高考物理总复习专题6电磁感应中的电路图象动力学和能量问题市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

高三一轮总复习物理1/63选修3-2第九章电磁感应2/63专题六电磁感应中电路、图象、动力学和能量问题3/63栏目导航1234基础知识整合热门考点研析方法技巧归纳考题随堂演练4/63基础知识整合5/63如图所表示，电阻不计两光滑平行金属导轨相距L＝1m，PM、QN部分水平放置在绝缘桌面上，半径a＝1m金属半圆导轨处于竖直平面内，两部分分别在M、N处相切，PQ左端与R＝2Ω电阻连接．一质量为m＝1kg、电阻r＝1Ω金属棒放在导轨上PQ处并与两导轨一直垂直．整个装置处于磁感应强度大小B＝1T、方向竖直向上匀强磁场中，g取10m/s2.6/63(1)导体棒以v＝3m/s速度在水平轨道上向右匀速运动时，求导体棒受到安培力；(2)若导体棒恰好能经过轨道最高点CD处，求经过CD处时电阻R上电功率；(3)设LPM＝LQN＝3m，若导体棒从PQ处以3m/s匀速率沿着轨道运动，求导体棒从PQ运动到CD过程中，电路中产生焦耳热．【思绪引导】

1.导体棒恰好经过轨道最高点CD处时，受力怎样？2．导体棒从MN运动到CD过程中，产生何种感应电流？怎样计算焦耳热？7/638/63热门考点研析9/63电磁感应现象中，切割磁感线导体或磁通量发生改变回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，连接负载，在回路中形成电流.所以，电磁感应问题往往跟电路问题联络在一起．处理电磁感应电路问题关键是把电磁感应问题转换成直流电路问题．1．解题思绪(1)等效电源确实定，判断发生电磁感应现象是哪一部分回路或导体，该部分回路或导体即为等效电源.(2)依据电路组成，画出等效电路图．(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路电压和电流规律以及电功率计算方法分析求解电磁感应中电路问题考点

110/632．解题注意点(1)确定等效电源正、负极，正确分析感应电动势及感应电流方向．注意在电源内部，电流是从电源负极流向正极，在电源外部，电流是从电源正极流向负极．(3)正确区分路端电压和电动势关系，比如并联在等效电源两端电压表，其示数应该是路端电压，而不是等效电源电动势，更不是内电压．11/63

(届临汾二模)如图所表示，两足够长平行光滑金属导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面夹角θ＝30°，导轨电阻不计，磁感应强度为B匀强磁场垂直于导轨平面向上．长为L金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且一直与导轨接触良好，金属棒质量为m、电阻为R.两金属导轨上端连接一个灯泡，灯泡电阻也为R.现闭合开关K，给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上、大小为F＝2mg恒力，使金属棒由静止开始运动，当金属棒到达最大速度时，灯泡恰能到达它额定功率．重力加速度为g，求：(1)金属棒能到达最大速度vm；(2)灯泡额定功率PL；例1

(3)若金属棒上滑距离为s时速度恰到达最大，求金属棒由静止开始上滑2s过程中，金属棒上产生电热Q1.12/63【思绪引导】

1.金属棒何时到达最大速度？怎样求解？2．金属棒上滑过程中产生电热Q，能用焦耳定律求解吗？哪些能量降低造成了电热增加？【解析】

(1)金属棒受到重力、导轨支持力、恒力F和安培力作用，做加速度减小加速运动，依据楞次定律推广含义——来拒去留可知，安培力沿斜面向下运动．13/6314/63【总结提升】

处理电磁感应中电路问题注意点1．确定电源2．分析电路结构确定外电路和内电路，以及外电路串、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、并联电路基本性质等列方程求解．15/63

(届泰州一模)如图所表示，螺线管横截面积为S，线圈匝数为N，电阻为R1，管内有图示方向改变磁场．螺线管与足够长平行金属导轨MN、PQ相连并固定在同一平面内，与水平面夹角为θ，两导轨间距为L.导轨电阻忽略不计．导轨处于垂直斜面向上、磁感应强度为B0匀强磁场中．金属杆ab垂直导轨放置，与导轨接触良好，并可沿导轨无摩擦滑动．已知金属杆ab质量为m，电阻为R2，重力加速度为g.忽略螺线管磁场对金属杆ab影响、忽略空气阻力．针对训练116/63(1)为使ab杆保持静止，求经过ab电流大小和方向；(2)当ab杆保持静止时，求螺线管内磁场磁感应强度B改变率；17/6318/631.两类图象(1)磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I等随时间改变图象，即B

－t图象、Φ

－t图象、E

－t图象和I

－t图象，主要针对于闭合线圈磁通量改变问题．(2)感应电动势E和感应电流I等随位移改变图象，即E

－x图象和I

－x图象等，主要针对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流情况．电磁感应中图象问题考点

219/632．两类问题(1)依据题干信息，研究电磁感应过程画出或是选出正确图象．(2)依据已知图象研究电磁感应过程，求解未知量.3．解题思绪(1)分析磁通量改变或是导体切割磁感线情况，利使用方法拉第电磁感应定律判断感应电动势或是感应电流大小，深入计算安培力大小．(2)依据楞次定律或右手定则判断感应电流方向，依据左手定则判断安培力方向，深入分析出相关物理量之间函数关系．(3)分析感应电动势或是感应电流改变时间段，对应时间坐标画出正确图象．(4)图象初始位置，方向正负，物理量改变趋势，物理量增、减或方向正、负转折点都是判断图象关键．20/634．解题过程中注意点(1)明确图象描述物理含义，即图象定性或定量地表示所研究问题函数关系．(2)明确图象斜率物理含义．比如磁通量随时间改变图象斜率表示磁通量改变率，即感应电动势大小．(3)经过图象把题干中已知量和未知量联络起来，即把图象和电磁感应过程一一对应起来．既能把图象规律反应到实际运动过程中，又能依据实际运动情况对应到图象中，最终实现对物理规律判断，这么才能够根本处理图象问题．21/63

(年山东高考)如图甲，R0为定值电阻，两金属圆环固定在同一绝缘平面内．左端连接在一周期为T0正弦交流电源上，经二极管整流后，经过R0电流i一直向左，其大小按图乙所表示规律改变．要求内圆环a端电势高于b端时，a、b间电压uab为正，以下uab

－t图象可能正确是(

)例2

22/63【思绪引导】

1.分析图甲，电路是怎样连接？2．怎样依据楞次定律得出a、b间电压改变规律？23/63【答案】

C24/63【总结提升】

相关电磁感应图象问题有两类一类以选择题形式出现，题目给出电磁感应过程，选出对应物理量图象，解题关键是依据选项给出坐标轴，写出对应函数解析式，选出正确选项．另一类以计算题形式出现，题目中给出图象，分析电磁感应现象，求解对应物理量．25/63

(届贵州模拟)如图所表示，为三个有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直纸面向外、向里和向外，磁场宽度均为L，在磁场区域左侧边界处，有一边长为L正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直，现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁针对训练2场区域，以初始位置为计时起点，要求电流沿逆时针方向时电动势E为正，磁感线垂直纸面向里时磁通量Φ为正值，外力F向右为正．则以下能反应线框中磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随时间改变规律图象是(

)26/6327/63解析：线圈中磁通量改变能够经过线圈运动来判断，电动势改变能够经过法拉第电磁感应定律来判断，安培力改变能够经过欧姆定律和安培力公式来判断，电功率改变能够经过功率公式来判断．当线框运动L时开始进入磁场，磁通量开始增加，当线框全部进入时到达最大值，后续运动过程中向外磁通量增加，总磁通量逐步减小，当运动到1.5L时，磁通量最小，故A选项错误．当线圈进入第一个磁场时，由E＝BLv可知，E保持不变，而开始进入第二个磁场时，两端同时切割磁感线，电动势应为2BLv，故B选项错误．依据楞次定律推广含义——来拒去留可知，安培力总是与运动方向相反，拉力应一直向右，故C选项错误．拉力功率P＝Fv，因速度不变，而当线框在第一个磁场时，电流为定值，拉力也为定值；两边分别在两个磁场中时，由B分析可知，电流加倍，故安培力加倍，功率加倍；今后从第二个磁场中离开时，安培力应等于线框在第一个磁场中安培力，故D选项正确．答案：D28/63电磁感应现象中感应电流流过导体，在磁场中受到安培力作用，所以电磁感应问题往往跟力学问题联络在一起．1．解题思绪(1)依据法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感应电动势大小和方向．(2)利用闭合电路欧姆定律求解感应电流大小和方向．(3)依据左手定则求解安培力，分析导体受力情况．(4)结合平衡条件和牛顿运动定律求解动力学问题．电磁感应中动力学问题考点

329/632．两类问题(1)导体静止或做匀速直线运动，加速度为零，依据力合成与分解知识结合平衡条件求解，关键是立体图识别和平面图转化．(2)导体处于加速运动状态，加速度不为零，依据牛顿运动定律动态分析，注意加速度a＝0、速度到达最大值特点．3．电磁感应现象中动力学问题依然是分析力和运动关系，分析导体受力情况判断导体运动情况，或是依据导体运动情况得出导体受力情况是解题关键．如图所表示：30/63

(年上海高考)如图(a)，两相距L＝0.5m平行金属导轨固定于水平面上，导轨左端与阻值R＝2Ω电阻连接，导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面匀强磁场．质量m＝0.2kg金属杆垂直置于导轨上，与导轨接触良好，导轨与金属杆电阻可忽略．杆在水平向右恒定拉力作用下由静止开始运动，并一直与导轨垂直，其v

－t图象如图(b)所表示．在15s时撤去拉力，同时使磁场随时间改变，从而保持杆中电流为0.求：例3

31/63(1)金属杆所受拉力大小F；(2)0～15s内匀强磁场磁感应强度大小B0；(3)15～20s内磁感应强度随时间改变规律．【思绪引导】

1.金属杆没有进入磁场前受哪些力作用？进入磁场后受哪些力作用？2．15～20s内回路中磁通量是否发生改变？有没有感应电流？【解析】

(1)由v

－t关系图象可知在0～10s时间段杆还未进入磁场，所以，F－μmg＝ma1，由图可得，a1＝0.4m/s2；同理可知在15～20s时间段杆仅在摩擦力作用下运动，μmg＝ma2，由图可得，a2＝0.8m/s2，解得F＝0.24N.32/6333/63【总结提升】

对于电磁感应现象中动力学问题要注意以下几点1．电磁感应现象中动力学问题要抓好受力情况、运动情况动态分析．导体受力运动产生感应电动势，深入产生感应电流，通电导体受到安培力作用，合外力发生改变，造成加速度发生改变，速度发生改变，最终状态是加速度为零，速度恒定，导体到达匀速运动稳定状态．2．这类问题关键是抓住速度改变引发安培力改变这个关系，并从分析物体受力情况与运动情况入手处理问题．34/63如图a所表示，光滑且足够长平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L＝0.2m，电阻R＝0.4Ω，导轨上停放一质量m＝0.1kg、电阻r＝0.1Ω金属杆，导轨电阻可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B＝0.5T匀强磁场中，磁场方向竖直向下．现用一外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始运动，若理想电压表示数U随时间t改变关系如图b所表示．(1)试分析说明金属杆运动情况；(2)求第2s末外力F瞬时功率．针对训练335/63答案：(1)杆做初速度为零匀加速运动(2)7W36/63方法技巧归纳37/63电磁感应中能量转化问题电磁感应过程本身就是能量转化守恒过程，所以对于电磁感应综合题目标分析离不开能量观点应用，这类问题基本特点是综合性强，难度较大，需要应用动能定理、功效关系和能量守恒定律综合求解．1．从能量角度来分析，电磁感应过程实质是不一样形式能量转化过程．能够简化为以下形式：38/63(1)安培力做负功，其它形式能向电能转化，比如导体切割磁感线，运动导体含有机械能，切割磁感线过程中，机械能逐步减小，电能增加，机械能向电能转化．(2)安培力做正功，电能向其它形式能转化，比如通电导体在磁场中受到安培力作用，导体开始运动，机械能增加，电能减小，电能向机械能转化．(3)不论何种形式能量转化，不包括到磁场能问题，磁场在这里起到了传递能量作用．39/632．解题思绪(1)在电磁感应现象中，切割磁感线导体或磁通量发生改变回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其它电路相当于负载．(2)明确导体运动情况，清楚导体受力，哪些力做功，知道有哪些形式能量发生了相互转化．(3)电能求解方法①依据动能关系来求，计算克服安培力做功，克服安培力做功等于电能增加量．②依据电功或是电热公式来求．③依据能量守恒列方程求解，其它形式能量降低许等于电能增加量．40/633．导体杆切割磁感线模型导体切割磁感线包含单杠模型和双杠模型．(1)单杆切割磁感线，如图所表示：(2)双杆切割磁感线，两个导体杆参加运动，感应电动势取决于二者相对速度．41/63例4

(年天津高考)如图所表示，“凸”字形硬质金属线框质量为m，相邻各边相互垂直，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热量为Q.线框在下落过程中一直处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平，重力加速度为g.求：42/63(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动速度大小是cd边刚进入磁场时几倍？(2)磁场上下边界间距离H.【思绪引导】

1.线框ab边匀速运动时，受到哪些力作用？怎样依据平衡条件求解速度？2．线框下落过程中，能量怎样转化？怎样依据能量守恒定律求解磁场宽度？【解析】

(1)设磁场磁感应强度大小为B，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动速度为v1，cd边上感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律，有E1＝2Blv1.43/6344/63

(届德阳模拟)如图所表示，四条水平虚线等间距分布在同一竖直面上，间距为h在Ⅰ、Ⅱ两区间分布着完全相同，方向水平向内磁场，磁场大小按B

－t图改变(图中B0已知)．现有一个长方形金属线框ABCD，质量为m，电阻为R，AB＝CD＝L，AD＝BC＝2h.用一轻质细线把线框ABCD竖直悬挂着，AB边恰好在Ⅰ区中央．t0(未知)时刻细线恰好松弛，之后剪断细线，当CD边抵达M3N3时线框恰好匀速运动．(空气阻力不计，g取10m/s2)针对训练445/63(1)求t0值；(2)求线框AB边抵达M2N2时速率v；(3)从剪断细线到整个线框经过两个磁场区过程中产生电能为多大？46/6347/6348/63考题随堂演练49/631.(届荆州模拟)如图所表示，两根光滑平行金属导轨位于水平面内，匀强磁场与导轨所在平面垂直，两根金属杆甲和乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨接触良好且保持垂直．起初两根杆都静止．现突然使甲取得速度v而开始运动，回路中电阻不可忽略，那么在以后运动中，以下说法正确是(

)A．甲克服安培力做功等于系统产生焦耳热B．甲动能降低许等于系统产生焦耳热D．最终两根金属杆都会停顿运动C．甲机械能降低许等于乙取得动能与系统产生焦耳热之和50/63解析：甲取得速度v而开始运动，切割磁感线，回路中产生顺时针感应电流，依据左手定则可知，甲棒受向左安培力而减速，乙棒受向右安培力而加速，依据能量守恒定律，故甲棒减小动能等于系统增加内能和乙棒增加动能之和，故A、B、D选项错误，C选项正确．答案：C51/632.(届日照模拟)如图所表示，边长为2l正方形虚线框内有垂直于纸面向里匀强磁场，一个边长为l正方形导线框所在平面与磁场方向垂直，导线框一条对角线和虚线框一条对角线恰好在同一直线上．从t＝0开始，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿对角线方向移动进入磁场，直到整个导线框离开磁场区域．用I表示导线框中感应电流(逆时针方向为正)，则以下表示I－t关系图线中，正确是(

)52/6353/63解析：导线框完全进入磁场后，因为导线框边长小于虚线框边长，故没有感应电流产生，A、B选项错误；进入和穿出磁场过程，线框有效切割长度改变，感应电动势和感应电流在改变，故C选项错误；线框进入磁场过程，有效切割长度l均匀增大，感应电动势E均匀增大，感应电流I均匀增大．穿出磁场过程，有效切割长度L均匀减小，感应电动势E均匀减小，感应电流I均匀减小，两个过程电流方向相反．故D选项正确．答案：D54/633．(多项选择)(届库车县期末)如图所表示，在点O正下方有一个理想边界匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则以下说法正确是(

)A．A、B两点在同一