高考物理人教版選修3-2 9.3《電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用》課件

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歡迎進(jìn)入物理課堂 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)與力學(xué)問(wèn)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(wú)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(guò)程不僅體現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化 而且轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量 安培力 電源 外電路 電能 守恒 考點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1 求解電磁感應(yīng)中電路問(wèn)題的關(guān)鍵求解電磁感應(yīng)中電路問(wèn)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 而其余部分的電路則是外電路 2 電源內(nèi)電路的電壓降 Ur Ir 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 U IR E Ur E Ir R是外電路的電阻 3 解決此類問(wèn)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(huà)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 2011 重慶理綜 有人設(shè)計(jì)了一種可測(cè)速的跑步機(jī) 測(cè)速原理如圖所示 該機(jī)底面固定有間距為L(zhǎng) 長(zhǎng)度為d的平行金屬電極 電極間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 且接有電壓表和電阻R 絕緣橡膠帶上鍍有間距為d的平行細(xì)金屬條 磁場(chǎng)中始終僅有一根金屬條 且與電極接觸良好 不計(jì)金屬電阻 若橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 電壓表讀數(shù)為U 求 1 橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)的速率 2 電阻R消耗的電功率 3 一根金屬條每次經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域克服安培力做的功 即時(shí)鞏固1 2011 浙江理綜 如圖甲所示 在水平面上固定有長(zhǎng)為L(zhǎng) 2m 寬為d 1m的金屬 U 型導(dǎo)軌 在 U 型導(dǎo)軌右側(cè)l 0 5m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示 在t 0時(shí)刻 質(zhì)量為m 0 1kg的導(dǎo)體棒以v0 1m s的初速度從導(dǎo)軌的左端開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0 1 導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長(zhǎng)度的電阻均為 0 1 m 不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場(chǎng)的影響 取g 10m s2 1 通過(guò)計(jì)算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況 2 計(jì)算4s內(nèi)回路中電流的大小 并判斷電流方向 3 計(jì)算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱 答案 1 前1s導(dǎo)體棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 1 4s內(nèi)一直保持靜止 2 0 2A 沿順時(shí)針?lè)较?3 0 04J 考點(diǎn)二電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問(wèn)題中運(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(kāi)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(wèn)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(guò)程中是做正功還是做負(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(wèn)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(guò)程也是能量相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程 所以 在分析解決電磁感應(yīng)問(wèn)題時(shí) 經(jīng)常要用到動(dòng)能定理 能量守恒定律 案例2 2011 天津理綜 如圖所示 兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN PQ間距為l 0 5m 其電阻不計(jì) 兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30 角 完全相同的兩金屬棒ab cd分別垂直導(dǎo)軌放置 每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸 已知兩棒質(zhì)量均為m 0 02kg 電阻均為R 0 1 整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 2T 棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下 沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng) 而棒cd恰好能夠保持靜止 取g 10m s2 問(wèn) 1 通過(guò)棒cd的電流I是多少 方向如何 2 棒ab受到的力F多大 3 棒cd每產(chǎn)生Q 0 1J的熱量 力F做的功W是多少 解析 1 棒cd受到的安培力Fcd IlB 棒cd在共點(diǎn)力作用下平衡 則Fcd mgsin30 由 式 代入數(shù)據(jù)解得I 1A 根據(jù)楞次定律可知 棒cd中的電流方向由d至c 2 棒ab與棒cd受到的安培力大小相等Fab Fcd對(duì)棒ab 由共點(diǎn)力平衡知F mgsin30 IlB 代入數(shù)據(jù)解得F 0 2N 3 設(shè)在時(shí)間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q 0 1J的熱量 由焦耳定律知Q I2Rt 設(shè)棒ab勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為v 其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E Blv 由閉合電路歐姆定律知I 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知在時(shí)間t內(nèi) 棒ab沿導(dǎo)軌的位移x vt 力F做的功W Fx 綜合上述各式 代入數(shù)據(jù)解得W 0 4J 答案 1 1A 方向由d至c 2 0 2N 3 0 4J 即時(shí)鞏固2 2010 天津理綜 如圖所示 質(zhì)量m1 0 1kg 電阻R1 0 3 長(zhǎng)度l 0 4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U形金屬框架上 框架質(zhì)量m2 0 2kg 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 4m的MM NN 相互平行 電阻不計(jì)且足夠長(zhǎng) 電阻R2 0 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B 0 5T 垂直于ab施加F 2N的水平恒力 ab從靜止開(kāi)始無(wú)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(kāi)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 取g 10m s2 1 求框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大小 2 從ab開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 MN上產(chǎn)生的熱量Q 0 1J 求該過(guò)程ab位移x的大小 解析 1 ab對(duì)框架的壓力F1 m1g 框架受水平面的支持力FN m2g F1 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F2 FN ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E Blv MN中電流 MN受到的安培力F安 IlB 框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)F安 F2 由上述各式代入數(shù)據(jù)解得v 6m s 答案 1 6m s 2 1 1m 考點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題這些圖象問(wèn)題大體可分為兩類 由給出的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖象 由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程 求解相應(yīng)物理量 不管是哪種類型 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(xiě)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(huà)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(zhǎng) 邊長(zhǎng)為L(zhǎng)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(kāi)始沿x軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域 若以逆時(shí)針?lè)较驗(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 A C 即時(shí)鞏固3 2011 海南高考 如圖 EOF和E O F 為空間一勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界 其中EO E O FO F O 且EO OF OO 為 EOF的角平分線 OO 間的距離為l 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 一邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框沿O O方向勻速通過(guò)磁場(chǎng) t 0時(shí)刻恰好位于圖示位置 規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)為正 則感應(yīng)電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線可能正確的是 解析 本題中四個(gè)選項(xiàng)都是i t關(guān)系圖線 故可用排除法 因在第一個(gè)階段內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線框的磁通量向里增大 由楞次定律可判定此過(guò)程中電流沿逆時(shí)針?lè)较?故C D錯(cuò)誤 由于在穿過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域的磁通量變化量 0 由q R可知整個(gè)過(guò)程中通過(guò)導(dǎo)線框的總電荷量也應(yīng)為零 而在i t圖象中圖線與時(shí)間軸所圍總面積為零 即時(shí)間軸的上下圖形面積的絕對(duì)值應(yīng)相等 故A錯(cuò)誤 B正確 答案 B 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全