高考物理一轮总复习 第九章 第3讲 电磁感应定律的综合应用配套课件 新人教版.ppt

第3讲电磁感应定律的综合应用 一 电路和图像 知识点1电磁感应中的电路问题1 电源和电阻 磁通量 blv 内阻 e ir 2 电流方向在外电路 电流由高电势流向低电势 在内电路 电流由低电势流向高电势 知识点2电磁感应中的图像问题图像 时间t 位移x 楞次定律 法拉第电磁感应定律 思考辨析 1 在电磁感应的电路中 运动的导体部分都相当于电源 2 切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的回路两端的电压等于电源的电动势 3 电路中的电流总是从高电势流向低电势 4 虽然电磁感应电路中电源的电动势可以发生变化 但是闭合电路欧姆定律仍然适用于电磁感应电路 5 感应电动势由闭合电路的磁通量变化产生时 回路的 t图像的斜率越大 回路中产生的感应电动势越大 6 感应电动势由导体棒切割产生时 导体棒的v t图像的斜率越大 回路中产生的感应电动势越大 7 感应电动势由导体棒切割产生时 导体棒的v t图像中速度的绝对值越大 回路中产生的感应电动势越大 8 在感应电流的i t图像中 图像与时间轴所围成的面积越大 通过回路的电荷量就越大 分析 导体平行于磁场运动时 不切割磁感线 不产生感应电动势 故 1 错 在闭合电路中 相当于电源 的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样 等于路端电压 而不等于感应电动势 电流的方向在外电路是从高电势流向低电势 在内电路中由低电势流向高电势 故 2 3 错 电磁感应的电路中产生的感应电动势和真实的电源一样 故闭合电路欧姆定律仍然适用 4 对 根据感应电动势的计算公式可知当回路匝数确定时 磁通量的变化率越大 感应电动势越大 在 t图像中 斜率用来表示感应电 动势的大小 故 5 对 导体棒切割磁感线时 e blv 回路的感应电动势除了与导体切割磁感线的速度有关外 还与导体的有效切割长度 磁场的磁感应强度以及导体运动方向与磁场方向的关系有关 当导线平行切割磁感线时 感应电动势为零 而与v t图像的斜率所表示的加速度大小没有关系 故 6 和 7 错 根据q it 可知i t图像中图像与时间轴所围成的面积表示流过回路的电荷量 故 8 对 考点1电磁感应中的电路问题 考点解读 1 问题归类 1 以部分电路欧姆定律为中心 包括六个基本物理量 电压 电流 电阻 电功 电功率 电热 三条定律 部分电路欧姆定律 电阻定律和焦耳定律 以及若干基本规律 串 并联电路特点等 解题技巧 2 以闭合电路欧姆定律为中心 讨论电动势概念 闭合电路中的电流 路端电压以及闭合电路中能量的转化 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 误区分析 1 不能正确分析感应电动势及感应电流的方向 因产生感应电动势的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 没有注意等效电源的内阻对电路的影响 3 对连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 其示数应该是路端电压 而不是等效电源的电动势 典例透析1 2012 江苏高考 某兴趣小组设计了一种发电装置 如图所示 在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角 均为磁场均沿半径方向 匝数为n的矩形线圈abcd的边长ab cd l bc ad 2l 线圈以角速度 绕中心轴匀速转动 bc和ad边同时进入磁场 在磁场中 两条边所经过处的磁感应强度大小均为b 方向始终与两边的运动方向垂直 线圈的总电阻为r 外接电阻为r 求 1 线圈切割磁感线时 感应电动势的大小em 2 线圈切割磁感线时 bc边所受安培力的大小f 3 外接电阻上电流的有效值i 解题探究 1 线圈有哪些边切割磁感线 其切割磁感线的速度如何 提示 线圈的bc ad边切割磁感线产生感应电动势 bc ad边切割磁感线的速度为v 2 线圈bc边中的电流方向 磁场方向 所受安培力方向三者存在怎样的关系 安培力如何计算 提示 线圈bc边中的电流方向 磁场方向 所受安培力方向三者两两互相垂直 其安培力可以用f bil计算 3 外接电阻上电流的有效值等于最大值吗 提示 一个周期内 外接电阻上只有t的时间内有电流 故其有效值并不等于最大值 有效值应根据电流的热效应计算 解析 1 bc ad边的运动速度感应电动势em 4nblv解得em 2nbl2 2 电流安培力f 2nbiml解得 3 一个周期内 通电时间r上消耗的电能且w i2rt 解得答案 1 2nbl2 总结提升 解决电磁感应电路问题的基本步骤 1 源 的分析 用法拉第电磁感应定律算出e的大小 用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向 感应电流方向是电源内部电流的方向 从而确定电源正负极 明确内阻r 2 路 的分析 根据 等效电源 和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路图 3 根据e blv或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 变式训练 2013 安徽高考 如图所示 足够长平行金属导轨倾斜放置 倾角为37 宽度为0 5m 电阻忽略不计 其上端接一小灯泡 电阻为1 一导体棒mn垂直于导轨放置 质量为0 2kg 接入电路的电阻为1 两端与导轨接触良好 与导轨间的动摩擦因数为0 5 在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场 磁感应强度为0 8t 将导体棒mn由静止释放 运动一段时间后 小灯泡稳定发光 此后导体棒mn的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为 重力加速度g取10m s2 sin37 0 6 a 2 5m s1wb 5m s1wc 7 5m s9wd 15m s9w 解析 选b 选mn为研究对象 受力分析如图所示 在垂直斜面方向上受力平衡 合力为零 列式可得 n mgcos 0n mgcos 由摩擦力公式f n得f mgcos 代入数据可得f 0 8n在沿斜面方向上受力平衡 合力为零 列式可得 f f mgsin 0 代入数据可得f 0 4n再由安培力公式f bil 而可得代入数据可得v 5m s 流过小灯泡的电流为小灯泡消耗的电功率为p i2r灯代入数据可得p 1w 故b项正确 变式备选 如图所示 pn与qm两平行金属导轨相距1m 电阻不计 两端分别接有电阻r1和r2 且r1 6 ab导体的电阻为2 在导轨上可无摩擦地滑动 垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1t 现ab以恒定速度v 3m s匀速向右移动 这时ab杆上消耗的电功率与r1 r2消耗的电功率之和相等 求 1 r2的阻值 2 r1与r2消耗的电功率分别为多少 3 拉ab杆的水平向右的外力f为多大 解析 1 内外功率相等 则内外电阻相等 解得r2 3 2 e blv 1 1 3v 3v 路端电压u ir外 0 75 2v 1 5v 3 f bil 1 0 75 1n 0 75n 答案 1 3 2 0 375w0 75w 3 0 75n 考点2电磁感应的图像问题 考点解读 1 图像类型 拓展延伸 2 分析方法对图像的分析 应做到 四明确一理解 1 明确图像所描述的物理意义 明确各种正 负号的含义 明确斜率的含义 明确图像和电磁感应过程之间的对应关系 2 理解三个相似关系及其各自的物理意义 典例透析2 2013 山东高考 将一段导线绕成图甲所示的闭合回路 并固定在水平面 纸面 内 回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场 中 回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场 以向里为磁场 的正方向 其磁感应强度b随时间t变化的图像如图乙所示 用f表示ab边受到的安培力 以水平向右为f的正方向 能正确反映f随时间t变化的图像是 解题探究 1 0 时间内 回路的圆环区域内磁场方向先向 后向 大小先 后 磁感应强度的变化率 2 t时间内 感应电动势与0 时间内 大小 方向 3 ab边所受安培力应由 判断 里 外 减小 增大 不变 相等 相反 左手定则 解析 选b 根据图乙可知 在0 时间内 先是向里的磁通量均匀减小 然后向外的磁通量均匀增加 根据法拉第电磁感应定律e 和楞次定律可知 这段时间内感应电流恒定不变 感应电流方向由b向a 由左手定则可以判定 0 时间内 ab边受到恒定的水平向左的力f 同理可以判定 在 t时间内 先是向外的磁通量均匀减小 然后向里的磁通量均匀增加 这段时间内ab边中将产生恒定的由a向b的感应电流 根据左手定则不难判断 这段时间内ab边受到恒定的水平向右的力f 因此 只有选项b正确 总结提升 分析电磁感应图像问题的一般步骤 1 明确图像的种类 即是b t图像还是 t图像 或者e t图像 i t图像等 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 截距等 6 画图像或判断图像 变式训练 2013 新课标全国卷 如图 在水平面 纸面 内有三根相同的均匀金属棒ab ac和mn 其中ab ac在a点接触 构成 v 字型导轨 空间存在垂直于纸面的均匀磁场 用力使mn向右匀速运动 从图示位置开始计时 运动中mn始终与 bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触 下列关于回路中电流i与时间t的关系图线 可能正确的是 解析 选a 1 先写出金属棒mn匀速向右切割磁感线产生的感应电动势及整个回路电阻的表达式 2 再根据欧姆定律求出回路中的感应电流 金属棒mn匀速向右切割磁感线产生的感应电动势为e blv 设 bac 2 金属棒单位长度的电阻为r 则整个回路的电阻为再根据欧姆定律可得回路中的电流为 定值 故图a正确 资源平台 电磁感应的图像和电路综合问题如图甲所示 光滑平行金属导轨mn pq所在平面与水平面成 角 m p两端接一阻值为r的定值电阻 阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置 其他部分电阻不计 整个装置处在磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向垂直导轨平面向上 t 0时对金属棒施加一平行于导轨的外力f 金属棒由静止开始沿导轨向上运动 通过r的感应电流i随时间t变化的关系如图 乙所示 下列关于穿过回路abpma的磁通量 和磁通量的瞬时变化率以及ab两端的电势差uab和通过金属棒的电荷量q随时间t变化的图像中 正确的是 规范解答 选c 设导轨间距为l 通过r的电流因通过r的电流i随时间均匀增大 即金属棒ab的速度v随时间t均匀增大 金属棒ab的加速度a为恒量 故金属棒ab做匀加速运动 磁通量a错误 纵轴上无截距 b错误 因uab ir 且i t 所以uab t c正确 1 用均匀导线做成的正方形线框边长为0 2m 正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中 如图所示 当磁场以10t s的变化率增强时 线框中a b两点间的电势差是 a uab 0 1vb uab 0 1vc uab 0 2vd uab 0 2v 解析 选b 由且内外电阻相等 根据闭合电路欧姆定律可知a b间的电势差为由楞次定律可知a点电势低于b点电势 故uab 0 1v 选项b正确 2 2014 南安模拟 如图所示 螺线管匝数n 1500匝 横截面积s 20cm2 螺线管导线电阻r 1 电阻r 4 磁感应强度b随时间变化的b t图像如图所示 以向右为正方向 下列说法正确的是 a 电阻r的电流方向是从a到cb 感应电流的大小均匀增大c 电阻r两端的电压为6vd c点的电势为4 8v 解析 选d 由楞次定律 电阻r的电流方向是从c到a 选项a错误 由于磁感应强度均匀增大 根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律 感应电流的大小保持不变 选项b错误 螺线管内产生的感应电动势 1500 20 10 4 2v 6v 电流i 1 2a 电阻r两端的电压为u ir 4 8v c点的电势为4 8v 选项c错误 d正确 3 如图甲所示 光滑导轨水平放置在与水平方向成60 角斜向下的匀强磁场中 匀强磁场的磁感应强度b随时间的变化规律如图乙所示 规定斜向下为正方向 导体棒ab垂直导轨放置 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变化的图像是 解析 选d 由楞次定律可判定回路中的电流始终为b a方向 由法拉第电磁感应定律可判定回路电流大小恒定 故a b错 由f安 bil可得f安随b的变化而变化 在0 t0时间内 f安方向向右 故外力f与f安等值反向 方向向左 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 4 2012 福建高考 如图甲 一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落 穿过一根竖直悬挂的条形磁铁 铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合 若取磁铁中心o为坐标原点 建立竖直向下为正方向的x轴 则图乙中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图像是 解析 选b 闭合铜环下落过程的侧视图如图所示 据右手定则或楞次定律可知闭合铜环在原点o上方和下方时电流方向相反 d错 闭合铜环从 位置到 位置过程电动势e变大 位置速度与磁感线平行 e 0 闭合铜环下落过程加速运动 且在原点o下方速度较大 电动势e的最大值比上方e的最大值大 a c错 b对