南方新高考2019物理（广东）一轮课件：10.3电磁感应定律的综合应用

1、第3讲,电磁感应定律的综合应用,一、电磁感应中的电路问题,感应电动势,电源,1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_，该导体或回路相当于_ 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，该部分导体可视为等效电源. (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注意点： (1)感应电动势及感应电流的方向：产生感应电动势那部分 电路为电源部分，电流为电源内部电流，流向_电势处； 外电路中的电流流向_电势处 (2)应用欧姆定律分析求解电路时，应注意等效电源的内阻,对电路的影响,高,低,(3)正解分析接在电路中

2、电表的读数并联在等效电源两端 的电压表，其示数为外电压，而不是等效电动势，也不是内电 压,二、电磁感应中的图象问题,1图象类型：,时间 t,位移 x,(1)电磁感应中常涉及磁感应强度 B、磁通量、感应电动 势 E 和感应电流 I 等随_变化的图线，即Bt图象、t 图象、Et 图象和 It 图象 (2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，有 时还常涉及感应电动势 E 和感应电流 I 等随_变化的图 象，即 Ex 图象和 Ix 图象等 2两类图象问题： (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 (2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量.,【自我检测】,图 10-3-

3、1,1(肇庆2013届一模)如图 10-3-1 所示，一边长为 L 的正 方形导线框，匀速穿过宽为 2L 的匀强磁场区域取它刚进入磁 场的时刻为 t0，则在选项中，能正确反映线框感应电流 i 随,),时间 t 变化规律的是(规定线框中电流沿逆时针方向为正)(,答案：C,三、电磁感应中的动力学问题,1电磁感应问题往往跟运动学、力学问题联系在一起，分 析时要特别注意加速度 a0、速度 v 达最大值的特点这类问,题的分析思路如下：,2基本方法：,(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大,小和方向,(2)由闭合电路欧姆定律求回路中的电流 (3)分析导体受力情况,(4)根据平衡条件或牛顿第二

4、定律列方程求解,【自我检测】 2(双选，珠海2013 届期末)如图 10-3-2 所示，两根足够 长的平行光滑金属轨道和水平面成角，上端接有电阻 R(其余 电阻不计)，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为 B.质量为 m 的水平金属杆从轨道上无初速滑下，下列选项可以,),图 10-3-2,增大金属杆速度最大值 vm 的是( A增大 B B增大 C增大 R D减小 m,解析：金属杆达到最大速度时受力平衡，受重力、安培力、 导轨的支持力作用由右手定则可知金属棒电流向左，由左手,答案：BC,四、电磁感应中的能量问题,电,电源,1电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程安培 力做功的过程，是

5、_能转化为其他形式的能的过程，安培 力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能 2解答步骤： (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，该导体或回路相当于_ (2)弄清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发 生了相互转化 (3)根据能量守恒列方程求解,【自我检测】,图 10-3-3,3(双选，2011年广州一模)如图 10-3-3 所示，金属棒 ab、 cd 与足够长的水平光滑金属导轨垂直且接触良好，匀强磁场垂,),直导轨所在的平面ab 棒在恒力 F 作用下向右运动，则( A.安培力对 ab 棒做正功 B.安培力对 cd 棒做正功 C.abdca 回路的

6、磁通量先 增加后减少 D.F 做的功等于回路产生的总热量和系统动能增量之和 答案：BD,考点1,对电磁感应电路问题的理解,重点归纳 1电源及电路： (1) 导体切割磁感线、线圈磁通量变化而产生感应电动势， 将其他形式的能转化为电能，相当于电源 (2)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,2解决电磁感应电路问题的基本步骤： (1)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，用楞次 定律或右手定则确定感应电流的方向感应电流的方向是电源 内部电流的方向 (2)根据“等效电源”与电路中其他各元件间的连接方式 画出等效电路，注意区别内外电路，区别路端电压和电动

7、势,(3)根据EBLv 或En, t,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,3解题注意事项：,(1)求解一段时间内的电量用电流的平均值 (2)求解一段时间内的热量用电流的有效值,(3)求解瞬时功率要用瞬时值，求解平均功率要用有效值,典例剖析 例1：在同一水平面的光滑平行导轨 P、Q 相距 l1 m， 导轨左端接有如图 10-3-4 所示的电路，其中水平放置的平行板 电容器两极板M、N间距离d10 mm，定值电阻R1R212 ， R32 ，金属棒 ab 电阻 r2 ，其他电阻不计磁感应强度 B0.5 T 的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒 ab 沿导轨向 右

8、匀速运动时，质量 m11014 kg，带电荷量 q11014 C 的微粒恰好悬浮于电容器两极板之间静止不动取 g 10 m/s2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好，且运动速,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,思路点拨：金属棒ab 相当于电源，电路中各元件怎样连接,(串、并联)，决定了电压的分配和微粒的运动状态 答题规范：(1)负电荷受到重力和电场力作用而处于静止， 因重力方向竖直向下，则电场力方向竖直向上，故M 板带正电 ab棒向右切割磁感线产生感应电动势，ab 棒等效于电源，其a 端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向

9、竖直向下,图 10-3-4,联立解得v ,(3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势为 EBlv 由闭合电路欧姆定律得 EUabIr0.5 V,E 0.5 Bl 0.51,m/s1 m/s.,备考策略：解决电磁感应中的电路问题，必须按题意画出 等效电路图，将感应电动势等效为电源电动势，产生感应电动 势的导体的电阻等效为内阻，求电动势要用电磁感应定律，其 余问题为电路分析及闭合电路欧姆定律的应用,【触类旁通】 1(2013 年南京调研)如图 10-3-5 所示，两根足够长的光滑 金属导轨竖直放置，相距 L0.2 m，导轨上端连接着电阻 R1 1 ，质量为 m0.01 kg、电阻为 R20.2 的金属

10、杆 ab 与导轨 垂直并接触良好，导轨电阻不计整个装置处于与导轨平面垂 直的磁感应强度为 B1 T 的匀强磁场中 ab 杆由静止释放，经过一段时间后达 到最大速率，取 g10 m/s2，求此时： (1)杆的速率 (2)杆两端电压,(3)电阻 R1 消耗的电功率,图 10-3-5,mg(R1R2),解：(1)杆达到最大速度时，有mgBIL,又I,E R1R2,EBLv,解以上三式得v,B2L2,3 m/s.,(2)UIR10.5 V. (3)P1I2R10.25 W.,考点2,电磁感应图象问题的分析,重点归纳 1图象问题的特点： 考查方式比较灵活，有时根据电磁感应现象发生的过程， 确定图象的正确

11、与否，有时依据不同的图象，进行综合计算 2解题关键： 弄清初始条件，正、负方向的对应，变化范围，所研究物 理量的函数表达式，进出磁场的转折点是解决问题的关键,3解决图象问题的一般步骤： (1)明确图象的种类,(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感应电流方向对应关系 (4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等,写出函数关系式,(5)根据函数关系式，进行数学分析 (6)画图象或判断图象,4解题时的注意事项：,(1)电磁感应中的图象定性或定量地表示出所研究问题的,函数关系,(2)在图象中 E、I、B 等物理量的方向通过物理量的正负来,反映,(3)画图象要注意纵、横

12、坐标的单位长度定义或表达,典例剖析 例2：如图10-3-6 所示，一有界区域内，存在着磁感应 强度大小均为 B，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的 匀强磁场，磁场宽度均为 L，边长为 L 的正方形框 abcd 的 bc 边紧靠磁场边缘置于桌面上，使线框从静 止开始沿 x 轴正方向匀加速通过磁场区域， 若以逆时针方向为电流的正方向，能反映,线框中感应电流变化规律的是图(,),图 10-3-6,解析：线框从静止开始沿x 轴正方向匀加速通过磁场区域， 在0t1 时间内，只有bc 边切割磁感线，感应电流均匀增大， 由右手定则可判断出感应电流为逆时针方向；当bc 边进入垂直 于光滑水平桌面向上的匀强

13、磁场后，感应电流为顺时针方向， bc 边和ad 边都切割磁感线产生感应电动势，两边产生的感应 电动势相加，匀加速通过，感应电流均匀增大当bc 边出磁场 后，只有ad 边切割磁感线，产生的感应电流为逆时针方向，所 以能反映线框中感应电流变化规律的是图A.,答案：A,备考策略：对图象的分析，应做到“四明确一理解”： (1)明确图象所描述的物理意义；明确各种“”、“” 的含义；明确斜率的含义；明确图象和电磁感应过程之间的对 应关系,【触类旁通】 2(双选，2011年山东卷)如图 10-3-7 所示，两固定的竖直 光滑金属导轨足够长且电阻不计两质量、长度均相同的导体 棒 c、d，置于边界水平的匀强磁场

14、上方同一高度 h 处磁场宽 为 3h，方向与导轨平面垂直先由静止释放 c，c 刚进入磁场即 匀速运动，此时再由静止释放 d，两导体棒与导轨始终保持良 好接触用 ac 表示 c 的加速度，Ekd 表示 d 的动能，xc、xd分别,表示 c、d 相对释放点的位移下列选项中正确的是(,),图 10-3-7,解析：0h 内，c 做自由落体运动，加速度等于重力加速度 g；d 自由下落 h 进入磁场前的过程中，c 做匀速运动，位移为2h； 当 d 刚进入磁场时，其速度和c 刚进入时相同，因此cd 回路中没 有电流，c、d 均做加速度为g 的匀加速运动，直到c 离开磁场，c 离开磁场后，仍做加速度为g 的加

15、速运动，而d 做加速度逐渐减 小的减速运动，直到离开磁场，选项 B、D 正确,答案：BD,考点3,电磁感应中的力与能的分析,重点归纳 1运动的动态分析： 2能量转化特点：,3安培力在不同情况下的作用：,(1)当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，导体所受安 培力与导体运动方向相反，安培力对导体做负功，机械能转化 为电能，进而转化为焦耳热,(2)当导体开始时静止、磁场(磁体)运动时，导体所受安培 力与导体运动方向相同，安培力做正功，电能转化为导体的机 械能,4电磁感应中的力学分析：,(1)受力分析时应特别注意伴随感应电流而产生的安培力 在匀强磁场中匀速运动的导体受到的安培力恒定，变速运动的 导体

16、受到的安培力随速度变化而变化,(2)分析时要画好受力分析图，抓住 a0 时，速度 v 达到,最大值的特点,5综合问题分析思路：,(1)电磁学部分思路：产生感应电动势的部分电路等效为电 源，如果在一个电路中切割磁感线的是几部分互相联系的电路， 则可等效成电源的串并联分析内外电路结构，应用闭合电路 欧姆定律和部分电路欧姆定律确定电学量之间的关系 (2)力学部分思路：分析通电导体的受力情况及力的效果， 应用牛顿运动定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理等规 律确定力学量之间的关系,6功能问题分析方法：,(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)画出等效电路，求回路中电阻

17、消耗电功率的表达式 (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,典例剖析,例3：(2010 年天津卷)如图 10-3-8 所示，质量m10.1 kg， 电阻 R10.3 ，长度 l0.4 m 的导体棒 ab 横放在 U 型金属框 架上框架质量 m20.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间 的动摩擦因数0.2.相距 0.4 m 的MM、NN相互平行，电 阻不计且足够长电阻R20.1 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 B0.5 T垂直于ab 施加 F2 N 的水平恒力，ab 从静止开始无摩擦地运动，始终 与 M

18、M、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最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取 g10 m/s2.,(1)求框架开始运动时 ab 速度 v 的大小,(2)从 ab 开始运动到框架开始运动的过程中，MN 上产生的,热量 Q0.1 J，求该过程 ab 位移 x 的大小,图 10-3-8,思维点拨：框架开始运动时，受到的安培力刚好等于最大 静摩擦力，由此建立相应的力学关系式；在框架开始运动前， 只有F 做功Fx，转化成的能量为电路消耗的焦耳热和导体棒 ab 的动能，由此建立相应的功能关系式 答题规范：(1)框架受水平面的支持力FNm2gm1g 依题意：最大静摩擦力等于滑动摩

19、擦力，则框架受到最大 静摩擦力fFN ab 中的感应电动势EBlv,MN 中电流I,E R1R2,MN 受到的安培力F安BIl,备考策略：在利用能量守恒解决电磁感应中的问题时，要 分析安培力的做功情况，即安培力在导体运动过程中是做正功 还是做负功.另外，参与能量转化的形式要考虑周全，要准确分 析哪些形式的能量增加，哪些形式的能量减少.,模型,滑杆模型,电磁感应中的滑杆问题是综合性问题，涉及到电磁感应、 安培力、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律及能量守恒 定律等，是近几年高考考查的热点滑杆模型中的导轨一般都 是平行导轨重点都是在临界条件下或设定的条件下对杆进行 受力分析,单杆滑杆模型中，导轨

20、有水平的，有倾斜的，也有竖直的， 它们都可和其他电学元件组成电路考查导轨竖直时，受力主 要分析竖直方向的重力、摩擦力、安培力等；能量方面要注意 重力势能与滑杆动能、其他能量的关系导轨倾斜时主要注意 杆在斜面上的受力分析,双杆导体棒的滑动问题，由于运动特点和受力特点比较复,杂，一般只从能量转化和守恒的角度分析求解,滑杆模型问题的物理情境变化空间大，题目综合性强，是 高考的热点和难点在学习掌握解题时，可做一些不同类型、 不同变化点组合的题目，注意要不断地总结，并可主动变换题 设条件进行研究学习，这样不仅有利于快速深入地掌握解题技 巧，还能熟悉滑杆的各类变换，把握精髓，触类旁通，同时掌 握解决相类似

21、模型问题的能力,例4：如图 10-3-9 所示，在磁感应强度大小为 B，方向垂 直向上的匀强磁场中，有一上、下两层均与水平面平行的 U 型 光滑金属导轨，在导轨面上各放一根完全相同的质量为 m 的匀 质金属杆 A1 和 A2，开始时两根金属杆位于同一竖起面内且杆与 轨道垂直设两导轨面相距为 H，导轨宽为 L，导轨足够长且 电阻不计，金属杆单位长度的电阻为 r.现有一质量为 0.5m 的不 带电小球以水平向右的速度 v0 撞击杆 A1 的中点，撞击后小球反 弹落到下层面上的 C 点C 点与杆 A2 初始位置相距为 S.求：,(1)回路内感应电流的最大值,(2)整个运动过程中感应电流最多产生了多少热量,(3)当杆 A2 与杆 A1 的速度比为 13 时，A2 受到的安培力大,小,图 10-3-9,审题突破：在碰撞中动量守恒，结合小球的平抛运动，可 求得A1 碰撞后的速度，此时感应电流最大(往后速度会减小)； 系统在平衡后(不一定静止)，即电流为零后停止产生热量，可 通过能量守恒求得产生的总热量；碰撞后A1、A2 两杆任何时刻 电流大小相等、方向相反，根据F安培BIl，可知两杆组成的系 统所受合外力为零，动量守恒，可求出两杆的速度大小，进而 求出感应电流和所受安培力,题外拓展：如果磁场方向突然变成