高三物理一轮复习讲义课件：电磁感应 章末总结.ppt

章末总结 热点讲座9 力电综合题的解题方略热点解读从历年高考试题可以观察到 力 电综合命题多以带电粒子在复合场中的运动 电磁感应中导体棒动态分析 电磁感应中能量转化等为载体考查学生理解能力 推理能力 综合分析能力及运用数学知识解决物理问题的能力 命题在能力立意下 这类综合题目往往以力和能量为主线 通过力学知识和电学知识的串接渗透作为背景 并且经常对物理情景重组翻新 巧妙变换设问 即所谓旧题翻新 具有不回避重复考查的特点 解答力电综合题要注意以下几点 1 审题 画草图 对题目的信息进行加工处理 画出示意图 包括受力分析图 运动情景图和轨迹图 借助图示建立起清晰的物理情景 2 选对象 建模型 通过对整个题目的情景把握 选取研究对象 通过抽象 概括或类比等效的方法建立相应的物理模型 并对其进行全面的受力分析 3 分析状态和过程 对物体参与的全过程层层分析 对每一个中间过程的特点规律加以研究 分析挖掘相邻过程中的临界状态和临界条件 寻找各阶段物理量的变化与联系 4 找规律 列方程 寻找题设条件与所求未知物理量的联系 从力的观点或能量的观点 依据物理规律 牛顿第二定律 能的转化与守恒 动量守恒定律等 列出方程求解 并对结果进行检验 专题讲座专题一电磁感应中的电路问题在电磁感应现象中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源 解决电磁感应中的电路问题的基本思路是 1 明确哪部分相当于电源 由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 画出等效电路图 3 运用闭合电路欧姆定律 串并联电路的性质求解未知物理量 例1 如图1所示 把总电阻为2r的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环 水平固定在竖直向下的磁感应强度为b的匀强磁场中 一长度为2a 电阻等于r 粗细均匀的金属棒mn放在圆环上 它与圆环始终保持良好的接触 当金属棒以恒定速度v向右移动 且经过环心o时 求 1 流过棒的电流的大小和方向及棒两端的电压umn 2 在圆环和金属棒上消耗的总热功率 图1 解析 1 金属棒过环心时的电动势大小为e 2bav由闭合电路欧姆定律得电流大小为电流方向从n流向m 路端电压为umn 2 全电路的热功率为p ei 答案 1 2 n m 专题二电磁感应中的动力学分析导体切割磁感线运动时产生感应电流 使导体受到安培力的作用 从而直接影响到导体的进一步运动 这种情况我们可以对导体或线圈的受力情况 运动情况进行动态分析 解决这类问题的基本思路是 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 合力变化 加速度变化 速度变化 感应电动势变化 周而复始的循环 循环结束时 加速度等于零 导体达到稳定运动状态 电磁感应过程中往往伴随着多种形式的能量转化 其中克服安培力做功的过程就是其他形式的能转化为电能的过程 从功能的观点入手也是解决电磁感应问题的有效途径 例2 如图2所示 两根无限长直的金属导轨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 整套装置处于匀强磁场中 磁场方向垂直于斜面向上 导轨和金属杆的电阻可忽略 让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑 经过足够长的时间后 金属杆达到最大速度vm 在这个过程中 电阻r上产生的热为q 导轨和金属杆接触良好 它们之间的动摩擦因数为 且 tan 重力加速度为g 1 求磁感应强度的大小 2 金属杆在加速下滑过程中 当速度达到vm时 求此时杆的加速度大小 3 求金属杆从静止开始至达到最大速度时下降的高度 尝试解题 解析 1 当杆达到最大速度时受力平衡 受力如下图所示 mgsin bil fnfn mgcos电路中的电流解得 2 当杆的速度为vm时 由牛顿第二定律mgsin bi l fn ma此时电路中电流i 解得a g sin cos 3 设金属杆从静止开始至达到最大速度时下降的高度为h 由能量守恒mgh 又h x sin解得h 答案 专题三综合运用力学方法解决带电粒子在复合场中的运动对于电荷在复合场 即重力场 电场 磁场并存的场 中运动的问题 其分析方法和力学问题的分析方法基本相同 不同之处就是多了电场力和磁场力 但其思路 方法与解题步骤相同 因此在利用力学的两大观点 动力学 能量 分析问题的过程中 要特别注意几点 弄清物理情境 即在头脑中再现客观事物的运动全过程 对问题的情境原型进行具体抽象 从而建立起正确 清晰的物理情景 要对物理知识有全面深入的理解 熟练掌握相关的数学知识 例3 如图3所示 在xoy坐标平面的第一象限内有沿 y方向的匀强电场 在第四象限内有沿 y方向的匀强电场和垂直于平面向外的匀强磁场 且电场强度大小与第一象限的相同 现有一质量为m 带电量为 q的质点 以某一初速度沿 x方向从坐标为 3l l 的p点开始运动 第一次经过x轴的点为q点 q点的坐标为 l 0 经过匀速圆周运动后第二次过x轴的点为坐标原点 质点运动的初动能为2mgl 求 1 粒子经过q点时的速度v和电场强度e的大小 2 粒子在第四象限运动的时间 图3 解析 1 带电质点从第一次经过x轴到第二次过x轴做匀速圆周运动 故重力与电场力平衡qe mg 得e 从p点到q点 由动能定理得 mg qe l mv2 2mgl解得v 2 2 设质点的初速度为v0由mv02 2mgl得v0 2设带电质点在q点时与x轴夹角为 cos 得 45 由几何关系可得由qvb m解得答案 素能提升 1 世界上海拔最高 线路最长的铁路是青藏铁路 青藏铁路安装的一种电磁装置可以向控制中心传输信号 以确定火车的位置和运动状态 其原理是将能产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢下面 如图4甲所示 俯视图 当它经过安放在两铁轨间的线圈时 线圈便产生一个电信号传输给控制中心 线圈边长分别为l1和l2 匝数为n 线圈和传输线的电阻忽略不计 若火车通过线圈时 控制中心接收到的线圈两端的电压信号u与时间t的关系如图乙所示 ab cd均为直线 t1 t2 t3 t4是运动过程的四个时刻 则火车 图4 a 在t1 t2时间内做匀加速直线运动b 在t3 t4时间内做匀减速直线运动c 在t1 t2时间内加速度大小为d 在t3 t4时间内平均速度的大小为解析由题意知 是线圈中l1切割磁感线而产生的 故 nbl1v 由u t图象知 t1 t2与t3 t4时间内 速度v大小随时间t均匀递增 推知火车做匀加速运动 a对 b错 其中v t1 t2 a c对 t3 t4内 d对 答案acd 2 如图5所示 矩形线圈长为l 宽为h 电阻为r 质量为m 在空气中竖直下落一段距离后 空气阻力不计 进入一宽为h 磁感应强度为b的匀强磁场中 线圈进入磁场时的动能为ek1 穿出磁场时的动能为ek2 这一过程中产生的焦耳热为q 线圈克服安培力做的功为w1 重力做的功为w2 线圈重力势能的减少量为 ep 则以下关系中正确的是 图5 a q ek1b q w2 w1c q w1d w2 w1 ek2 ek1解析安培力做的负功等于其他能转化的电能 电能最后变成热能 故c正确 根据动能定理 有w2 w1 ek2 ek1 故d正确 答案cd 3 如图6所示 平行光滑的金属导轨竖直放置 宽为l 上端接有阻值为r的定值电阻 质量为m的金属杆与导轨垂直且接触良好 匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为b 导轨和杆的电阻不计 金属杆由静止开始下落 下落h时速度达到最大 重力加速度为g 求 1 金属杆的最大速度vm 2 金属杆由静止开始下落至速度最大过程中 电阻r上产生的热量q 图6 解析 1 金属杆速度最大时 安培力与重力平衡 有mg bil金属杆中的电动势e blv由欧姆定律i 则有vm 2 由功能关系得mgh q mv2则q mgh m mgh 答案 1 2 4 边长l 0 1m的正方形金属线框abcd 质量m 0 1kg 总电阻r 0 02 从高为h 0 2m处自由下落 abcd始终在竖直平面内且ab水平 线框下有一水平的有界匀强磁场 竖直宽度l 0 1m 磁感应强度b 1 0t 方向如图7所示 g 10m s2 求 图7 1 线框穿越磁场过程中发出的热 2 全程通过a点截面的电荷量 3 在坐标系中画出线框从开始下落到dc边穿出磁场的速度与时间的图象 解析 1 因为线框abcd进入磁场时 v1 2m s产生的电动势e blv1 0 2v安培力fa bil bl 1nfa mg 故线框在磁场中匀速运动 由能量关系可知发出热量为q mg2l 0 1 10 2 0 1j 0 2j 2 因为ab与dc切割磁感线产生的电动势和电流是e blv1 i 所以通过a点电荷量q it 1c 3 由 1 可知 线框自由下落的时间t1 0 2s在磁场内做匀速运动v v1时间t2 0 2s图象如下图所示答案 1 0 2j 2 1c 3 见解析图 5 如图8所示 在与水平面成角的矩形导体框范围内有垂直于框架的匀强磁场 磁感应强度为b 导体框架的ad边和bc边电阻不计 而ab边和cd边电阻均为r 长度均为l 有一质量为m 电阻为2r的金属棒mn 无摩擦地冲上框架 上升最大高度为h 在此过程中ab边产生的热量为q 求在金属棒运动过程中整个电路的最大热功率pmax 图8 解析棒mn沿框架向上运动产生感应电动势 ab边和cd边相当于两个外电阻并联 根据题意可知 ab边和cd边中的电流相同 mn中的电流是ab中电流的2倍 由热功率公式p i2r知 当ab边产生的热量为q时 cd边产生的热量也为q mn产生的热量则为8q 金属棒mn沿框架向上运动过程中 棒mn的动能转化为mn的重力势能和电流通过mn ab cd时产生的内能 设mn的初速度为v0 由能量守恒定律得mv02 mgh 10q而mn在以速度v上滑时 产生的瞬时感应电动势e blv 所以 整个电路的瞬时热功率为 可见 当mn的运动速度v为最大速度v0时 整个电路的瞬时热功率为最大值pmax 即pmax 解以上几式得pmax 答案 阅卷现场阅卷手记本章知识考点包括电磁感应现象 自感现象 感应电动势 磁通量的变化率等基本概念 以及法拉第电磁感应定律 楞次定律 右手定则等规律 本章涉及到的基本方法 要求能够从空间想象的角度理解法拉第电磁感应定律 用画图的方法将题目中所叙述的电磁感应现象表示出来 能够将电磁感应现象的实际问题抽象成直流电路的问题 能够用能量转化和守恒的观点分析解决电磁感应问题 会用图象表示电磁感应的物理过程 也能够识别电磁感应问题的图象 从能力考查上看 因为这一章是一个力 电 磁的突出结合点 因此成为高中物理的一个能力要求的高峰 是高考中的热点和难点 在本章知识应用的过程中 试卷中常犯的错误主要表现在 概念理解不准确 空间想象出现错误 运用楞次定律和法拉第电磁感应定律时 操作步骤不规范 不会运用图象法来研究处理 综合运用电路知识时将等效电路图画错 易错点实例分析29 不能准确判断图象的变化产生的错误 试题回放 如图1 a 所示 面积为0 01m2 电阻为0 1 的正方形导线框放在匀强磁场中 磁场方向与线框平面垂直 磁感应强度b随时间t的变化图线如图 b t 0时刻 磁感应强度的方向垂直于纸面向里 在1s末线框中感应电流的大小为a 若规定水平向左为正方向 请在图 c 中定性画出前4s内ab边所受的安培力f随时间t的变化图线 错解分析 本题出现错误的主要原因是画图象时没有考虑到磁感应强度的变化 误认为安培力为恒力 错解如下 根据法拉第电磁感应定律e ni 0 2a 则f ilb 0 2 0 1 2n 0 4n 得出错误的图象如图所示 图1 正确答案 线圈中的磁通量发生变化 磁通量的变化率不变 产生的感应电动势不变 根据法拉第电磁感应定律e n得e 0 02v i 0 2a 线圈中产生感应电流 ab受到安培力的作用 但由于磁感应强度是变化的 所以ab边受到的安培力是变化的 若规定向左为正方向 根据f ilb 安培力与b成正比 0 1s安培力正向减小 1 2s安培力为反向增大 2 3s为正向减小 3 4s为反向增大 f t图象如图所示 图象类问题是高考考查的热点内容 在历年的高考试卷中常常有所体现 但在考查过程中错误率也较高 主要体现在有些同学对坐标轴上的单位没有弄清楚 对物理量在变化过程中的大小 正负没有分析清楚 解答图象问题的关键是正确的过程分析 只有明确各物理量随时间 或位置等 变化的情况 才可能选择或画出正确的图象 30 由于对电磁感应中的电路结构分析不当造成的错误 试题回放 如图2甲所示 两根电阻不计的光滑平行金属导轨水平固定放置 间距为d 0 5m 左端连接一个阻值为r 2 的电阻 右端连接一个阻值为rl 4 的小灯泡 在矩形区域cdef内有竖直向上的匀强磁场 磁感应强度b随时间按图乙所示规律变化 ce长为x 2m 在t 0时刻 一阻值为r 2 的金属棒在恒力f作用下由静止开始从图示的ab位置沿导轨向右运动 金属棒从ab运动到ef的过程中 小灯泡的亮度始终没有发生变化 求 1 通过小灯泡的电流 2 恒力f的大小 3 金属棒的质量 图2 错解分析 本题出现的主要错误是没有分析清楚金属棒在进入磁场前后电路的结构变化 认为金属棒始终是 电源 电阻与灯泡并联 导致回路电阻计算及后续计算的错误 其次 还有部分学生认为金属棒始终要受到安培力作用 不能从图乙中准确获取相关信息 给 2 3 两问的计算造成障碍 正确答案 1 金属棒未进入磁场时 r总 rl 5 电路中电动势e1 通过小灯泡的电流 2 因为小灯泡亮度不变 故4s末金属棒进入磁场时刚好匀速运动 此时金属棒中的电流由平衡条件有f fa bid 0 3n 3 金属棒进入磁场后电路中电动势可得金属棒匀速运动的速度v 1m s 则电路结构分析是解答此题的基础 复杂一点的电磁感应问题一般都会涉及电路结构分析 本题电路看起来简单 使得部分学生粗心大意 不仔细审题 在不清楚电路结构的情况下贸然解答 导致错误 31 动态电磁感应问题中的常见错误 试题回放 如图3所示 一个u形导体框架 其宽度l 1m 框架所在平面与水平面的夹用 30 其电阻可忽略不计 设匀强磁场与u形框架的平面垂直 匀强磁场的磁感强度b 0 2t 今有一条形导体ab 其质量为m 0 5kg 有效电阻r 0 1 跨接在u形框架上 并且能无摩擦地滑动 求 1 由静止释放导体 导体ab下滑的最大速度vm 2 在最大速度vm时 在ab上释放的电功率 g 10m s2 图3 错解分析 错解一 1 ab导体下滑过程中受到重力g和框架的支持力fn 如图所示 根据牛顿第二定律 f mamgsin maa gsin导体的初速