高考物理二輪專(zhuān)題突破 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(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(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

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(lèi)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

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(guò)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(guò)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(guò)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(zhǎng)為L(zhǎng).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(zhǎng)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(kāi)磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過(guò)電阻R的電流強(qiáng)度，并在圖(b)中畫(huà)出 【答案】見(jiàn)解析 考點(diǎn)二電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問(wèn)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(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

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(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】(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(lèi)題目要抓住各個(gè)物理過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(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，g取10 m/s2. (1)求框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大小；

10、 (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Q0.1 J，求該過(guò)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(kāi)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(wèn)題 這些圖象問(wèn)題大體可分為兩類(lèi)：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(lèi)型，

11、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(lèi)問(wèn)題的一般步驟： (1)明確圖象的種類(lèi)，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

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(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】【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(guò)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(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，電流隨t變化的圖象是()【答案】【答案】C