高考物理一轮复习 专题7 电磁感应现象中的电路 图象、动力学及能量问题课件.ppt

专题7电磁感应现象中的电路 图象 动力学及能量问题 2 一 电磁感应现象中的电路问题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电源 2 该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻 其余部分是外电路 2 电源电动势和路端电压 1 电动势 e blv或e 2 路端电压 u ir e ir 3 二 电磁感应现象中的图象问题 4 三 电磁感应现象中的能量问题1 能量的转化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内能 2 实质电磁感应现象的能量转化 实质是其他形式的能和电能之间的转化 3 电磁感应现象中能量的三种计算方法 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热来计算 5 6 1 如图所示 一个半径为l的半圆形硬导体ab以速度v在水平u形框架上匀速滑动 匀强磁场的磁感应强度为b 回路电阻为r0 半圆形硬导体ab的电阻为r 其余电阻不计 则半圆形导体ab切割磁感线产生感应电动势的大小及ab之间的电势差分别为 答案 解析 7 2 多选 如图甲所示 abcd是由导体做成的框架 框架平面与水平面成 角 质量为m的导体棒pq与ab cd接触良好 回路中的总电阻为r 整个装置放在垂直于框架平面的变化的磁场中 磁场的磁感应强度随时间变化情况如图乙 取图中b的方向为正方向 pq始终静止 关于pq与ab cd间的摩擦力f在0 t1内的变化情况 下列判断中有可能正确的是 a f一直增大b f一直减小c f先减小 后增大d f先增大 后减小 答案 解析 8 3 在竖直方向的匀强磁场中 水平放置一圆形导体环 规定导体环中电流的正方向如图甲所示 磁场向上为正 当磁感应强度b随时间t按图乙变化时 图丙中能正确表示导体环中感应电流变化情况的是 答案 解析 9 4 边长为a的闭合金属正三角形框架 左边竖直且与磁场右边界平行 完全处于垂直框架平面向里的匀强磁场中 现把框架匀速水平向右拉出磁场 如图所示 则下列图象与这一过程相符合的是 答案 解析 10 5 多选 如图所示 竖直平面内有一足够长的宽度为l的金属导轨 质量为m的金属导体棒ab可在导轨上无摩擦地上下滑动 且导体棒ab与金属导轨接触良好 ab电阻为r 其他电阻不计 导体棒ab由静止开始下落 过一段时间后闭合开关s 发现导体棒ab立刻做减速运动 则在以后导体棒ab的运动过程中 下列说法中正确的是 a 导体棒ab做减速运动期间加速度一定减小b 单位时间内克服安培力做的功全部转化为电能 电能又转化为内能c 导体棒减少的机械能转化为闭合电路中的电能和电热之和 符合能的转化和守恒定律d 导体棒ab最后做匀速运动时 速度大小为 答案 解析 11 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 电磁感应现象中的电路问题1 对电磁感应中电源的理解电源的正负极 感应电流的方向 电势的高低 电容器极板带电问题 可用右手定则或楞次定律判定 2 对电磁感应电路的理解 1 在电磁感应电路中 相当于电源的部分把其他形式的能通过电流做功转化为电能 2 电源 两端的电压为路端电压 而不是感应电动势 12 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 3 电磁感应中电路知识的关系图 13 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 4 分析电磁感应电路问题的基本思路 14 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内 一长为r 质量为m且质量分布均匀的直导体棒ab置于圆导轨上面 ba的延长线通过圆导轨中心o 装置的俯视图如图所示 整个装置位于一匀强磁场中 磁感应强度的大小为b 方向竖直向下 在内圆导轨的c点和外圆导轨的d点之间接有一阻值为r的电阻 图中未画出 直导体棒在水平外力作用下以角速度 绕o逆时针匀速转动 在转动过程中始终与导轨保持良好接触 设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 导体棒和导轨的电阻均可忽略 重力加速度大小为g 求 1 通过电阻r的感应电流的方向和大小 2 外力的功率 15 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 解题探究 如何求导体棒ab运动的平均速度 导体棒在转动过程中 有哪些力做功 分别做正功还是负功 提示 滑动摩擦力做负功 安培力做负功 外力做正功 16 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 17 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 2 在竖直方向有mg 2fn 0式中 由于导体棒质量分布均匀 内 外圆导轨对导体棒的支持力大小相等 其值为fn 两导轨对运动的导体棒的滑动摩擦力均为ff fn在 t时间内 导体棒在内 外圆导轨上扫过的弧长分别为l1 r t l2 2r t克服摩擦力做的总功为wf ff l1 l2 在 t时间内 消耗在电阻r上的功为wr i2r t根据能量转化和守恒定律知 外力在 t时间内做的功为w wf wr 18 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 规律总结 电磁感应现象中电路问题的处理方法1 确定电源 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 利用e blv或求感应电动势的大小 利用右手定则或楞次定律判断电流方向 2 分析电路结构 内 外电路及外电路的串 并联关系 画出等效电路图 3 利用电路规律求解 主要应用欧姆定律及串 并联电路的基本性质等列方程求解 19 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 考点四 如图甲所示 垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a 磁感应强度的大小为b 一边长为a 电阻为4r的正方形均匀导线框cdef从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域 在图乙中给出的线框ef两端的电压uef与线框移动距离x的关系的图象正确的是 乙 答案 解析 20 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 考点四 电磁感应现象中的图象问题1 图象类型 1 随时间变化的图象如b t图象 t图象 e t图象和i t图象 2 随位移x变化的图象如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判断或画出正确的图象 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 利用给出的图象判断或画出新的图象 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关系式 进 出磁场的转折点是解决问题的关键 21 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 考点四 4 注意的问题对图象的认识 应注意以下几方面 1 明确图象所描述的物理意义 2 必须明确各种 的含义 3 必须明确斜率的含义 4 必须建立图象和电磁感应过程之间的对应关系 5 注意三个相似关系及其各自的物理意义 22 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 考点四 5 电磁感应中图象类选择题的两个常见解法 1 排除法 定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势 增大还是减小 变化快慢 均匀变化还是非均匀变化 特别是物理量的正负 排除错误的选项 2 函数法 根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系 然后由函数关系对图象作出分析和判断 这未必是最简捷的方法 但却是最有效的方法 23 考点一 考点二 考点三 考点四 例2 对点训练2 多选 2015 广西四市适应性检测 矩形导线框abcd放在匀强磁场中处于静止状态 如图甲所示 一磁场的磁感线方向与导线框所在平面垂直 磁感应强度的大小b随时间t变化的图象如图乙所示 t 0时刻 磁感应强度的方向垂直导线框平面向里 在0 4s时间内 导线框ad边所受安培力f安随时间t变化的图象 规定向左为安培力的正方向 及导线框中的感应电流i随时间t变化的图象 规定顺时针方向为电流的正方向 可能是图中的 答案 解析 24 考点一 考点二 考点三 考点四 例2 对点训练2 解题探究 0 1s和1 2s内导线框中产生的感应电流的方向是否相同 提示 相同 25 考点一 考点二 考点三 考点四 例2 对点训练2 方法归纳 解决电磁感应图象问题的一般步骤 1 明确图象的种类 即是b t图象还是 t图象 或者是e t图象 i t图象等 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 坐标轴截距等 6 画出图象或判断图象 26 考点一 考点二 考点三 考点四 例2 对点训练2 2015 云南昆明三中 玉溪一中统考 如图所示 在pq qr区域存在着磁感应强度大小相等 方向相反的匀强磁场 磁场方向均垂直于纸面 bc边与磁场的边界p重合 导线框与磁场区域的尺寸如图所示 从t 0时刻开始线框向右匀速横穿两个磁场区域 以a b c d e f为线框中电流的正方向 以下四个i t关系示意图中正确的是 答案 解析 27 考点一 考点二 考点三 例3 对点训练3 考点四 电磁感应现象中的动力学问题1 导体的两种运动状态 1 平衡状态 静止或匀速直线运动 f合 0 2 非平衡状态 加速度不为零 f合 ma 2 解决电磁感应中的动力学问题的一般思路 先电后力 即先做 源 的分析 分离出电路中由电磁感应所产生的电源 求出电源参数e和r 再进行 路 的分析 分析电路结构 弄清串 并联关系 求出相应部分的电流大小 以便求解安培力 然后是 力 的分析 分析研究对象 常是金属杆 导体线圈等 的受力情况 尤其注意其所受的安培力 最后进行 运动 状态的分析 根据力和运动的关系 判断出正确的运动模型 28 考点一 考点二 考点三 例3 对点训练3 考点四 如图所示 两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为 间距为l 导轨上端接有一平行板电容器 电容为c 导轨处于匀强磁场中 磁感应强度大小为b 方向垂直于导轨平面 在导轨上放置一质量为m的金属棒 棒可沿导轨下滑 且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触 已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 重力加速度大小为g 忽略所有电阻 让金属棒从导轨上端由静止开始下滑 求 1 电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系 2 金属棒的速度大小随时间变化的关系 29 考点一 考点二 考点三 例3 对点训练3 考点四 解题探究 金属棒下滑产生的感应电动势与电容器两极板间电压数值关系如何 金属棒下滑过程中受力情况如何 就其运动情况 你有何猜想 提示 相等 提示 金属棒下滑过程中受重力 支持力 摩擦力 安培力 首先考虑其是否做匀加速直线运动 30 考点一 考点二 考点三 例3 对点训练3 考点四 31 考点一 考点二 考点三 例3 对点训练3 考点四 32 考点一 考点二 考点三 例3 对点训练3 考点四 33 考点一 考点二 考点三 例3 对点训练3 考点四 规律总结 对于涉及电磁感应的动态分析问题要注意以下几点 1 电磁感应动力学问题中 要抓好受力情况 运动情况的动态分析 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 最终加速度为零 导体达到匀速 最终速度 运动的稳定状态 2 这类问题要抓住 速度变化引起安培力变化 这个关系 并从分析物体的受力情况与运动情况入手解决问题 这是解题的关键 34 考点一 考点二 考点三 例3 对点训练3 考点四 多选 如图所示 平行且足够长的两条光滑金属导轨 相距l 0 4m 导轨所在平面与水平面的夹角为30 其电阻不计 把完全相同的两金属棒 长度均为0 4m ab cd分别垂直于导轨放置 并使每棒两端都与导轨良好接触 已知两金属棒的质量均为m 0 1kg 电阻均为r 0 2 整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 磁感应强度为b 0 5t 当金属棒ab在平行于导轨向上的力f作用下沿导轨向上匀速运动时 金属棒cd恰好能保持静止 g取10m s2 则 a f的大小为0 5nb 金属棒ab产生的感应电动势为1 0vc ab棒两端的电压为1 0vd ab棒的速度为5 0m s 答案 解析 35 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练4 考点四 电磁感应现象中的能量问题1 电磁感应现象中的能量转化2 求解焦耳热q的三种方法 36 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练4 考点四 3 解决电磁感应现象中的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回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于电源 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转化 3 根据能量守恒列方程求解 37 考点一 考点二 考点三 考点四 例4 对点训练4 2015 河北唐山模拟 如图甲所示 有一倾斜放置 电阻不计且足够长的光滑平行金属导轨mn ef 导轨平面与水平面的夹角为 37 两平行导轨相距l 1m 上端连接一阻值为r 3 0 的电阻 一质量为m 0 4kg 电阻r 1 0 的匀质导体棒ab放在导轨上 棒与导轨垂直并保持良好接触 整个装置放在一磁感应强度方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中 重力加速度g取10m s2 1 当在导体棒中通以方向由a到b 大小为i 1a的电流时 为使导体棒在导轨上保持静止 需在导体棒的中点施加一沿导轨平面向上的拉力f f随时间t的变化关系如图乙所示 试计算当t 2s时 导体棒所处磁场的磁感应强度b的大小 2 6s后撤去拉力f和导体棒中的电流i 导体棒将由静止开始下滑 当电阻r两端的电压刚好稳定时 测得此时导体棒沿导轨下滑了x 2m 试计算在该过程中电阻r上产生的热量q 38 考点一 考点二 考点三 考点四 例4 对点训练4 解题探究 导体棒ab静止时受哪几个力的作用 t 2s时 力f多大 t 4s后 拉力f为0 4n 此时导体棒仍处于静止状态 此时导体棒ab受哪些力的作用 满足什么关系 6s后撤去拉力f 导体棒可能的运动状态是什么 提示 拉力f 安培力 重力 1 4n 提示 拉力f 安培力b2il 重力mg f b2il mgsin 提示 先变加速后匀速 39 考点一 考点二 考点三 考点四 例4 对点训练4 答案 1 1 0t 2 2 736j 解析 本题主要考查了安培力 电磁感应的基本规律以及能量守恒定律 意在考查考生的分析综合能力和应用数学知识解决问题的能力 1 根据左手定则判断出导体棒ab所受的安培力沿导轨平面向上 设此时磁场的磁感应强度大小为b1 则由力的平衡条件可得f b1il mgsin 由题图乙可以得出 当t 2s时 f 1 4n代入数据可得b1 1 0t 40 考点一 考点二 考点三 考点四 例4 对点训练4 2 由题图乙可知 t 4s后 拉力不再发生变化 设此后的磁感应强度大小为b2 有f b2il mgsin 由题图乙可得f 0 4n 代入上式可得b2 2 0t当电阻r两端的电压刚好稳定时 设导体棒中的感应电流为i 由力的平衡条件可得mgsin b2i l代入数据可解得i 1 2a由电磁感应规律可得可解得vm 2 4m s 41 考点一 考点二 考点三 考点四 例4 对点训练4 42 考点一 考点二 考点三 考点四 例4 对点训练4 方法归纳 电磁感应现象中电能的求解方法 1 若回路中电流恒定 可以利用电路结构及w uit或q i2rt直接进行计算 2 若电流变化 则 利用安培力做的功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 利用能量守恒求解 若只有电能与机械能的转化 则机械能的减少量等于产生的电能 43 考点一 考点二 考点三 考点四 例4 对点训练4 多选 如图所示 两根光滑平行金属导轨固定在倾角为30 的斜面上 导轨间距为l 导轨下端连接一个阻值为r的定值电阻 空间中有一磁感应强度大小为b 方向垂直导轨所在平面斜向上的匀强磁场 在斜面上平行斜面固定一个轻弹簧 弹簧劲度系数为k 弹簧上端与质量为m 电阻为r 长为l的导体杆相连 杆与导轨垂直且接触良好 导体杆中点系一轻细线 细线平行斜面 绕过一个光滑定滑轮后悬挂一个质量也为m的物块 初始时用手托着物块 导体杆保持静止 细线伸直 但无拉力 释放物块后 下列说法正确的是 答案 解析 44 1 2 3 4 5 答案 解析 45 1 2 3 4 5 2 如图所示 有两根和水平方向成 角的光滑平行的金属轨道 上端接有可变电阻r 下端足够长 空间有垂直于轨道平面的匀强磁场 磁感应强度为b 一根质量为m的金属杆 电阻忽略不计 从轨道上