高考物理一輪復習 第十二章第三節(jié) 電磁感應規(guī)律的綜合應用課件 人教版

第三節(jié)電磁感應規(guī)律的綜合應用第三節(jié)電磁感應規(guī)律的綜合應用本節(jié)目錄本節(jié)目錄基礎梳理基礎梳理自學導引自學導引要點透析要點透析直擊高考直擊高考考點探究考點探究講練互動講練互動知能演練知能演練輕巧奪冠輕巧奪冠技法提煉技法提煉思維升華思維升華基礎梳理基礎梳理自學導引自學導引電源電源內(nèi)阻內(nèi)阻外阻外阻BLv名師點撥：名師點撥：電磁感應電路中的電源與恒定電流的電路中的電源電磁感應電路中的電源與恒定電流的電路中的電源不同，前者是由于導體切割磁感線產(chǎn)生的，公式為不同，前者是由于導體切割磁感線產(chǎn)生的，公式為EBLv，其大小可能變化，變化情況可根據(jù)其運動情況判斷；而后者的其大小可能變化，變化情況可根據(jù)其運動情況判斷；而后者的電源電動勢在電路分析中認為是不變的電源電動勢在電路分析中認為是不變的二、電磁感應中的圖象問題二、電磁感應中的圖象問題圖象圖象類型類型(1)磁感應強度磁感應強度B、磁通量、磁通量、感應電動勢、感應電動勢E和感應電和感應電流流I隨時間隨時間t變化的圖象，即變化的圖象，即Bt圖象、圖象、t圖象、圖象、Et圖象和圖象和It圖象圖象(2)對于切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢和感應電流的情對于切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢和感應電流的情況，還常涉及感應電動勢況，還常涉及感應電動勢E和感應電流和感應電流I隨導體位移隨導體位移s變化的圖象，即變化的圖象，即Es圖象和圖象和Is圖象圖象問題問題類型類型(1)由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象(2)由給定的有關圖象分析電磁感應過程，求解相應由給定的有關圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量的物理量應用應用知識知識左手定則、安培定則、楞次定律、右手定則、法拉左手定則、安培定則、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律、相關第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律、相關數(shù)學知識等數(shù)學知識等名師點撥：名師點撥：圖象的初始條件，方向與正、負的對應，物理量圖象的初始條件，方向與正、負的對應，物理量的變化趨勢，物理量的增、減或方向正、負的轉折點都是判的變化趨勢，物理量的增、減或方向正、負的轉折點都是判斷圖象的關鍵斷圖象的關鍵Blv右手定則右手定則左手定則左手定則相反相反四、電磁感應中的能量轉化四、電磁感應中的能量轉化1電磁感應現(xiàn)象的實質是其他形式的能轉化為電磁感應現(xiàn)象的實質是其他形式的能轉化為_2感應電流在磁場中受安培力感應電流在磁場中受安培力,外力克服安培力外力克服安培力_，將其他，將其他形式的能轉化為形式的能轉化為_,電流做功再將電能轉化為電流做功再將電能轉化為_.3電流做功產(chǎn)生的熱量用焦耳定律計算電流做功產(chǎn)生的熱量用焦耳定律計算,公式為公式為_.名師點撥：名師點撥：電磁感應的能量轉化符合能量守恒定律，克服安培電磁感應的能量轉化符合能量守恒定律，克服安培力做功是把其他形式的能轉化為電能力做功是把其他形式的能轉化為電能,電能最終轉化為焦耳熱電能最終轉化為焦耳熱.因此同一方程中，克服安培力做功，轉化成的電能及產(chǎn)生的焦因此同一方程中，克服安培力做功，轉化成的電能及產(chǎn)生的焦耳熱不能同時出現(xiàn)耳熱不能同時出現(xiàn)電能電能做功做功電能電能內(nèi)能內(nèi)能QI2Rt要點透析要點透析直擊高考直擊高考2常見的一些分析誤區(qū)常見的一些分析誤區(qū)(1)不能正確分析感應電動勢及感應電流的方向因產(chǎn)生感不能正確分析感應電動勢及感應電流的方向因產(chǎn)生感應電動勢那部分電路為電源部分，故該部分電路中的電流應應電動勢那部分電路為電源部分，故該部分電路中的電流應為電源內(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低電勢(2)應用歐姆定律分析求解電路時，沒有注意等效電源的內(nèi)應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)不能正確進行分析，特別是對連接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進行分析，特別是并聯(lián)在等效電源兩端的電壓表，其示數(shù)應該是路端電壓，而并聯(lián)在等效電源兩端的電壓表，其示數(shù)應該是路端電壓，而不是等效電源的電動勢不是等效電源的電動勢3基本方法基本方法(1)確定等效電源確定等效電源(2)分析電路結構，畫等效電路圖分析電路結構，畫等效電路圖(3)利用電路規(guī)律求解利用電路規(guī)律求解二、電磁感應圖象問題分析二、電磁感應圖象問題分析1圖象問題的特點：圖象問題的特點：考查方式比較靈活，有時根據(jù)電磁感應考查方式比較靈活，有時根據(jù)電磁感應現(xiàn)象發(fā)生的過程，確定圖象的正確與否，有時依據(jù)不同的圖現(xiàn)象發(fā)生的過程，確定圖象的正確與否，有時依據(jù)不同的圖象，進行綜合計算象，進行綜合計算2解題關鍵：解題關鍵：弄清初始條件，正、負方向的對應弄清初始條件，正、負方向的對應,變化范圍，變化范圍，所研究物理量的函數(shù)表達式，進出磁場的轉折點是解決問題所研究物理量的函數(shù)表達式，進出磁場的轉折點是解決問題的關鍵的關鍵3解決圖象問題的一般步驟解決圖象問題的一般步驟(1)明確圖象的種類，即是明確圖象的種類，即是Bt圖還是圖還是t圖，或者圖，或者Et圖、圖、It圖等圖等(2)分析電磁感應的具體過程分析電磁感應的具體過程(3)用右手定則或楞次定律確定方向對應關系用右手定則或楞次定律確定方向對應關系(4)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律寫結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律寫出函數(shù)關系式出函數(shù)關系式(5)根據(jù)函數(shù)關系式，進行數(shù)學分析，如分析斜率的變化、截根據(jù)函數(shù)關系式，進行數(shù)學分析，如分析斜率的變化、截距等距等(6)畫圖象或判斷圖象畫圖象或判斷圖象即時應用即時應用 1(2012高考新課標全國卷高考新課標全國卷)如圖，一載流長直導線如圖，一載流長直導線和一矩形導線框固定在同一平面內(nèi)，線框在長直導線右側，和一矩形導線框固定在同一平面內(nèi)，線框在長直導線右側，且其長邊與長直導線平行已知在且其長邊與長直導線平行已知在t0到到tt1的時間間隔內(nèi)，的時間間隔內(nèi)，直導線中電流直導線中電流i發(fā)生某種變化，而線框中的感應電流總是沿順發(fā)生某種變化，而線框中的感應電流總是沿順時針方向；線框受到的安培力的合力先水平向左、時針方向；線框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右設電流后水平向右設電流i正方向與圖中箭頭所示方向正方向與圖中箭頭所示方向相同，則相同，則i隨時間隨時間t變化的圖線可能是變化的圖線可能是()解析：選解析：選A.線框線框abcd中電流中電流I大小相同，大小相同，IabIcd，而，而ab邊與直邊與直線電流線電流i之間的作用力大于之間的作用力大于cd邊與直線電流邊與直線電流i之間的作用力且之間的作用力且直線電流之間同向相吸異向相斥依據(jù)楞次定律，當直導線直線電流之間同向相吸異向相斥依據(jù)楞次定律，當直導線中中i向上且均勻減小時，線框中產(chǎn)生向上且均勻減小時，線框中產(chǎn)生adcba方向的電流且恒定，方向的電流且恒定，此時線框受力向左；當直導線中電流此時線框受力向左；當直導線中電流i向下且增加時，線框中向下且增加時，線框中依然產(chǎn)生依然產(chǎn)生adcba方向的電流且恒定，此時線框受力向右則可方向的電流且恒定，此時線框受力向右則可以判斷以判斷A圖正確圖正確三、電磁感應中動力學和能量轉化問題分析三、電磁感應中動力學和能量轉化問題分析1兩種狀態(tài)處理兩種狀態(tài)處理(1)導體處于平衡態(tài)導體處于平衡態(tài)靜止或勻速直線運動狀態(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處理方法：根據(jù)平衡條件合外力等于零列式分析(2)導體處于非平衡態(tài)導體處于非平衡態(tài)加速度不為零加速度不為零處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行分析或結合功能關系分析處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行分析或結合功能關系分析.2電磁感應問題中兩大研究對象及其相互制約關系電磁感應問題中兩大研究對象及其相互制約關系3電磁感應中的能量轉化特點電磁感應中的能量轉化特點外力克服安培力做功，把機械能或其他能量轉化成電能；感應外力克服安培力做功，把機械能或其他能量轉化成電能；感應電流通過電路做功又把電能轉化成其他形式的能電流通過電路做功又把電能轉化成其他形式的能(如內(nèi)能如內(nèi)能).即即即時應用即時應用 2(2012高考山東卷高考山東卷)如圖所示，相距為如圖所示，相距為L的兩條足的兩條足夠長的光滑平行金屬導軌與水平面的夾角為夠長的光滑平行金屬導軌與水平面的夾角為，上端接有定值，上端接有定值電阻電阻R，勻強磁場垂直于導軌平面，磁感應強度為，勻強磁場垂直于導軌平面，磁感應強度為B.將質量為將質量為m的導體棒由靜止釋放，當速度達到的導體棒由靜止釋放，當速度達到v時開始勻速運動，此時時開始勻速運動，此時對導體棒施加一平行于導軌向下的拉力，并保持拉力的功率對導體棒施加一平行于導軌向下的拉力，并保持拉力的功率恒為恒為P，導體棒最終以，導體棒最終以2v的速度勻速運動導體棒始終與導軌的速度勻速運動導體棒始終與導軌垂直且接觸良好，不計導軌和導體棒的電阻，重力加速度為垂直且接觸良好，不計導軌和導體棒的電阻，重力加速度為g.下列選項正確的是下列選項正確的是()考點探究考點探究講練互動講練互動例例1考點考點1電磁感應中的電路和圖象分析電磁感應中的電路和圖象分析(1)當金屬條當金屬條ab進入進入“扇形扇形”磁場時，求感應電動勢磁場時，求感應電動勢E，并指，并指出出ab上的電流方向；上的電流方向；(2)當金屬條當金屬條ab進入進入“扇形扇形”磁場時，磁場時，畫出畫出“閃爍閃爍”裝置的電路圖；裝置的電路圖；(3)從金屬條從金屬條ab進入進入“扇形扇形”磁場時開始磁場時開始,經(jīng)經(jīng)計算畫出輪子轉一圈過程中計算畫出輪子轉一圈過程中,內(nèi)圈與外圈內(nèi)圈與外圈之間電勢差之間電勢差Uab隨時間隨時間t變化的變化的Uabt圖象圖象.【思路點撥】【思路點撥】解此題的關鍵是分清電源部分和電路結構，解此題的關鍵是分清電源部分和電路結構，并結合電路的串、并聯(lián)及閉合電路知識分析求解并結合電路的串、并聯(lián)及閉合電路知識分析求解(2)通過分析，可得電路圖為通過分析，可得電路圖為【答案】見解析【答案】見解析【總結提升】【總結提升】(1)判斷感應電流和感應電動勢的方向，都是判斷感應電流和感應電動勢的方向，都是利用利用“相當于電源相當于電源”的部分根據(jù)右手定則或楞次定律判定的的部分根據(jù)右手定則或楞次定律判定的,實際問題中應注意外電路電流由高電勢流向低電勢，而內(nèi)電實際問題中應注意外電路電流由高電勢流向低電勢，而內(nèi)電路則相反路則相反(2)在閉合電路中，在閉合電路中，“相當于電源相當于電源”的導體兩端的電壓與真實的導體兩端的電壓與真實的電源兩端的電壓一樣的電源兩端的電壓一樣,等于路端電壓等于路端電壓,而不等于感應電動勢而不等于感應電動勢. 跟蹤訓練跟蹤訓練 1例例2考點考點2電磁感應中力學與電磁學的綜合問題電磁感應中力學與電磁學的綜合問題 (2012高考天津卷高考天津卷)如圖所示，一對光滑的平行金屬導軌如圖所示，一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內(nèi)，導軌間距固定在同一水平面內(nèi)，導軌間距l(xiāng)0.5 m，左端接有阻值，左端接有阻值R0.3 的電阻一質量的電阻一質量m0.1 kg，電阻，電阻r0.1 的金屬棒的金屬棒MN放放置在導軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的置在導軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應強度磁感應強度B0.4 T棒在水平向右的外力作用下，由靜止開棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以始以a2 m/s2的加速度做勻加速運動，當棒的位移的加速度做勻加速運動，當棒的位移s9 m時時撤去外力，棒繼續(xù)運動一段距離后停下來，已知撤去外力前撤去外力，棒繼續(xù)運動一段距離后停下來，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1 Q22 1.導軌足夠長且電阻導軌足夠長且電阻不計，棒在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良不計，棒在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸求：好接觸求：(1)棒在勻加速運動過程中，通過電阻棒在勻加速運動過程中，通過電阻R的電荷量的電荷量q；(2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2；(3)外力做的功外力做的功WF.【答案】【答案】(1)4.5 C(2)1.8 J(3)5.4 J【總結提升】【總結提升】電磁感應中的力學綜合問題實質上是力學、電電磁感應中的力學綜合問題實質上是力學、電磁學和能量的綜合，解此類問題要注意以下三點磁學和能量的綜合，解此類問題要注意以下三點(1)運動的動態(tài)結構如示意圖：運動的動態(tài)結構如示意圖：(2)能量轉化分析能量轉化分析“外力外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能化為電能安培力做了多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能安培力做了多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能(3)求解思路求解思路若回路中電流恒定，可以利用電路結構及若回路中電流恒定，可以利用電路結構及WUIt或或QI2Rt直接進行計算直接進行計算若電流變化，則：若電流變化，則：a.利用安培力做的功求解：電磁感應中產(chǎn)利用安培力做的功求解：電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；生的電能等于克服安培力所做的功；b利用能量守恒求解：若只有電能與機械能的轉化，則機械利用能量守恒求解：若只有電能與機械能的轉化，則機械能的減少量等于產(chǎn)生的電能能的減少量等于產(chǎn)生的電能跟蹤訓練跟蹤訓練 2 (2011高考浙江卷高考浙江卷)如圖甲所示，在水平面上固定如圖甲所示，在水平面上固定有長為有長為L2 m、寬為、寬為d1 m的金屬的金屬“U”形導軌，在形導軌，在“U”形導軌形導軌右側右側l0.5 m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示在強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示在t0時刻，質量為時刻，質量為m0.1 kg的導體棒以的導體棒以v01 m/s的初速度從導軌的左端開始向右運的初速度從導軌的左端開始向右運動，導體棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為動，導體棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為0.1，導軌與導體棒，導軌與導體棒單位長度的電阻均為單位長度的電阻均為0.1 /m，不計導體棒與導軌之間的接，不計導體棒與導軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響觸電阻及地球磁場的影響(取取g10 m/s2)(1)通過計算分析通過計算分析4 s內(nèi)導體棒的運動情況；內(nèi)導體棒的運動情況；(2)計算計算4 s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向；內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向；(3)計算計算4 s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱答案：見解析答案：見解析技法提煉技法提煉思維升華思維升華思維建模思維建模電磁感應中的電磁感應中的“桿導軌桿導軌”模型模型【范例】【范例】(20分分)如圖所示，兩條間距如圖所示，兩條間距L1 m的光滑金屬導軌的光滑金屬導軌制成的斜面和水平面制成的斜面和水平面,斜面的中間用阻值為斜面的中間用阻值為R2 的電阻連接的電阻連接,在水平導軌區(qū)域和斜面導軌及其右側區(qū)域內(nèi)分別有豎直向下在水平導軌區(qū)域和斜面導軌及其右側區(qū)域內(nèi)分別有豎直向下和豎直向上的勻強磁場和豎直向上的勻強磁場B1和和B2，且，且B1B20.5 T在斜面的在斜面的頂端頂端e、f兩點分別用等長輕質柔軟細導線連接兩點分別用等長輕質柔軟細導線連接ab.ab和和cd是質是質量均為量均為m0.1 kg、長度均為、長度均為1 m的兩根金屬棒，的兩根金屬棒，ab棒電阻為棒電阻為r12 ，cd棒電阻為棒電阻為r24 ，cd棒置于水平導軌上且與導軌棒置于水平導軌上且與導軌垂直，金屬棒、導線及導軌接觸良好垂直，金屬棒、導線及導軌接觸良好已知已知t0時刻起，時刻起，cd棒在外力作用下開始水平向右運動棒在外力作用下開始水平向右運動(cd棒棒始終在水平導軌上運動始終在水平導軌上運動)，ab棒受到棒受到F0.750.2t(N)沿水平向沿水平向右的力作用，右的力作用，始終處于靜止狀態(tài)且靜止時細導線與豎直方向始終處于靜止狀態(tài)且靜止時細導線與豎直方向夾角夾角37.導軌的電阻不計，圖中的虛線為絕緣材料制成導軌的電阻不計，圖中的虛線為絕緣材料制成的固定支架的固定支架(g10 m/s2，sin370.6，cos370.8)(1)分析并計算說明分析并計算說明cd棒在磁場棒在磁場B1中做何種運動中做何種運動；(2)t0時刻起，求時刻起，求1 s內(nèi)通過內(nèi)通過ab棒的棒的電量電量q；(3)若若t0時刻起時刻起,2_s內(nèi)作用在內(nèi)作用在cd棒上外力做功為棒上外力做功為W21.33J,則這段時間內(nèi)則這段時間內(nèi)電阻電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱上產(chǎn)生的焦耳熱QR多大？多大？尋規(guī)探法尋規(guī)探法 【答題模板】【答題模板】 (1)ab棒受力平衡，則棒受力平衡，則FF安安mgtan37(2分分) F安安B2IabL(1分分) 0750.2t0.5Iab10.1100.75 得得Iab0.4t(A)(1分分) cd棒上電流棒上電流Icd2Iab0.8t(A)(1分分) 則回路中電源電動勢則回路中電源電動勢EIcdR總總 (1分分) cd棒切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢為棒切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢為EB1Lv(1分分) 聯(lián)立聯(lián)立得，得，cd棒的速度棒的速度v8t(m/s)(1分分) 所以，所以，cd棒做初速度為零，加速度為棒做初速度為零，加速度為a8 m/s2的勻加速直的勻加速直線線 運動運動(1分分)【答案】【答案】(1)做初速度為零，加速度為做初速度為零，加速度為8 m/s2的勻加速直的勻加速直線運動線運動(2)0.2 C(3)0.853 J【建模感悟】【建模感悟】在電磁感應中的動力學問題中有兩類常見的在電磁感應中的動力學問題中有兩類常見的模型模型類型類型“電電動動電電”型型“動動電電動動”型型示意圖示意圖已知已知棒棒ab長長L，質量，質量m，電阻，電阻R；導軌光滑水平，電；導軌光滑水平，電阻不計阻不計棒棒ab長長L，質量，質量m，電阻，電阻R；導軌光滑，電阻不；導軌光滑，電阻不計計