【优化方案】浙江省高考物理总复习 第9章第三节 电磁感应规律的综合应用课件 大纲人教版.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 第三节电磁感应规律的综合应用 基础知识梳理 基础知识梳理 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 电源 内阻 外阻 blv 特别提示 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 二 电磁感应中的图象问题1 图象类型 1 磁感应强度b 磁通量 感应电动势e和感应电流i随时间t变化的图象 即b t图象 t图象 e t图象和i t图象 2 对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况 还常涉及感应电动势e和感应电流i随导体位移x变化的图象 即e x图象和i x图象 2 问题类型 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 应用知识左手定则 安培定则 楞次定律 右手定则 法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律 相关数学知识等 特别提示 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 电磁感应中的动力学问题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 blv 右手定则 左手定则 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 3 分析导体受力情况 包含安培力在内的全面受力分析 4 根据平衡条件或牛顿第二定律列方程 垂直 四 电磁感应中的能量转化1 电磁感应现象的实质是其他形式的能转化为 2 感应电流在磁场中受安培力 外力克服安培力 将其他形式的能转化为 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 电能 做功 电能 内能 q i2rt 特别提示 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 课堂互动讲练 一 电磁感应电路问题的求解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 在电磁感应现象中 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 4 解决电磁感应电路问题的基本方法 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 画等效电路图 3 运用闭合电路欧姆定律 串并联电路性质 电功率等公式联立求解 特别提醒 1 判断感应电流和电动势的方向 都是利用 相当于电源 的部分根据右手定则或楞次定律判定的 实际问题中应注意外电路电流由高电势流向低电势 而内电路则相反 2 在电磁感应电路中 相当于电源 的导体两端的电压等于路端电压 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年广东惠州调研 如图9 3 1所示 mn pq是间距为l的平行金属导轨 置于磁感应强度为b 方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中 m p间接有一阻值为r的电阻 一根与导轨接触良好 有效阻值为的金属导线ab垂直导轨放置 并在水平外力f的作用下以速度v向右匀速运动 则 不计导轨电阻 图9 3 1 a 通过电阻r的电流方向为p r mb a b两点间的电压为blvc a端电势比b端高d 外力f做的功等于电阻r上发出的焦耳热 二 电磁感应图象问题分析1 图象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 2 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 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 4 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年温州八校联考 如图9 3 2所示 一个正方形单匝线圈abcd 边长为l 线圈每边的电阻均为r 以恒定速度v通过一个宽度为2l的匀强磁场区 磁感应强度为b 方向垂直纸面向里 下列图中能正确反映ab两端电压uab随时间t变化关系的是 图9 3 2 图9 3 3 解析 选b 进入磁场时 uab应该是路端电压 大小等于电动势e的四分之三 此时e blv 所以uab 3blv 4 完全进入磁场后 没有感应电流 但有感应电动势 大小为blv 出来时电压应该是电动势e的四分之一 uab blv 4 方向始终是相同的 即ua ub 由以上分析可知选b 三 电磁感应现象中的动力学问题1 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 感应电动势变化 周而复始地循环 直至最终达到稳定状态 此时加速度为零 而速度v通过加速达到最大值 做匀速直线运动或通过减速达到稳定值做匀速直线运动 2 两大研究对象的制约关系 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 4 解决此类问题的基本步骤 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 包括右手定则 求出感应电动势的大小和方向 2 依据闭合电路欧姆定律 求出回路中的电流 3 分析导体受力情况 包含安培力 可利用左手定则确定所受安培力的方向 4 依据牛顿第二定律列出力学方程或平衡方程 以及运动学方程 联立求解 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2011年苏北四市调研 如图9 3 4所示 两根足够长的平行金属导轨水平放置 导轨的一端接有电阻和开关 导轨光滑且电阻不计 匀强磁场的方向与导轨平面垂直 金属杆ab置于导轨上 当开关s断开时 在金属杆ab上作用一水平向右的恒力f 使金属杆ab向右运动进入磁场 一段时间后闭合开关并开始计时 金属杆在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好 下列关于金属杆ab的v t图象不可能的是 图9 3 4 图9 3 5 四 电磁感应中的能量问题1 电磁感应中能量的转化电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程 电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用 因此要维持安培力存在 必须有 外力 克服安培力做功 此过程中 其他形式的能转化为电能 外力 克服安培力做多少功 就有多少其他形式的能转化为电能 当感应电流通过用电器时 电能又转化为其他形式的能 可以简化为下列形式 同理 安培力做功的过程 是电能转化为其他形式的能的过程 安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能 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 机械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 3 解决此类问题的步骤 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 包括右手定则 确定感应电动势的大小和方向 2 画出等效电路图 写出回路中电阻消耗的电功率的表达式 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 联立求解 即时应用 即时突破 小试牛刀 4 2010年高考安徽理综卷 如图9 3 6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 图9 3 6 a v1q2d v1 v2 q1 q2 经典题型探究 2011年台州质检 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 7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图9 3 8中的 安培力取向上为正方向 图9 3 7 图9 3 8 答案 c 方法技巧 电磁感应图象问题在高考中多以选择题的形式出现 先根据方向排除错误选项较为简单 在同一水平面中的光滑平行导轨p q相距l 1m 导轨左端接有如图9 3 9所示的电路 其中水平放置的平行板电容器两极板m n间距d 10mm 定值电阻r1 r2 12 r3 2 金属棒ab的电阻r 2 其他电阻不计 磁感应强度b 0 5t的匀强磁场竖直穿过导轨平面 当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时 悬浮于电容器两极板之间 质量m 1 10 14kg 带电荷量q 1 10 14c的微粒恰好静止不动 已知g取10m s2 在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好 且运动速度保持恒定 试求 1 匀强磁场的方向 2 ab两端的路端电压 3 金属棒ab运动的速度 图9 3 9 思路点拨 解题的关键是以电荷的受力情况为突破口 即电场力与重力平衡 从而确定电场的大小和方向 得出电路中的电流和电动势 最后求出导体运动的速度 整个求解过程一定要思路清晰 解析 1 负电荷受到重力和电场力而静止 因重力竖直向下 则电场力竖直向上 故m板带正电 ab棒向右做切割磁感线产生感应电动势 ab棒等效于电源 其a端为电源的正极 由右手定则可判断 磁场方向竖直向下 3 由法拉第电磁感应定律得感应电动势e blv 由闭合电路欧姆定律得 e uab ir 0 5v 联立可得v e bl 1m s 答案 1 竖直向下 2 0 4v 3 1m s 2011年山东潍坊模拟 如图9 3 10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 图9 3 10 答案 1 5m s0 25m 2 f 0 08t 0 06 n 3 1m 满分样板13分 如图9 3 11所示 将边长为a 质量为m 电阻为r的正方形导线框竖直向上抛出 穿过宽度为b 磁感应强度为b的匀强磁