高考物理 電磁感應規(guī)律的綜合應用課件

課時3電磁感應規(guī)律的綜合應用 知識點一電磁感應中的電路問題 知識回顧 在電磁感應中， 的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應電動勢，該導體或回路相當于 ，與其他導體構(gòu)成閉合的電路因此，電磁感應問題往往又和電路問題聯(lián)系在一起切割磁感線切割磁感線電源電源 要點深化 解決與電路相聯(lián)系的電磁感應問題的基本方法 (1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向； (2)畫出等效電路圖； (3)運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等公式聯(lián)立求解 基礎(chǔ)自測 如圖1所示，兩個互連的金屬圓環(huán)，粗金屬環(huán)的電阻是細金屬環(huán)電阻的二分之一，磁場垂直穿過粗金屬環(huán)所在區(qū)域，當磁感應強度隨時間均勻變化時，在粗環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢為E，則a、b兩點間的電勢差為()圖圖1 答案：C 知識點二電磁感應中的圖象問題 知識回顧 電磁感應中常涉及 、磁通量、感應電動勢E、感應電流I、安培力F安或外力F外隨時間t變化的圖象，即 、t圖、Et圖、It圖、Ft圖對于切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢和感應電流的情況，還常涉及感應電動勢E和感應電流I隨位移x變化的圖象，即Ex圖、Ix圖等磁感應強度磁感應強度BBt圖圖 要點深化 電磁感應中的圖象問題大體上可分為兩類 (1)由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象 (2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量不管是何種類型，電磁感應中的圖象問題常需利用左手定則、右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應定律等規(guī)律分析解決 基礎(chǔ)自測 (2010廣東高考)如圖2所示，平行導軌間有一矩形的勻強磁場區(qū)域，細金屬棒PQ沿導軌從MN處勻速運動到MN的過程中，棒上感應電動勢E隨時間t變化的圖示，可能正確的是()圖圖2 解析：由EBlv可以直接判斷選項A正確 答案：A 知識點三電磁感應中的動力學問題 知識回顧 通過導體的感應電流在 中將受到安培力作用，電磁感應往往和力學問題結(jié)合在一起解決這類問題需要綜合應用電磁感應規(guī)律(法拉第電磁感應定律、 )及力學中的有關(guān)規(guī)律( 、動量守恒定律、動量定理、動能定理等)磁場磁場1楞次定律楞次定律11牛頓定律牛頓定律 要點深化 1解決電磁感應中的力學問題的方法 (1)選擇研究對象，即是哪一根導體棒或哪幾根導體棒組成的系統(tǒng)； (2)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向； (3)求回路中的電流大小； (4)分析其受力情況； (5)分析研究對象所受各力的做功情況和合外力做功情況，選定所要應用的物理規(guī)律； (6)選擇合適的物理規(guī)律列方程，求解 2明確兩大研究對象及其之間相互制約的關(guān)系 基礎(chǔ)自測 如圖3甲所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導軌間距為L.M、P兩點間接有阻值為R的電阻一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下導軌和金屬桿的電阻可忽略讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦 圖3 (1)由b向a方向看到的裝置如圖3乙所示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖 (2)在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大小 (3)求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值 解析：(1)如圖4所示 重力mg，豎直向下 支持力FN，垂直斜面向上 安培力F安，平行斜面向上圖圖4 知識點四電磁感應中的能量問題 知識回顧 產(chǎn)生感應電流的過程，就是能量轉(zhuǎn)化的過程 電 磁 感 應 過 程 中 產(chǎn) 生 的 感 應 電 流 在 磁 場 中 必 定 受 到 的作用，因此，要維持 的存在，必須有“外力”克服安培力做功，此過程中，其他形式的能量轉(zhuǎn)化為 ，“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能當感應電流通過用電器時，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能量安培力做功的過程，就是 .轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能安培力安培力感應電流感應電流電能電能電能電能 基礎(chǔ)自測 如圖5所示，邊長為L的正方形導線框質(zhì)量為m，由距磁場H高處自由下落，其下邊ab進入勻強磁場后，線圈開始做減速運動，直到其上邊cd剛剛穿出磁場時，速度減為ab邊剛進入磁場時的一半，磁場的寬度也為L，則線框穿越勻強磁場過程中發(fā)出的焦耳熱為()圖圖5 答案：答案：C 題型一電磁感應中的電路問題 例1兩根光滑的長直金屬導軌MN、MN平行置于同一水平面內(nèi)，導軌間距為l，電阻不計，M、M處接有如圖6所示的電路，電路中各電阻的阻值均為R，電容器的電容為C.長度也為l、阻值同為R的金屬棒ab垂直于導軌放置，導軌處于磁感應強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中ab在外力作用下向右勻速運動且與導軌保持良好接觸，在ab運動距離為s的過程中，整個回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求： (1)ab運動速度v的大?。?(2)電容器所帶的電荷量q.圖圖6 題后反思 解決此類題目要分清電路的組成誰產(chǎn)生感應電動勢，則誰為電源，其電路部分為內(nèi)電路，其余則為外電路，然后畫出等效電路圖，再結(jié)合電磁感應定律，閉合(或部分)電路歐姆定律，電功、電功率、電量計算等公式求解 變式11(2010海淀模擬)如圖7所示，邊長L0.20 m的正方形導線框ABCD由粗細均勻的同種材料制成， 正方形導線框每邊的電阻R01.0 ，金屬棒MN與正方形導線框的對角線長度恰好相等，金屬棒MN的電阻r0.20 .導線框放置在勻強磁場中，磁場的磁感應強度B0.50 T，方向垂直導線框所在平面向里金屬棒MN與導線框接觸良好，且與導線框的對角線BD垂直放置在導線框上，金屬棒的中點始終在BD連線上若金屬棒以v4.0 m/s的速度向右勻速運動，當金屬棒運動至AC的位置時，求(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)： 圖7 (1)金屬棒產(chǎn)生的電動勢大小； (2)金屬棒MN上通過的電流大小和方向； (3)導線框消耗的電功率答案：答案：(1)0.56 V(2)0.47 A從從N到到M(3)0.22 W 題型二電磁感應中的圖象問題 例2如圖8所示，在豎直方向的磁感應強度為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(E2，a端為正B. E1E2，b端為正 C. E1E2，a端為正 D. E1v1，故E2E1，選項D正確 答案：D 2(2009寧夏、遼寧高考)如圖16所示，一導體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心環(huán)內(nèi)兩個圓心角為90的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強磁場，兩磁場磁感應強度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直導體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動，M端通過滑動觸點與圓環(huán)良好接觸在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以勻角速度逆時針轉(zhuǎn)動，t0時恰好在圖示位置規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向為正，圓環(huán)和導體桿的電阻忽略不計，則桿從t0開始轉(zhuǎn)動一周的過程中，電流隨t變化的圖象是 () 圖16 答案：C 3(2009天津高考) 如圖17所示，豎直放置的兩根平行金屬導軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導軌的電阻均不計，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于() 圖17 A棒的機械能增加量 B棒的動能增加量 C棒的重力勢能增加量 D電阻R上放出的熱量 解析：本題考查了能量守恒及電磁感應相關(guān)知識，意在考查考生的綜合運用物理知識解決物理問題的能力對金屬棒受力分析可知，設金屬棒重為G、上升高度h，則根據(jù)能量守恒可得：FhW安GhE，即拉力及安培力所做的功的代數(shù)和等于金屬棒機械能的增加量，選項A正確 答案：A 4如圖18，一直導體棒質(zhì)量為m、長為l、電阻為r，其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導軌上，并與之密接，棒左側(cè)兩導軌之間連接一可控制的負載電阻(圖中未畫出)；導軌置于勻強磁場中，磁場的磁感應強度大小為B，方向垂直于導軌所在平面開始時，給導體棒一個平行于導軌的初速度v0.在棒的運動速度由v0減小至v1的過程中，通過控制負載電阻的阻值使棒中的電流強度I保持恒定導體棒一直在磁場中運動若不計導軌電阻，求此過程中導體棒上感應電動勢的平均值和負載電阻上消耗的平均功率 圖18 5(2010重慶高考)法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設想，并進行了實驗研究實驗裝置的示意圖可用圖19表示，兩塊面積均為S的矩形金屬板，平行、正對、豎直地全部浸在河水中，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的電阻通過絕緣導線和電鍵K連接到兩金屬板上忽略邊緣效應，求： (1)該發(fā)電裝置的電動勢； (2)通過電阻R的電流強度； (3)電阻R消耗的電功率 圖19