高考物理一轮复习 9.3 专题 电磁感应的综合应用课件 新课标.ppt

考点一电磁感应中的力学问题1 题型特点 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用 因此 电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起 解决这类问题 不仅要应用电磁学中的有关规律 如楞次定律 法拉第电磁感应定律 左手定则 右手定则 安培力的计算公式等 还要应用力学中的有关规律 如牛顿运动定律 动能定理 机械能守恒定律等 要将电磁学和力学的知识综合起来应用 第3讲专题电磁感应的综合应用 2 解题方法 1 选择研究对象 即哪一根导体棒或几根导体棒组成的系统 2 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 3 求回路中的电流大小 4 分析其受力情况 5 分析研究对象所受各力的做功情况和合外力做功情况 选定所要应用的物理规律 6 运用物理规律列方程求解 电磁感应力学问题中 要抓好受力情况 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 导体达到稳定状态 典例1 一个质量m 0 1kg的正方形金属框总电阻r 0 5 金属框放在表面绝缘的斜面aa b b的顶端 金属框上边与aa 重合 自静止开始沿斜面下滑 下滑过程中穿过一段边界与斜面底边bb 平行 宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端 金属框下边与bb 重合 设金属框在下滑过程中的速度为v 与此对应的位移为x 那么v2 x图象如图9 3 1所示 已知匀强磁场方向垂直斜面向上 金属框与斜面间的动摩擦因数 0 5 取g 10m s2 sin53 0 8 cos53 0 6 1 根据v2 x图象所提供的信息 计算出金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间t 2 求出斜面aa b b的倾斜角 3 求匀强磁场的磁感应强度b的大小 解析 1 由v2 x图象可知 x1 0 9mv1 3m s做匀加速运动x2 1 0mv1 3m s做匀速运动x3 1 6m 末速度v2 5m s 做匀加速运动设线框在以上三段的运动时间分别为t1 t2 t3 变式1 如图9 3 2甲所示 不计电阻的平行金属导轨竖直放置 导轨间距为l 1m 上端接有电阻r 3 虚线oo 下方是垂直于导轨平面的匀强磁场 现将质量m 0 1kg 电阻r 1 的金属杆ab 从oo 上方某处垂直导轨由静止释放 杆下落过程中始终与导轨保持良好接触 杆下落过程中的v t图象如图9 3 2乙所示 取g 10m s2 求 1 磁感应强度b的大小 2 杆在磁场中下落0 1s的过程中电阻r产生的热量 答案 1 2t 2 0 075j 考点二电磁感应中的电学问题1 题型特点 磁通量发生变化的闭合电路或切割磁感线导体将产生感应电动势 回路中便有感应电流 从而涉及电路的分析及电流 电压 电功等电学物理量的计算 2 分析电路结构 内 外电路及外电路的串并联关系 画出等效电路图 3 利用电路规律求解 主要应用欧姆定律及串并联电路的基本性质等列方程求解 答案 1 0 2a 2 4 10 8c 变式2 如图9 3 4所示 pn与qm两平行金属导轨相距1m 电阻不计 两端分别接有电阻r1和r2 且r1 6 ab导体的电阻为2 在导轨上可无摩擦地滑动 垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1t 现ab以恒定速度v 3m s匀速向右移动 这时ab杆上消耗的电功率与r1 r2消耗的电功率之和相等 求 1 r2的阻值 2 r1与r2消耗的电功率分别为多少 3 拉ab杆的水平向右的外力f为多大 答案 1 3 2 0 375w 0 75w 3 0 75n 考点三电磁感应中的图象问题1 题型特点 一般可把图象问题分为三类 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 根据图象定量计算 2 电磁感应的图象 主要包括b t图象 t图象 e t图象和i t图象 还可能涉及感应电动势e和感应电流i随线圈位移x变化的图象 即e x图象和i x图象 典例3 如图9 3 5所示 边长为l 总电阻为r的正方形线框abcd放置在光滑水平桌面上 其bc边紧靠磁感应强度为b 宽度为2l 方向竖直向下的有界匀强磁场的边缘 现使线框以初速度v0匀加速通过磁场 下列图线中能定性反映线框从进入到完全离开磁场的过程中 线框中的感应电流的变化的是 答案a 变式3 2012 江西十校二模 矩形导线框abcd放在匀强磁场中 磁感线方向与线圈平面垂直 磁感应强度b随时间变化的图象如图9 3 6所示 t 0时刻 磁感应强度的方向垂直纸面向里 若规定导线框中感应电流逆时针方向为正 则在0 4s时间内 线框中的感应电流i以及线框的ab边所受安培力f随时间变化的图象为下图中的 安培力取向上为正方向 答案c 考点四电磁感应中的能量问题1 题型特点 电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程 而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的 安培力做功的过程 是电能转化为其他形式能的过程 外力克服安培力做功 则是其他形式的能转化为电能的过程 典例4 如图9 3 7所示 水平虚线l1 l2之间是匀强磁场 磁场方向水平向里 磁场高度为h 竖直平面内有一等腰梯形线框 底边水平 其上下边长之比为5 1 高为2h 现使线框ab边在磁场边界l1的上方h高处由静止自由下落 当ab边刚进入磁场时加速度恰好为0 在ab边刚出磁场的一段时间内 线框做匀速运动 求 1 dc边刚进入磁场时 线框加速度的大小 2 从线框开始下落到dc边刚进入磁场的过程中 线框的机械能损失和重力做功之比 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应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的电功率表达式 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方程 变式4 如图9 3 8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处向右上滑到a b 处的时间为t 0 5s 滑过的距离l 0 5m ab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 一 电磁感应中的图象问题 高频考查 1 2010 广东理综 16 如图9 3 9所示 平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域 细金属棒pq沿导轨从mn处匀速运动到m n 的过程中 棒上感应电动势e随时间t变化的图象 可能正确的是 解析在金属棒pq进入磁场区域之前或出磁场后 棒上均不会产生感应电动势 d项错误 在磁场中运动时 感应电动势e blv 与时间无关 保持不变 故a选项正确 答案a 2 2011 海南卷 6 如图9 3 10所示 eof和e o f 为空间一匀强磁场的边界 其中eo e o fo f o 且eo of oo 为 eof的角平分线 oo 间的距离为l 磁场方向垂直于纸面向里 一边长为l的正方形导线框沿o o方向匀速通过磁场 t 0时刻恰好位于图示位置 规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正 则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是 解析当线框左边进入磁场时 线框上的电流方向为逆时针 直至线框右边完全进入磁场 当右边一半进入磁场 左边一半开始出磁场 此后线圈中的电流方向为顺时针 当线框左边进入磁场时 切割磁感线的有效长度均匀增加 故感应电动势 感应电流均匀增加 当左边完全进入磁场 右边还没有进入时 感应电动势 感应电流达最大 且直到右边将要进入磁场这一段时间内均不变 当右边进入磁场时 左边开始出磁场 这时切割磁感线的有效长度均匀减小 感应电动势 感应电流均减小 且左 右两边在磁场中长度相等时为零 之后再反向均匀增加至左边完全出来 到右边到达左边界时电流最大且不变 直到再次减小 故b正确 答案b 3 2011 山东卷 22改编 如图9 3 11所示 两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计 两质量 长度均相同的导体棒c d 置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处 磁场宽为3h 方向与导轨平面垂直 先由静止释放c c刚进入磁场即匀速运动 此时再由静止释放d 两导体棒与导轨始终保持良好接触 用ac表示c的加速度 ekd表示d的动能 xc xd分别表示c d相对释放点的位移 图中正确的是 a b c d 答案d 二 电磁感应中的力 电综合问题 高频考点 4 2011 天津卷 11 如图9 3 12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 答案 1 1a方向由d到c 2 0 2n 3 0 4j 5 2011 浙江卷 23 如图9 3 13甲所示 在水平面上固定有长为l 2m 宽为d 1m的金属 u 型导轨 在 u 型导轨右侧l 0 5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场 且磁感应强度随时间变化规律如图9 3 13乙所示 在t 0时刻 质量为m 0 1kg的导体棒以v0 1m s的初速度从导轨的左端开始向右运动 导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 0 1 导轨与导体棒单位长度的电阻均为 0 1 m 不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响 取g 10m s2 1 通过计算分析4s内导体棒的运动情况 2 计算4s内回路中电流的大小 并判断电流方向 3 计算4s内回路产生的焦耳热 答案 1 导体在1s末停止运动 没进入磁场 2 0 2a顺时针方向 3 0 04j 6 2011 大纲全国