高考物理一轮总复习热点专题12电磁感应现象中的电路、图象、动力学及能量问题课件.ppt

热点专题12电磁感应现象中的电路 图象 动力学及能量问题 栏目导航 1 2 3 4 抓知识点 抓重难点 课时跟踪检测 抓易错点 5 课时跟踪检测 一 电磁感应现象中的电路问题1 内电路和外电路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的 其余部分是 2 电源电动势和路端电压 1 电动势 E 或E 2 路端电压 U IR 内阻 外电路 Blv E Ir 二 电磁感应现象中的图象问题 时间t 位移x 电磁感应 电磁感应 楞次定律 法拉第电磁感应定律 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 将其他形式的能转化为 电流做功再将电能转化为 2 实质电磁感应现象的能量转化 实质是其他形式的能和之间的转化 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 3 利用电路特征来求解 通过电路中所产生的电热来计算 做功 电能 内能 电能 安培力 电能 1 电磁感应中电路知识的关系图 2 解决电磁感应中的电路问题三部曲 2015年广东卷 如图 a 所示 平行长直金属导轨水平放置 间距L 0 4m 导轨右端接有阻值R 1 的电阻 导体棒垂直放置在导轨上 且接触良好 导体棒及导轨电阻均不计 导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场 bd连线与导轨垂直 长度也为L 从0时刻开始 磁感应强度B的大小随时间t变化 规律如图 b 所示 同一时刻 棒从导轨左端开始向右匀速运动 1s后刚好进入磁场 若使棒在导轨上始终以速度v 1m s做直线运动 求 例1 1 棒进入磁场前 回路中的电动势E 2 棒在运动过程中受到的最大安培力F 以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式 答案 1 0 04V 2 0 04Ni t 1 A 1s t 1 2s 三步走 分析电路为主的电磁感应问题 提分秘笈 2015年福建卷 如图 由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd 固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场中 一接入电路电阻为R的导体棒PQ 在水平拉力作用下沿ab dc以速度v匀速滑动 滑动过程PQ始终与ab垂直 且与线框接触良好 不计摩擦 在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中 A PQ中电流先增大后减小B PQ两端电压先减小后增大C PQ上拉力的功率先减小后增大D 线框消耗的电功率先减小后增大 跟踪训练1 答案 C 电磁感应中常见的图象问题 类型一据电磁感应过程选择图象 2016届长春外国语学校月考 一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中 线圈平面与磁场方面垂直 如图甲所示 设垂直于纸面向内的磁感应强度方向为正 垂直于纸面向外的磁感应强度方向为负 线圈中顺时针方向的感应电流为正 逆时针方向的感应电流为负 已知圆形线圈中感应电流I随时间变化的图象如图乙所示 则线圈所在处的磁场的磁感应强度随时间变化的图象可能是图中的 例2 解析 根据题设 垂直纸面向里的磁感应强度方向为正 线圈中顺时针方向的感应电流为正 则由图乙可知 线圈中在前0 5s内产生了逆时针方向的感应电流 由楞次定律可得 当磁通量增加时 感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 当磁通量减小时 感应磁场方向与原磁场方向相同 在前0 5s内 若磁场方向垂直纸面向里 正方向 时 必须是磁场增强的 若磁场方向垂直纸面向外 负方向 时 必须是磁场减弱的 而在0 5 1 5s 由感应电流方向 结合楞次定律可得 若磁场方向垂直纸面向里 正方向 时 必须是磁场减弱的 若磁场方向垂直纸面向外 负方向 时 必须是磁场增加的 故A B错误 C正确 同理 D错误 答案 C 如下图甲所示 光滑导轨水平放置在斜向下且与水平方向夹角为60 的匀强磁场中 匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示 规定斜向下为B的正方向 导体棒ab垂直导轨放置且与导轨接触良好 除电阻R的阻值外 其余电阻不计 导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态 规定a b的方向为电流的正方向 水平向右的方向为外力的正方向 则在0 t1时间内 能正确反映流过导体棒ab的电流I和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的图象是 跟踪训练2 解析 由楞次定律可判定回路中的电流方向始终为b a 由法拉第电磁感应定律可判定回路中的电流大小恒定 故A B两项错误 由F安 BIL可得F安随B的变化而变化 在0 t0时间内 F安方向水平向右 故外力F与F安等值反向 方向水平向左为负值 在t0 t1时间内 F安方向改变 故外力F方向也改变为正值 综上所述 D项正确 答案 D 类型二图象的描绘 2014年安徽卷 如下图1所示 匀强磁场的磁感应强度B为0 5T 其方向垂直于倾角 为30 的斜面向上 绝缘斜面上固定有 形状的光滑金属导轨MPN 电阻忽略不计 MP和NP长度均为2 5m MN连线水平 长为3m 以MN中点O为原点 OP为x轴建立一维坐标系Ox 一根粗细均匀的金属杆CD 长度d为3m 质量m为1kg 电阻R为0 3 在拉力F的作用下 从MN处以恒定速度v 1m s在导轨上沿x轴正向运动 金属杆与导轨接触良好 g取10m s2 例3 1 求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x 0 8m处电势差UCD 2 推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式 并在上图2中画出F x关系图象 3 求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热 如图所示 一宽为l 40cm的匀强磁场区域 磁场方向垂直于纸面向里 一个边长为a 20cm的正方形导线框位于纸面内 以垂直于磁场边界的恒定速度v 20cm s通过该磁场区域 在运动过程中 线框有一条边始终与磁场区域的边界平行 取它刚进入磁场的时刻t 0 试画出线框中感应电流随时间变化的规律 跟踪训练3 答案 1 两种状态及处理方法 2 电学对象与力学对象的转换及关系 如图所示 在匀强磁场中有一足够长的光滑平行金属导轨 与水平面间的夹角 30 间距L 0 5m 上端接有阻值R 0 3 的电阻 匀强磁场的磁感应强度大小B 0 4T 磁场方向垂直导轨平面向上 一质量m 0 2kg 电阻r 0 1 的导体棒MN在平行于导轨的外力F作用下 由静止开始向上做匀加速运动 运动过程中导体棒始终与导轨垂直 且接触良好 当棒的位移d 9m时电阻R上消耗的功率P 2 7W 其他电阻不计 g取10m s2 求 1 此时通过电阻R上的电流 2 这一过程通过电阻R上电荷量q 3 此时作用于导体棒上的外力F的大小 例4 答案 1 3A 2 4 5C 2 2N 用 四步法 分析电磁感应中的动力学问题解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是 先电后力 具体思路如下 提分秘笈 2017届昆山月考 两根足够长的光滑平行直导轨MN PQ与水平面成 角放置 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 阻值为R的均匀直金属杆ab放在两导轨上 并与导轨垂直 整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨平面向上 导轨和金属杆接触良好 导轨的电阻不计 现让ab杆由静止开始沿导轨下滑 1 求ab杆下滑的最大速度vm 2 ab杆由静止释放至达到最大速度的过程中 电阻R产生的焦耳热为Q 求该过程中ab杆下滑的距离x及通过电阻R的电量q 跟踪训练4 1 电磁感应现象中的能量转化 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 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面向上的匀强磁场中 重力加速度g取10m s2 例5 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 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 答案 1 1 0T 2 2 736J 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 提分秘笈 2015年天津卷 如右图所示 凸 字形硬质金属线框质量为m 相邻各边互相垂直 且处于同一竖直平面内 ab边长为l cd边长为2l ab与cd平行 间距为2l 匀强磁场区域的上下边界均水平 磁场方向垂直于线框所在平面 开始时 cd边到磁场上边界的距离为2l 线框由静止释放 从cd边进入磁场直到ef pq边进入磁场前 线框做匀速运动 在ef pq边离开磁场后 ab边离开磁场之前 线框又做匀速运动 线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q 线框在下落过程中始终处于原竖直平面内 且ab cd边保持水平 重力加速度为g 求 跟踪训练5 1 线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍 2 磁场上下边界间的距离H 多选 如图所示 在方向竖直向下 磁感应强度为B的匀强磁场中 沿水平面固定一个V字型金属框架CAD 已知 A 导体棒EF在框架上从A点开始在外力作用下 沿垂直EF方向以速度v匀速向右平移 使导体棒和框架始终构成等腰三角形回路 已知框架和导体棒的材料和横截面积均相同 其单位长度的电阻均为R 框架和导体棒均足够长 导体棒运动中始终与磁场方向垂直 且与框架接触良好 关于回路中的电流I和消耗的电功率P随时间t的变化关系 下列四个图象中可能正确的是 例1 易错点1 电磁感应电路中 切割导体棒长度逐渐增大 误认为感应电流逐渐增大 答案 AD 错后感悟 导体棒向右运动 切割磁感线的导体棒长度逐渐增大 误以为感应电流越来越大 造成错选B项 实际上 导体棒向右运动的过程中 电路中的阻值也将增大 造成错选的原因是忽视了阻值的变化 如图所示是磁动力电梯示意图 即在竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道 轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2 B1 B2 1 0T B1和B2的方向相反 两磁场始终竖直向上做匀速运动 电梯轿厢固定在图示的金属框abcd内 并且与之绝缘 已知电梯载人时的总质量为4 95 103kg 所受阻力Ff 500N 金属框垂直轨道的边长ab 2 0m 两磁场的宽度均与金属框的边长ad相同 金属框整个回路的电阻R 8 0 10 4 g取10m s2 已知电梯正以v1 10m s的速度匀速上升 求 例2 1 金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向 2 磁场向上运动速度v0的大小 3 该电梯的工作效率 解析 1 对abcd金属框 由平衡条件得2F安 mg Ff 安培力F安 BI Lab 解得 I 1 25 104A 由右手定则可知 图示时刻电流方向为adcb 2 感应电动势 E 2B Lab v0 v1 又E IR 解得v0 12 5m s 答案 1 1 25 104Aadcb 2 12 5m s 3 79 2 错后感悟 1 没有考虑线框的ab cd两条边在方向相反的磁场中均产生感应电动势 只考虑了一条边切割产生感应电动势 2 没有考虑线框的ab cd两条边均受到安培力 两个沿水平方向且磁感应强度大小均为B的有水平边界的匀强磁