高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章第3講 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件 魯科版

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1、 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用 電磁感應(yīng)與力學(xué)問題的綜合，其聯(lián)系的橋梁是磁場(chǎng)對(duì)感應(yīng)電流的 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于，其余部分相當(dāng)于 無論是使閉合回路的磁通量發(fā)生變化，還是使閉合回路的部分導(dǎo)體切割磁感線，都要消耗其他形式的能量，轉(zhuǎn)化為回路中的 這個(gè)過程不僅體現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化，而且轉(zhuǎn)化過程中能量安培力安培力電源電源外電路外電路電能電能守恒守恒 考點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問題 1求解電磁感應(yīng)中電路問題的關(guān)鍵 求解電磁感應(yīng)中電路問題的關(guān)鍵是分析清楚內(nèi)電路和外電路“切割”磁感線的導(dǎo)體和磁通量變化的線圈都相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于內(nèi)電阻，而

2、其余部分的電路則是外電路 2幾個(gè)概念 (2)電源內(nèi)電路的電壓降：UrIr，r是發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的導(dǎo)體上的電阻(解題中常常涉及r的穩(wěn)定性) (3)電源的路端電壓U：UIREUrEIr(R是外電路的電阻) 3解決此類問題的基本步驟 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向 (2)畫等效電路：感應(yīng)電流的方向是電源內(nèi)部電流的方向 (3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律，結(jié)合串、并聯(lián)電路規(guī)律以及電功率計(jì)算公式等各關(guān)系式聯(lián)立求解 【技巧提示】某電阻兩端的電壓、路端電壓和電動(dòng)勢(shì)三者的區(qū)別： (1)某段導(dǎo)體作為外電路時(shí)，它兩端的電壓就是電流與其電阻的乘積 (2)某段導(dǎo)體作為電

3、源時(shí)，它兩端的電壓就是路端電壓，等于電流與外電阻的乘積，或等于電動(dòng)勢(shì)減去內(nèi)壓當(dāng)其電阻不計(jì)時(shí)，路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì) (3)某段導(dǎo)體作為電源，斷路時(shí)電壓等于電動(dòng)勢(shì) 【案例1】(2010福建理綜)如圖所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為的絕緣斜面上，導(dǎo)軌上端連接一個(gè)定值電阻導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直并良好接觸斜面上水平虛線PQ以下區(qū)域內(nèi)，存在著垂直穿過斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)現(xiàn)對(duì)a棒施以平行導(dǎo)軌斜向上的拉力，使它沿導(dǎo)軌勻速向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)放在導(dǎo)軌下端的b棒恰好靜止當(dāng)a棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)的上邊界PQ處時(shí)，撤去拉力，a棒將繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)一小段距離后再向下滑動(dòng)，此時(shí)b棒 已滑離導(dǎo)軌當(dāng)a棒再次滑回到磁場(chǎng)

4、上邊界PQ處時(shí)，又恰能沿導(dǎo)軌勻速向下運(yùn)動(dòng)已知a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R，b棒的質(zhì)量為m，重力加速度為g，導(dǎo)軌電阻不計(jì)求： (1)a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的過程中，a棒中的電流強(qiáng)度Ia與定值電阻R中的電流強(qiáng)度IR之比； (2)a棒質(zhì)量ma； (3)a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的拉力F. 【解析】(1)a棒沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，a棒、b棒及電阻R中的電流分別為Ia、Ib、IR，有 (2)由于a棒在PQ上方滑動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，因而a棒在磁場(chǎng)中向上滑動(dòng)的速度大小v1與在磁場(chǎng)中向下滑動(dòng)的速度大小v2相等，即v1v2v. 設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)體棒長為L.a棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

5、 EBLv， 當(dāng)a棒脫離磁場(chǎng)沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí) 【即時(shí)鞏固1】(2008廣東高考)如圖(a)所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距L0.3 m，導(dǎo)軌左端連接R0.6 的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面B0.6 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)扗0.2 m，細(xì)金屬棒A1和A2用長為2D0.4 m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r0.3 ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場(chǎng)，計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(chǎng)(t0)到A2離開磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過電阻R的電流強(qiáng)度，并在圖(b)中畫出 【答案】見解析 考點(diǎn)二電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題中

6、運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn) 1運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 2能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn) 3安培力在不同情況下的作用 (1)若磁場(chǎng)不動(dòng)，導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，此即電磁阻尼在這種情況下，安培力對(duì)導(dǎo)體做負(fù)功，即導(dǎo)體克服安培力做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱 (2)若導(dǎo)體開始時(shí)靜止，磁場(chǎng)(磁體)運(yùn)動(dòng)，由于導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)向相反方向做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而受到安培力作用，這時(shí)安培力成為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，此即電磁驅(qū)動(dòng)在這種情況下，安培力做正功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能 【技巧提示】在利用能量的轉(zhuǎn)化和守恒解決電磁感應(yīng)中的問題時(shí)，要分析安培力的做功情況，即安培力在導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)過程中是做正

7、功還是做負(fù)功另外，參與能量轉(zhuǎn)化的能量形式要考慮周全，哪些能量增加哪些能量減少也要考慮準(zhǔn)確 4電磁感應(yīng)綜合問題中的兩個(gè)研究對(duì)象及其相互制約關(guān)系 【技巧提示】電磁感應(yīng)中切割磁感線的導(dǎo)體要運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流又要受到安培力的作用在安培力作用下，導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，這就可能需要應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律電磁感應(yīng)的過程也是能量相互轉(zhuǎn)化的過程所以，在分析解決電磁感應(yīng)問題時(shí)，經(jīng)常要用到動(dòng)能定理、能量守恒定律 【案例2】(2010上海高考)如圖，寬度L0.5 m的光滑金屬框架MNPQ固定于水平面內(nèi)，并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.4 T，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，框架的電阻非均勻分布將質(zhì)量m0.1 kg，電阻可忽略的金屬

8、棒ab放置在框架上，并與框架接觸良好以P為坐標(biāo)原點(diǎn)，PQ方向?yàn)閤軸正方向建立坐標(biāo)金屬棒從x01 m處以v02 m/s的初速度，沿x軸負(fù)方向做a2 m/s2的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中金屬棒僅受安培力作用求： (1)金屬棒ab運(yùn)動(dòng)0.5 m，框架產(chǎn)生的焦耳熱Q； (2)框架中aNPb部分的電阻R隨金屬棒ab的位置x變化的函數(shù)關(guān)系； 【技巧點(diǎn)撥】解答此類題目要抓住各個(gè)物理過程中的功能轉(zhuǎn)化關(guān)系，特別是每個(gè)力做功對(duì)應(yīng)著什么樣的能量轉(zhuǎn)化，如重力做功是線框動(dòng)能和重力勢(shì)能間的轉(zhuǎn)化，空氣阻力做功是機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，安培力做負(fù)功是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱，安培力做正功是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后由能量守恒定律

9、(或動(dòng)能定理)列式解答 【即時(shí)鞏固2】(2010天津理綜)如圖所示，質(zhì)量m10.1 kg，電阻R10.3 ，長度l0.4 m的導(dǎo)體棒ab橫放在U形金屬框架上框架質(zhì)量m20.2 kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2.相距0.4 m的MM、NN相互平行，電阻不計(jì)且足夠長電阻R20.1 的MN垂直于MM.整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T垂直于ab施加F2 N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運(yùn)動(dòng)，始終與MM、NN保持良好接觸當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí)，框架開始運(yùn)動(dòng)設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，g取10 m/s2. (1)求框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大??；

10、 (2)從ab開始運(yùn)動(dòng)到框架開始運(yùn)動(dòng)的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q0.1 J，求該過程ab位移s的大小 【解析】(1)ab對(duì)框架的壓力 F1m1g， 框架受水平面的支持力 Nm2gF1， 依題意，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力 F2N， ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) EBlv， MN受到的安培力 F安IlB， 框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí) F安F2， 由上述各式代入數(shù)據(jù)解得 v6 m/s.【答案】【答案】(1)6 m/s(2)1.1 m 考點(diǎn)三 電磁感應(yīng)中的圖象問題 這些圖象問題大體可分為兩類：由給出的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象；由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)物理量不管是哪種類型，

11、電磁感應(yīng)中的圖象問題常利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中圖象問題分析的關(guān)鍵是：抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電流)是否大小恒定；用楞次定律判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或電流)的方向，從而確定其正負(fù)以及在坐標(biāo)中的范圍 解決此類問題的一般步驟： (1)明確圖象的種類，看是B t圖還是t圖，或是E t圖、I t圖等 (2)分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象的具體過程 (3)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫出函數(shù)方程 (4)根據(jù)函數(shù)方程，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等 (5)畫圖象或判斷圖象 【案例3】(2010上海高考)如右圖，一有界區(qū)域內(nèi)，存

12、在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度均為L.邊長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場(chǎng)區(qū)域，若以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖()【答案】【答案】A、C 【即時(shí)鞏固3】(2009遼寧、寧夏理綜)如圖所示，一導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，M端通過滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以勻角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，t0時(shí)恰好在圖示位置規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向?yàn)檎?，圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻忽略不計(jì)，則桿從t0開始轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，電流隨t變化的圖象是()【答案】【答案】C