步步高高三物理一轮复习第九章第3讲专题电磁感应规律的综合应用(人教版)

1、第第3讲专题讲专题 电磁感应规律的综合应用电磁感应规律的综合应用电源电源内阻内阻外电路外电路blveir图图931【即学即练即学即练】答案答案ab2安培力的方向安培力的方向(1)先用先用_确定感应电流方向，再用确定感应电流方向，再用_确定确定安培力方向安培力方向(2)根据楞次定律，安培力方向一定和导体切割磁感线运动根据楞次定律，安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向方向_blvbil右手定则右手定则左手定则左手定则相反相反2(多选多选)如图如图932所示，所示，mn和和pq是两根互相是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计有一垂直

2、导轨平面向里的匀长，且电阻不计有一垂直导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度为强磁场，磁感应强度为b，宽度为，宽度为l，ab是一根是一根不但与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金不但与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆开始，将开关属杆开始，将开关s断开，让断开，让ab由静止开始自由静止开始自【即学即练即学即练】图图932由下落，过段时间后，再将由下落，过段时间后，再将s闭合，若从闭合，若从s闭合开始计时，闭合开始计时，则金属杆则金属杆ab的速度的速度v随时间随时间t变化的图象可能是变化的图象可能是 ()答案答案acd三、电磁感应现象中的能量问题三、电磁感应现象中的能量问题1能量的转化能量的转化：

3、感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培：感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力力_，将其他形式的能转化为，将其他形式的能转化为_ ，电流做功再将电，电流做功再将电能转化为能转化为_ 2实质实质：电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能和：电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能和_之间的转化之间的转化做功做功电能电能内能内能电能电能3(多选多选)如图如图933所示，水平固定放置所示，水平固定放置的足够长的的足够长的u形金属导轨处于竖直向上的形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上放着金属棒匀强磁场中，在导轨上放着金属棒ab，开，开始时始时ab棒以水平初速度棒以水平初速度v0向右运动，

4、最后向右运动，最后静止在导轨上，就导轨光滑和导轨粗糙的静止在导轨上，就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较，这个过程两种情况相比较，这个过程 ()a安培力对安培力对ab棒所做的功不相等棒所做的功不相等b电流所做的功相等电流所做的功相等c产生的总内能相等产生的总内能相等d通过通过ab棒的电荷量相等棒的电荷量相等【即学即练即学即练】图图933答案答案ac【典例典例1】 (2012浙江卷浙江卷，25)为了提高自行车为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁闪烁”装置如图装置如图934所示，自行车后所示，自行车后轮由半径轮由半径r15.0102 m的金属

5、内圈、半的金属内圈、半径径r20.40 m的金属外圈和绝缘辐条构的金属外圈和绝缘辐条构成后轮的内、外圈之间等间隔地接有成后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根根金属条，每根金属条的中间均串联有一电金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为阻值为r的小灯泡在支架上装有磁铁，的小灯泡在支架上装有磁铁，题型一电磁感应中的电路问题题型一电磁感应中的电路问题图图934(1)当金属条当金属条ab进入进入“扇形扇形”磁场时，求感应电动势磁场时，求感应电动势e，并指出，并指出ab上上的电流方向；的电流方向；(2)当金属条当金属条ab进入进入“扇形扇形”磁场时，画出磁场时，画出“闪烁闪烁”装置的电路图；装置的电路图

6、；(3)从金属条从金属条ab进入进入“扇形扇形”磁场时开始，经计算画出轮子转一圈磁场时开始，经计算画出轮子转一圈过程中，内圈与外圈之间电势差过程中，内圈与外圈之间电势差uab随时间随时间t变化的变化的uabt图象；图象；(4)若选择的是若选择的是“1.5 v，0.3 a”的小灯泡，该的小灯泡，该“闪烁闪烁”装置能否正常装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度工作？有同学提出，通过改变磁感应强度b、后轮外圈半径、后轮外圈半径r2、角速度角速度和张角和张角等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价给出你的评价(2)通过分析，可得电路图为通过

7、分析，可得电路图为在在t1 s内，金属条有四次进出，后三次与第一次相同内，金属条有四次进出，后三次与第一次相同由由、可画出如下可画出如下uabt图象图象(4)“闪烁闪烁”装置不能正常工作装置不能正常工作(金属条的感应电动势只有金属条的感应电动势只有4.9102 v，远小于小灯泡的额定电压，因此无法正常工作，远小于小灯泡的额定电压，因此无法正常工作)b增大，增大，e增大，但有限度；增大，但有限度；r2增大，增大，e增大，但有限度；增大，但有限度；增大，增大，e增大，但有限度；增大，但有限度；增大，增大，e不变不变答案答案(1)4.9102 v电流方向为电流方向为ba(2)(3)(4)见解析见解析

8、【变式跟踪变式跟踪1】 如图如图935所示，在倾所示，在倾角为角为37的斜面内，放置的斜面内，放置mn和和pq两根不等间距的光滑金属导轨，两根不等间距的光滑金属导轨，该装置放置在垂直斜面向下的匀强该装置放置在垂直斜面向下的匀强磁场中导轨磁场中导轨m、p端间接入阻值端间接入阻值r130 的电阻和理想电流表，的电阻和理想电流表，n、q端间接阻值为端间接阻值为r26 的电阻的电阻图图935质量为质量为m0.6 kg、长为、长为l1.5 m的金属棒放在导轨上以的金属棒放在导轨上以v05 m/s的初速度从的初速度从ab处向右上方滑到处向右上方滑到ab处的时间为处的时间为t0.5 s，滑过的距离，滑过的距

9、离l0.5 mab处导轨间距处导轨间距lab0.8 m，ab处导轨间距处导轨间距lab1 m若金属棒滑动时电流表的读数若金属棒滑动时电流表的读数始终保持不变，不计金属棒和导轨的电阻始终保持不变，不计金属棒和导轨的电阻sin 370.6，cos 370.8，g取取10 m/s2，求：，求：(1)此过程中电阻此过程中电阻r1上产生的热量；上产生的热量；(2)此过程中电流表上的读数；此过程中电流表上的读数；(3)匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度答案答案(1)0.15 j(2)0.1 a(3)0.75 t1电磁感应中电路知识的关系图电磁感应中电路知识的关系图借题发挥借题发挥2电磁感应中电路问题

10、的解题思路电磁感应中电路问题的解题思路对于电磁感应现象中的电路结构分析有两个方面容易出错：对于电磁感应现象中的电路结构分析有两个方面容易出错：(1)电源分析错误，不能正确地应用右手定则或楞次定律判断电电源分析错误，不能正确地应用右手定则或楞次定律判断电源的正负极，不能选择恰当的公式计算感应电动势的大小源的正负极，不能选择恰当的公式计算感应电动势的大小(2)外电路分析错误，不能正确判断电路结构的串并联关系外电路分析错误，不能正确判断电路结构的串并联关系3易错总结易错总结4求解电磁感应中的电路问题的关键：求解电磁感应中的电路问题的关键：【典例典例2】 如图如图936甲所示，光滑甲所示，光滑斜面的倾

11、角斜面的倾角30，在斜面上放置，在斜面上放置题型二电磁感应中的动力学问题题型二电磁感应中的动力学问题一矩形线框一矩形线框abcd，ab边的边长边的边长l11 m，bc边的边长边的边长l20.6 m，线框的质量，线框的质量m1 kg，电阻，电阻r0.1 ，线框受到沿光滑斜，线框受到沿光滑斜面向上的恒力面向上的恒力f的作用，已知的作用，已知f10 n斜面上斜面上ef线线(efgh)的的右方有垂直斜面向上的均匀磁场，磁感应强度右方有垂直斜面向上的均匀磁场，磁感应强度b随时间随时间t的变的变化情况如图乙的化情况如图乙的bt图象所示，时间图象所示，时间t是从线框由静止开始运是从线框由静止开始运动时刻起计

12、时的如果线框从静止开始运动，进入磁场最初动时刻起计时的如果线框从静止开始运动，进入磁场最初一段时间是匀速的，一段时间是匀速的，ef线和线和gh线的距离线的距离x5.1 m，取，取g10 m/s2.求：求：(1)线框进入磁场前的加速度；线框进入磁场前的加速度；(2)线框进入磁场时匀速运动的速度线框进入磁场时匀速运动的速度v；(3)线框整体进入磁场后，线框整体进入磁场后，ab边运动到边运动到gh线的过程中产生的焦耳线的过程中产生的焦耳热热图图936审题提示审题提示答案答案(1)5 m/s2(2)2 m/s(3)0.5 j【变式跟踪变式跟踪2】 (2012广东卷广东卷，35)如图如图937所示，质量

13、为所示，质量为m的导体棒的导体棒ab，垂直放在相距为，垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上导的平行光滑金属导轨上导轨平面与水平面的夹角为轨平面与水平面的夹角为，并处于磁感应强度大小为，并处于磁感应强度大小为b、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中左侧是水平放置、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中左侧是水平放置、间距为间距为d的平行金属板的平行金属板r和和rx分别表示定值电阻和滑动变分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值，不计其他电阻阻器的阻值，不计其他电阻图图937(1)调节调节rxr，释放导体棒，当棒沿导轨匀速下滑时，求，释放导体棒，当棒沿导轨匀速下滑时，求通过棒的电流通过棒的电流i及棒的速率及棒

14、的速率v.(2)改变改变rx，待棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为，待棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为m、带、带电荷量为电荷量为q的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时的求此时的rx.图甲图甲图乙图乙1安培力的方向判断安培力的方向判断借题发挥借题发挥2两种状态处理两种状态处理(1)导体处于平衡态导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态静止或匀速直线运动状态处理方法：根据平衡条件列式分析处理方法：根据平衡条件列式分析(2)导体处于非平衡态导体处于非平衡态加速度不为零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处理方法：根据牛顿第二定

15、律进行动态分析或结合功能关系分析析3解题步骤解题步骤(1)用法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则确定感应电动用法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则确定感应电动势的大小和方向势的大小和方向(2)应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的大小应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的大小(3)分析研究导体的受力情况，特别要注意安培力方向的确定分析研究导体的受力情况，特别要注意安培力方向的确定(4)列出动力学方程或平衡方程求解列出动力学方程或平衡方程求解4电磁感应中的动力学临界问题电磁感应中的动力学临界问题(1)解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过解决这类问题的关键是通过运动状态的分析

16、，寻找过程中的临界状态程中的临界状态(2)基本思路是：基本思路是：【典例典例3】 如图如图938所示，两根足所示，两根足够长、电阻不计、间距为够长、电阻不计、间距为d的光滑的光滑平行金属导轨，其所在平面与水平平行金属导轨，其所在平面与水平面夹角为面夹角为，导轨平面内的矩形区，导轨平面内的矩形区域域abcd内存在有界匀强磁场，内存在有界匀强磁场， 磁磁感应强度大小为感应强度大小为b、方向垂直于斜、方向垂直于斜面向上，面向上，ab与与cd之间相距为之间相距为l，金，金题型三电磁感应中的能量问题题型三电磁感应中的能量问题图图938属杆甲、乙的阻值相同，质量均为属杆甲、乙的阻值相同，质量均为m.甲杆在

17、磁场区域的甲杆在磁场区域的上边界上边界ab处，乙杆在甲杆上方与甲相距处，乙杆在甲杆上方与甲相距l处，处，甲、乙两杆都与导轨垂直且接触良好由静止释放两杆的同甲、乙两杆都与导轨垂直且接触良好由静止释放两杆的同时，在甲杆上施加一个垂直于杆平行于导轨的外力时，在甲杆上施加一个垂直于杆平行于导轨的外力f，使甲，使甲杆在有磁场的矩形区域内向下做匀加速直线运动，加速度大杆在有磁场的矩形区域内向下做匀加速直线运动，加速度大小小a2gsin ，甲离开磁场时撤去，甲离开磁场时撤去f，乙杆进入磁场后恰好，乙杆进入磁场后恰好做匀速运动，然后离开磁场做匀速运动，然后离开磁场(1)求每根金属杆的电阻求每根金属杆的电阻r是

18、多大？是多大？(2)从释放金属杆开始计时，求外力从释放金属杆开始计时，求外力f随时间随时间t的变化关系式，的变化关系式，并说明并说明f的方向的方向(3)若整个过程中，乙金属杆共产生热量若整个过程中，乙金属杆共产生热量q，求外力，求外力f对甲金对甲金属杆做的功属杆做的功w是多少？是多少？审题提示审题提示【变式跟踪变式跟踪3】 (多选多选)如图如图939所示，足够长的光滑斜面上所示，足够长的光滑斜面上中间虚线区域内有一垂直于斜中间虚线区域内有一垂直于斜面向上的匀强磁场，一正方形面向上的匀强磁场，一正方形线框从斜面底端以一定初速度线框从斜面底端以一定初速度上滑，线框越过虚线进入磁场，上滑，线框越过虚

19、线进入磁场，最后又回到斜面底端，则下列最后又回到斜面底端，则下列说法中正确的是说法中正确的是 ()图图939a上滑过程线框中产生的焦耳热等于下滑过程线框中产生的上滑过程线框中产生的焦耳热等于下滑过程线框中产生的焦耳热焦耳热b上滑过程线框中产生的焦耳热大于下滑过程线框中产生的上滑过程线框中产生的焦耳热大于下滑过程线框中产生的焦耳热焦耳热c上滑过程线框克服重力做功的平均功率等于下滑过程中重上滑过程线框克服重力做功的平均功率等于下滑过程中重力的平均功率力的平均功率d上滑过程线框克服重力做功的平均功率大于下滑过程中重上滑过程线框克服重力做功的平均功率大于下滑过程中重力的平均功率力的平均功率答案答案bd

20、1能量转化及焦耳热的求法能量转化及焦耳热的求法 (1)能量转化能量转化借题发挥借题发挥(2)求解焦耳热求解焦耳热q的几种方法的几种方法2用能量观点解答电磁感应问题的一般步骤用能量观点解答电磁感应问题的一般步骤模型特点模型特点 “杆导轨杆导轨”模型是电磁感应问题高考命题的模型是电磁感应问题高考命题的“基本道基本道具具”，也是高考的热点，考查的知识点多，题目的综合性强，也是高考的热点，考查的知识点多，题目的综合性强，物理情景变化空间大，是我们复习中的难点物理情景变化空间大，是我们复习中的难点“杆导轨杆导轨”模型又分为模型又分为“单杆单杆”型和型和“双杆双杆”型型(“单杆单杆”型为重点型为重点)；导

21、轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜；杆的运动状态可导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜；杆的运动状态可分为匀速、匀变速、非匀变速运动等分为匀速、匀变速、非匀变速运动等物理建模物理建模7 电磁感应中的电磁感应中的“杆杆+导轨导轨”模型模型.单杆水平式单杆水平式(如典例如典例1)物理物理模型模型动态动态分析分析收尾收尾状态状态运动形式运动形式匀速直线运动匀速直线运动力学特征力学特征a0v恒定不变恒定不变电学特征电学特征i恒定恒定.单杆倾斜式单杆倾斜式(如典例如典例2)物理物理模型模型动态动态分析分析收尾收尾状态状态运动形式运动形式匀速直线运动匀速直线运动力学特征力学特征电学特征电学特征i恒定恒定建模指

22、导建模指导解决电磁感应中综合问题的一般思路是解决电磁感应中综合问题的一般思路是“先电后力再能量先电后力再能量”分离出电路中由电磁感应所产生的电源，分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数求出电源参数e和和r分析电路结构，弄清串、并联关系，求出分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力相关部分的电流大小，以便求解安培力分析研究对象分析研究对象(常是金属杆、导体线圈等常是金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力的受力情况，尤其注意其所受的安培力根据力和运动的关系，判断出正确的根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型及能量转化关系运动模型及能量转化关

23、系(2012天津卷天津卷，11)如图如图9310所示，一所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距面内，导轨间距l0.5 m，左端接有阻值，左端接有阻值r0.3 的电阻一质量的电阻一质量m0.1 kg，电，电阻阻r0.1 的金属棒的金属棒mn放置在导轨上，放置在导轨上，典例典例1图图9310整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度b0.4 t棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以a2 m/s2的加速度做匀加速运动，当棒的位移的加速度做匀加速运动，当棒

24、的位移x9 m时撤时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力去外力，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前后回路中产生的焦耳热之比q1 q22 1.导轨足够长且电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良好接触求(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻棒在匀加速运动过程中，通过电阻r的电荷量的电荷量q；(2)撤去外撤去外力后回路中产生的焦耳热力后回路中产生的焦耳热q2；(3)外力做的功外力做的功wf.(3)由题意知，撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比由题意知，撤去外力前后

25、回路中产生的焦耳热之比q1 q22 1，可得可得q13.6 j在棒运动的整个过程中，由功能关系可知在棒运动的整个过程中，由功能关系可知wfq1q2由由式得式得wf5.4 j.答案答案(1)4.5 c(2)1.8 j(3)5.4 j(多选多选)(2012山东卷山东卷，20)如图如图9311所所示，相距为示，相距为l的两条足够长的光滑平行金的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为属导轨与水平面的夹角为，上端接有定，上端接有定值电阻值电阻r，匀强磁场垂直于导轨平面，磁，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为感应强度为b.将质量为将质量为m的导体棒由静止的导体棒由静止释放，当速度达到释放，当速度达

26、到v时开始匀速运动，时开始匀速运动，典例典例2图图9311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率恒为p，导体棒最终以，导体棒最终以2v的速度匀速运动导体棒始终与导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.下列选项正确的是下列选项正确的是 ()答案答案ac一、电磁感应中的电路问题一、电磁感应中的电路问题1(单选单选)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂

27、直于线框平面，其边界与正方形线框的边场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁平行现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边场，如图所示，则在移出过程中线框一边a、b两点间的电势两点间的电势差绝对值最大的是差绝对值最大的是 ()答案答案b2(单选单选)两根平行的长直金属导轨，其电阻不两根平行的长直金属导轨，其电阻不计，导线计，导线ab、cd跨在导轨上且与导轨接触良跨在导轨上且与导轨接触良好，如图好，如图9312所示，所示，ab的电阻大于的电阻大于cd的的电阻，当电阻，当cd在外力在外力f1(大小

28、大小)的作用下，匀速的作用下，匀速向右运动时，向右运动时，ab在外力在外力f2(大小大小)的作用下保的作用下保持静止，那么在不计摩擦力的情况下持静止，那么在不计摩擦力的情况下(uab、ucd是导线与导轨接触间的电势差是导线与导轨接触间的电势差) ()图图9312af1f2，uabucd bf1ucd df1f2，uabucd解析解析通过两导线电流强度一样，两导线都处于平衡状通过两导线电流强度一样，两导线都处于平衡状态，则态，则f1bil，f2bil，所以，所以f1f2，a、b错误；错误；uabirab，这里，这里cd导线相当于电源，所以导线相当于电源，所以ucd是路端电是路端电压，压，ucdi

29、rab即即uabucd.答案答案d二、电磁感应中的动力学问题二、电磁感应中的动力学问题3(多选多选)如图如图9313所示，两光滑平所示，两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中，磁场行导轨水平放置在匀强磁场中，磁场垂直导轨所在平面，金属棒垂直导轨所在平面，金属棒ab可沿导可沿导轨自由滑动，导轨一端连接一个定值轨自由滑动，导轨一端连接一个定值电阻电阻r，金属棒和导轨电阻不计，金属棒和导轨电阻不计图图9313现将金属棒沿导轨由静止向右拉，若保持拉力现将金属棒沿导轨由静止向右拉，若保持拉力f恒定，经时恒定，经时间间t1后速度为后速度为v，加速度为，加速度为a1，最终以速度，最终以速度2v做匀速运动；若做匀速运动；若保持拉力的功率保持拉力的功率p恒定，棒由静止经时间恒定，棒由静止经时间t2后速度为后速度为v，加速，加速度为度为a2，最终也以速度，最终也以速度2v做匀速运动，则做匀速运动，则 ()at2t1 bt1t2 ca22a1 da23