【三維設(shè)計】2013高三物理備考復(fù)習(xí) 第十章 第3單元 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用課件 新人教版（廣東專版）

思維啟動法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設(shè)想，并進(jìn)行了實驗研究。實驗裝置的示意圖如圖1031所示，兩塊面積均為S的矩形金屬板，平行、正對、豎直 圖1031地全部浸在河水中，間距為d。水流速度處處相同，大小為v，方向水平，金屬板與水流方向平行，地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量為B，水的電阻率為，水面上方有一阻值為R的電阻通過絕緣導(dǎo)線和電鍵K連接到兩金屬板上。 忽略邊緣效應(yīng)。則：(1)該發(fā)電裝置的電動勢E_；(2)通過電阻R的電流強度I_；(3)電阻R消耗的電功率P_。 2問題歸類(1)以部分電路歐姆定律為中心，包括六個基本物理量(電壓、電流、電阻、電功、電功率、電熱)，三條定律(部分電路歐姆定律、電阻定律和焦耳定律)，以及若干基本規(guī)律(串、并聯(lián)電路特點等)。(2)以閉合電路歐姆定律為中心，討論電動勢概念，閉合 電路中的電流、路端電壓以及閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化。 3常見的一些分析誤區(qū)(1)不能正確分析感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流的方向。因產(chǎn)生感應(yīng)電動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，沒有注意等效電源的內(nèi)阻對電路的影響。(3)對連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)該是路端電壓，而不是等效電源的電動勢。 應(yīng)用升級1.用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框邊長為 0.2 m，正方形的一半放在垂直于紙面 向里的勻強磁場中，如圖1032所示。 在磁場以10 T/s的變化率增強時，線框中 圖1032 a、b兩點間的電勢差是 () AUab0.1 V BUab0.1 V CU ab0.2 V DUab0.2 V 答 案 ： B 思維啟動圓形導(dǎo)線框固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直。規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度B隨時間變化的規(guī)律如圖1033所示。若規(guī)定順時針方向為感應(yīng)電流i的正方向，請畫出it圖像。圖1033 (2)分析電磁感應(yīng)的具體過程。(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)畫圖像或判斷圖像。 應(yīng)用升級2.如圖1034所示，一閉合直角三 角形線框以速度v勻速穿過勻強磁 場區(qū)域。從BC邊進(jìn)入磁場區(qū)開始 圖1034 計時，到A點離開磁場區(qū)為止的過程中，線框內(nèi)感應(yīng) 電流的情況(以逆時針方向為電流的正方向)是圖103 5中的 () 圖1035 解析：BC邊剛進(jìn)入磁場時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，由右手定則可判定電流方向為逆時針方向，是正值，隨線框進(jìn)入磁場，有效長度l逐漸減小，由EBlv得電動勢均勻減小，即電流均勻減??；當(dāng)線框剛出磁場時，切割磁感線的有效長度l最大，故電流最大，且為順時針方向，是負(fù)值，此后電流均勻減小，故只有A圖像符合要求答案：A 思維啟動(1)安培力做功時對應(yīng)什么形式的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化？(2)安培力對導(dǎo)體棒的運動是動力還是阻力？提示：(1)安培力做正功時，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，克服安培力做功時其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)通常情況下導(dǎo)體棒由于通電而運動時，安培力是動力；如果是由于導(dǎo)體棒的運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么磁場對導(dǎo)體棒的安培力是阻力。 知識聯(lián)動1導(dǎo)體兩種狀態(tài)及處理方法(1)導(dǎo)體的平衡態(tài)靜止或勻速直線運動狀態(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)體的非平衡態(tài)加速度不為零。 處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動態(tài)分析或結(jié)合 功能關(guān)系分析。 2電磁感應(yīng)問題中兩大研究對象及其相互制約關(guān)系 3電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體切割磁感線或磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這個過程中機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化為機械能或內(nèi)能。因此，電磁感應(yīng)過程中總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。 應(yīng)用升級3.如圖1036所示，ab和cd是位于水 平面內(nèi)的平行金屬軌道，軌道間距為 l，其電阻可忽略不計。ac之間連接 一阻值為R的電阻，ef為一垂直于ab 圖1036 和cd的金屬桿，它與ab和cd接觸良好并可沿軌道方向無 摩擦地滑動，其電阻可忽略。整個裝置處在勻強磁場中， 磁場方向垂直于圖中紙面向里，磁感應(yīng)強度為B。當(dāng)施 外力使桿ef以速度v向右勻速運動時，桿ef所受的安培力 為 () 答 案 ： A 典題例析例1(雙選)如圖1037所示，在豎直方向的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，金屬框架ABCD固定在水平面內(nèi)，AB與CD平行且足夠長，BC與CD夾角圖1037(90)， 光滑導(dǎo)體棒EF(垂直于CD)在外力作用下以垂直于自身的速度v向右勻速運動，框架中的BC部分與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為R，AB與CD的電阻不計。導(dǎo)體棒在滑動過程中始終 保持與導(dǎo)軌良好接觸，經(jīng)過C點瞬間作為計時起點，圖1038中關(guān)于電路中電流大小I與時間t、消耗的電功率P與導(dǎo)體棒水平移動的距離x變化規(guī)律的圖像中正確的是 ()圖1038 審題指導(dǎo)解答本題時應(yīng)注意以下三個方面：(1)導(dǎo)體棒在BC上運動時回路中的電阻值和切割 磁感線的有效長度均是變化的。(2)推導(dǎo)I和P的表達(dá)式，再做出判斷。 答案AD 拓展訓(xùn)練1.（雙選）如圖1039所示，一有界區(qū) 域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強度大小均為B， 方向分別垂直于光滑水平桌面向下和 向上的勻強磁場，磁場寬度均為L，邊 長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁 圖1039 場邊緣置于桌面上。使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加 速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能 反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖10310中的() 圖10310 答案：AC 知識檢索 電磁感應(yīng)電路問題幾點注意(1)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體相當(dāng)于一個電源，感應(yīng)電動勢等效于電源電動勢，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體的電阻等效于電源的內(nèi)阻。(2)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體跟用電器連接，可以對用電器供電，由閉合電路歐姆定律求解各種問題。 (3)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體跟電容器連接時，可對電容器充電，穩(wěn)定后，電容器相當(dāng)于斷路，其所帶電量可用公式QCU來計算。(4)解決電磁感應(yīng)中的電路問題，可以根據(jù)題意畫出等效電路，使復(fù)雜電路更簡明。 典題例析例2如圖10311甲所示，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)軌平面的B0.6 T的勻強磁場，磁場區(qū)域?qū)扗0.2 m。細(xì)金屬棒A1和A2用長為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，使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場，計算從金屬棒A 1進(jìn)入磁場(t0)到A2離開磁場的時間內(nèi)，不同時間段通過電阻R的電流，并在圖乙中畫出。 圖10311 審題指導(dǎo)解本題時，應(yīng)把握以下三點：(1)搞清不同階段A1、A2誰是電源。(2)畫出不同階段的等效電路圖。(3)用閉合電路的歐姆定律知識分析。 故00.2 s內(nèi)I0.12 A02 s0.4 s內(nèi)I004 s0.6 s內(nèi)I0.12 AI與t關(guān)系如圖所示答案見解析 知識檢索 巧解電磁感應(yīng)中力、電、能等綜合問題(1)認(rèn)真審題，弄清題目給出的情景和運動過程的關(guān)鍵狀態(tài)。(2)明確等效電源，畫出等效電路，進(jìn)行電路的分析并列式。(3)確定研究對象進(jìn)行受力分析，畫出受力示意圖。(4)寫出安培力的表達(dá)式，抓住關(guān)鍵狀態(tài)列出牛頓運動定律 的表達(dá)式。 (5)確定研究過程，明確安培力做功與電路中電能的轉(zhuǎn)化關(guān) 系，列出功能關(guān)系的表達(dá)式。(6)聯(lián)立方程式進(jìn)行求解。 答 案 (1)8.8 m/s2(2)0.44 J 1(2011江蘇高考)如圖10314所示， 固定的水平長直導(dǎo)線中通有電流 I， 矩形線框與導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi)， 圖10314 且一邊與導(dǎo)線平行。線框由靜止釋放，在下落過程中() A穿過線框的磁通量保持不變B線框中感應(yīng)電流方向保持不變C線框所受安培力的合力為零D線框的機械能不斷增大 解析：當(dāng)線框由靜止向下運動時，穿過線框的磁通量逐漸減小，根據(jù)楞次定律可得產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向為順時針且方向不發(fā)生變化，A錯誤，B正確；因線框上下兩邊所在處的磁場強弱不同，線框所受的安培力的合力一定不為零，C錯誤；整個線框所受的安培力的合力豎直向上，對線框做負(fù)功，線框的機械能減小，D錯誤。答案：B 2(2011海南高考)如圖10315， EOF和EOF為空間一勻強磁場 的邊界，其中EO EO，F(xiàn)O FO，且EO OF；OO為 EOF 的角平分線，OO間的距離為l；磁 圖10315 場方向垂直于紙面向里。一邊長為l的正方形導(dǎo)線框沿 OO方向勻速通過磁場，t0時刻恰好位于圖示位置。 規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時針方向時為正，則感應(yīng) 電流i與時間t的關(guān)系圖線可能正確的是 () 圖10316 答 案 ： B 3.（雙選）(2012江門質(zhì)檢)如圖10317 所示電路， 兩根光滑金屬導(dǎo)軌，平行放 置在傾角為的斜面上，導(dǎo)軌下端接有電 阻R，導(dǎo)軌電阻不計，斜面處在豎直向上的 圖10317 勻強磁場中，電阻可略去不計的金屬棒ab質(zhì)量為m，受到 沿斜面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用，金屬棒沿 導(dǎo)軌勻速下滑，則它在下滑高度h的過程中，以下說法 正確的是 () A作用在金屬棒上各力的合力做功為零B重力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能C金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱D金屬棒克服恒力F做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 解析：根據(jù)動能定理，合力做的功等于動能的增量，故A對；重力做的功等于重力勢能的減少，重力做的功等于克服F所做的功與產(chǎn)生的電能之和，而克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，所以B、D錯，C對。答案：AC 4.(2010天津高考)如圖10318所示， 質(zhì)量m10.1 kg，電阻R10.3 ，長 度l0.4 m的導(dǎo)體棒ab橫放在U型金屬 框架上，框架質(zhì)量m20.2 kg，放在絕 圖10318 緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)0.2，相距0.4 m 的MM、NN相互平行，電阻不計且足夠長。電阻R2 0.1的MN垂直于MM。整個裝置處于豎直向上的勻強磁 場中，磁感應(yīng)強度B0.5 T。垂直于ab施加F2 N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM、NN保持良好接觸，當(dāng)ab運動到某處時，框架開始運動。設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10 m/s2。(1)求框架開始運動時ab速度v的大?。?2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q0.1 J。求該過程ab位移x的大小。 解析：(1)ab對框架的壓力F1m1g框架受水平面的支持力FNm2gF1依題意，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力F2FNab中的感應(yīng)電動勢 答 案 ： (1)6 m/s (2)1.1 m