高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專(zhuān)題九 第3講 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件 新人教版.ppt

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第3講電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用 1 電磁感應(yīng)中 切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生 該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于 2 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流的方向 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分電路為電源部分 電流為電源內(nèi)部電流流向 電勢(shì)處 外電路中的電流流向 電勢(shì)處 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 電源 高 低 3 電磁感應(yīng)問(wèn)題往往跟運(yùn)動(dòng)學(xué) 力學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起 分析時(shí)要特別注意加速度a 0 速度v達(dá)到最大值的特點(diǎn) 這類(lèi)問(wèn)題的分析思路如下 4 電磁感應(yīng)過(guò)程實(shí)質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程 安培力做功的過(guò)程 是 能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程 安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 克服安培力做多 少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為 電 電能 基礎(chǔ)檢測(cè) 多選 2016年西藏第一高級(jí)中學(xué)月考 如圖9 3 1所示 平行金屬導(dǎo)軌寬度為d 一部分軌道水平 左端接電阻R 傾斜部分與水平面成 角 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 且置于垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 現(xiàn)將一質(zhì)量為m長(zhǎng)度也為d的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌頂端由靜止釋放 直至滑到水平部分 導(dǎo)體棒下滑到水平部分之前已經(jīng)勻速 滑動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)軌保持良好接觸 重力加速度為g 不計(jì)一切摩擦力 導(dǎo)體棒接入回路電阻為r 則 整個(gè)下滑過(guò)程中 圖9 3 1 D 重力和安培力對(duì)導(dǎo)體棒所做的功大于導(dǎo)體棒獲得的動(dòng)能 答案 AC 考點(diǎn)1 電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 重點(diǎn)歸納1 電源及電路 1 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體相當(dāng)于電源 這部分導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于電源內(nèi)阻 2 外電路由電阻 電容等電學(xué)元件組成 2 解決電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的基本步驟 1 分清內(nèi)外電路及電路結(jié)構(gòu) 2 求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的大小和方向 3 結(jié)合閉合電路歐姆定律 串并聯(lián)電路知識(shí)和電功率 焦 耳定律等關(guān)系式聯(lián)立求解 典例剖析 例1 在同一水平面的光滑平行導(dǎo)軌P Q相距l(xiāng) 1m 導(dǎo)軌左端接有如圖9 3 2所示的電路 其中水平放置的平行板電容器兩極板M N間距離d 10mm 定值電阻R1 R2 12 R3 2 金屬棒ab電阻r 2 其他電阻不計(jì) 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直穿過(guò)導(dǎo)軌平面 當(dāng)金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 質(zhì)量m 1 10 14kg 帶電荷量q 1 10 14C的微粒恰好懸浮于電容器兩極板之間靜止不動(dòng) 取g 10m s2 在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好 且運(yùn)動(dòng)速度保持恒定 試求 圖9 3 2 1 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向 2 ab兩端的路端電壓 3 金屬棒ab運(yùn)動(dòng)的速度 思維點(diǎn)撥 金屬棒ab相當(dāng)于電源 電路中各元件怎樣連接 串 并聯(lián) 決定了電壓的分配和微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 解 1 負(fù)電荷受到重力和電場(chǎng)力作用而處于靜止?fàn)顟B(tài) 因重力方向豎直向下 則電場(chǎng)力方向豎直向上 故M板帶正電 ab棒向右切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ab棒等效于電源 其a端為電源的正極 由右手定則可判斷 磁場(chǎng)方向豎直向下 2 負(fù)電荷受到重力和電場(chǎng)力而靜止 有 ab棒兩端的電壓為 3 由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E Blv由閉合電路歐姆定律得E Uab Ir 0 5V 備考策略 解決電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 必須按題意畫(huà)出等效電路圖 將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等效為電源電動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體的電阻等效為內(nèi)阻 求電動(dòng)勢(shì)要用電磁感應(yīng)定律 其余問(wèn)題為電路分析及閉合電路歐姆定律的應(yīng)用 考點(diǎn)練透 1 2015年河北衡水中學(xué)調(diào)研 如圖9 3 3甲所示 兩根足夠長(zhǎng) 電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為L(zhǎng)1 1m 導(dǎo)軌平面與水平面成 30 角 上端連接阻值R 1 5 的電阻 質(zhì)量為m 0 2kg 阻值r 0 5 的勻質(zhì)金屬棒ab放在兩導(dǎo)軌上 距離導(dǎo)軌最上端為L(zhǎng)2 4m 棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸 整個(gè)裝置處于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 該勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示 g 10m s2 甲 乙 圖9 3 3 1 保持ab棒靜止 在0 4s內(nèi) 通過(guò)金屬棒ab的電流多大 方向如何 2 為了保持ab棒靜止 需要在棒的中點(diǎn)施加一平行于導(dǎo)軌平面的外力F 求當(dāng)t 2s時(shí) 外力F的大小和方向 3 5s后 撤去外力F 金屬棒將由靜止開(kāi)始下滑 這時(shí)用電壓傳感器將R兩端的電壓即時(shí)采集并輸入計(jì)算機(jī) 在顯示器顯示的電壓達(dá)到某一恒定值后 記下該時(shí)刻棒的位置 測(cè)出該位置與棒初始位置相距2 4m 求金屬棒此時(shí)的速度及下滑到該位置的過(guò)程中在電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 解 1 在0 4s內(nèi) 由法拉第電磁感應(yīng)定律得 代入數(shù)據(jù) 解得E 1V 由a b 2 當(dāng)t 2s時(shí) ab棒受到沿斜面向上的安培力F安 BIL1 0 5 0 5 1N 0 25N 對(duì)ab棒受力分析 由平衡條件得F F安 mgsin30 0F mgsin30 F安 0 2 10 0 5 0 25 N 0 75N 方向沿導(dǎo)軌斜面向上 3 ab棒沿導(dǎo)軌下滑切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 有E B L1v 棒下滑至速度穩(wěn)定時(shí) 棒兩端電壓也恒定 此時(shí)ab棒受力平衡 有mgsin30 B I L1 2 2014年新課標(biāo)卷 半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi) 一長(zhǎng)為r 質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面 BA的延長(zhǎng)線通過(guò)圓導(dǎo)軌中心O 裝置的俯視圖如圖9 3 4所示 整個(gè)裝置位于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B 方向豎直向下 在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的D點(diǎn)之間接有一阻值為R的電阻 圖中未畫(huà)出 直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度 繞O逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸 設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略 重力加速度大小為g 求 1 通過(guò)電阻R的感應(yīng)電流的方向和大小 2 外力的功率 圖9 3 4解 1 根據(jù)右手定則 得導(dǎo)體棒AB上的電流方向?yàn)锽 A 故電阻R上的電流方向?yàn)镃 D 而vA r vB 2 r 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 導(dǎo)體棒AB上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E Brv 2 根據(jù)能量守恒定律 外力的功率P等于安培力與摩擦力的功率之和 即P BIrv fv 而f mg 考點(diǎn)2 電磁感應(yīng)中的力與能的分析 重點(diǎn)歸納1 運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析2 能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn) 3 安培力在不同情況下的作用 1 當(dāng)磁場(chǎng)不動(dòng) 導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí) 導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反 安培力對(duì)導(dǎo)體做負(fù)功 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱 2 當(dāng)導(dǎo)體開(kāi)始時(shí)靜止 磁場(chǎng) 磁體 運(yùn)動(dòng)時(shí) 導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同 安培力做正功 電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能 4 電磁感應(yīng)中的力學(xué)分析 1 受力分析時(shí)應(yīng)特別注意伴隨感應(yīng)電流而產(chǎn)生的安培力 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體受到的安培力恒定 變速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體受到的安培力隨速度變化而變化 2 分析時(shí)要畫(huà)好受力分析圖 抓住a 0時(shí) 速度v達(dá)到 最大值的特點(diǎn) 5 綜合問(wèn)題分析思路 1 電磁學(xué)部分思路 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分電路等效為電源 如果在一個(gè)電路中切割磁感線的是幾部分互相聯(lián)系的電路 則可等效成電源的串并聯(lián) 分析內(nèi)外電路結(jié)構(gòu) 應(yīng)用閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律確定電學(xué)量之間的關(guān)系 2 力學(xué)部分思路 分析通電導(dǎo)體的受力情況及力的效果 應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律 動(dòng)量定理 動(dòng)量守恒定律 動(dòng)能定理等規(guī)律確定力學(xué)量之間的關(guān)系 6 功能問(wèn)題分析方法 1 用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 大小和方向 2 畫(huà)出等效電路 求回路中電阻消耗電功率的表達(dá)式 3 分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化 用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率 的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程 典例剖析 例2 2015年湖南懷化期末 如圖9 3 5所示 光滑平行的金屬導(dǎo)軌MN和PQ 間距L 1 0m 與水平面之間的夾角 30 勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B 2 0T 垂直于導(dǎo)軌平面向上 MP間接有阻值R 2 0 的電阻 其他電阻不計(jì) 質(zhì)量m 2 0kg的金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置 用變力F沿導(dǎo)軌平面向上拉金屬桿ab 若金屬桿ab以恒定加速度a 2m s2 由靜止開(kāi)始做勻變速運(yùn)動(dòng) 則 g 10m s2 1 在5s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少 2 第5s末 回路中的電流多大 3 第5s末 作用在ab桿上的外力F多大 圖9 3 5 思維點(diǎn)撥 由題可知 金屬桿做勻加速運(yùn)動(dòng) 由法拉第電磁感應(yīng)定律可得平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 求出5s的速度 由E BLv求出瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 進(jìn)而求出5s末的電流和安培力 再根據(jù)牛頓第二定律即可求解 2 5s末的瞬時(shí)速度為v at5s末的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E BLv 聯(lián)立解得I 10A 3 由安培力公式得F安 BIL由牛頓第二定律 得F F安 mgsin30 ma聯(lián)立解得F 34N 考點(diǎn)練透 3 2015年江蘇徐州一模 如圖9 3 6所示 相距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌 MN PQ與水平面的夾角為 N Q兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻 整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下 將質(zhì)量為m 阻值也為R的金屬桿ab垂直放在導(dǎo)軌上 桿ab由靜止釋放 下滑距離x時(shí)達(dá)到最大速度 重力加速度為g 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 桿與導(dǎo)軌接觸良好 求 圖9 3 6 1 桿ab下滑的最大加速度 2 桿ab下滑的最大速度 3 上述過(guò)程中 桿上產(chǎn)生的熱量 解 1 設(shè)ab桿下滑到某位置時(shí)速度為v 則此時(shí)桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E BLv 桿所受的安培力F BIL 當(dāng)速度v 0時(shí) 桿的加速度最大 最大加速度a gsin 方向沿導(dǎo)軌平面向下 模型 滑桿模型 電磁感應(yīng)中的滑桿問(wèn)題是綜合性問(wèn)題 涉及電磁感應(yīng) 安培力 牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)量定理 動(dòng)量守恒定律及能量守恒定律等 是近幾年高考考查的熱點(diǎn) 滑桿模型中的導(dǎo)軌一般都是平行導(dǎo)軌 重點(diǎn)都是在臨界條件下或設(shè)定的條件下對(duì)桿進(jìn)行受力分析 單桿滑桿模型中 導(dǎo)軌有水平的 有傾斜的 也有豎直的 它們都可和其他電學(xué)元件組成電路考查 導(dǎo)軌豎直時(shí) 受力主要分析豎直方向的重力 摩擦力 安培力等 能量方面要注意重力勢(shì)能與滑桿動(dòng)能 其他能量的關(guān)系 導(dǎo)軌傾斜時(shí)主要注意桿在斜面上的受力分析 雙桿導(dǎo)體棒的滑動(dòng)問(wèn)題 由于運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)比較復(fù) 雜 一般只從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度分析求解 滑桿模型問(wèn)題的物理情境變化空間大 題目綜合性強(qiáng) 是高考的熱點(diǎn)和難點(diǎn) 在學(xué)習(xí)掌握解題時(shí) 可做一些不同類(lèi)型 不同變化點(diǎn)組合的題目 注意要不斷地總結(jié) 并可主動(dòng)變換題設(shè)條件進(jìn)行研究學(xué)習(xí) 這樣不僅有利于快速深入地掌握解題技巧 還能熟悉滑桿的各類(lèi)變換 把握精髓 觸類(lèi)旁通 同時(shí)掌握解決相類(lèi)似模型問(wèn)題的能力 例3 如圖9 3 7所示 在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有一上 下兩層均與水平面平行的U型光滑金屬導(dǎo)軌 在導(dǎo)軌面上各放一根完全相同的質(zhì)量為m的勻質(zhì)金屬桿A1和A2 開(kāi)始時(shí)兩根金屬桿位于同一豎起面內(nèi)且桿與軌道垂直 設(shè)兩導(dǎo)軌面相距為H 導(dǎo)軌寬為L(zhǎng) 導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì) 金屬桿單位長(zhǎng)度的電阻為r 現(xiàn)有一質(zhì)量為0 5m的不帶電小球以水平向右的速度v0撞擊桿A1的中點(diǎn) 撞擊后小球反彈落到下層面上的C點(diǎn) C點(diǎn)與桿A2初始位置相距為s 求 1 回路內(nèi)感應(yīng)電流的最大值 2 整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電流最多產(chǎn)生了多少熱量 3 當(dāng)桿A2與桿A1的速度比為1 3時(shí) A2受到的安培力大 小 圖9 3 7 審題突破 在碰撞中動(dòng)量守恒 結(jié)合小球的平拋運(yùn)動(dòng) 可求得A1碰撞后的速度 此時(shí)感應(yīng)電流最大 往后速度會(huì)減小 系統(tǒng)在平衡后 不一定靜止 即電流為零后停止產(chǎn)生熱量 可通過(guò)能量守恒求得產(chǎn)生的總熱量 碰撞后A1 A2兩桿任何時(shí)刻電流大小相等 方向相反 根據(jù)F安培 BIL 可知兩桿組成的系統(tǒng)所受合外力為零 動(dòng)量守恒 可求出兩桿的速度大小 進(jìn)而求出感應(yīng)電流和所受安培力 題外拓展 如果磁場(chǎng)方向突然變成豎直向下 大小不變 那么兩桿的最終狀態(tài)會(huì)是怎么樣 整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量又是多少 如果將一個(gè)電壓表接在導(dǎo)軌兩邊 兩桿之間的導(dǎo)軌 最終其讀數(shù)是多少 觸類(lèi)旁通 2014年江蘇卷 如圖9 3 8所示 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌 導(dǎo)軌間距為L(zhǎng) 長(zhǎng)為3d 導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為 在導(dǎo)軌的中部刷有一段長(zhǎng)為d的薄絕緣涂層 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向與導(dǎo)軌平面垂直 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放 在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng) 并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端 導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直 且僅與涂層間有摩擦 接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R 其他部分的電阻均不計(jì) 重力加速度為g 求 圖9 3 8 1 導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù) 2 導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v 3 整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q 解 1 在絕緣涂層上導(dǎo)體棒受力平衡有mgsin mgcos 解得 tan 2 在光滑導(dǎo)軌上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E BLv 安培力F安 BIL