高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 章末總結(jié)9 電磁感應(yīng)課件

一、等效轉(zhuǎn)化思想解決電磁感應(yīng)電路問題 (1)金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動時R1的最大功率 (2)金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動從x0到x3 m的過程中通過金屬棒ab的電荷量 (3)金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動從x0到x3 m的過程中外力必須做多少功？【規(guī)律方法】解決電磁感應(yīng)電路問題的關(guān)鍵就是借鑒或利用相似原型來變換物理模型，即把電磁感應(yīng)的問題等效或轉(zhuǎn)換成恒定直流電路，把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體等效為內(nèi)電路，感應(yīng)電動勢的大小相當(dāng)于電源電動勢，其余部分相當(dāng)于外電路，并畫出等效電路圖此時，處理問題的方法與閉合電路求解基本一致，唯一要注意的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有時導(dǎo)體兩端有電壓，但沒有電流流過，這類似電源兩端有電勢差但沒有接入電路時，電流為零二、臨界、極值思想求解“穩(wěn)定速度”電磁感應(yīng)中的臨界問題往往出現(xiàn)在穩(wěn)定速度的求解上，穩(wěn)定速度(臨界速度)的臨界點(diǎn)一是物體受力平衡，另一個是能量轉(zhuǎn)化達(dá)到平衡【例2】如圖所示，在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有兩根水平放置相距為L且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌AB、CD，在導(dǎo)軌的AC間連接一阻值為R的電阻，一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab的質(zhì)量為m，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻不計，金屬棒與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)為，若用恒力F沿水平向右拉棒使其運(yùn)動，求金屬棒的最大速度解析ab棒受恒力F作用向右加速運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在磁場中受安培力F安作用，如圖所示，隨vEIF安F合a，金屬棒所受合力為零時，加速度為零，速度最大，根據(jù)平衡條件有：FF安Ff0一、感應(yīng)電流方向的判斷1基本方法(1)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流直接用右手定則判定(2)磁通量變化產(chǎn)生的感應(yīng)電流用楞次定律判定，對楞次定律的應(yīng)用可以記住以下結(jié)論：阻礙原磁通量的變化阻礙相對運(yùn)動，可理解為“來拒去留”使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢在自感現(xiàn)象中阻礙原電流的變化 2注意問題 (1)電磁感應(yīng)的結(jié)果有多種可能，如為了阻礙線圈中的磁通量變化，其結(jié)果可能使線圈“遠(yuǎn)離”或“靠近”，可能使線圈面積“縮小”或“擴(kuò)大”，也可能使線圈旋轉(zhuǎn)，也可能多種結(jié)果同時存在 (2)要區(qū)分安培定則、右手定則和左手定則的使用【例1】如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，并可繞O點(diǎn)擺動金屬線框從右側(cè)某一位置靜止開始釋放，在擺動到左側(cè)最高點(diǎn)的過程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面則線框中感應(yīng)電流的方向是()AabcdaBdcbadC先是dcbad，后是abcdaD先是abcda，后是dcbad解析B由楞次定律，一開始磁通量減小，后來磁通量增大，由“增反減同”可知電流方向是dcbad. 2注意問題 在分析電磁感應(yīng)中的電路問題時，要注意全面分析電路中的電動勢 (1)有些雙棒問題中，兩棒均切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢此時應(yīng)充分考慮這兩個電動勢，將它們求和(同向時)或求差(反向時) (2)有些題目中雖有一根棒切割磁感線，但同時磁場也正在發(fā)生變化，此時電路中也有兩個電動勢，一個動生電動勢，一個感生電動勢，應(yīng)求和(同向時)或求差(反向時)【例2】(2011浙江理綜)如圖甲所示，在水平面上固定有長為L2 m、寬為d1 m的金屬“U”型軌導(dǎo)，在“U”型導(dǎo)軌右側(cè)l0.5 m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示在t0時刻，質(zhì)量為m0.1 kg的導(dǎo)體棒以v01 m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運(yùn)動，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為0.1，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為0.1 /m，不計導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響(取g10 m/s2) (1)通過計算分析4 s內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動情況； (2)計算4 s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向； (3)計算4 s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱【答案】(1)導(dǎo)體棒向前做勻減速運(yùn)動，在1 s以后一直保持靜止(2)0.2 A，電流方向是順時針方向(3)0.04 J三、電磁感應(yīng)與能量知識的綜合1電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)是產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，若電路閉合則產(chǎn)生感應(yīng)電流電磁感應(yīng)現(xiàn)象中出現(xiàn)的電能，一定是由其他形式的能轉(zhuǎn)化而來的2分析時，應(yīng)當(dāng)牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律因能量轉(zhuǎn)化必須通過做功來實現(xiàn)，為此，應(yīng)分析清楚有哪些力做了功，就可知道有哪些形式的能量參與了相互轉(zhuǎn)化(1)重力做功，就有機(jī)械能(重力勢能)參與轉(zhuǎn)化；(2)安培力做負(fù)功就將有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，安培力做正功將有電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能3最后利用能量守恒定律列方程求解【例3】(2011天津理綜)如圖所示，兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l0.5 m，其電阻不計，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)軌始終有良好接觸，已知兩棒的質(zhì)量均為0.02 kg，電阻均為R0.1 ，整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為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，而棒cd恰好能保持靜止取g10 m/s2，問：(1)通過cd棒的電流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？解析(1)棒cd受到的安培力FcdIlB 棒cd在共點(diǎn)力作用下平衡，則Fcdmgsin 30 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ab與棒cd受到的安培力大小相等 FabFcd對棒ab由共點(diǎn)力平衡有Fmgsin 30IlB代入數(shù)據(jù)解得F0.2 N (3)設(shè)在時間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q0.1 J熱量，由焦耳定律可知QI2Rt設(shè)ab棒勻速運(yùn)動的速度大小為v，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 EBlv四、電磁感應(yīng)與力電知識的綜合1解決這類問題，首先要明確兩個研究對象(1)電學(xué)對象：電源(電動勢方向、大小、內(nèi)電阻)和電路的結(jié)構(gòu)(串、并聯(lián)關(guān)系)(2)力學(xué)對象：導(dǎo)體棒或線圈，并對其運(yùn)動情況、受力情況進(jìn)行分析 分析過程一般為：導(dǎo)體受力運(yùn)動變化感應(yīng)電動勢變化感應(yīng)電流變化安培力變化合外力變化加速度變化速度變化感應(yīng)電動勢變化 這種變化相互聯(lián)系，相互影響，當(dāng)a0時受力平衡合力為零，速度達(dá)到一穩(wěn)定值 2分析完成后結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律，閉合電路歐姆定律、牛頓運(yùn)動定律、動能定理、能量守恒定律等定律、定理列式求解【例4】(2011上海理綜)電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長S1.15 m，兩導(dǎo)軌間距L0.75 m，導(dǎo)軌傾角為30，導(dǎo)軌上端ab接一阻值R1.5 的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.8 T的勻強(qiáng)磁場垂直軌道平面向上阻值r0.5 ，質(zhì)量m0.2 kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好，從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端，在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Qr0.1 J(取g10 m/s2)求：