高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題十 第3講 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件

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1、第 3 講電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用考點(diǎn) 1電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題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)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，將它們接上電容器，便可使電容器充電；將它們接上用電器，便可對(duì)用電器供電，在回路中形成電流. 因此，電磁感應(yīng)問(wèn)題往往跟電路問(wèn)題聯(lián)系在一起解決電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的關(guān)鍵是把電磁感應(yīng)的問(wèn)題等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路2基本方法(1)確定電源：先判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是哪一部分導(dǎo)體，該部分導(dǎo)體可視為等效電源.(2)分析電路結(jié)構(gòu)，畫(huà)等效電路圖(3)利用電路規(guī)律求解，主要有歐姆定律，串并聯(lián)規(guī)律等3常見(jiàn)的一些分析誤區(qū)(1)不能正確分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流的方向因產(chǎn)

2、生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分電路為電源部分，故該部分電路中的電流應(yīng)為電源內(nèi)部的電流，而外電路中的電流方向仍是從高電勢(shì)到低電勢(shì)(2)應(yīng)用歐姆定律分析求解電路時(shí)，不注意等效電源的內(nèi)阻對(duì)電路的影響(3)對(duì)接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進(jìn)行分析，特別是并聯(lián)在等效電源兩端的電壓表，其示數(shù)應(yīng)該是外電壓，而不是等效電源的電動(dòng)勢(shì)，也不是內(nèi)電壓【跟蹤訓(xùn)練】1.半徑為 a 的圓形區(qū)域內(nèi)有均勻磁場(chǎng),磁感強(qiáng)度為 B0.2 T，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，半徑為 b 的金屬圓環(huán)與磁場(chǎng)同心地放置，磁場(chǎng)與環(huán)面垂直，其中 a0.4 m，b0.6 m，金屬環(huán)上分別接有燈 L1、L2，兩燈的電阻均為 R2 .一金屬棒 MN 與金屬環(huán)接觸良好,棒上

3、單位長(zhǎng)度的電阻為 1 ，環(huán)的電阻忽略不計(jì)(1)若棒以 v05 m/s 的速率在環(huán)上向右勻速滑動(dòng)，求棒滑過(guò)圓環(huán)直徑 OO 的瞬時(shí)(如圖 1031 所示)MN 中的電動(dòng)勢(shì)和流過(guò)燈 L1 的電流(2) 撤去中間的金屬棒 MN ，將右面的半圓環(huán) OL2O以O(shè)O為軸向上翻轉(zhuǎn) 90，若此時(shí)磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化，其變化圖 1031解：(1)棒滑過(guò)圓環(huán)直徑 OO 的瞬間，MN 中的電動(dòng)勢(shì)E1B2av00.220.45 V0.8 V等效電路如圖 52 所示，流過(guò)燈 L1 的電流圖 52圖 53(2) 撤去中間的金屬棒 MN ，將右面的半圓環(huán) OL2O 以O(shè)O 為軸向上翻轉(zhuǎn) 90，半圓環(huán) OL1O中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，

4、相當(dāng)于電源，燈 L2 為外電路，等效電路如圖 53 所示，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)考點(diǎn) 2電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題1圖象類型時(shí)間位移 x(1)電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E 和感應(yīng)電流 I 等隨_變化的圖線，即 Bt 圖線、t圖線、Et 圖線和 It 圖線(2)對(duì)于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況，有時(shí)還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E 和感應(yīng)電流 I 等隨_變化的圖線，即 Ex 圖線和 Ix 圖線等2兩類圖象問(wèn)題(1)由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程，求解相應(yīng)的物理量.3解題的基本方法楞次定律(1)關(guān)鍵是分析磁通量的變化是否均勻，從而判斷感應(yīng)電

5、動(dòng)勢(shì)(電流)或安培力的大小是否恒定，然后運(yùn)用_或左手定則判斷它們的方向，分析出相關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，確定其大小和方向及在坐標(biāo)中的范圍(2)圖象的初始條件，方向與正、負(fù)的對(duì)應(yīng)，物理量的變化趨勢(shì)，物理量的增、減或方向正、負(fù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)都是判斷圖象的關(guān)鍵4解題時(shí)要注意的事項(xiàng)(1)電磁感應(yīng)中的圖象定性或定量地表示出所研究問(wèn)題的函數(shù)關(guān)系(2)在圖象中 E、I、B 等物理量的方向通過(guò)物理量的正負(fù)來(lái)反映(3)畫(huà)圖象要注意縱、橫坐標(biāo)的單位長(zhǎng)度定義或表達(dá)【跟蹤訓(xùn)練】2勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.2 T，磁場(chǎng)寬度 L3 m，一正方形金屬框邊長(zhǎng) l1 m，每邊電阻 r0.2 ，金屬框以速度 v10 m/s 勻速穿過(guò)

6、磁場(chǎng)區(qū)，其平面始終保持與磁感線方向垂直，如圖 1032 所示，求：(1) 畫(huà)出金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的 It 圖線(要求寫(xiě)出作圖依據(jù))(2)畫(huà)出 ab 兩端電壓的 Ut 圖線(要求寫(xiě)出作圖依據(jù))圖 1032圖 54(2)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)時(shí) ab 兩端的電壓U1I1r2.50.2 V0.5 V金屬框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，ab 兩端的電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U2Blv2 V金屬框穿出磁場(chǎng)區(qū)時(shí) ab 兩端的電壓U3E3I3r1.5 V由此得 Ut 圖線如圖 55 所示圖 55考點(diǎn) 3電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題1電磁感應(yīng)問(wèn)題往往跟力學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起，分析時(shí)要特別注意加速度 a0、速度 v 達(dá)最

7、大值的特點(diǎn)這類問(wèn)題的分析思路如下：2基本方法(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向(2)由閉合電路歐姆定律求回路中的電流(3)分析導(dǎo)體受力情況(包含安培力在內(nèi)的全面受力分析)(4)根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程求解3兩種狀態(tài)處理(1)導(dǎo)體處于平衡態(tài)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處理方法：根據(jù)平衡條件合外力等于零列式分析(2)導(dǎo)體處于非平衡態(tài)加速度不為零處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，或結(jié)合功能關(guān)系分析【跟蹤訓(xùn)練】3如圖 1033 所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌 MN、PQ 平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為 L，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為 R 的電阻一根質(zhì)量為 m 的

8、均勻直金屬桿 ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略讓 ab 桿沿導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦(1)由 b 向 a 方向看到的裝置如圖乙所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫(huà)出ab 桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖；(2)在加速下滑過(guò)程中，當(dāng) ab 桿的速度大小為 v 時(shí)，求此時(shí) ab 桿中的電流及其加速度的大??；(3)求在下滑過(guò)程中，ab 桿可以達(dá)到的速度最大值甲乙圖 1033解：(1)如圖 56，重力 mg，豎直向下；支持力 N，垂直斜面向上；安培力 F，沿斜面向上(2)當(dāng) ab 桿速度為 v 時(shí)，感

9、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv，此時(shí)電路電流圖 56根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，有考點(diǎn) 4電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題1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)程過(guò)程可以簡(jiǎn)化為下列形式：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)化為其他形式的能電2解答步驟(1)在電磁感應(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)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于_(2)搞清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化電源(3)根據(jù)能量守恒列方程求解【跟蹤訓(xùn)練】4(雙選，2011 年廣州一模)如圖 1034，金屬棒 ab、cd 與足夠長(zhǎng)的水平光滑金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌所在的

10、平面ab 棒在恒力 F 作用下向右運(yùn)動(dòng)，則()圖 1034A.安培力對(duì) ab 棒做正功BDB.安培力對(duì) cd 棒做正功C.abdca 回路的磁通量先增加后減少D.F 做的功等于回路產(chǎn)生的總熱量和系統(tǒng)動(dòng)能增量之和熱點(diǎn)電磁感應(yīng)中的綜合問(wèn)題【例題】如圖 1035 甲所示，一個(gè)電阻值為 R、匝數(shù)為n 的圓形金屬線圈與阻值為 2R 的電阻 R1 連接成閉合回路，線圈的半徑為 r1，在線圈中半徑為 r2 的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 隨時(shí)間 t 變化的關(guān)系圖線如圖乙所示，圖線與橫、縱軸的截距分別為 t0 和 B0.導(dǎo)線的電阻不計(jì)，求 0 至 t1 時(shí)間內(nèi)：圖 1035(1)

11、通過(guò)電阻 R1 上的電流大小和方向；(2)通過(guò)電阻 R1 上的電量 q 及電阻 R1 上產(chǎn)生的熱量 Q.解：(1)由圖象分析可知，0 至 t1 時(shí)間內(nèi)Btt0由法拉第電磁感應(yīng)定律有B0(2)通過(guò)電阻 R1 上的電量規(guī)律總結(jié)：在給定有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程的題目中，首先要了解磁場(chǎng)的變化過(guò)程，再利用楞次定律判斷電流的方向，然后根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律分析解決問(wèn)題.【觸類旁通】1(2011 年天津卷)如圖 1036 所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌 MN、PQ 間距為 l0.5 m，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

12、終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量均為 m0.02 kg，電阻均為 R0.1 ，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 B0.2 T，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 g10 m/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 Q0.1 J 的熱量，力 F 做的功 W 是多少？圖 1036解：(1)棒 cd 受到的安培力 FcdBIl棒 cd 在共點(diǎn)力作用下平衡，則 Fcdmgsin30由式代入數(shù)據(jù)解得 I1 A，方向由右手定則可知由 d到 c.(2)棒

13、 ab 與棒 cd 受到的安培力大小相等，F(xiàn)abFcd對(duì)棒 ab 由共點(diǎn)力平衡有 Fmgsin30BIl代入數(shù)據(jù)解得 F0.2 N(3)設(shè)在時(shí)間 t 內(nèi)棒cd 產(chǎn)生Q0.1 J 熱量，由焦耳定律可知QI2Rt易錯(cuò)點(diǎn)對(duì)安培力的判斷【例題】如圖 1037 所示，豎直平面內(nèi)有足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌，軌距 0.2 m，金屬導(dǎo)體 ab 可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦地上下滑動(dòng)，ab 的電阻為 0.4 ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌 ab 的質(zhì)量為 0.2 g，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 0.2 T，且磁場(chǎng)區(qū)域足夠大，當(dāng) ab 導(dǎo)體自由下落 0.4 s 時(shí)，突然接通開(kāi)關(guān) S，則：圖 1037(1)試說(shuō)出 S 接通后，ab 導(dǎo)

14、體的運(yùn)動(dòng)情況；(2)ab 導(dǎo)體勻速下落的速度是多少？(取 g10 m/s2)錯(cuò)解分析：S 閉合后，ab 受到豎直向下的重力和豎直向上的安培力作用合力豎直向下，ab 仍處于豎直向下的加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨著向下速度的增大，安培力增大，ab 受豎直向下的合力減小，直至減為 0 時(shí)，ab 處于勻速豎直下落狀態(tài)上述解法是受平常做題時(shí)總有安培力小于重力的影響，沒(méi)有對(duì)初速度和加速度之間的關(guān)系做認(rèn)真的分析，不善于采用定量計(jì)算的方法分析問(wèn)題正確解析：(1)閉合 S 之前導(dǎo)體自由下落的末速度為v0gt4 m/sS 閉合瞬間，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流ab 立即受到一個(gè)豎直向上的安培力所以，ab 做豎直向下的

15、加速度逐漸減小的變減速運(yùn)動(dòng)當(dāng)速度減小至 F安mg 時(shí)，ab 做豎直向下的勻速運(yùn)動(dòng)(2)設(shè)勻速下落的速度為 v，此時(shí)【糾錯(cuò)強(qiáng)化】1如圖 1038 所示，平行且足夠長(zhǎng)的兩條光滑金屬導(dǎo)軌，相距 0.5 m，與水平面夾角為 30，不計(jì)電阻，廣闊的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.4 T，垂直導(dǎo)軌放置兩金屬棒 ab 和 cd，長(zhǎng)度均為 L0.5 m，電阻均為 R0.1 ，質(zhì)量分別為 0.1 kg 和 0.2 kg，兩金屬棒與金屬導(dǎo)軌接觸良好且可沿導(dǎo)軌自由滑動(dòng)現(xiàn) ab 棒在外力作用下，以恒定速度 v1.5 m/s 沿著導(dǎo)軌向上滑動(dòng)，cd 棒則由靜止釋放，(取 g10 m/s2)試求：(1)金屬棒 ab 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(2)閉合回路中的最小電流和最大電流；(3)金屬棒 cd 的最終速度EabBLv0.40.51.5 V0.3 V.(2)剛釋放 cd 棒時(shí)，通過(guò) cd 棒中的電流為解：(1)金屬棒 ab 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為圖 1038