高考物理一轮复习 9.4电磁感应规律的综合应用(二)课件.ppt

第4节电磁感应规律的综合应用 二 1 感应电流在磁场中受到的作用 因此电磁感应问题往往跟学问题联系在一起 解决这类问题需要综合应用电磁感应规律 法拉第电磁感应定律 及力学中的有关规律 牛顿运动定律 动能定理等 分析时要特别注意 速度v达到时的特点 安培力 力 a 0 最大值 一 电磁感应中的动力学问题 2 运动的动态分析 1 电磁感应现象的实质是转化成电能 2 感应电流在磁场中受安培力 外力克服安培力 将转化为 电流做功再将电能转化为 3 电流做功产生的热量用焦耳定律计算 公式为q 其它形式的能 做功 其它形式的能 电能 其它形式的能 i2rt 二 电磁感应中的能量问题 题型一 电磁感应与动力学的综合 例1 2012天津 如图所示 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均强磁场中 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 已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热比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 方法与知识感悟 电磁感应中的动力学问题分析1 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 2 电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系 例2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 g取10m s2 求 1 金属棒在此过程中克服安培力做的功 2 金属棒下滑速度v 2m s时的加速度a 题型二 电磁感应与能量的综合 方法与知识感悟 电磁感应中的能量转化问题1 电磁感应中的能量转化特点外力克服安培力做功 把机械能或其它能量转化成电能 感应电流通过电路做功又把电能转化成其它形式的能 如内能 这一功能转化途径可表示为 2 电能求解思路主要有三种 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 利用能量守恒求解 其它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 例3如图所示 一矩形金属框架与水平面成角 37 宽l 0 4m 上 下两端各有一个电阻r0 2 框架的其它部分电阻不计 框架足够长 垂直于金属框架平面的方向有一向上的匀强磁场 磁感应强度b 1 0t ab为金属杆 与框架良好接触 其质量m 0 1kg 电阻r 1 0 杆与框架的动摩擦因数 0 5 杆由静止开始下滑 在速度达到最大的过程中 上端电阻r0产生的热量q0 0 5j g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 流过r0的最大电流 2 从开始到速度最大的过程中ab杆沿斜面下滑的距离 3 在时间1s内通过ab杆某横截面的最大电荷量 bd 2 如图所示 竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻r 质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦 棒与导轨的电阻均不计 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向与导轨平面垂直 棒在竖直向上的恒力f作用下加速上升的一段时间内 力f做的功与安培力做的功的代数和等于 a 棒的机械能增加量b 棒的动能增加量c 棒的重力势能增加量d 电阻r上放出的热量 a 解析 棒加速上升时受到重力 拉力f及安培力 根据机械能守恒的条件可知力f与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量 a选项正确 3 2011全国 如图 两根足够长的金属导轨ab cd竖直放置 导轨间距离为l电阻不计 在导轨上端并接两个额定功率均为p 电阻均为r的小灯泡 整个系统置于匀强磁场中 磁感应强度方向与导轨所在平面垂直 现将一质量为m 电阻可以忽略的金属棒mn从图示位置由静止开始释放 金属棒下落过程中保持水平 且与导轨接触良好 已知某时刻后两灯泡保持正常发光 重力加速度为g 求 1 磁感应强度的大小 2 灯泡正常发光时导体棒的运动速率 1 如图所示 光滑的 u 型金属导体框竖直放置 质量为m的金属棒mn与框架接触良好 磁感应强度分别为b1 b2的有界匀强磁场方向相反 但均垂直于框架平面 分别处在abcd和cdef区域 现从图示位置由静止释放金属棒mn 当金属棒进入磁场b1区域后 恰好做匀速运动 以下说法中正确的有 a 若b2 b1 金属棒进入b2区域后将加速下滑b 若b2 b1 金属棒进入b2区域后仍将保持匀速下滑 bcd 巩固基础 c 若b2b1 金属棒进入b2区域后可能先减速后匀速下滑 解析 金属棒从b1进入b2后速度不能瞬时变化 由于磁场方向发生了变化 产生的感应电流方向发生了变化 但安培力的方向不变 2 如图所示 水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab 导轨的一端连接电阻r 其他电阻均不计 磁感应强度为b的匀强磁场垂直于导轨平面向下 金属棒ab在一水平恒力f作用下由静止开始向右运动 则 a 随着ab运动速度的增大 其加速度也增大b 外力f对ab做的功等于电路中产生的电能c 当ab做匀速运动时 外力f做功的功率等于电路中的电功率d 无论ab做何种运动 它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能 cd 3 风速仪的简易装置如图甲所示 在风力作用下 风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动 线圈中的感应电流随风速v的变化而变化 风速为v1时 测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示 若风速变为v2 且v2 v1 则感应电流的峰值im 周期t和电动势e的变化情况是 a a im变大 t变小b im变大 t不变c im变小 t变小d im不变 e变大 4 如图所示 边长为l的正方形金属线框在水平恒力f作用下运动 穿过方向垂直纸面向外的有界匀强磁场区域 磁场区域的宽度为d d l 已知ab边进入磁场时 线框的加速度恰好为零 则线框进入磁场和穿出磁场的过程相比较 有 a 产生的感应电流方向和大小均相同b 受到的安培力方向相反c 进入磁场过程中通过ab的电荷量等于穿出磁场过程中通过ab的电荷量d 进入磁场过程中产生的热量少于穿出磁场过程中产生的热量 cd 提升能力 5 如图所示 质量为m 边长为l的正方形线框从某一高度自由落下后 通过一高度也为l的匀强磁场区域 不计空气阻力 则线框通过磁场过程中产生的焦耳热 a 可能大于2mglb 可能等于2mglc 可能小于2mgld 可能为零 abc d 解析 从能量守恒的角度可知 a b c选项错误 有磁场时导体受到的安培力沿斜面向下 当速度为零时 所受安培力为零 d选项正确 7 如图所示 水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场 两个边长相等的单匝闭合正方形线圈 和 分别用相同材料 不同粗细的导线绕制 为细导线 两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落 再进入磁场 最后落到地面 运动过程中 线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界 设线圈 落地时的速度大小分别为v1 v2 在磁场中运动时产生的热量分别为q1 q2 不计空气阻力 则 a v1q2d v1 v2 q1 q2 d 8 如图甲所示 金属棒mn放在曲线金属导轨ab和直线金属导轨cd之间 不计一切摩擦及金属棒和两导轨的电阻 图中曲线导轨ab被弯成正弦 或余弦 曲线 两导轨右端连有一定值电阻r 整个装置水平置于竖直向下的匀强磁场中 在金属棒mn上施加一垂直于mn的水平作用力f 使mn始终垂直于直线导轨做匀速直线运动 图中p为金属棒mn与曲线导轨的接触点 图中y为金属棒上一点 且my的长度恰等于正弦曲线极值点之间的高度差 金属棒mn运动过程中与导轨接触良好 当金属棒mn处在两导轨左端虚线所在位置时开始计时 则对图乙判断正确的是 a a为电阻两端电压随时间变化关系的ur t图线b b线为金属棒mn两点电势差随时间变化关系的umn t图线c c为金属棒pn两点电势差随时间变化关系的upn t图线d d为金属棒my两点电势差随时间变化关系的umy t图线 解析 因为有效切割长度随时间变化 故ur不可能为恒定值 a错 因为mn的电阻不计 故umn blv l为mn之长 且 m n 故umn 0 b错 设my中点到n之长为h upn为u1 bvh的恒定值和u2 acos t的交变值的代数和 相当于将u2 t图象的横轴向u轴负方向平移u1后 即得upn的图象如图c或相当于将 u2的图象向u轴正方向平移u1后 即得到upn的图象如图c c对 umy bvlmy为恒定值 d错 a 10 如图所示 mn pq为相距l 0 2m的光滑平行导轨 导轨平面与水平面夹角为 30 导轨处于磁感应强度为b 1t 方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 在两导轨的m p两端接有r 2 的定值电阻 回路其余电阻不计 一质量为m 0 2kg的导体棒垂直导轨放置且与导轨接触良好 今平行于导轨对导体棒施加一作用力f 使导体棒从ab位置由静止开始沿导轨向下匀加速滑到底端 滑动过程中导体棒始终垂直于导轨 加速度大小为a 4m s2 经时间t 1s滑到cd位置 从ab到cd过程中电阻发热为q 0 1j g取10m s2 求 1 到达cd位置时 对导体棒施加的作用力 2 导体棒从ab滑到cd过程中作用力f所做的功 11 2012广东 如图所示 质量为m的导体棒ab 垂直放在相距为l的平行光滑金属轨道上 导轨平面与水平面的夹角为 并处于磁感应强度大小为b 方向垂直与导轨平面向上的匀强磁场中 左侧是水平放置 间距为d的平行金属板r和rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值 不计其他电阻 1 调节rx r 释放导体棒 当棒沿导轨匀速下滑时 求通过棒的电流i及棒的速率v 2 改变rx 待棒沿导轨再次匀速下滑后 将质量为m 带电量为 q的微粒水平射入金属板间 若它能匀速通过 求此时的rx 12 如图甲所示 光滑绝缘水平面上 磁感应强度b 2t的匀强磁场以虚线mn为左边界 mn的左侧有一质量m 0 1kg bc边长l1 0 2m 电阻r 2 的矩形线圈abcd t 0时 用一恒定拉力f拉线圈 使其由静止开始向右做匀加速运动 经过时间1s 线圈的bc边到达磁场边界mn 此时立即将拉力f改为变力 又经过1s 线圈恰好完全进入磁场 整个运动过程中 线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示 1 求线圈bc边刚进入磁场时的速度v1和线圈在第1s内运动的距离x 2 写出第2s内变力f随时间t变化的关系式 3 求出线圈ab边的长度l2 13 如图所示 间距l 0 3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内 在水平面a1b1b2a2区域内和倾角 37 的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度b1 0 4t 方向竖直向上和b2 1t 方向垂直于斜面向上的匀强磁场 电阻r 0 3