【优化探究】高考物理一轮复习 第9章第3单元随堂课件.ppt

一 电磁感应中的电路问题1 内电路和外电路 1 切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于 2 该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的 其余部分是 2 电源电动势和路端电压 1 电动势 e n或e 2 路端电压 u 温馨提示 电磁感应电路中的电源与恒定电流的电路中的电源不同 前者是由于导体切割磁感线产生的 公式为e blv 其大小可能变化 变化情况可根据其运动情况判断 而后者的电源电动势在电路分析中认为是不变的 电源 外电阻 blvcos e ir 内阻 二 电磁感应图象问题 温馨提示 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 三 感应电流在磁场中所受的安培力1 安培力的大小 由感应电动势e 感应电流i 和安培力公式f bil得f 2 安培力的方向判断 1 右手定则和左手定则相结合 先用确定感应电流方向 再用判断感应电流所受安培力方向 2 用楞次定律判断 感应电流所受安培力的方向一定和导体切割磁感线运动的方向 温馨提示 1 由f 知 速度v变化时 安培力f变化 物体所受的合外力变化 因此该部分问题要用牛顿运动定律进行动态分析 2 在求某时刻速度时 可先根据受力情况确定该时刻的安培力 然后用上述公式进行求解 右手定则 左手定则 垂直 blv 四 电磁感应的能量转化1 电磁感应现象的实质是其它形式的能和电能之间的转化 2 感应电流在磁场中受安培力 外力克服安培力 将的能转化为 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 温馨提示 电磁感应的能量转化符合能量守恒定律 克服安培力做功是把其他形式的能转化为电能 电能最终转化为焦耳热 因此同一方程中 克服安培力做功 转化成的电能及产生的焦耳热不能同时出现 做功 电能 内能 q i2rt 其它形式 对电磁感应电路问题的理解 1 对电源的理解电源是将其他形式的能转化为电能的装置 在电磁感应现象里 通过导体切割磁感线和线圈磁通量的变化而将其他形式的能转化为电能 2 对电路的理解内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈 外电路由电阻 电容等电学元件组成 3 解决电磁感应电路问题的基本步骤 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和方向 感应电流的方向是电源内部电流的方向 2 根据 等效电源 和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路 注意区别内外电路 区别路端电压和电动势 3 根据e blv或e n结合闭合电路欧姆定律 串并联电路知识和电功率 焦耳定律等关系式联立求解 重点提示 1 求解一段时间内的电荷量用电流平均值 2 求一段时间内的热量用电流的有效值 3 求瞬时功率要用瞬时值 求解平均功率要用有效值 如图所示 水平放置的两根平行金属导轨 间距l 0 3m 导轨左端连接r 0 6 的电阻 区域abcd内存在垂直于导轨平面的b 0 6t的匀强磁场 磁场区域宽d 0 2m 细金属棒a1和a2用长为2d 0 4m的轻质绝缘杆连接 放置在导轨平面上 并与导轨垂直 每根金属棒在导轨间的电阻均为r 0 3 导轨电阻不计 使金属棒以恒定速度v 1 0m s沿导轨向右穿越磁场 计算从金属棒a1进入磁场 t 0 到a2离开磁场的时间内 不同时间段通过电阻r的电流 并在图 b 中画出 思路点拨 解本题时 应把握以下三点 1 搞清不同阶段a1 a2谁是电源 2 画出不同阶段的等效电路图 3 用闭合电路的欧姆定律知识分析 答案 见听课记录 1 如图所示 两个同心金属环 大环半径为a 小环半径为b 两环间的半径方向均匀连接n根相同的直导线 每根直导线上都接一个阻值恒为r的相同小灯泡 在两环间存在一个固定的 形状和面积都与相邻两直导线间隔相同的匀强磁场 磁感应强度为b 环在外力作用下绕垂直两环中心的轴匀速转动 设转动周期为t 且每个小灯泡都能发光 除了灯泡电阻外其他电阻均不计 1 求产生的感应电动势的大小 2 求所有小灯泡的总功率 解析 1 金属环转动的角速度 每个时刻一定有一直导线在做切割磁感线运动 等效电路图如图所示 产生的感应电动势为 e ba2 bb2 a2 b2 2 灯泡 导线组成的闭合回路的总电阻为 r总 r r 故所有灯泡的总功率p总 答案 1 a2 b2 2 电磁感应图象问题分析 1 图象问题的特点 考查方式比较灵活 有时根据电磁感应现象发生的过程 确定图象的正确与否 有时依据不同的图象 进行综合计算 2 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 3 解决图象问题的一般步骤 1 明确图象的种类 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 画图象或判断图象 4 方法归纳图 重点提示 对图象的分析 应做到 四明确一理解 1 明确图象所描述的物理意义 明确各种 的含义 明确斜率的含义 明确图象和电磁感应过程之间的对应关系 2 理解三个相似关系及其各自的物理意义 v v b b 2011年海淀区模拟 矩形导线框abcd放在匀强磁场中 在外力控制下处于静止状态 如甲图所示 磁感线方向与导线框所在平面垂直 磁感应强度b随时间变化的图象如乙图所示 t 0时刻 磁感应强度的方向垂直线框平面向里 在0 4s时间内 导线框ad边所受安培力随时间变化的图象 规定向左为安培力的正方向 可能是图丙中的 听课记录 根据题图 由e s和i 可知 在0 4s时间内的感应电流大小恒定 根据楞次定律可知 在0 2s时间内 电流沿顺时针方向 在2 4s时间内 电流沿逆时针方向 根据左手定则可知ad边所受安培力方向 在0 1s时间内向左 在1s 2s时间内向右 在2s 3s时间内向左 在3s 4s时间内向右 a c错误 尽管电流大小不变 可fad bladi b在均匀变化 故每段时间内的安培力在均匀变化 因此b错误 d正确 答案 d 2 2010年高考上海单科 如右图 一有界区域内 存在着磁感应强度大小均为b 方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场 磁场宽度均为l 边长为l的正方形线框abcd的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上 使线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域 若以逆时针方向为电流的正方向 能反映线框中感应电流变化规律的是图 答案 ac 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 3 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 如速度 加速度求最大值或最小值的条件 2 基本思路是 导体受外力运动感应电动势感应电流导体受安培力 合力变化加速度变化 速度变化 临界状态 4 两种常见类型 重点提示 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 如图甲所示 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 磁场方向垂直于斜面向下 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 如图所示 杆ab受 重力mg 竖直向下 支持力fn 垂直于斜面向上 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 此时电路中电流i ab杆受到安培力f bil 根据牛顿运动定律 有ma mgsin f mgsin a gsin 3 当a 0时 ab杆有最大速度 vm 答案 1 如听课记录图所示 2 gsin 3 思路点拨 杆ab由静止开始加速下滑 由于电磁感应现象 杆受到随速度增大而增大的安培力 方向沿斜面向上 当安培力大小等于重力沿斜面向下的分力时 杆ab速度达最大值 听课记录 1 3 均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd 每边长为l 总电阻为r 总质量为m 将其置于磁感强度为b的水平匀强磁场上方h处 如图所示 线框由静止自由下落 线框平面保持在竖直平面内 且cd边始终与水平的磁场边界平行 当cd边刚进入磁场时 求 1 求线框中产生的感应电动势大小 2 求cd两点间的电势差大小 3 若此时线框加速度恰好为零 求线框下落的高度h所应满足的条件 解析 1 cd边刚进入磁场时 线框速度v 线框中产生的感应电动势e blv bl 2 此时线框中电流i cd两点间的电势差u i r bl 3 安培力f bil 根据牛顿第二定律mg f ma 由a 0解得下落高度满足h 答案 1 2 3 h 电磁感应中的能量问题 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 通过电路中所产生的电能来计算 重点提示 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 如图所示 固定的水平光滑金属导轨 间距为l 左端接有阻值为r的电阻 处在方向竖直 磁感应强度为b的匀强磁场中 质量为m的导体棒与固定弹簧相连 放在导轨上 导轨与导体棒的电阻均可忽略 初始时刻 弹簧恰处于自然长度 导体棒具有水平向右的初速度v0 在沿导轨往复运动的过程中 导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触 1 求初始时刻导体棒受到的安培力 2 若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时 弹簧的弹性势能为ep 则这一过程中安培力所做的功w1和电阻r上产生的焦耳热q1分别为多少 3 导体棒往复运动 最终将静止于何处 从导体棒开始运动直到最终静止的过程中 电阻r上产生的焦耳热q为多少 思路点拨 导体棒运动过程中 其动能转化为弹性势能和电能 其中产生电能的值即为导体棒克服安培力做功的值 由于导轨光滑且电能的不断产生 导体棒最终必停在初始位置 动能全部转化为电能 1 如图所示 竖直平面内有一金属环 半径为a 总电阻为r 指拉直时两端的电阻 磁感应强度为b的匀强磁场垂直穿过环平面 与环的最高点a铰链连接的长度为2a 电阻为的导体棒ab由水平位置紧贴环面摆下 当摆到竖直位置时 b点的线速度为v 则这时ab两端的电压大小为 b d bav解析 摆到竖直位置时 ab切割磁感线的瞬时感应电动势e b2a v bav 由闭合电路欧姆定律uab bav 故选a 答案 a 2 如图所示 两个互连的金属圆环 小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一 磁场垂直穿过小金属环所在区域 当磁感应强度随时间均匀变化时 在小环内产生的感应电动势为e 则a b两点间的电势差为 a eb ec ed e解析 a b间的电势差等于路端电压 大环电阻占电路总电阻的 故uab e c正确 答案 c 3 2011年福州模拟 如图所示 ab和cd是位于水平面内的平行金属轨道 其电阻可忽略不计 ac之间连接一阻值为r的电阻 ef为一垂直于ab和cd的金属杆 它与ab和cd接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动 ef长为l 电阻也为r 整个装置处在匀强磁场中 磁场方向垂直于纸面向里 磁感应强度为b 当施外力使杆ef以速度v向右匀速运动时 杆ef所受的安培力为 a b c d 解析 金属杆以速度v运动 电动势e blv 回路电流i 由f bil得f c正确 答案 c 4 如图所示 宽40cm的匀强磁场区域 磁场方向垂直纸面向里 一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内 以垂直于磁场边界的恒定速度v0 20cm s通过磁场区域 在运动过程中 线圈始终有一边与磁场的边界平行 取它刚进入磁场的时刻t 0 在下图所示的图象中正确反映电流随时间变化规律的是 解析 线圈进入磁场时 线圈磁通量一直增加 出磁场时 磁通量一直减少 因此产生的感应电流方向相反 b d错误 当线圈完全进入磁场时 回路中磁通量不变 无感应电流产生 a错误 故选c项 答案 c 5 如图 a 所示 用粗细均匀的导线制成的一只圆形金属圈 现被一根丝线悬挂在竖直平面内处于静止状态 已知金属圈的质量为m 半径为r 导线的电阻率为 截面积为s 金属圈的上半部分处在一方向垂直圈面向里的有界匀强磁场中 磁感应强度b随时间t的变化满足b kt k为常量 如图 b 所示 金属圈下半部分在磁场外 若丝线所能承受的最大拉力tm 2mg 求 从t 0时刻起 经过多长时间丝线会被拉断 本章的命题热点主要集中在以下几点 1 电磁感应中导体切割磁感线产生感应电流 受安培力加速或平衡问题 2 电磁感应现象中的能量转化及功能关系 3 电磁感应中的图象问题 电磁感应与磁场 电路 力学 能量等知识相联系的综合题 1 粗细均匀的电阻丝围成如图所示的线框 置于正方形有界匀强磁场中 磁感应强度为b 方向垂直于线框平面 图中ab bc 2cd 2de 2ef 2fa 2l 现使线框以同样大小的速度v匀速沿四个不同方向平动进入磁场 并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直 则在通过如图所示位置时 下列说法中正确的是 a 图甲中a b两点间的电势差最大b 图乙中a b两点间的电势差最大c 图丙中回路电流最大d 图丁中回路电流最小 答案 a 2 如图甲所示 光滑且足够长的金属导轨mn pq平行地固定在同一水平面上 两导轨间距l 0 20m 两导轨的左端之间所接的电阻r 0 40 导轨上静止放置一质量m 0 10kg的金属杆ab 位于两导轨之间的金属杆的电阻r 0 10 导轨的电阻可忽略不计 整个装置处于磁感应强度b 0 50t的匀强磁场中 磁场方向竖直向下 现用一水平外力f水平向右拉金属杆 使之由静止开始运动 在整个运动过程中金属杆始终与导轨垂直并接触良好 若理想电压表的示数u随时间t变化的关系如图乙所示 求从金属杆开始运动经t 5 0s时 1 通过金属杆的感应电流的大小和方向 2 金属杆的速度大小 3 外力f的瞬时功率 解析 1 由图象可知 t 5 0s时的u 0 40v此时电路中的电流 即通过金属杆的电流 i 1 0a由右手定则判断出 此时