高考物理复习 第9章第三节电磁感应规律的综合应用课件 沪科版.ppt

第三节电磁感应规律的综合应用 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 基础知识梳理 第三节电磁感应规律的综合应用 基础知识梳理 blv bil 右手 左手 2 电磁感应中的力学问题在电磁感应现象中 感应电流通过导体在磁场中将受到 作用 因此电磁感应问题往往和力学问题联系在一起 形成电磁感应中的力学问题 1 受力情况 运动情况的分析 导体切割磁感线运动产生感应电动势 在电路中产生感应电流 感应电流在磁场中受安培力 安培力将阻碍导体运动 安培力一般是变力 导体切割磁感线运动的加速度发生变化 当加速度为零时 达到稳定状态 最后做匀速直线运动 安培力 2 两种状态处理 导体处于平衡状态 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 导体处于非平衡状态 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 思考感悟为什么在电磁感应中导体的运动多为变加速运动 i2rt 内能 机械能 电能 3 电磁感应中的能量转化特点外力克服安培力做功 把机械能或其他能量转化成电能 感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形成的能 如内能 这一功能转化途径可表示为 三 电磁感应图像问题1 图像问题归类 时间t 位移s 电磁感应 电磁感应 楞次定律 法拉第电磁感应定律 2 图像问题的特点 考查方式比较灵活 有时根据电磁感应现象发生的过程 确定图像的正确与否 有时依据不同的图像 进行综合计算 3 解题关键 弄清初始条件 正 负方向的对应 变化范围 所研究物理量的函数表达式 进出磁场的转折点是解决问题的关键 课堂互动讲练 一 电磁感应中的力学问题1 解电磁感应力学问题的一般步骤 1 用电磁感应定律和楞次定律 右手定则确定感应电动势的大小和方向 2 应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的大小 3 分析研究导体受力情况 特别要注意安培力方向的确定 4 列出动力学方程或平衡方程求解 2 电磁感应中的动力学临界问题 1 解决这类问题的关键是通过运动状态的分析 寻找过程中的临界状态 如由速度 加速度求最大值或最小值的条件 2 基本思路是 名师点睛 当导体切割磁感线运动存在着临界条件时 1 导体初速度等于临界速度时 导体匀速切割磁感线运动 2 初速度大于临界速度时 导体先减速 后匀速运动 3 初速度小于临界速度时 导体先加速 后匀速运动 即时应用 即时突破 小试牛刀 图9 3 1 答案 495s 二 电磁感应中的能量转化问题1 分析电磁感应现象中能量问题的一般步骤 1 在电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的电路将产生感应电动势 该导体或电路就相当于电源 2 分析清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 3 根据能量守恒列方程分析求解 2 电能求解思路主要有三种 1 利用克服安培力求解 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 其他形式能的减少量等于产生的电能 3 利用电路特征来求解 通过电路中所产生的电能来计算 名师点睛 在利用能的转化和守恒定律解决电磁感应的问题时 要注意分析安培力做功的情况 因为安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的 桥梁 简单表示如下 电能其他形式能 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图9 3 2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 图9 3 20 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上放出的热量解析 选a 金属棒受三个力 分别为重力 力f 安培力 力f和安培力属于重力以外的力 这两个力做的功等于机械能的变化 a项正确 三 电磁感应图像问题分析图像问题可以综合法拉第电磁感应定律 楞次定律或右手定则 安培定则和左手定则 还有与之相关的电路知识和力学知识等 解决图像问题的一般a步骤 1 明确图像的种类 即是b t图还是 t图 或者e t图 i t图等 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 画图像或判断图像 名师点睛 1 注意图像的初始条件 如物理量开始时是否为零 方向的正 负情况等 2 分析物理量的变化特点 特别是变化过程中的特殊点和转折点的情况 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2010年高考北京理综卷 在如图9 3 3所示的电路中 两个相同的小灯泡l1和l2分别串联一个带铁芯的电感线圈l和一个滑动变阻器r 闭合开关s后 调整r 使l1和l2发光的亮度一样 此时流过两个灯泡的电流均为i 然后断开s 若t 时刻再闭合s 则在t 前后的一小段时间内 正确反映流过l1的电流i1 流过l2的电流i2随时间t变化的图像是 图9 3 3 解析 选b 闭合s通电后 由于电感线圈的自感作用 i1逐渐增大 最终达到稳定值 而i2直接增大到稳定值后保持不变 所以选项b正确 经典题型探究 2010年高考重庆理综卷 法拉第曾提出一种利用河流发电的设想 并进行了实验研究 实验装置的示意图可用图9 3 5表示 图9 3 5 两块面积均为s的矩形金属板 平行 正对 竖直地全部浸在河水中 间距为d 水流速度处处相同 大小为v 方向水平 金属板与水流方向平行 地磁场磁感应强度的竖直分量为b 水的电阻率为 水面上方有一阻值为r的电阻通过绝缘导线和电键k连接到两金属板上 忽略边缘效应 求 1 该发电装置的电动势 2 通过电阻r的电流强度 3 电阻r消耗的电功率 思路点拨 河水切割磁感线产生感应电动势为电源 电动势可由e blv计算 再结合欧姆定律 电功率即可求解 反思领悟 解决此类问题要分清电路的组成 产生感应电动势的部分为电源 其电路部分为内电路 其余则为外电路 然后画出等效电路图 再结合电磁感应定律及直流电路的知识即可求解 如图9 3 6甲所示 一对平行光滑轨道放置在水平面上 两轨道间距l 0 20m 电阻r 1 0 有一导体杆静止地放在轨道上 与两轨道垂直 杆及轨道的电阻皆可忽略不计 整个装置处于磁感应强度b 0 50t的匀强磁场中 磁场方向垂直轨道面向下 现用一外力f沿轨道方向拉杆 使之做匀加速运动 测得力f与时间t的关系如图乙所示 求杆的质量m和加速度a 图9 3 6 思路点拨 由于杆做匀加速运动 可由牛顿第二定律列方程 然后结合图像给出信息进行求解 答案 0 1kg10m s2 规律总结 电磁感应图像问题 也与其他部分的图像问题一样 要从图像的坐标轴 点 线 截距 斜率 面积等方面挖掘解题信息 如图9 3 7所示 两根相距l平行放置的光滑导电轨道 与水平面的夹角均为 轨道间有电阻r 处于磁感应强度为b 方向竖直向上的匀强磁场中 一根质量为m 电图9 3 7阻为r的金属杆ab 由静止开始沿导电轨道下滑 设下滑过程中杆ab始终与轨道保持垂直 且接触良好 导电轨道有足够的长度 且电阻不计 1 杆ab将做什么运动 2 若开始时就给ab沿轨道向下的拉力f使其由静止开始向下做加速度为a的匀加速运动 a gsin 求拉力f与时间t的关系式 解析 1 金属杆受力如图9 3 8所示 图9 3 8当杆向下滑动时 速度越来越大 安培力f安变大 加速度变小 随着速度的变大 加速度越来越小 ab做加速度越来越小的加速运动 最终加速度变为零 杆做匀速运动 2 经过时间t ab杆速度v at 答案 见解析 规律总结 1 解答本类型问题首先在垂直于导体的平面内对导体进行受力分析 然后分析导体的运动 由于安培力随速度变化而变化 这个运动开始通常是变加速运动 然后做稳定的匀速直线运动 最后用牛顿运动定律 能量关系解题 2 求感应电动势时一定注意导体是垂直切割磁感线还是斜切割磁感线 注意右手定则与左手定则的准确应用 互动探究例3中 若磁感应强度b垂直轨道所在的平面 则 1 ab杆运动的情况怎样 2 金属杆由静止下滑 不受其他外力作用 则杆ab最终速度为多少 满分样板18分 2010年高考天津理综卷 如图9 3 9所示 质量m1 0 1kg 电阻r1 0 3 长度l 0 4m的导体棒ab横放在u型金属框架上 框架质量m2 0 2kg 放在绝缘水平面上 与水平面间的动摩擦因数 0 2 相距0 4m的mm nn 相互平行 电阻不计且足够长 电阻r2 0 1 的mn垂直于mm 整个装置处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度b 0 5t 垂直于ab施加f 2n的水平恒力 ab从静止开始无摩擦地运动 始终与mm nn 保持良好接触 当ab运动到某处时 框架开始运动 设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力 g取10m s2 图9 3 9 1 求框架开始运动时ab速度v的大小 2 从ab开始运动到框架开始运动的过程中 mn上产生的热量q 0 1j 求该过程ab位移s的大小 思路点拨 框架开始运动时 所受合力为零 由平衡条件可求此时ab运动的速度 要求ab运动的位移 由功和能的关系求解 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 1 ab对框架的压力f1 m1g 1分