高三物理一轮复习课件考情精解读知识全通关专题11电磁感应共96.pptx

目录Contents,考情精解读,考点一,考点二,考法3,考法2,考法1,考法4,考法5,考法6,方法突破,考法7,A.考点全通关,B.题型全突破,C.能力大提升,模型探究,考情精解读,考纲解读,命题趋势,命题规律,物理专题十一电磁感应,电磁感应现象磁通量法拉第电磁感应定律楞次定律自感、涡流,考纲解读,命题趋势,命题规律,物理专题十一电磁感应,考纲解读,命题规律,命题趋势,物理专题十一电磁感应,考纲解读,命题规律,命题趋势,物理专题十一电磁感应,考纲解读,命题规律,返回目录,1.热点预测感应电动势和感应电流的计算及电磁感应中的综合问题(电路问题、能量问题、图像问题和力电综合问题)是高考命题的热点,题型为选择题或计算题,分值一般为620分.2.趋势分析选择题更注重考查电磁感应现象的定性分析、感应电动势的计算及图像问题;计算题注重考查电磁感应与电路知识以及功能关系,考生应高度重视此部分知识.,命题趋势,物理专题十一电磁感应,考点全通关,考点一电磁感应现象楞次定律,继续学习,物理专题十一电磁感应,一、磁通量1.磁通量(1)定义:匀强磁场中,磁感应强度B与垂直于磁场方向的平面的面积S的乘积,叫作穿过这个平面的磁通量,简称磁通,用符号表示.(2)定义式:=BS.式中B是匀强磁场的磁感应强度,S是与磁场方向垂直的平面的面积.(3)单位:在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,符号是Wb.1Wb=1Tm2.(4)标量性:磁通量是标量,但有正负之分.磁通量的正负是这样规定的,即任何一个平面都有正、反两面,若规定磁感线从正面穿入时磁通量为正,则磁感线从反面穿入时磁通量为负.,2.磁通量的变化量在某个过程中,穿过某个平面的磁通量的变化量等于末磁通量2与初磁通量1的差值,即=2-1.3.磁通量的变化率磁通量的变化量与发生此变化所用时间的比值,即.在-t图像中,图线的斜率表示磁通量的变化率.1.公式=BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度,S是与磁场方向垂直的平面的面积,因此可以理解为=BS.如果平面与磁场方向不垂直,应把面积S投影到与磁场方向垂直的平面上,求出投影面积S,代入公式=BS中计算.2.若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁通量为1,反向磁通量为2,则穿过该平面的磁通量为=1+2,物理专题十一电磁感应,继续学习,物理专题十一电磁感应,继续学习,二、电磁感应现象1.定义:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中就有电流产生,这种现象叫作电磁感应.电磁感应现象中产生的电流叫作感应电流.2.产生感应电流的条件(1)电路闭合;(2)穿过闭合电路的磁通量发生变化.电磁感应现象产生的条件是回路中的磁通量发生变化,如果回路闭合则产生感应电流;如果回路不闭合,则只有感应电动势,而无感应电流.,物理专题十一电磁感应,继续学习,三、楞次定律1.楞次定律(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.(2)适用范围:一切电磁感应现象.(3)对“阻碍”意义的理解,物理专题十一电磁感应,继续学习,(4)楞次定律的推广含义楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因,列表说明如下,物理专题十一电磁感应,继续学习,应用楞次定律处理电磁感应问题的常用方法见本书237页.,物理专题十一电磁感应,继续学习,2.右手定则(1)内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并与手掌在同一个平面内,让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向.(2)适用范围:导体切割磁感线产生感应电流的情况.楞次定律研究的是整个闭合电路,右手定则研究的是闭合电路的一部分导体,即一段导体做切割磁感线运动,右手定则是楞次定律的一种特殊情况.,物理专题十一电磁感应,继续学习,右手定则与左手定则的比较,物理专题十一电磁感应,返回目录,右手定则与左手定则的比较“三定则”、“一定律”在电磁感应现象中的应用见本书237页,物理专题十一电磁感应,继续学习,考点二法拉第电磁感应定律自感现象,一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)定义:在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势.(2)产生条件:穿过回路的磁通量发生变化,与电路是否闭合无关.(3)方向判断:可假设电路闭合,由楞次定律或右手定则判断出感应电流的方向,产生感应电动势的那部分导体相当于电源,其中电流方向由低电势指向高电势.2.法拉第电磁感应定律(1)内容:电路中感应电动势的大小,与穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.(2)公式E=n,其中n为线圈匝数.(3)感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路欧姆定律,即I=+.,物理专题十一电磁感应,继续学习,3.应用法拉第电磁感应定律E=n时应注意的几点(1)研究对象:E=n的研究对象是一个回路,而不是一段导体.(2)物理意义:E=n求的是t时间内的平均感应电动势,当t0时,E为瞬时感应电动势.(3)E=n求得的电动势是整个回路的感应电动势,而不是回路中某段导体的电动势.整个回路的电动势为零,其回路中某段导体的感应电动势不一定为零.(4)用公式E=nS求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内的有效面积.(5)若回路中与磁场方向垂直的面积S及磁感应强度B均随时间变化,则E=(2211),要特别注意题目要求的是哪个时刻的感应电动势.,物理专题十一电磁感应,继续学习,二、对法拉第电磁感应定律E=n的理解1.当由磁场变化引起时,常用S来计算;当由回路面积变化引起时,常用B来计算.若、是恒定的,即磁场或回路面积是均匀变化的,那么产生的感应电动势也是恒定的.2.法拉第电磁感应定律常用于计算感应电动势的平均值,特别是求解电磁感应现象中的电荷量问题.如在t时间内通过电路某一横截面的电荷量q=It=t=n=n,说明电荷量q仅由磁通量的变化量和回路电阻来决定,与磁通量变化的时间无关.,3.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的比较,物理专题十一电磁感应,继续学习,3.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的比较,物理专题十一电磁感应,继续学习,三、公式E=n与公式E=BLv的联系与区别,物理专题十一电磁感应,继续学习,物理专题十一电磁感应,四、弯曲导体平动切割磁感线产生的感应电动势对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的公式E=Blv,若导体是弯曲的,式中l为导体切割磁感线的有效长度,有效切割长度l为导体在垂直v的方向上的投影长度.如下图中有效长度分别为图甲:l=absin.图乙:沿v1方向运动时,l=;沿v2方向运动时,l=0.图丙:沿v1方向运动时,l=2R;沿v2方向运动时,l=0;沿v3方向运动时,l=R.,继续学习,物理专题十一电磁感应,五、导体在磁场中旋转产生的感应电动势如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,长为l的导体棒绕过O点的轴以角速度匀速转动,此时产生的感应电动势E=Bl=12Bl2,即等效为以棒中点的线速度大小平动切割磁感线产生的感应电动势.,继续学习,物理专题十一电磁感应,六、求解感应电动势的常见方法,继续学习,物理专题十一电磁感应,六、求解感应电动势的常见方法,继续学习,物理专题十一电磁感应,七、自感与涡流1.互感现象(1)定义:两个互相靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象叫作互感.(2)产生原因:一个线圈中的电流变化,引起另一个线圈中的磁通量发生变化.2.自感现象(1)定义:由于线圈中的电流发生变化而在它本身产生感应电动势,这种电磁感应现象叫作自感现象.(2)产生原因:线圈自身电流的变化,引起磁通量发生变化.,继续学习,物理专题十一电磁感应,3.自感电动势(1)定义:在自感现象中产生的感应电动势叫作自感电动势.(2)自感电动势的方向:当原电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反;当原电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同.(3)自感电动势的大小:自感电动势的大小与电流的变化率成正比,E=L,L是自感系数.(4)自感系数决定因素:与线圈的大小、形状、匝数以及线圈中是否有铁芯有关.国际单位:亨利,符号是H.更小的单位有毫亨(mH)、微亨(H),1H=103mH=106H.,继续学习,物理专题十一电磁感应,4.涡流(1)定义:当线圈中的电流发生变化时,这个线圈附近的导体中就会产生感应电流,这种电流像水的旋涡,所以叫作涡流.(2)产生原因:导体可以看作由许多闭合导体框组成,当线圈接入变化的电流时,产生变化的磁场,从而在导体中产生旋涡状的感应电流.(3)涡流的两种效应热效应:由于导体存在电阻,当电流在导体中流动时,就会产生电热,这就是涡流的热效应.磁效应a.电磁阻尼:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力的作用,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼.b.电磁驱动:当磁场相对于导体运动时,感应电流会使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种现象称为电磁驱动.,返回目录,题型全突破,考法1感应电流方向如何确定,考法指导一、引起磁通量变化的原因有哪些?由=BS可知,若磁通量发生变化,原因可能为:1.磁场变化.如磁铁靠近或远离,电磁铁内的电流发生变化或磁场中的磁感应强度发生变化.2.回路的有效面积发生变化或回路平面与磁场的夹角变化.二、什么情况下可以产生感应电动势?什么情况下可以产生感应电流?1.当导体棒切割磁感线时,导体棒两端可以产生感应电动势,若该导体处于闭合回路中,将产生感应电流.2.当闭合回路中的磁通量发生变化时,回路中将产生感应电流.,物理专题十一电磁感应,继续学习,三、如何判断感应电流的方向?1.利用右手定则判断.2.利用楞次定律判断.应用楞次定律判断感应电流的方向的具体方法如下:,物理专题十一电磁感应,继续学习,物理专题十一电磁感应,考法示例1下列图中能产生感应电流的是()思路分析电路是否闭合回路的磁通量是否发生变化确定能否产生感应电流.解析根据产生感应电流的条件:A中,电路没闭合,无感应电流;B中,电路闭合,且垂直磁感线的平面的面积增大,即闭合电路的磁通量增大,有感应电流;C中,穿过闭合线圈的磁感线相互抵消,磁通量恒为零,无感应电流;D中,闭合回路中的磁通量不发生变化,无感应电流.答案B,继续学习,物理专题十一电磁感应,突破攻略电路中能否产生感应电流,一般可利用如下程序进行判断:,继续学习,物理专题十一电磁感应,考法示例2如图所示,导线框abcd与直导线几乎在同一平面内,直导线中通有恒定电流I,当导线框由左向右匀速通过直导线时,线框中感应电流的方向是()A.先abcd,后dcba,再abcdB.始终dcbaC.先dcba,后abcd,再dcbaD.先abcd,后dcba思路分析本题可按以下思路进行分析:直导线产生的磁场的分布特点导线框在直导线左边和右边运动时磁通量的变化情况导线框跨过直导线的过程中磁通量的变化情况导线框中的感应电流方向.,继续学习,物理专题十一电磁感应,解析当导线框从直导线左边向直导线靠近时,穿过导线框的磁感线是向外的且磁通量增加,由楞次定律可判断导线框中电流方向是dcba.当导线框在直导线右边远离直导线时,穿过导线框的磁感线是向里的且磁通量减小,由楞次定律可判断导线框中电流方向还是dcba.在导线框跨越直导线过程中,导线框的ab边和dc边均切割磁感线,由右手定则可得ab边感应电流的方向从a到b,cd边感应电流的方向从c到d,而ad、bc边不切割磁感线,因此,回路中相当于有两个电源串联,回路中感应电流的方向为abcd.选项C正确.答案C点评应用右手定则判断导线切割磁感线产生的感应电流方向,要把握好几个方向以及它们之间的关系,注意不能与左手定则、安培定则等其他定则相混淆.,返回目录,物理专题十一电磁感应,继续学习,考法2自感现象的分析,考法指导一、自感现象中“闪亮”与“不闪亮”问题,二、通电自感与断电自感有何区别与联系?,物理专题十一电磁感应,继续学习,继续学习,物理专题十一电磁感应,二、通电自感与断电自感有何区别与联系?,考法示例3如图所示,线圈L的自感系数很大,且其直流电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,开关S闭合和断开的过程中,灯L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)()A.S闭合,L1不亮,L2逐渐变亮;S断开,L2立即熄灭,L1逐渐变亮B.S闭合,L1不亮,L2很亮;S断开,L1、L2立即熄灭C.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2亮度不变;S断开,L2立即熄灭,L1亮一下才熄灭D.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮;S断开,L2立即熄灭,L1亮一下才熄灭,物理专题十一电磁感应,继续学习,思路分析由线圈中原来电流的方向及大小(自感线圈的“阻碍”作用)确定各灯泡亮度的变化情况.解析当S闭合,L的自感系数很大,对电流的阻碍作用较大,L1和L2串联后与电源相连,L1和L2同时亮,随着L中电流的增大,因为L的直流电阻不计,则L的分流作用增大,L1中的电流逐渐减小为零,由于总电阻变小,故电路中的总电流变大,L2中的电流增大,L2灯变得更亮;当S断开,L2中无电流,立即熄灭,而线圈L产生自感电动势,试图维持本身的电流不变,L与L1组成闭合电路,L1灯要亮一下后再熄灭.综上所述,D正确.答案D,物理专题十一电磁感应,返回目录,物理专题十一电磁感应,继续学习,考法3电磁感应中的电路问题,考法指导1.对电源的理解在电磁感应现象中,产生感应电动势的那部分导体就是电源.如切割磁感线的导体棒、有磁通量变化的线圈等.这种电源将其他形式的能转化为电能.2.对电路的理解内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈,外电路由电阻、电容等电学元件组成.,物理专题十一电磁感应,继续学习,3.几个等效关系(1)某段导体作为外电路时,它两端的电压等于电流与其电阻的乘积.(2)某段导体作为电源时,它两端的电压就是路端电压,等于电流与外电阻的乘积,或等于电动势减去内电压,当导体的电阻不计时路端电压等于电源电动势.,4.问题分类(1)确定等效电源的正负极、感应电流的方向、电势高低、电容器极板的带电性质等问题.(2)根据闭合电路求解电路中的总电阻、路端电压、电功率等问题.(3)根据电磁感应的平均感应电动势求解电路中通过的电荷量:=n,=总,q=t=总.,物理专题十一电磁感应,继续学习,在同一水平面上的光滑平行导轨P、Q相距l=1m,导轨左端接有如图所示的电路.其中水平放置的平行板电容器两极板M、N相距d=10mm,定值电阻R1=R2=12,R3=2,金属棒ab的电阻r=2,其他电阻不计.磁感应强度B=0.5T的匀强磁场竖直穿过导轨平面,当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时,悬浮于电容器两极板之间的质量m=110-14kg、电荷量q=-110-14C的微粒恰好静止不动.取g=10m/s2,在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好,且速度保持恒定.试求:(1)匀强磁场的方向;(2)ab两端的路端电压;(3)金属棒ab运动的速度.,物理专题十一电磁感应,继续学习,【考法示例4】,思路分析本题可按以下思路进行求解:微粒静止，重力等于电场力电场强度的大小和方向电路中的电流和电动势金属棒的运动速度解析(1)负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态,因为重力竖直向下,所以电场力竖直向上,故M板带正电.ab棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势,ab棒等效于电源,感应电流方向由ba,其a端为电源的正极,由右手定则可判断,磁场方向竖直向下.(2)微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态,根据平衡条件有mg=Eq,又E=,所以UMN=0.1VR3两端电压与电容器两端电压相等,由欧姆定律得通过R3的电流为I=3=0.05A则ab棒两端的电压为Uab=UMN+I121+2=0.4V,物理专题十一电磁感应,继续学习,(3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势E=Blv由闭合电路欧姆定律得E=Uab+Ir=0.5V联立解得v=1m/s.答案(1)竖直向下(2)0.4V(3)1m/s突破攻略解决电磁感应中的电路问题,一般按以下步骤进行:(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=n或E=Blvsin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.,物理专题十一电磁感应,返回目录,物理专题十一电磁感应,继续学习,考法指导1.问题概括,考法4电磁感应中的图像问题,物理专题十一电磁感应,继续学习,2.思路导图,【考法示例5】,如图所示,一沿水平方向的匀强磁场分布在宽度为2L的某矩形区域内(长度足够大),该区域的上下边界MN、PS是水平的.有一边长为L的正方形导线框abcd从距离磁场上边界MN的某高处由静止释放下落而穿过该磁场区域,已知当线框的ab边到达PS时线框刚好做匀速直线运动.以线框的ab边到达MN时开始计时,以MN处为坐标原点,取如图坐标轴x,并规定逆时针方向为感应电流的正方向,向上为力的正方向.则下列关于线框中的感应电流i和线框所受到的安培力F与ab边的位置坐标x的关系中,可能正确的是(),物理专题十一电磁感应,继续学习,解析线框的ab边到达PS时线框刚好做匀速直线运动,此时线框所受的安培力与重力大小相等,即F=mg,而线框完全在磁场中运动时做匀加速运动,所以可知线框进入磁场过程,安培力应小于重力,即Fmg,只能做加速运动,不能做匀速运动或减速运动,否则通过匀加速过程,ab边到达PS时速度增大,安培力增大,安培力将大于重力,线框不可能做匀速运动.根据安培力公式F=22,可知:线框进入磁场的过程中,随着速度增大,产生的感应电动势和感应电流i逐渐增大,安培力逐渐增大,线框所受的合力减小,加速度减小,所以线框做加速度减小的变加速运动.感应电流i=,所以感应电流i的变化率也应逐渐减小,安培力F的变化率也逐渐减小.由楞次定律判断可知,线框进入磁场和穿出磁场过程,所受的安培力方向都向上,为正方向.故A、D正确,B、C错误.答案AD,物理专题十一电磁感应,继续学习,【突破攻略】,物理专题十一电磁感应,分析电磁感应中图像类选择题的两个常用方法(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),特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项;(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像进行分析和判断.,返回目录,考法指导在电磁感应现象的考题中,常要求计算某段时间内(或某段过程中)通过导体横截面的电荷量.设t时间内通过导线某横截面的电荷量为q,则根据电流的定义式I=和法拉第电磁感应定律E=n可得q=It=t=t=n,式中n为线圈的匝数,为磁通量的变化量,R为闭合电路的总电阻.如果闭合电路是一个单匝线圈(n=1),则q=.,物理专题十一电磁感应,继续学习,考法5电磁感应中电荷量的计算方法,考法示例6如图所示,在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金属导轨aOb(在纸面内),磁场方向垂直于纸面朝里,另有两根金属导轨c、d分别平行于Oa、Ob放置.保持导轨之间接触良好,金属导轨的电阻不计.现经历以下四个过程:以速率v移动d,使它与Ob的距离增大一倍;再以速率v移动c,使它与Oa的距离减小一半;然后,再以速率2v移动c,使它回到原处;最后以速率2v移动d,使它也回到原处.设上述四个过程中通过电阻R的电荷量的大小依次为Q1、Q2、Q3和Q4,则()A.Q1=Q2=Q3=Q4B.Q1=Q2=2Q3=2Q4C.2Q1=2Q2=Q3=Q4D.Q1Q2=Q3Q4,继续学习,物理专题十一电磁感应,思路分析分析本题的关键是要抓住每个过程中面积的变化是否相等,还要注意求电荷量时用到的是磁通量的变化量,与速度无关.解析由Q=t=tRt=R=BSR可知,在四种情况下变化的面积是相同的,则磁通量变化相同,跟导轨移动的速度无关,跟移动的时间也无关,所以A项正确.答案A,物理专题十一电磁感应,继续学习,物理专题十一电磁感应,继续学习,考法示例7如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5m,左端接有阻值R=0.3的电阻.一质量m=0.1kg、电阻r=0.1的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4T.棒在水平向右的外力作用下由静止开始以a=2m/s2的加速度做匀加速运动,当棒的位移x=9m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q2=21.导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求:(1)棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量q;(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2;(3)外力做的功WF.,思路分析本题可按以下思路进行求解:(1)由法拉第电磁感应定律求出电动势求出平均电流求出电荷量.(2)由运动学公式求出撤去外力时的速度由动能定理求出动能由功能关系求得Q.(3)由Q1Q2=21Q1的大小在整个过程中,用功能关系W=Q1+Q2,代入数据得出外力做的功.解析(1)设金属棒做匀加速运动的时间为t,回路中磁通量的变化量为,回路中产生的平均感应电动势为,则由法拉第电磁感应定律得=,其中=Blx设回路中的平均电流为,则由闭合电路欧姆定律得=+通过电阻R的电荷量q=t联立以上各式,代入数据解得q=4.5C,物理专题十一电磁感应,继续学习,(2)设撤去外力时棒的速度为v,在棒做匀加速运动的过程中,由运动学公式得v2=2ax设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做的功为W,由动能定理得W=0-12mv2撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2=-W代入数据解得Q2=1.8J(3)由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q2=21,可得Q1=3.6J在棒运动的整个过程中,由功能关系可知WF=Q1+Q2=5.4J.,物理专题十一电磁感应,继续学习,方法研究应用q=n求解电磁感应中的电荷量问题,既可以分析恒定电流通过某横截面的电荷量,也可以分析变化的电流通过某横截面的电荷量,故在求解变速运动过程中由于电磁感应现象而涉及的电荷量问题时,可直接利用q=n求解.,物理专题十一电磁感应,返回目录,考法指导1.导体处于静止或匀速运动状态时的分析思路(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向.(2)由闭合电路欧姆定律确定回路中的电流.(3)分析导体的受力情况.(4)由平衡条件列方程求解.,物理专题十一电磁感应,继续学习,考法6电磁感应中的动力学问题,2.导体做变加速运动,最终趋于稳定状态的分析思路(1)做好受力分析和运动状态分析导体受力速度变化产生变化的感应电动势产生变化的感应电流导体受变化的安培力作用合外力变化加速度变化速度变化感应电动势变化最终加速度等于零,导体达到稳定运动状态.(2)达到平衡状态时,列方程求解利用好导体达到稳定状态时的受力平衡方程往往是解决这类问题的突破口.(3)此类问题中极值问题的分析方法加速度的最大值出现在初位置,可先对初位置进行受力分析,然后由牛顿第二定律求解加速度.速度的最大值、最小值一般出现在匀速运动时,通常根据平衡条件进行分析和求解.,物理专题十一电磁感应,继续学习,考法示例8如图所示,相距L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为,上端接有定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B.将质量为m的导体棒由静止释放,当速度达到v时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2v的速度匀速运动.导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g.下列选项正确的是()A.P=2mgvsinB.P=3mgvsinC.当导体棒速度达到2时加速度大小为2sinD.在速度达到2v以后的匀速运动过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功,继续学习,物理专题十一电磁感应,物理专题十一电磁感应,思路分析对导体棒进行受力分析(平衡条件)确定拉力的大小(P=Fv)确定此时拉力的功率;由导体棒的速度、长度及磁感应强度(F=BIl)确定安培力的大小(牛顿第二定律)确定加速度的大小.解析当导体棒第一次匀速运动时,沿导轨方向有mgsin=22;当导体棒第二次匀速运动时,沿导轨方向有F+mgsin=222,两式联立解得F=mgsin,此时拉力F的功率P=F2v=2mgvsin,选项A正确,B错误;当导体棒的速度达到2时,沿导轨方向有mgsin-222=ma,解得a=12gsin,选项C正确;导体棒的速度达到2v以后,拉力与重力的合力所做的功全部转化为R上产生的焦耳热,选项D错误.答案AC,继续学习,物理专题十一电磁感应,考法示例9如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值电阻.导体棒a和b放在导轨上,与导轨垂直并良好接触.斜面上水平虚线PQ以下区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场.现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的b棒恰好静止.当a棒运动到磁场的上边界PQ处时,撤去拉力,a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动,此时b棒已滑离导轨.当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时,又恰能沿导轨匀速向下运动.已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为m,重力加速度为g,导轨电阻不计.求:(1)a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中的电流大小Ia与定值电阻R中的电流大小IR的比值;(2)a棒质量ma;(3)a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F.,继续学习,继续学习,物理专题十一电磁感应,思路分析本题可按以下思路分析:,继续学习,物理专题十一电磁感应,解析(1)a棒沿导轨向上运动时,a棒、b棒及电阻R中的电流分别为Ia、Ib、IR,则有IRR=IbRb,Ia=IR+Ib联立解得=2(2)由于a棒在PQ上方滑动过程中机械能守恒,因而a棒在磁场中向上滑动的速度大小v1与在磁场中向下滑动的速度大小v2相等,即v1=v2=v设磁场的磁感应强度为B,金属导轨间距为L.a棒在磁场中运动时产生的感应电动势为E=BLv当a棒沿斜面向上运动时Ib=232由b棒恰好静止知IbLB=mgsin向下匀速运动时,a棒中的电流为Ia,则Ia=2由a棒恰能匀速运动知IaLB=magsin联立解得ma=32m,物理专题十一电磁感应,(3)由题意知a棒沿斜面向上运动时,所受拉力F=IaLB+magsin联立以上各式解得F=72mgsin.答案(1)2(2)32m(3)72mgsin突破攻略解决电磁感应中动力学问题的一般思路为:先做“源”的分析找出电路中由于电磁感应而产生的等效电源,求出电源的参数E和r;再进行“路”的分析分析电路结构,弄清串、并联关系,求出相关部分的电流大小,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,判断出运动类型.,返回目录,考法指导电磁感应过程的实质是不同形式的能量之间转化的过程,而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的,安培力做功的过程,是电能转化为其他形式能的过程,外力克服安培力做功,则是其他形式的能转化为电能的过程.1.能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化其他形式的能量电能焦耳热或其他形式的能量(2)求解焦耳热Q的三种方法焦耳定律:Q=I2Rt.功能关系:Q=W克服安培力.能量转化:Q=E其他能的减少量.,物理专题十一电磁感应,继续学习,考法7电磁感应中功能问题的分析方法,物理专题十一电磁感应,继续学习,2.解决此类问题的步骤(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(右手定则)确定感应电动势的大小和方向.(2)画出等效电路图,写出回路中电阻消耗的电功率的表达式.(3)分析导体机械能的变化,用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程,联立求解.在利用能量的转化和守恒解决电磁感应问题时,第一要准确把握参与转化的能量的形式和种类,第二要确定哪种能量增加,哪种能量减少.,物理专题十一电磁感应,考法示例10如图所示,质量m1=0.1kg、电阻R1=0.3、长度l=0.4m的导体棒ab横放在U形金属框架上,框架质量m2=0.2kg,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数=0.2,相距0.4m的MM、NN相互平行,电阻不计且足够长.电阻R2=0.1的MN垂直于MM.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5T.垂直于ab施加F=2N的水平恒力,使ab从静止开始无摩擦地运动,且始终与MM、NN保持良好接触,当ab运动到某处时,框架开始运动.设框架与水平面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2.(1)求框架开始运动时ab速度v的大小;(2)设从ab开始运动到框架开始运动的过程中,MN上产生的热量Q=0.1J,求该过程中ab位移x的大小.,-,继续学习,思路分析解答本题时应把握以下两点:(1)框架刚开始运动时所受的安培力等于最大静摩擦力.(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中,力F做的功等于导体棒增加的动能和产生的总热量之和.解析(1)ab对框架的压力F1=m1g框架受水平面的支持力FN=m2g+F1依题意,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则框架受到的最大静摩擦力F2=FNab中的感应电动势E=BlvMN中的电流I=1+2MN受到的安培力F安=BIl框架开始运动时F安=F2由上述各式代入数据解得v=6m/s,物理专题十一电磁感应,继续学习,(2)闭合回路中产生的总热量Q总=1+22Q由能量守恒定律,得Fx=12m1v2+Q总代入数据解得x=1.1m.突破攻略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: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;(3)利用电路特征来求解:通过电路中所产生的电能来计算.,物理专题十一电磁感应,返回目录,能力大提升,物理专题十一电磁感应,继续学习,方法1应用楞次定律处理电磁感应问题的常用方法,1.常规法:据原磁场(B原方向及情况)确定感应电流产生的磁场(B感方向)判断感应电流(I感方向)导体受力及运动趋势.2.效果法:由楞次定律可知,感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”,深刻理解“阻碍”的含义.据“阻碍”原则,可直接对运动趋势作出判断.3.口诀法:即“增反减同,来拒去留,增缩减扩”.增反减同若原磁场增强,感应电流产生的磁场与原磁场方向相反;反之,则与原磁场方向相同.来拒去留若磁体靠近某一导体,产生的安培力将会阻碍磁体的靠近;反之,则阻碍磁体的远离.增缩减扩若原磁场增强,则产生感应电流的回路的面积有缩小的趋势;反之,面积有增大的趋势.,示例11如图所示,光滑平行导轨M、N固定在同一水平面上,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时()A.P、Q将互相靠拢B.P、Q将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度大于g思路分析由磁铁的运动确定闭合回路中磁通量的变化情况(楞次定律)确定两导体棒的运动情况以及磁铁的受力情况确定磁铁的加速度大小.,物理专题十一电磁感应,继续学习,【解析】,解法一根据楞次定律的另一表述“感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因”,本题中“原因”是回路中磁通量的增加,归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近.所以,P、Q将互相靠近且磁铁的加速度小于g,选项A正确.,物理专题十一电磁感应,继续学习,【解析】,解法二设磁铁下端为N极,根据楞次定律可判断出P、Q中的感应电流方向,如图所示,根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向,可见,P、Q将相互靠拢.由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律知,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小于g.当磁铁下端为S极时,根据类似的分析可得到相同的结论,选项A正确.答案A点评本题可利用以上两种方法进行分析,但知识掌握熟练的同学可以直接利用“口诀法”快速解答本题.,物理专题十一电磁感应,返回目录,1.安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的比较,物理专题十一电磁感应,继续学习,方法2“三定则”、“一定律”在电磁感应现象中应用,物理专题十一电磁感应,2.抓住因果关系,据因索果(1)因电而生磁(IB)安培定则;(2)因动而生电(v、BI感)右手定则;(3)因电而受力(I、BF安)左手定则;(4)因变而生电(变I感)楞次定律.3.应用“三定则”、“一定律”解答关于电磁感应问题的常用方法程序法即先根据变化的起因,一环套一环,环环相扣,从“原因”开始依次利用各定则或定律得出最终结果.也可以从“结果”开始,逆向推导.,继续学习,物理专题十一电磁感应,继续学习,示例12如图所示,水平放置的两对光滑平行导轨上分别有可自由移动的金属棒MN、PQ,MN的左边有一闭合电路,当PQ在外力的作用下运动时,MN向右运动.则PQ所做的运动可能是()A.向右加速运动B.向左加速运动C.向右减速运动D.向左减速运动思路分析由MN的运动情况确定MN所受的安培力方向(安培定则)MN处的磁场方向(左手定则)MN中的感应电流方向(安培定则)L1中感应电流的磁场方向(楞次定律)L2中磁场方向及变化情况(安培定则)PQ中电流方向及大小变化(右手定则)确定PQ所做的运动.,解析MN向右运动,说明MN受到向右的安培力,因为通电导线ab在MN处的磁场方向垂直纸面向里MN中的感应电流由MNL1中感应电流的磁场方向向上2中磁场方向向上且减弱2中磁场方向向下且增强.若L2中磁场方向向上且减弱PQ中电流为由QP且减小PQ向右减速运动,选项C正确;若L2中磁场方向向下且增强PQ中电流为由PQ且增大PQ向左加速运动,选项B正确.答案BC点评在分析多物体以及多过程的物理问题时,一般可以按程序法一步一步进行推导,但要注意每一个过程选用的物理规律不能混淆,特别是左手定则、右手定则不能弄错.,物理专题十一电磁感应,返回目录,物理专题十一电磁感应,1.“杆轨”模型(1)分类“杆轨”模型分为“单杆”型和“双杆”型;导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜三种;杆的运动状态可分为匀速运动、匀变速运动、非匀变速运动、转动等;磁场的状态可分为恒定不变、均匀变化、非均匀变化等.(2)分析方法通过受力分析,确定运动状态,一般会有收尾状态.对于收尾状态则有恒定的速度或者加速度等,再结合运动学规律、牛顿运动定律和能量观点分析求解.,继续学习,模型电磁感应中的“杆轨”模型,2.单杆模型一根导体杆在导轨上滑动,物理专题十一电磁感应,继续学习,物理专题十一电磁感应,继续学习,物理专题十一电磁感应,继续学习,示例13两足够长的光滑金属导轨竖直放置,间距为L,如图所示,一导线与两导轨相连,磁感应强度大小为B的匀强磁场与导轨平面垂直.一电阻为R、质量为m的导体棒在距磁场上边界h处由静止释放,导体棒进入磁场区域后速度减小,最终达到稳定状态时距离磁场上边缘的距离为H.整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平.不计导轨的电阻.下列说法正确的是()A.整个运动过程中回路中的最大电流为B.整个运动过程中导体棒产生的焦耳热为mg(H+h)-322244C.整个运动过程中导体棒克服安培力所做的功为mgHD.整个运动过程中回路中消耗的电功率为()2R,物理专题十一电磁感