《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》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《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(38頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
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,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,便可對用電器供電,在回路中形成電流. 因此,電磁感應(yīng)問題往往跟電路問題聯(lián)系在一起解決電磁感應(yīng)電路問題的關(guān)鍵是把電磁感應(yīng)的問題等效轉(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常見的一些分析誤區(qū)(1)不能正確分析感應(yīng)電動(dòng)勢及感應(yīng)電流的方向因產(chǎn)
2、生感應(yīng)電動(dòng)勢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到低電勢(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)阻對電路的影響(3)對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,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,磁感強(qiáng)度為 B0.2 T,磁場方向垂直紙面向里,半徑為 b 的金屬圓環(huán)與磁場同心地放置,磁場與環(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),求棒滑過圓環(huán)直徑 OO 的瞬時(shí)(如圖 1031 所示)MN 中的電動(dòng)勢和流過燈 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)磁場隨時(shí)間均勻變化,其變化圖 1031解:(1)棒滑過圓環(huán)直徑 OO 的瞬間,MN 中的電動(dòng)勢E1B2av00.220.45 V0.8 V等效電路如圖 52 所示,流過燈 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,
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)勢考點(diǎn) 2電磁感應(yīng)中的圖象問題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 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)對于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的情況,有時(shí)還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢 E 和感應(yīng)電流 I 等隨_變化的圖線,即 Ex 圖線和 Ix 圖線等2兩類圖象問題(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程,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(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)的對應(yīng),物理量的變化趨勢,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物理量的正負(fù)來反映(3)畫圖象要注意縱、橫坐標(biāo)的單位長度定義或表達(dá)【跟蹤訓(xùn)練】2勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.2 T,磁場寬度 L3 m,一正方形金屬框邊長 l1 m,每邊電阻 r0.2 ,金屬框以速度 v10 m/s 勻速穿過
6、磁場區(qū),其平面始終保持與磁感線方向垂直,如圖 1032 所示,求:(1) 畫出金屬框穿過磁場區(qū)的過程中,金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的 It 圖線(要求寫出作圖依據(jù))(2)畫出 ab 兩端電壓的 Ut 圖線(要求寫出作圖依據(jù))圖 1032圖 54(2)金屬框進(jìn)入磁場區(qū)時(shí) ab 兩端的電壓U1I1r2.50.2 V0.5 V金屬框完全在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),ab 兩端的電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢U2Blv2 V金屬框穿出磁場區(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)問題1電磁感應(yīng)問題往往跟力學(xué)問題聯(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)磁場中,磁場方向垂直斜面向下,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?jiān)诖藞D中畫出ab 桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖;(2)在加速下滑過程中,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)中的能量問題1電磁感應(yīng)過程實(shí)質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過程過程可以簡化為下列形式:安培力做功的過程,是_能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程,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,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 與足夠長的水平光滑金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好,勻強(qiáng)磁場垂直導(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 ab 棒做正功BDB.安培力對 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,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、通過電阻 R1 上的電流大小和方向;(2)通過電阻 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)過程的題目中,首先要了解磁場的變化過程,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)定律分析解決問題.【觸類旁通】1(2011 年天津卷)如圖 1036 所示,兩根足夠長的光滑平行金屬導(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:(1)通過棒 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)對安培力的判斷【例題】如圖 1037 所示,豎直平面內(nèi)有足夠長的金屬導(dǎo)軌,軌距 0.2 m,金屬導(dǎo)體 ab 可在導(dǎo)軌上無摩擦地上下滑動(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)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 0.2 T,且磁場區(qū)域足夠大,當(dāng) ab 導(dǎo)體自由下落 0.4 s 時(shí),突然接通開關(guān) S,則:圖 1037(1)試說出 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,沒有對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,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)磁場垂直穿過導(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;(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 cd 棒中的電流為解:(1)金屬棒 ab 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為圖 1038