必修二第九章第3單元電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用ppt課件

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一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 1．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線(xiàn)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)體或回路相當(dāng)于電源．因此，電磁感應(yīng)問(wèn)題往往與電路問(wèn)題聯(lián)系在一起．,2．解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問(wèn)題的基本方法 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(右手定則)確定感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)的大小和方向； (2)畫(huà)等效電路； (3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等 公式求解．,(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)電 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)體做電源，斷路時(shí)電壓等于電動(dòng)勢(shì)．,二、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 1．通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，電磁感應(yīng)問(wèn) 題往往和力學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起．解決的基本方法如下： (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)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．,2．兩種狀態(tài)處理 (1)導(dǎo)體處于平衡態(tài)——靜止或勻速直線(xiàn)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)——加速度不等于零． 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．,三、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問(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．電 磁感應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中必定受到安培力作用，因此要維持感應(yīng)電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功．此過(guò)程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．安培力做功的過(guò)程是電能轉(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．,2．求解電能的主要思路 (1)利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克 服安培力所做的功； (2)利用能量守恒求解：機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能； (3)利用電路特征來(lái)求解：通過(guò)電路中所產(chǎn)生的電能來(lái)計(jì)算． 3．解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問(wèn)題的一般步驟 (1)確定等效電源． (2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量發(fā) 生了相互轉(zhuǎn)化． (3)根據(jù)能量守恒列方程求解．,四、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題,1．用均勻?qū)Ь€(xiàn)做成的正方形線(xiàn)框邊 長(zhǎng)為0.2 m，正方形的一半放在垂 直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖 9－3－1所示．當(dāng)磁場(chǎng)以10 T/s的 變化率增強(qiáng)時(shí)，線(xiàn)框中a，b兩點(diǎn) 間的電勢(shì)差是 ( ) 圖9－3－1 A．Uab＝0.1 V B．Uab＝－0.1 V C．Uab＝0.2 V D．Uab＝－0.2 V,答案：B,2．如圖9－3－2所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接 有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無(wú)摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于 ( ),A．棒的機(jī)械能增加量 B．棒的動(dòng)能增加量 C．棒的重力勢(shì)能增加量 D．電阻R上放出的熱量,圖9－3－2,解析：棒加速上升時(shí)受到重力、拉力F及安培力．根據(jù)功能原理可知力F與安培力做的功的代數(shù)和等于棒的機(jī)械能的增加量，A正確．,答案：A,3．物理實(shí)驗(yàn)中，常用一種叫做“沖擊 電流計(jì)”的儀器測(cè)定通過(guò)電路的電 量．如圖9－3－3所示，探測(cè)線(xiàn)圈與 沖擊電流計(jì)串聯(lián)后可用來(lái)測(cè)定磁場(chǎng)的 磁感應(yīng)強(qiáng)度．已知線(xiàn)圈的匝數(shù)為n， 圖9－3－3 面積為S，線(xiàn)圈與沖擊電流計(jì)組成的回路電阻為R.若將線(xiàn)圈放在被測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，開(kāi)始線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)垂直，現(xiàn)把探測(cè)線(xiàn)圈翻轉(zhuǎn)180°，沖擊電流計(jì)測(cè)出通過(guò)線(xiàn)圈的電量為q，由上述數(shù)據(jù)可測(cè)出被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 ( ),答案：C,4．如圖9－3－4所示，一閉合直 角三角形線(xiàn)框以速度v勻速穿 過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域．從BC邊進(jìn)入 磁場(chǎng)區(qū)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到A點(diǎn)離開(kāi) 圖9－3－4 磁場(chǎng)區(qū)為止的過(guò)程中，線(xiàn)框內(nèi)感應(yīng)電流的情況(以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?是圖9－3－5中的 ( ),圖9－3－5,解析：BC邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，由右手定則可判定電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，是正值，隨線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)，有效長(zhǎng)度l逐漸減小，由E＝Blv得電動(dòng)勢(shì)均勻減小，即電流均勻減??；當(dāng)線(xiàn)框剛出磁場(chǎng)時(shí)，切割磁感線(xiàn)的有效長(zhǎng)度l最大，故電流最大，且為順時(shí)針?lè)较?，是?fù)值，此后電流均勻減小，故只有A圖象符合要求．,答案：A,5．如圖9－3－6所示，平行長(zhǎng)直金屬 導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌 左端接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m 的導(dǎo)體棒垂直跨接在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌和 導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì)，且接觸良好， 圖9－3－6 在導(dǎo)軌平面上有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，開(kāi)始時(shí)，導(dǎo)體棒靜止于磁場(chǎng)區(qū)域的右端，當(dāng)磁場(chǎng)以速度v勻速向右移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒隨之開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，同時(shí)受到水平向左，大小為Ff的摩擦阻力作用，并很快達(dá)到恒定速度，此時(shí)導(dǎo)體棒仍處于磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)．求：,(1)導(dǎo)體棒在達(dá)到恒定速度前做什么運(yùn)動(dòng)？ (2)導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度vt的大?。?(3)若要使導(dǎo)體棒不動(dòng)，摩擦阻力至少要多大？,對(duì)電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的理解,[師 之 說(shuō)] 1．對(duì)電源的理解 電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象里，通過(guò)導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)和線(xiàn)圈磁通量的變化而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能． 2．對(duì)電路的理解 內(nèi)電路是切割磁感線(xiàn)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線(xiàn)圈， 外電路由電阻、電容等電學(xué)元件組成．,[關(guān)鍵一點(diǎn)] (1)求解一段時(shí)間內(nèi)的電量用電流平均值． (2)求一段時(shí)間內(nèi)的熱量用電流的有效值． (3)求瞬時(shí)功率要用瞬時(shí)值，求解平均功率要用有效值．,兩根光滑的長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌 MN、M′N(xiāo)′平行置于同一水平面內(nèi)， 導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)，M、M′處 接有如圖9－3－7所示的電路，電路中 各電阻的阻值均為R，電容器的電容為 圖9－3－7 C.長(zhǎng)度也為l、阻值同為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．a(chǎn)b在外力作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)且與導(dǎo)軌保持良好接觸，在ab運(yùn)動(dòng)距離為x的過(guò)程中，整個(gè)回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求： (1)ab運(yùn)動(dòng)速度v的大??； (2)電容器所帶的電荷量q.,[思路點(diǎn)撥] ab切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為電源電動(dòng)勢(shì)，可由E＝Blv計(jì)算，其中v為所求，再結(jié)合歐姆定律、焦耳定律、電容器及運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)列方程可解得．,解決此類(lèi)問(wèn)題要分清電路的組成，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分為電源，其電路部分為內(nèi)電路，其余則為外電路，然后畫(huà)出等效電路圖，再結(jié)合電磁感應(yīng)定律及直流電路的知識(shí)即可求解.,[學(xué) 之 用],電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題分析,[師 之 說(shuō)],1．圖象問(wèn)題的特點(diǎn) 考查方式比較靈活，有時(shí)根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程，確定圖象的正確與否，有時(shí)依據(jù)不同的圖象，進(jìn)行綜合計(jì)算． 2．解題關(guān)鍵 弄清初始條件，正、負(fù)方向的對(duì)應(yīng)，變化范圍，所研究物理量的函數(shù)表達(dá)式，進(jìn)出磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵．,3．解決圖象問(wèn)題的一般步驟 (1)明確圖象的種類(lèi)，即是B－t圖還是Φ－t圖，或者E－t圖、 I－t圖等． (2)分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程． (3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系． (4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律 寫(xiě)出函數(shù)關(guān)系式． (5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、 截距等． (6)畫(huà)圖象或判斷圖象．,一矩形線(xiàn)圈位于一隨時(shí)間t變化的磁場(chǎng)內(nèi)，磁場(chǎng)方向垂直線(xiàn)圈所在的平面(紙面)向里，如圖9－3－9甲所示．磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖9－3－9乙所示．以I表示線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流，以圖9－3－9甲中線(xiàn)圈上箭頭所示方向的電流為正，則圖9－3－10所示的I－t圖中正確的是 ( ),圖9－3－9,圖9－3－10,[思路點(diǎn)撥] 先由楞次定律判定感應(yīng)電流的方向，再根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的大小情況．,[答案] A,電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題，也與其他部分的圖象問(wèn)題一樣，要從圖象的坐標(biāo)軸、點(diǎn)、線(xiàn)、截距、斜率、面積等方面挖掘解題信息．不同的是，這部分的圖象問(wèn)題，除從圖象挖掘信息之外，還要用楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、右手定則、左手定則等加以分析判斷.,[學(xué) 之 用] 2．(2010·上海高考)如圖9－3－11， 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) 圖9－3－11 的正方形線(xiàn)框abcd的bc邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上．使線(xiàn)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(xiàn)框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖9－3－12的 ( ),圖9－3－12,答案：A,電磁感應(yīng)中的力與能的分析,1．運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu),[師 之 說(shuō)],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(xiàn)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，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)當(dāng)導(dǎo)體開(kāi)始時(shí)靜止、磁場(chǎng)(磁體)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于導(dǎo)體相對(duì) 磁場(chǎng)向相反方向做切割磁感線(xiàn)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．,在利用能量守恒解決電磁感應(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)化的形式要考慮周全，要考慮準(zhǔn)確哪些形式的能量增加，哪些形式的能量減少．,(2011·鎮(zhèn)江模擬)如圖 9－3－13所示，一根電阻為R＝ 12 Ω的電阻絲做成一個(gè)半徑為r＝ 1 m的圓形導(dǎo)線(xiàn)框，豎直放置在水 平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線(xiàn)框平面與磁場(chǎng)方 向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.2 T， 圖9－3－13 現(xiàn)有一根質(zhì)量為m＝0.1 kg、電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒，自圓形導(dǎo)線(xiàn)框最高點(diǎn)靜止起沿線(xiàn)框下落，在下落過(guò)程中始終與線(xiàn)框,[答案] (1)8.8 m/s2 (2)0.44 J,3．如圖9－3－14所示，兩根相距L 平行放置的光滑導(dǎo)電軌道，與 水平面的夾角均為α，軌道間有 電阻R，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方 向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一根 圖9－3－14 質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿ab，由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)電軌道下滑．設(shè)下滑過(guò)程中桿ab始終與軌道保持垂直，且接觸良好，導(dǎo)電軌道有足夠的長(zhǎng)度，且電阻不計(jì)． (1)桿ab將做什么運(yùn)動(dòng)？ (2)若開(kāi)始時(shí)就給ab沿軌道向下的拉力F使其由靜止開(kāi)始向下做 加速度為a的勻加速運(yùn)動(dòng)(a＞gsinα)，求拉力F與時(shí)間t的關(guān)系式．,[學(xué) 之 用],1．(2010·廣東高考)如圖9－3－15所示， 平行導(dǎo)軌間有一矩形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū) 域，細(xì)金屬棒PQ沿導(dǎo)軌從MN處勻速 圖9－3－15 運(yùn)動(dòng)到M′N(xiāo)′的過(guò)程中，棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間t變化的圖示，可能正確的是 ( ),圖9－3－16,解析：金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)前和經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)后感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為零，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小恒定，故A正確．,答案：A,2．(2010·安徽高考)如圖9－3－17 所示，水平地面上方矩形區(qū)域 內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁 場(chǎng)，兩個(gè)邊長(zhǎng)相等的單匝閉合 正方形線(xiàn)圈Ⅰ和Ⅱ，分別用相 圖9－3－17 同材料、不同粗細(xì)的導(dǎo)線(xiàn)繞制(Ⅰ為細(xì)導(dǎo)線(xiàn))．兩線(xiàn)圈在距磁場(chǎng)上界面h高處由靜止開(kāi)始自由下落，再進(jìn)入磁場(chǎng)，最后落到地面．運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，線(xiàn)圈平面始終保持在豎直平面內(nèi)且下邊緣平行于磁場(chǎng)上邊界．設(shè)線(xiàn)圈Ⅰ、Ⅱ落地時(shí)的速度大小分別為v1、v2，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量分別為Q1、Q2，不計(jì)空氣阻力，則 ( ),A．v1Q2 D．v1＝v2，Q1Q2,答案：D,3．(2010·天津高考)如圖9－3－18 所示，質(zhì)量m1＝0.1 kg，電阻R1 ＝0.3 Ω，長(zhǎng)度l＝0.4 m的導(dǎo)體棒 ab橫放在U型金屬框架上，框架 質(zhì)量m2＝0.2 kg，放在絕緣水平 圖9－3－18 面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝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R2＝0.1 Ω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＝0.5 T．垂直于ab施加F＝2 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??； (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＝0.1 J．求該過(guò)程ab位移x的大?。?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＝μFN ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E＝Blv MN中電流,答案：(1)6 m/s (2)1.1 m,點(diǎn)擊此圖片進(jìn)入課下提知能,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,