高考物理一轮复习 第九章 电磁感应 第3讲专题 电磁感应的综合应用课件 教科版选修32.ppt

第3讲专题电磁感应的综合应用 2013届高考一轮物理复习课件选修3 2第九章电磁感应 教科版 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 考点一电磁感应中的力学问题 1 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 2 附 安培力的方向判断 3 电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系 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 典例1 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 图9 3 1 2 线框加速下滑时 由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma由a 5 0m s2得 53 3 线框通过磁场时 线框做匀速运动 线框受力平衡 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 变式1 图9 3 2 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 解析 1 由图象知 杆自由下落0 1s进入磁场以v 1 0m s做匀速运动产生的电动势e blv杆所受安培力f安 bil由平衡条件得mg f安代入数据得b 2t 2 电阻r产生的热量q i2rt 0 075j 答案 1 2t 2 0 075j 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 解题方法 1 确定电源 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 利用e blvsin 或求感应电动势的大小 利用右手定则或楞次定律判断电流方向 如果在一个电路中切割磁感线的有几个部分但又相互联系 可等效成电源的串 并联 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 考点二电磁感应中的电学问题 1 2 如图9 3 3所示 匀强磁场b 0 1t 金属棒ab长0 4m 与框架宽度相同 电阻为 框架电阻不计 电阻r1 2 r2 1 当金属棒以5m s的速度匀速向左运动时 求 1 流过金属棒的感应电流多大 2 若图中电容器c为0 3 f 则充电量多少 典例2 图9 3 3 解析 1 由e blv得e 0 1 0 4 5v 0 2v答案 1 0 2a 2 4 10 8c 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 变式2 图9 3 4 解析 1 内外功率相等 则内外电阻相等 3 f bil 1 0 75 1n 0 75n 答案 1 3 2 0 375w 0 75w 3 0 75n 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 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 考点三电磁感应中的图象问题 1 2 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 典例3 图9 3 5 解析线框以初速度v0匀加速通过磁场 由e blv i 知线框进出磁场时产生的电流应该是均匀变化的 由楞次定律可判断出感应电流的方向 对照选项中各图可知应选a 答案a 电磁感应图象问题的解决方法 1 明确图象的种类 即是b t图象还是 t图象 或者e t图象 i t图象等 2 分析电磁感应的具体过程 3 用右手定则或楞次定律确定方向对应关系 4 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律等规律写出函数关系式 5 根据函数关系式 进行数学分析 如分析斜率的变化 截距等 6 判断图象 或画图象或应用图象解决问题 2011 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 变式3 图9 3 6 因为规定了导线框中感应电流逆时针方向为正 感应电流在0 2s内为顺时针方向 所以b错 由f bil得 f与b成正比 c正确 d错 答案c 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 能量转化及焦耳热的求法 1 能量转化 考点四电磁感应中的能量问题 1 2 2 求解焦耳热q的几种方法 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 典例4 图9 3 7 解析 1 设ab边刚进入磁场时速度大小为v0 线框质量为m 电阻为r ab l cd 5l ab边刚出磁场的一段时间内 线框切割磁感线的有效长度为2l 设线框匀速运动时速度大小为v1 由法拉第电磁感应定律得e感 b 2lv1 dc边刚进入磁场瞬间 线框切割磁感线的有效长度为3l 产生的感应电动势e感 b 3l v1 由牛顿第二定律得 2 从线框开始下落到dc边进入磁场前瞬间 重力做功wg mg 3h 根据能量守恒定律得线框机械能损失 所以 线框的机械能损失 e和重力做功wg之比为 e wg 47 48 解决这类问题的基本方法 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 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 变式4 图9 3 8 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