高考物理大一轮复习 第九章 第3讲 电磁感应的综合问题课件.ppt

电磁感应 第九章 第3讲电磁感应的综合问题 一 电磁感应中的电路问题1 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 将它们接上电容器 便可使电容器充电 将它们接上用电器 便可对用电器供电 在回路中形成电流 因此 电磁感应问题往往跟电路问题联系在一起 解决电磁感应电路问题的关键是把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路 2 基本方法 1 确定电源 先判断产生电磁感应现象的是哪一部分导体 该部分导体可视为等效电源 2 分析电路结构 画等效电路图 3 利用电路规律求解 主要有欧姆定律 串 并联规律等 3 常见的一些分析误区 1 不能正确分析感应电动势及感应电流的方向 因产生感应电动势那部分电路为电源部分 故该部分电路中的电流应为电源内部的电流 而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势 2 应用欧姆定律分析求解电路时 不注意等效电源的内阻对电路的影响 3 对接在电路中电表的读数不能正确进行分析 特别是并联在等效电源两端的电压表 其示数应该是外电压 而不是等效电源的电动势 也不是内电压 答案 b 二 电磁感应中的图象问题1 图象问题的特点考查方式比较灵活 有时依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 负方向的意义 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 对于切割磁感线类的还有e x图 i x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 注意事项 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 不管是何种类型 电磁感应中的图象问题常常需要利用右手定则 楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决 跟踪训练 2 多选 2015年惠州调研 一匀强磁场 磁场方向垂直纸面 规定向里的方向为正 在磁场中有一位于纸面内细金属圆环 如图9 3 2甲所示 现令磁感应强度值b按图9 3 2乙随时间t变化 令e1 e2 e3分别表示oa ab bc这三段变化过程中感应电动势的大小 i1 i2 i3分别表示其对应的感应电流 答案 bd 三 电磁感应中的动力学问题1 电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起 分析时要特别注意加速度a 0 速度v达最大值的特点 这类问题的分析思路如下 2 基本方法 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向 2 由闭合电路欧姆定律求回路中的电流 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求解 3 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 跟踪训练 3 如图9 3 3所示 ab和cd是位于水平面内的平行金属轨道 轨道间距为l 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 其电阻可忽略 整个装置处在匀强磁场中 磁场方向垂直于图中纸面向里 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 答案 a 电 2 解答步骤 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 2 搞清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 3 根据能量守恒列方程求解 电源 a 安培力对ab棒做正功b 安培力对cd棒做正功c abdca回路的磁通量先增加后减少d f做的功等于回路产生的总热量和系统动能增量之和 答案 bd 电磁感应与电路问题的联系就是电源与电路的连接问题 解决此类问题的主要步骤 1 确定电源 产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源 利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小 利用楞次定律确定其正负极 需要强调的是在电源内部电流是由负极流向正极的 在外部从正极流向外电路 并由负极流入电源 若无感应电流 则可以假设电流如果存在时的流向 电磁感应与电路规律的综合应用 2 分析电路结构 画出等效电路图 3 利用电路规律求解 主要有闭合电路的欧姆定律 串并联电路的性质 电功和电热等公式 如图9 3 7甲所示 水平放置的两根平行金属导轨 不计电阻 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的电流强度 并在图9 3 7乙中画出 答案 见解析 电磁感应中常涉及磁感应强度b 磁通量 感应电动势e和感应电流i随时间t变化的图线 即b t图线 t图线 e t图线和i t图线 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随位移s变化的图线 即e s图线和i s图线 这些图象问题大体上可分为两类 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 由给定的有关图象分析电磁感应过程 求解相应的物理量 不管是何种类型 电磁感应中的图象常需利用右手定则 楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和大小 电磁感应中的图象问题 多选 如图9 3 8甲所示 一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中 设磁场方向向里为磁感应强度b的正方向 线圈中的箭头 顺时针 为电流i的正方向 线圈及线圈中感应电流i随时间变化的图线如图9 3 8乙所示 则磁感应强度b随时间变化的图线可能是 一题一得用图象的斜率来分析 根据线圈中感应电流的方向来判断线圈所在处的磁场的变化率 再反过来应用图象的变化率来判断感应电流的方向 这个方法很重要 它说明了感应电流的方向只与磁场的变化率有关 而与磁场的磁感应强度的大小和方向无关 就像速度与位移的大小和方向无关 只与位移的变化率有关一样 单选 一环形线圈放在匀强磁场中 设第1s内磁感线垂直线圈平面 即垂直于纸面 向里 如图9 3 9甲所示 若磁感应强度b随时间t变化的关系如图9 3 9乙所示 那么第3s内线圈中感应电流的大小与其各处所受安培力的方向是 a 大小恒定 沿顺时针方向与圆相切b 大小恒定 沿着圆半径指向圆心c 逐渐增加 沿着圆半径离开圆心d 逐渐增加 沿逆时针方向与圆相切 答案 b 解析 由题图乙知 第3s内磁感应强度b逐渐增大 变化率恒定 故感应电流的大小恒定 再由楞次定律 线圈各处受安培力的方向都使线圈面积有缩小的趋势 故沿着圆半径指向圆心 b项正确 1 两种状态及处理方法 电磁感应与力学规律的综合应用 2 力学对象和电学对象的相互关系 2 两种常见类型 在如图9 3 10所示的倾角为 的光滑斜面上 存在着两个磁感应强度大小为b 方向垂直斜面向上的匀强磁场 磁场的宽度均为l 一个质量为m 电阻为r 边长也为l的正方形导线框 由静止开始沿斜面下滑 当ab边刚越过gh进入磁场区时 线框做加速运动 当ab边滑过jp位置时 线框恰好以速度v做匀速直线运动 从ab进入gh到jp的过程中 重力对线框做功为w1 线框克服安培力做功为w2 从cd进入gh到jp的过程中 重力对线框做功为w3 线框克服安培力做功为w4 下列说法中正确的有 如图9 3 11所示 mn pq为平行光滑导轨 其电阻忽略不计 与地面成30 角固定 n q间接一电阻r 10 m p端与电池组和开关组成回路 电动势e 6v 内阻r 1 0 导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场 现将一