高考物理总复习 第十章 电磁感应 专题讲座八 电磁感应的综合应用(一)课件 教科版.ppt

专题讲座八电磁感应的综合应用 一 核心探究 演练提升 核心探究分类探究 各个击破 考点一电磁感应中的电路问题 1 分析电磁感应电路问题的基本思路 1 确定电源 用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和电源 正负 极 电源内部电流从低电势流向高电势 2 分析电路结构 根据 等效电源 和电路中其他元件的连接方式画出等效电路 注意区别内外电路 区别路端电压 电动势 3 利用电路规律求解 根据e blv或e n结合闭合电路欧姆定律 串并联电路知识和电功率 焦耳定律等关系式联立求解 2 电磁感应电路的几个等效问题 典例1 2018 芜湖模拟 如图所示 在匀强磁场中竖直放置两条足够长的平行导轨 磁场方向与导轨所在平面垂直 磁感应强度大小为b0 导轨上端连接一阻值为r的电阻和开关s 导轨电阻不计 两金属棒a和b的电阻都为r 质量分别为ma 0 02kg和mb 0 01kg 它们与导轨接触良好 并可沿导轨无摩擦地运动 若将b棒固定 开关s断开 用一竖直向上的恒力f拉a棒 稳定后a棒以v1 10m s的速度向上匀速运动 此时再释放b棒 b棒恰能保持静止 g 10m s2 1 求拉力f的大小 核心点拨 1 开关s断开 a棒向上匀速运动时 a b棒组成闭合电路 b棒释放后恰能静止 说明b棒所受安培力与重力合力为0 答案 1 0 3n 核心点拨 2 a棒固定 开关s闭合 释放b棒时的等效电路如图1所示 b棒下滑 当安培力与重力合力为0时 下滑速度最大 2 若将a棒固定 开关s闭合 释放b棒 求b棒滑行的最大速度v2 答案 2 7 5m s 核心点拨 3 a b棒都固定 开关s断开 由a棒受安培力与重力大小相等可求出电流 通过磁感应强度的变化率即可求出两棒的间距 3 若将a棒和b棒都固定 开关s断开 使磁感应强度从b0随时间均匀增加 经0 1s后磁感应强度增大到2b0时 a棒受到的安培力大小正好等于a棒的重力 求两棒间的距离 答案 3 1m 方法技巧电磁感应中电路问题的题型特点闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体做切割磁感线运动 在回路中将产生感应电动势和感应电流 从而考题中常涉及电流 电压 电功等的计算 也可能涉及电磁感应与力学 电磁感应与能量的综合问题分析 多维训练 ac 2 导学号58826217 用e blv求电动势 2018 河南商丘模拟 多选 如图 甲 所示 mn pq两条平行的光滑金属轨道与水平面成 30 固定在地面上 m p之间接电阻箱r 电阻箱的阻值范围为0 4 导轨所在空间存在匀强磁场 磁场方向垂直于轨道平面向上 磁感应强度为b 0 5t 质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上 其接入电路的电阻值为r 现从静止释放杆ab 测得最大速度为vm 改变电阻箱的阻值r 得到vm与r的关系如图 乙 所示 已知轨道间距为l 2m 重力加速度取g 10m s2 轨道足够长且电阻不计 则 a 金属杆滑动时产生的感应电流方向是a b m p ab 当r 0时 杆ab匀速下滑过程中产生感应电动势的大小为2vc 金属杆的质量为m 0 2kg 电阻r 2 d 当r 4 时 回路瞬时电功率每增加1w的过程中合外力对杆做的功为0 6j bcd 考点二电磁感应的图像问题 1 图像问题类型 2 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 进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键 3 解决图像问题的一般步骤 1 明确图像的种类 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 楞次定律 左手定则或安培定则确定有关方向的对应关系 4 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律等知识写出函数关系式 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 画图像或判断图像 4 解决电磁感应图像类选择题的两个常用方法 典例2 2017 德州一模 多选 如图所示 abcd为一边长为l的正方形导线框 导线框位于光滑水平面内 其右侧为一匀强磁场区域 磁场的边界与线框的cd边平行 磁场区域的宽度为2l 磁感应强度为b 方向竖直向下 线框在一垂直于cd边的水平恒定拉力f作用下沿水平方向向右运动 直至通过磁场区域 cd边刚进入磁场时 线框开始匀速运动 规定线框中电流沿逆时针时方向为正 则导线框从刚进入磁场到完全离开磁场的过程中 a b两端的电压uab及导线框中的电流i随cd边的位置坐标x变化的图线可能是 bd 核心点拨 线框全部进入磁场后 在磁场中运动过程中虽然无电流但有电动势 uab不为零 反思总结动生感应电流的图像分析技巧 1 读题明确题目中规定的正方向 2 对切割磁感线的过程进行分段研究 利用排除法缩小目标 先分析电流方向后分析大小 注意回路中无电流时是否有感应电动势 3 对涉及与电磁感应有关的速度 安培力 电势差 电功等可应用有关规律进行分析 最后确定答案 多维训练 1 由图像分析电磁感应过程 2018 潮南区模拟 如图 甲 所示 电阻不计 间距为l的光滑平行导轨水平放置 左端连接定值电阻r 电阻可忽略的金属杆ab放在导轨上且与导轨接触良好 整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中 现对金属杆ab施加一外力 使金属杆ab沿导轨向右匀速运动 已知外力对ab杆做功的功率与杆的速率的二次方间的关系如图 乙 所示 该图线斜率为k 则该磁场的磁感应强度为 c b 考点三电磁感应中的动力学问题 1 两种状态及处理方法 2 力学对象和电学对象的相互关系 3 用 四步法 分析电磁感应中的动力学问题 典例3 2016 全国 卷 24 如图 水平面 纸面 内间距为l的平行金属导轨间接一电阻 质量为m 长度为l的金属杆置于导轨上 t 0时 金属杆在水平向右 大小为f的恒定拉力作用下由静止开始运动 t0时刻 金属杆进入磁感应强度大小为b 方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域 且在磁场中恰好能保持匀速运动 杆与导轨的电阻均忽略不计 两者始终保持垂直且接触良好 两者之间的动摩擦因数为 重力加速度大小为g 求 1 金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小 审题指导 2 电阻的阻值 反思总结解决电磁感应动力学问题的两个关键分析 路 的分析 确定电磁感应电路中的电源 弄清电路中的串 并联关系 运动 的分析 准确分析运动导体的受力 特别是安培力 确定导体的运动性质 是加速 减速 还是匀速 从而运用相应的运动规律解题 多维训练 1 电磁感应中的平衡问题 2016 浙江10月选考 为了探究电动机转速与弹簧伸长量之间的关系 小明设计了如图所示的装置 半径为l的圆形金属导轨固定在水平面上 一根长也为l 电阻为r的金属棒ab一端与导轨接触良好 另一端固定在圆心处的导电转轴oo 上 由电动机a带动旋转 在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面 大小为b1 方向竖直向下的匀强磁场 另有一质量为m 电阻为r的金属棒cd用轻质弹簧悬挂在竖直平面内 并与固定在竖直平面内的 u 形导轨保持良好接触 导轨间距为l 底部接阻值也为r的电阻 处于大小为b2 方向垂直导轨平面向里的匀强磁场中 从圆形金属导轨引出导线和通过电刷从转轴引出导线经开关s与 u 形导轨连接 当开关s断开 棒cd静止时 弹簧伸长量为x0 当开关s闭合 电动机以某一转速匀速转动 棒cd再次静止时 弹簧伸长量变为x 不超过弹性限度 不计其余电阻和摩擦等阻力 求此时 1 通过棒cd的电流icd 解析 1 s断开 cd棒静止 有mg kx0s闭合 cd棒静止时受到的安培力f icdb2lcd棒静止有mg icdb2l kx得icd 答案 1 见解析 2 电动机对该装置的输出功率p 答案 2 见解析 3 电动机转动角速度 与弹簧伸长量x之间的函数关系 答案 3 见解析 2 导学号58826219 导体杆切割的动力学问题 2017 临沂二模 如图所示 一与水平面夹角为 37 的倾斜平行金属导轨 两导轨足够长且相距l 0 2m 另外两根水平金属杆mn和pq的质量均为m 0 01kg 可沿导轨无摩擦地滑动 mn杆和pq杆的电阻均为r 0 2 倾斜金属导轨电阻不计 mn杆被两个垂直于导轨的绝缘立柱挡住 整个装置处于匀强磁场内 磁场方向垂直于导轨平面向上 磁感应强度b 1 0t pq杆在恒定拉力f作用下由静止开始向上加速运动 拉力f垂直pq杆沿导轨平面向上 当运动位移x 0 1m时pq杆达到最大速度 此时mn杆对绝缘立柱的压力恰好为零 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 pq杆的最大速度vm 答案 1 0 6m s 2 当pq杆加速度a 2m s2时 mn杆对立柱的压力 解析 2 当pq的加速度a 2m s2时 对pq根据牛顿第二定律可得f mgsin bil ma 对mn有bil n mgsin 0 pq达到最大速度时 有f mgsin biml 0 联立解得n 0 02n 根据牛顿第三定律可得对立柱的压力n 0 02n 答案 2 0 02n 3 pq杆由静止到最大速度过程中回路产生的焦耳热q 答案 3 4 2 10 3j 演练提升真题体验 强化提升 1 电磁感应中的图像问题 2017 全国 卷 20 多选 两条平行虚线间存在一匀强磁场 磁感应强度方向与纸面垂直 边长为0 1m 总电阻为0 005 的正方形导线框abcd位于纸面内 cd边与磁场边界平行 如图 a 所示 已知导线框一直向右做匀速直线运动 cd边于t 0时刻进入磁场 线框中感应电动势随时间变化的图线如图 b 所示 感应电流的方向为顺时针时 感应电动势取正 下列说法正确的是 a 磁感应强度的大小为0 5tb 导线框运动速度的大小为0 5m sc 磁感应强度的方向垂直于纸面向外d 在t 0 4s至t 0 6s这段时间内 导线框所受的安培力大小为0 1n bc 高考模拟 2 电磁感应中的力与运动问题 2017 海南卷 13 如图 两光滑平行金属导轨置于水平面 纸面 内 轨间距为l 左端连有阻值为r的电阻 一金属杆置于导轨上 金属杆右侧存在一磁感应强度大小为b 方向竖直向下的匀强磁场区域 已知金属杆以速度v0向右进入磁场区域 做匀变速直线运动 到达磁场区域右边界 图中虚线位置 时速度恰好为零 金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好 除左端所连电阻外 其他电阻忽略不计 求金属杆运动到磁场区域正中间时所受安培力的大小及此时电流的功率 3 电磁感应中的电路问题 2016 全国 卷 25 如图 两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面 纸面 内 其左端接一阻值为r的电阻 一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上 在电阻 导轨和金属棒中间有一面积为s的区域 区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场 磁感应强度大小b1随时间t的变化关系为b1 kt 式中k为常量 在金属棒右侧还有一匀强磁场区域 区域左边界mn 虚线 与导轨垂直 磁场的磁感应强度大小为b0 方向也垂直于纸面向里 某时刻 金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动 在t0时刻恰好以速度v0越过mn 此后向右做匀速运动 金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好 它们的电阻均忽略不计 求 1 在t 0到t t0时间间隔内 流过电阻的电荷量的绝对值 2 在时刻t t t0 穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小 拓展增分 示例 2017 深圳二模改编 如图所示 水平放置的光