【与名师对话】高考物理总复习 第九章 第三讲 电磁感应规律的综合应用课件 新人教版选修32 .ppt

2 安培力方向的判断 1 右手定则和左手定则相结合 先用右手定则确定感应电流方向 再用左手定则判断感应电流所受安培力的方向 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相反 二 电磁感应的能量转化1 电磁感应现象的实质是其他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 外力克服安培力做功 将其他形式的能转化为电能 电流做功再将电能转化为其他形式的能 3 电流做功产生的热量与安培力做功相等 q w安 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 对应学生用书p173 题型一电磁感应现象中的图象问题对图象问题应看清坐标轴所代表的物理量 清楚图线的形状 点 斜率 截距 与横轴所围的面积等的意义 并结合楞次定律 右手定则判定感应电流方向及用法拉第电磁感应定律计算感应电动势大小 最后结合闭合电路欧姆定律 牛顿运动定律等进行相关计算 例1 2011 山东卷 如图所示 两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计 两质量 长度均相同的导体棒c d 置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处 磁场宽为3h 方向与导轨平面垂直 先由静止释放c c刚进入磁场即匀速运动 此时再由静止释放d 两导体棒与导轨始终保持良好接触 用ac表示c的加速度 ekd表示d的动能 xc xd分别表示c d相对释放点的位移 下图中正确的是 尝试解答 c棒在未进入磁场前做自由落体运动 加速度为重力加速度 进入磁场后 d棒开始做自由落体运动 在d棒进入磁场前的这段时间内 c棒运动了2h 此过程c棒做匀速运动 加速度为零 d棒也进入磁场后 c d均以相同速度切割磁感线 回路中没有感应电流 它们均只受重力直至c棒出磁场 而且c棒出磁场后不再受安培力 也只受重力 故b正确a错 d棒在下落开始的2h的过程中 只受重力 机械能守恒 动能与位移的关系是线性的 在c棒出磁场后 d棒切割磁感线且受到比重力大的安培力 完成在磁场余下的2h的位移 动能减小 安培力也减小 合力也减小 在ekd xd图象中斜率减小 在d棒出磁场后 只受重力机械能守恒 ekd xd图象中的关系又是线性的 且斜率与最初2h相同 均等于重力 故d正确c错 答案 bd 1 对于有关图象的选择题常用排除法 先看方向再看大小及特殊点 2 对于图象的描绘 先定性或定量分析所研究问题的函数关系 注意横 纵坐标表示的物理量及单位 再画出对应物理图象 常用分段法 数学法 3 对图象的理解 看清横 纵坐标表示的量 理解图象的物理意义 如图所示 一导体圆环位于纸面内 o为圆心 环内两个圆心角为90 的扇形区域内分别有匀强磁场 两磁场磁感应强度的大小相等 方向相反且均与纸面垂直 导体杆om可绕o转动 m端通过滑动触点与圆环良好接触 在圆心和圆环间连有电阻r 杆om以匀角速度 逆时针转动 t 0时恰好在图示位置 规定从a到b流经电阻r的电流方向为正 圆环和导体杆的电阻忽略不计 则杆从t 0开始转动一周的过程中 电流随 t变化的图象是 答案 c 题型二电磁感应与力和能量的综合 1 解决电磁感应现象中力和能量问题的基本方法 在电磁感应中 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 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 画出等效电路图 由闭合电路欧姆定律求出回路中的电流 分析研究导体的受力情况 用左手定则确定安培力的方向 列平衡方程或动力学方程求解 分析导体机械能的变化 用功能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 即能量守恒方程 2 解决电磁感应现象中力和能量问题的技巧 因电磁感应中力和运动问题所给图形大多为立体空间分布图 故在受力分析时 应把立体图转化为平面图 使物体 导体 所受的各个力尽可能在同一平面图内 以便正确对力进行分解与合成 利用物体的平衡条件和牛顿运动定律列式求解 对于非匀变速运动最值问题的分析 注意应用加速度为零 速度达到最值的特点 根据牛顿第二定律进行动态分析 或结合功能关系进行分析 分析过程中应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律 即分析清楚有哪些力做功 就可知道有哪些形式的能量参与了转化 如有摩擦力做功 必然有内能出现 重力做功 就可能有机械能参与转化 安培力做负功将其他形式的能转化为电能 安培力做正功将电能转化为其他形式的能 然后利用能量守恒定律列出方程求解 例2 2010 天津高考 如图所示 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 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x的大小 思路诱导 1 框架开始运动时mn上的安培力等于框架受到的最大静摩擦力 2 mn所受安培力与ab速度有关 3 ab做变加速运动 利用能量守恒定律求x的大小 尝试解答 1 ab对框架的压力f1 m1g框架受水平面的支持力fn m2g f1依题意 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 则框架受到最大静摩擦力f2 fnab中的感应电动势e blvmn中电流 答案 1 6m s 2 1 1m 2010 福建理综 如图所示 两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为 的绝缘斜面上 导轨上端连接一个定值电阻 导体棒a和b放在导轨上 与导轨垂直并良好接触 斜面上水平虚线pq以下区域内 存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场 现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力 使它沿导轨匀速向上运动 此时放在导轨下端的b棒恰好静止 当a棒运动到磁场的上边界pq处时 撤去拉力 a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动 此时b棒已滑离导轨 当a棒再次滑回到磁场上边界pq处时 又恰能沿导轨匀速向下运动 已知a棒 b棒和定值电阻的阻值均为r b棒的质量为m 重力加速度为g 导轨电阻不计 求 1 a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中 a棒中的电流强度ia与定值电阻r中的电流强度ir之比 2 a棒质量ma 3 a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力f 2 由于a棒在pq上方滑动过程中机械能守恒 因而a棒在磁场中向上滑动的速度大小v1与在磁场中向下滑动的速度大小v2相等 即v1 v2 v 设磁场的磁感应强度为b 导体棒长为l a棒在磁场中运动时产生的感应电动势为e blv 题型三电磁感应中的动力学与临界问题 1 临界问题的常见情况导体棒在受力作用下做切割磁感线运动产生临界问题时 一般是导体棒最终有恒定的速度 导体棒初速度等于临界速度时 导体棒匀速切割磁感线运动 初速度大于临界速度时 导体棒先减速后匀速运动 初速度小于临界速度时 导体棒先加速后匀速运动 2 解决临界问题的基本思路这类问题覆盖面广 题型也多种多样 解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态 如速度 加速度取最大值或最小值的条件等 例3 15分 2010 江苏高考 如图所示 两个足够长的光滑金属导轨竖直放置 相距为l 一理想电流表与两导轨相连 匀强磁场与导轨平面垂直 一质量为m 有效电阻为r的导体棒在距磁场上边界h处由静止释放 导体棒进入磁场后 流经电流表的电流逐渐减小 最终稳定为i 整个运动过程中 导体棒与金属导轨接触良好 且始终保持水平 不计导轨的电阻 求 1 磁感应强度的大小b 2 电流稳定后 导体棒运动速度的大小v 3 流经电流表电流的最大值im 思路诱导 导体棒没有进入磁场前 导体棒做自由落体运动 进入磁场后 由于受到安培力作用 导体棒的速度将减小 最终稳定在某一个值 此时的电流也是一个稳定值 根据平衡条件可以求出磁感应强度的大小b 然后根据欧姆定律求出电流稳定后导体棒运动速度的大小v 导体棒刚进入磁场时的速度最大 此时的电流有最大值 由机械能守恒可以求最大速度 再由欧姆定律求出电流的最大值im 解题样板 1 电流稳定后 导体棒做匀速运动 由平衡条件有 2分 解得b 1分 电磁感应中的力学问题常见类型 1 单金属棒运动类 产生的感应电动势e blv 注意公式成立的条件 运动的金属棒相当于电源 金属棒在一闭合电路中时其两端的电压为路端电压 把握金属棒的受力情况和运动情况是解题的关键 2 双金属棒运动类 双金属棒在导轨上滑行时 要特别注意两棒的运动方向 从而确定 电源 的电动势方向 弄清 电源 的连接方式 据闭合电路欧姆定律计算电路中的电流 从而求出要求的其他问题 和单金属棒在导轨上滑动一样 要认真进行受力情况和运动情况的动态分析 以及动能 能量的综合分析 2011 四川 如图所示 间距l 0 3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内 在水平面a1b1b2a2区域内和倾角 37 的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度b1 0 4t 方向竖直向上和b2 1t 方向垂直于斜面向上的匀强磁场 电阻r 0 3 质量m1 0 1kg 长为l的相同导体杆k s q分别放置在导轨上 s杆的两端固定在b1 b2点 k q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好 一端系于k杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂 绳上穿有质量m2 0 05kg的小环 已知小环以a 6m s2的加速度沿绳下滑 k杆保持静止 q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力f作用下匀速运动 不计导轨电阻和滑轮摩擦 绳不可伸长 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 小环所受摩擦力的大小 2 q杆所受拉力的瞬时功率 解析 1 设小环受到的摩擦力大小为ff 由牛顿第二定律 有m2g ff m2a 代入数据 得ff 0 2n 答案 1 0 2n 2 2w 对应学生用书p175 易错点1 在分析导体棒动态问题中盲目套用公式 2011 抚顺联考 如图所示 磁感应强度为b的匀强磁场垂直于竖直平面内的 形框 水平导体棒mn可沿两侧足够长的光滑导轨下滑而不分离 除r外 装置的其余部分电阻都可忽略不计 将mn无初速度释放 要使电流稳定后r的热功率变为原来的两倍 在其他条件不变的情况下 可以采用的办法有 竖直放置的平行金属导轨上端连接一电阻r 质量为m的金属棒与导轨接触良好 并能无摩擦下滑 在金属棒的下方有一垂直于纸面向里的磁感应强度为b的匀强磁场 磁场上边界距金属棒的高度为h 如图所示 把金属棒由静止释放 金属棒在磁场里的运动情况如何 金属棒与导轨的电阻不计 两平行导轨的间距为l 答案 见解析 易错点2 对等效电路结构分析不清楚导致错误 2011 全国卷 如图 两根足够长的金属导轨ab cd竖直放置 导轨间距离为l 电阻不计 在导轨上端并接两个额定功率均为p 电阻均为r的小灯泡 整个系统置于匀强磁场中 磁感应强度方向与导轨所在平面垂直 现将一质量为m 电阻可以忽略的金属棒mn从图示位置由静止开始释放 金属棒下落过程中保持水平 且与导轨接触良好 已知某时刻后两灯泡保持正常发光 重力加速度为g 求 1 磁感应强度的大小 2 灯泡正常发光时导体棒的运动速率 易错分析 这道题的电路结构简单 切割磁感线运动的金属棒mn是电源 两个灯泡并联在金属棒mn 电源 两端 正因为过于简单 不少考生在看题图时知道是两个灯泡并联 但在具体计算时又忘了这层关系 求通过金属棒的电流时错将 式写为i i0 导致第 1 问的结果错误 更有甚者 第 1 问错了 到第 2 问时又想起来通过导体棒的电流为i 2i0 此时还没有意识到 式的错误 又将 式写成了e 2i0r 反而使错误得到发展 其实 只要画出简单的等效电路 如图所示 上述错误即可避免 如图甲所示 p q为水平面内平行放置的金属长直导轨 间距为d 处在大小为b 方向竖直向下的匀强磁场中 一根质量为m 电阻为r的导体棒ef垂直于p q放在导轨上 导体棒ef与p q导轨之间的动摩擦因数为 质量为m的正方形金属框abcd 边长为l 每边电阻均为r 用细线悬挂在竖直平面内 ab边水平 线框的a b两点通过细导线与导轨相连 金属框上半部分处在大小为b 方向垂直框面向里的匀强磁场中 下半部分处在大小也为b 方向垂直框面向外的匀强磁场中 不计其余电阻和细导线对a b点的作用力 现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动 从导体棒开始运动计时 悬挂线框的细线拉力ft随时间的变化如图乙所示 求 1 t0时间以后通过ab边的电流 2 t0时间以后导体棒ef运动的速度 3 电动机的牵引力功率p 对应学生用书p176 1 2011 福州模拟 水平放置的金属框架cdef处于如图所示的匀强磁场中 金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良好 从某时刻开始 磁感应强度均匀增大 金属棒ab始终保持静止 则 a ab中电流增大 ab棒所受摩擦力增大b ab中电流不变 ab棒所受摩擦力不变c ab中电流不变 ab棒所