应电动势及感应电流的方向 因产生感应电动势那部分电路为电源部分 故该部分电路中的电流应为电源内部的电流 而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势 2 应用欧姆定律分析求解电路时 不注意等效电源的内阻 对电路的影响 3 对接在电路中电表的读数不能正确进行分析 特别是并联在等效电源两端的电压表 其示数应该是外电压 而不是等效电源的电动势 也不是内电压 跟踪训练 1 半径为a的圆形区域内有均匀磁场 磁感强度为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地放置 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r 2 一金属棒mn与金属环接触良好 棒上单位长度的电阻为1 环的电阻忽略不计 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10 3 1所示 mn中的电动势和流过灯l1的电流 2 撤去中间的金属棒mn 将右面的半圆环ol2o 以oo 为轴向上翻转90 若此时磁场随时间均匀变化 其变化 图10 3 1 解 1 棒滑过圆环直径oo 的瞬间 mn中的电动势e1 b 2a v0 0 2 2 0 4 5v 0 8v等效电路如图52所示 流过灯l1的电流 图52 图53 2 撤去中间的金属棒mn 将右面的半圆环ol2o 以oo 为轴向上翻转90 半圆环ol1o 中产生感应电动势 相当于电源 灯l2为外电路 等效电路如图53所示 感应电动势 考点2 电磁感应中的图象问题 1 图象类型 时间 位移x 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 变化的图线 即b t图线 t图线 e t图线和i t图线 2 对于切割磁感线产生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 变化的图线 即e x图线和i x图线等 2 两类图象问题 1 由给定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 求解相应的物理量 3 解题的基本方法 楞次定律 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 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中的范围 2 图象的初始条件 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象的关键 4 解题时要注意的事项 1 电磁感应中的图象定性或定量地表示出所研究问题的 函数关系 2 在图象中e i b等物理量的方向通过物理量的正负来 反映 3 画图象要注意纵 横坐标的单位长度定义或表达 跟踪训练 2 匀强磁场的磁感应强度b 0 2t 磁场宽度l 3m 一正方形金属框边长l 1m 每边电阻r 0 2 金属框以速度v 10m s匀速穿过磁场区 其平面始终保持与磁感线方向垂直 如图10 3 2所示 求 1 画出金属框穿过磁场区的过程中 金属框内感应电流的i t图线 要求 写出作图依据 2 画出ab两端电压的u t图线 要求写出作图依据 图10 3 2 图54 2 金属框进入磁场区时ab两端的电压u1 i1r 2 5 0 2v 0 5v 金属框完全在磁场中运动时 ab两端的电压等于感应电动 势 u2 blv 2v 金属框穿出磁场区时ab两端的电压u3 e3 i3r 1 5v 由此得u t图线如图55所示 图55 考点3 电磁感应中的动力学问题 1 电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起 分析时要特别注意加速度a 0 速度v达最大值的特点 这类问题的分析思路如下 2 基本方法 1 用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 由闭合电路欧姆定律求回路中的电流 3 分析导体受力情况 包含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求解 3 两种状态处理 1 导体处于平衡态 静止或匀速直线运动状态 处理方 法 根据平衡条件合外力等于零列式分析 2 导体处于非平衡态 加速度不为零 处理方法 根据牛顿第二定律进行动态分析 或结合功能关系分析 跟踪训练 3 如图10 3 3所示 两根足够长的直金属导轨mn pq平行放置在倾角为 的绝缘斜面上 两导轨间距为l m p两点间接有阻值为r的电阻 一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上 并与导轨垂直 整套装置处于磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向垂直斜面向下 导轨和金属杆的电阻可忽略 让ab杆沿导轨由静止开始下滑 导轨和金属杆接触良好 不计它们之间的摩擦 1 由b向a方向看到的装置如图乙所示 请在此图中画出 ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图 2 在加速下滑过程中 当ab杆的速度大小为v时 求此时ab杆中的电流及其加速度的大小 3 求在下滑过程中 ab杆可以达到的速度最大值 甲 乙 图10 3 3 解 1 如图56 重力mg 竖直向下 支持力n 垂直斜面向上 安培力f 沿斜面向上 2 当ab杆速度为v时 感应电动势 e blv 此时电路电流 图56 根据牛顿运动定律 有 考点4 电磁感应中的能量问题 1 电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程 过程可以简化为下列形式 安培力做功的过程 是 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 电 2 解答步骤 1 在电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于 2 搞清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量发 生了相互转化 电源 3 根据能量守恒列方程求解 跟踪训练 4 双选 2011年广州一模 如图10 3 4 金属棒ab cd与足够长的水平光滑金属导轨垂直且接触良好 匀强磁场垂 直导轨所在的平面 ab棒在恒力f作用下向右运动 则 图10 3 4 a 安培力对ab棒做正功 bd b 安培力对cd棒做正功c abdca回路的磁通量先增加后减少d f做的功等于回路产生的总热量和系统动能增量之和 热点 电磁感应中的综合问题 例题 如图10 3 5甲所示 一个电阻值为r 匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2r的电阻r1连接成闭合回路 线圈的半径为r1 在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场 磁感应强度b随时间t变化的关系图线如图乙所示 图线与横 纵轴的截距分别为t0和b0 导线的电阻不计 求0至t1时间内 图10 3 5 1 通过电阻r1上的电流大小和方向 2 通过电阻r1上的电量q及电阻r1上产生的热量q 解 1 由图象分析可知 0至t1时间内 b t t0 由法拉第电磁感应定律有 b0 2 通过电阻r1上的电量 规律总结 在给定有关图象分析电磁感应过程的题目中 首先要了解磁场的变化过程 再利用楞次定律判断电流的方向 然后根据法拉第电磁感应定律分析解决问题 触类旁通 1 2011年天津卷 如图10 3 6所示 两根足够长的光滑平行金属导轨mn pq间距为l 0 5m 其电阻不计 两导轨及其构成的平面均与水平面成30 角 完全相同的两金属棒ab cd分别垂直导轨放置 每棒两端都与导轨始终有良好接触 已知两棒质量均为m 0 02kg 电阻均为r 0 1 整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 磁感应强度b 0 2t 棒ab在平行于导轨向上的力f作用下 沿导轨向上匀速运动 而棒cd恰好能够保持静止 取g 10m s2 问 1 通过棒cd的电流i是多少 方向如何 2 棒ab受到的力f多大 3 棒cd每产生q 0 1j的热量 力f做的功w是多少 图10 3 6 解 1 棒cd受到的安培力fcd bil 棒cd在共点力作用下平衡 则fcd mgsin30 由 式代入数据解得i 1a 方向由右手定则可知由d 到c 2 棒ab与棒cd受到的安培力大小相等 fab fcd对棒ab由共点力平衡有f mgsin30 bil 代入数据解得f 0 2n 3 设在时间t内棒cd产生q 0 1j热量 由焦耳定律可知 q i2rt 易错点 对安培力的判断 例题 如图10 3 7所示 竖直平面内有足够长的金属导轨 轨距0 2m 金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动 ab的电阻为0 4 导轨电阻不计 导轨ab的质量为0 2g 垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0 2t 且磁场区域足够大 当ab导体自由下落0 4s时 突然 接通开关s 则 图10 3 7 1 试说出s接通后 ab导体的运动情况 2 ab导体匀速下落的速度是多少 取g 10m s2 错解分析 s闭合后 ab受到竖直向下的重力和竖直向上的安培力作用 合力竖直向下 ab仍处于竖直向下的加速运动状态 随着向下速度的增大 安培力增大 ab受竖直向下的合力减小 直至减为0时 ab处于匀速竖直下落状态 上述解法是受平常做题时总有安培力小于重力的影响 没有对初速度和加速度之间的关系做认真的分析 不善于采用定量计算的方法分析问题 正确解析 1 闭合s之前导体自由下落的末速度为v0 gt 4m ss闭合瞬间 导体产生感应电动势 回路中产生感应电流 ab立即受到一个竖直向上的安培力 所以 ab做竖直向下的加速度逐渐减小的变减速运动 当速度减小至f安 mg时 ab做竖直向下的匀速运动 2 设匀速下落的速度为v 此时 纠错强化 1 如图10 3 8所示 平行且足够长的两条光滑金属导轨 相距0 5m 与水平面夹角为30 不计电阻 广阔的匀强磁场垂直穿过导轨平面 磁感应强度b 0 4t 垂直导轨放置两金属棒ab和cd 长度均为l 0 5m 电阻均为