2012高三物理一轮复习 12.3电磁感应的综合应用课件

1、第三课时专题：电磁感应的综合应用,一、电磁感应电路问题的理解和分类 1对电源的理解：电源是将其他形式的能转化为电能的装置在电磁感应现象里，通过导体切割磁感线和线圈磁通量的变化而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,3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，电功率的问题 (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：,(1)判断感应电流和电动势的方向，都是利用“相当于电源”的部分根据右手定则或楞次定律

2、判定的实际问题中应注意外电路电流由高电势流向低电势，而内电路则相反 (2)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,1(2009年广东)如右图所示，在磁感应强度B0.5 T的匀强磁场中，有一等边三角形ABC的固定祼导体框架，框架平面与磁感线方向垂直，裸导体DE能沿着导体框架滑动，且滑动时一直能与框架保持良好的接触已知三角形的边长为0.2 m，且三角形框架和导体DE的材料、横截面积相同，它们单位长度的电阻均为每米10 ，当导体DE以v4.2 m/s的速度(速度方向与DE垂直)下滑至AB、AC的中点M、N时，求：,(1)M、N两点间感

3、应电动势的大小； (2)流过导体框底边BC的电流多大？方向如何？,【解析】导体棒在滑动过程中切割磁感线产生感应电动势，MN相当于电源，给外电路供电；外电路由两个支路组成，一是支路MAN，二是支路MBCN. (1)N、M两点间感应电动势 EBLMNv0.50.14.2 V0.21 V. (2)支路MAN的电阻R10.210 2 支路MBCN的电阻R20.410 4 导体棒MN之间的电阻r0.110 1 ,【答案】(1)0.21 V(2)0.03 ABC,二、求解电磁感应与力学综合题的思路 思路有两种，一种是力的观点，另一种是能量的观点 (1)力的观点 力的观点是指应用牛顿第二定律和运动学公式解决

4、问题的方法即先对研究对象进行受力分析，根据受力变化应用牛顿第二定律判断加速度变化情况，最后找出求解问题的方法 (2)能量观点 动能定理、能量转化守恒定律在电磁感应中同样适用,三、电磁感应综合题中的两部分研究对象 电磁感应中的综合题有两种基本类型一是电磁感应与电路、电场的综合；二是电磁感应与磁场、导体的受力和运动的综合；或是这两种基本类型的复合题，题中电磁现象、力现象相互联系、相互影响和制约 这类题综合程度高，涉及的知识面广，解题时可将问题分解为两部分：电学部分和力学部分,(1)电学部分思路：将产生感应电动势的那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但又互相联系，可等效成电源的串

5、、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理顺电学量之间的关系 (2)力学部分思路：分析通电导体的受力情况及力的效果，应用牛顿定律、动量定理、动量守恒、动能定理、能量守恒等规律理顺力学量之间的关系,(3)两部分研究对象的网络结构图如下： 从上面可看出电流I和速度v是联系这两个研究对象的纽带,2如右图所示，固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用

6、下从静止开始沿导轨运动距离l时，速度恰好达到最大(运动过程中,杆始终与导轨保持垂直)设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g.则此过程 (),C选项中，由动能定理得WFWfW安Ek；D选项中，由前式可得WFW安EkWfEk.本题正确选项为B、D. 【答案】BD,如下图a所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距L0.3 m，导轨左端连接R0.6 的电阻区域abcd内存在垂直于导轨平面B0.6 T的匀强磁场，磁场区域宽D0.2 m细金属棒A1和A2用长为2D0.4 m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直每根金属棒在导轨间的电阻均为r0.3 ，导轨电阻不计使金属棒以恒定速度

7、v1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场计算从金属棒A1,进入磁场(t0)到A2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流强度，并在图b中画出,从A1离开磁场至A2进入磁场的时间t2 0.2 s，这段时间内无感应电流产生 从金属棒A2进入磁场到A2离开磁场的时间t30.2 s，这段时间内产生的感应电动势与t1时间内相同，通过R的电流大小和方向也与t1内相同It图象如下图所示,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和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和方向；感应电流方向是电源内部电流的方向 (2)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 (3)根据EBLv或E

8、=n 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,11：两根光滑的长直金属导轨MN、MN平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、M处接有如下图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C.长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q.求：,(1)ab运动速度v的大小； (2)电容器所带的电荷量q.,【解析】(1)设ab上产生的感应电动势为E，回路中的电流为I，ab运动距离s所用时间为t，三个

9、电阻R与电源串联，总电阻为4R，则EBlv,相距为L0.20 m的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面质量均为m0.1 kg的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为，导轨电阻不计，回路总电阻为R1.0 .整个装置处于磁感应强度大小为B0.50 T，方向竖直向上的匀强磁场中当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下从静止开始沿导轨匀加速运动时，cd杆也同时从静止开始沿导轨向下运动测得拉力F与时间t的关系如下图所示g10 m/s2，求：,(1)杆ab的加速度a和动摩擦因数； (2)杆cd从静止开始沿导轨向下运动达到最大速度

10、所需的时间t0； (3)画出杆cd在整个运动过程中的加速度随时间变化的at图象，要求标明坐标值(不要求写出推导过程),在图线上取两点：t10，F11.5 N；t230 s，F24.5 N，代入上式得a10 m/s2，0.5.,(3)图线如下图所示,(1)解决电磁感应力学问题的基本思路 用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 应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的大小 分析研究导体受力情况，特别要注意安培力方向的确定 列出动力学方程或平衡方程求解,(2)两种状态处理 导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态 处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析 导体处于非平衡态加速度

11、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析,21：如下图所示，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s.一质量为m，电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F0.5v0.4(N)(v为金属棒速度)的水平外力作用，从磁场的左边界由静止开始运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大(已知l1 m，m1 kg，R0.3 ，r0.2 ，s1 m),【解析】(1)金属棒做匀加速运动，R两端电压UIEv，U随时间均匀增大，即v随时间均匀增大，所以加速度为恒量,【答案】(1)金属

12、棒做匀加速运动(2)0.5 T(3)1 s,如下图所示，一边长L0.2 m，质量m10.5 kg，电阻R0.1 的正方形导体线框abcd，与一质量为m22 kg的物块通过轻质细线跨过两定滑轮相连起初ad边距磁场下边界为d10.8 m，磁感应强度B2.5 T，磁场宽度d20.3 m，物块放在倾角53的斜面上，物块与斜面间的动摩擦因数0.5.现将物块由静止释放，经一段时间后发现当ad边从磁场上边缘穿出时，线框恰好做匀速运动(g取10 m/s2，sin 530.8，cos 530.6)求：,(1)线框ad边从磁场上边缘穿出时速度的大小？ (2)线框刚刚全部进入磁场时物块和线框的总动能？ (3)整个运

13、动过程线框产生的焦耳热为多少？,(1)解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤： 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，该导体或回路就相当于电源 分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 根据能量守恒列方程求解,(2)电能求解思路主要有三种 感应电路中产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即QWA. 感应电路中电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功，即QI2Rt. 感应电流中产生的焦耳热等于电磁感应现象中其他形式能量的减少，即QE他,31：如右图所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距为L1 m，定值电阻R13 ，R

14、21.5 ，导轨上放一质量m1 kg的金属杆，金属杆的电阻r1 ，导轨的电阻不计整个装置处于磁感应强度为B0.8 T的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向下，现用一拉力 F沿水平方向拉金属杆，使 金属杆由静止开始运动，表 格中的数据反映了不同时刻 通过电阻R1的电流，求：,(1)4 s末金属杆的动能； (2)4 s末安培力的功率； (3)依据表格中的数据画出合适的图象，运用图象结合学过的知识求出4 s内拉力所做的功.,(2)4 s末的安培力的功率PF安vBI总Lv72 W (3)从表格中可知 与t成正比，画出 t图象如下图所示，,从图象可知4 s内图线与t轴所围面积，图线与t轴所围面积与电阻的

15、乘积即为产生的焦耳热 QR124 J 根据电路串、并联关系可得R2上产生的焦耳热为QR248 J，金属杆上产生的焦耳热为Qr72 J，Q总QR1QR2Qr144 J.,根据功能关系可知拉力所做的功为WFQ总Ek256.5 J. 【答案】(1)112.5 J(2)72 W(3)256.5 J,(2009年扬州模拟)如图甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角60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ab的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外

16、力的正方向，则在0t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变化的图象是(),【解析】由楞次定律可判定回路中的电流始终为ba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0t0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t0t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,电磁感应图象问题的解决方法 解决图象问题的一般步骤 (1)明确图象的种类，即是Bt图还是t图，或者Et图、It图等 (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)

17、结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿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)判断图象(或画图象或应用)图象解决问题,41：如下图甲所示，垂直于水平桌面向上的有界匀强磁场，磁感应强度B0.8 T，宽度L2.5 m光滑金属导轨OM、ON固定在桌面上，O点位于磁场的左边界，且OM、ON与磁场左边界均成45角金属棒ab放在导轨上，且与磁场的右边界重合t0时，ab在水平向左的外力F作用下匀速通过磁场测得回路中的感应电流随时间变化的图象如图乙所示已知OM、ON接触点的电阻为R，其余电阻不计,(1)利用图象求出这个过程中通过ab棒截面的电荷量及电阻R；

18、 (2)写出水平力F随时间变化的表达式；,(3)已知在ab通过磁场的过程中，力F做的功为W焦，电阻R中产生的焦耳热与一恒定电流I0在相同时间内通过该电阻产生的热量相等，求I0的值,1(2009年辽宁、宁夏卷)如右图所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心环内两个圆心角为90的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触在圆心和圆环间连有电阻R.,杆OM以匀角速度逆时针转动，t0时恰好在图示位置规定从a到b流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从t0开始转动一周的过程中，电流随t变化的图象是 ()

19、,【答案】C,2如右图所示，两竖直放置的平行光滑导轨相距0.2 m，其电阻不计，处于水平向里的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，导体棒ab与cd的电阻均为0.1 ，质量均为0.01 kg.现用竖直向上的力拉ab棒，使之匀速向上运动，此时cd棒恰好静止，已知棒与导轨始终接触良好，导轨足够长，g取10 m/s2，则 (),Aab棒向上运动的速度为2 m/s Bab棒受到的拉力大小为0.2 N C在2 s时间内，拉力做功为0.4 J D. 在2 s时间内，ab棒上产生的焦耳热为0.4 J,【答案】AB,3(2010年日照测试)如下图所示，光滑曲线导轨足够长，固定在绝缘斜面上，匀强磁场B垂

20、直斜面向上一导体棒从某处以初速度v0沿导轨面向上滑动，最后又向下滑回到原处导轨底端接有电阻R，其余电阻不计下列说法正确的是(),A滑回到原处的速率小于初速度大小v0 B上滑所用的时间等于下滑所用的时间 C上滑过程与下滑过程通过电阻R的电荷量大小相等 D上滑过程通过某位置的加速度大小等于下滑过程中通过该位置的加速度大小,【解析】导体棒从某处以初速度v0沿导轨面向下滑动至向下滑回到原处的过程中，有一部分机械能转化成电阻发热的内能，据能的转化和守恒定律得滑回到原处的速率小于初速度大小v0，选项A正确；因为导体棒上滑和下滑过程中机械能不断减小，所以上滑过程通过某位置的加速度大小与下滑过程中通过该位置的加速度大小不同，上滑所用的时间和下滑所用的时间不同，选项B、D错误；上滑过程与下滑过程通过电阻R的电荷量大小相等，均为q ，选项C正确,【答案】AC,4如图甲所示，abcd是位于竖直平面内的边长为10 cm的正方形闭合金属线框，线框的质量为m0.02 kg，电阻为R0.1 .在线框的下方有一匀强磁场区域，MN是匀强磁场区域的水平边界线，并与线框的bc边平行，磁场方向与线框平面垂直现让线框