高考物理一輪復習方案 (高頻考點+熱點導練+歷年高考題)第9章 第3節(jié) 電磁感應定律的綜合應用課件 新人教版

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1、第第3節(jié)節(jié)電磁感應定律的綜合應用電磁感應定律的綜合應用考點考點1:電磁感應中的圖象問題:電磁感應中的圖象問題【例1】在豎直向上的勻強磁場中,水平放置一個不變形的單匝金屬圓線圈,規(guī)定線圈中感應電流的正方向如圖931(a)所示,當磁場的磁感應強度B隨時間t如圖(b)變化時,選項中正確表示線圈感應電動勢E變化的是()圖93111111221221221121s2s3s4s5s22ABESttBBBESttBBttEE 在第 內,由楞次定律可判定電流為正,其產(chǎn)生的感應電動勢,在第和第內,磁場 不變化,線圈中無感應電流,在第和第內, 減小,由楞次定律可判定,其電流為負,產(chǎn)生的感【解析應電動勢,由于,故,

2、由此可知,選】項正確答案:A點評:應用楞次定律判斷感應電流(電動勢)的方向,結合法拉第電磁感應定律進行求解電動勢大小考點考點2:電磁感應中的電路問題:電磁感應中的電路問題【例2】如圖932所示,粗細均勻的金屬環(huán)的電阻為R,可轉動的金屬桿OA的電阻為R/4,桿長為L,A端與環(huán)相接觸,一定值電阻分別與桿的端點O及環(huán)邊連接桿OA在垂直于環(huán)面向里、磁感應強度為B的勻強磁場中,繞O端以角速度順時針轉動,求電路中總電流的變化范圍圖932【解析】旋轉切割磁感線的金屬桿相當于電源,金屬環(huán)被分成的兩個部分相當于兩個并聯(lián)電阻,可以先畫出等效電路圖再利用電路的有關知識求解 xyxyxyxyOAADRRRR RRRR

3、RR并 設桿轉至某一位置時,金屬環(huán) 、 間的兩部分電阻分別為、,其等效電路圖如圖所示,則電路中的總電流為式中,因為為定值,2222minmax220024112223323444223xyxyRRRRRRRRB LB LB LB LIIRRRRRB LB LRR 并并故當時,有最大值;當或時,有最小值為零 故 所以點評:求解此類問題,正確分析電路結構,畫好等效電路圖是關鍵題型一:電磁感應和電路相結合的問題題型一:電磁感應和電路相結合的問題【例3】如圖933所示,金屬圓環(huán)的半徑為r,阻值為2R.金屬桿Oa一端可繞環(huán)的圓心O旋轉,另一端a擱在環(huán)上,電阻值為R.另一金屬桿Ob一端固定在O點,另一端b

4、固定在環(huán)上,電阻值也是R.加一個垂直圓環(huán)的磁感應強度為B的勻強磁場,并使Oa桿以角速度勻速旋轉如果所有觸點接觸良好,Ob不影響Oa的轉動,求流過Oa的電流的范圍 圖933212OaEB rOa旋轉時產(chǎn)生動生電動勢,大小為:當?shù)阶罡唿c時,等效電路如圖【解析】甲所示:點評:本題要正確區(qū)分導體桿旋轉和平動產(chǎn)生的感應電動勢;對于電學問題首先要分析電路畫電路圖,養(yǎng)成好的解題習慣2min2max22/52.50/ 2/ 4/5/ 4EIB rRROaObIERB rRB rRIB rR當與重合時,環(huán)的電阻為 ,等效電路如圖乙所示:所以 題型二:電磁感應中的動力學問題題型二:電磁感應中的動力學問題【例4】如

5、圖934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兩點之間接有阻值為R的電阻一根質量為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934 (1)由b向a方向看到的裝置如圖(b)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桿中的電流及加速度大?。?(3)求在下滑過程中,ab桿可以達到的速度最大值【解析】桿ab的運動分析

6、關系到力、電兩方面的因素,F(xiàn)合0是速度v變化的原因,而v變化又導致安培力F安變化,從而影響到F合,F(xiàn)合與v的變化相互制約,當F合=0時v不再變化,桿進入勻速直線運動狀態(tài) (1)如右圖所示,ab桿受:重力mg,豎直向下;支持力FN,垂直斜面向上;安培力F,沿斜面斜向上 222222222sinsinsinsin30mabvEBLvEBLvIabFBILRRB L vmamgFRB L vmgRB L vagmRmgRaabvB L當桿速度為 時,感應電動勢,此時電路中電流,桿受到的安培力,根據(jù)牛頓運動定律,有當時,桿有最大速度點評:(1)做該類題目時要畫好受力分析圖,最好在圖上標明輔助方向(如B

7、的方向,I的方向等) (2)抓住各物理量之間的相互制約關系,做好動態(tài)分析,一般的思維規(guī)律是:速度的變化,導致電動勢的變化,導致電流的變化,導致安培力的變化,導致加速度的變化,從而把握物體運動狀態(tài)的變化趨勢,抓住臨界條件題型三:電磁感應中的能量問題題型三:電磁感應中的能量問題【例5】如圖935所示,固定的水平光滑金屬導軌,間距為L,左端接有阻值為R的電阻,處在方向豎直向下、磁感應強度為B的勻強磁場中質量為m的導體棒與固定彈簧相連,放在導軌上,導軌與導體棒的電阻均可忽略初始時刻,彈簧恰處于自然長度,導體棒具有水平向右的初速度v0,在沿導軌往復運動的過程中,導體棒始終與導軌垂直并保持良好接觸試求:

8、圖935 (1)初始時刻導體棒受到的安培力 (2)若導體棒從初始時刻到速度第一次為零時,彈簧的彈性勢能為Ep,則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少? (3)導體棒往復運動,最終將靜止于何處?從導體棒開始運動直到最終靜止的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少? 02201/REBLvIE RFBILB L vFR導體棒受到安培力、彈簧彈力克服安培力做功不但全部將棒與彈簧系統(tǒng)的機械能轉化為電能,而且在電阻 處又通過電流做功進一步將電能轉化為焦耳熱 初始時刻棒中感應電動勢 棒中感應電流 作用于棒上的安培力【 聯(lián)解立式得,方向水析】平向左 21p0210p20122123

9、12WEmvRQmvERQmv由功和能的關系得,安培力做功 電阻 上產(chǎn)生的焦耳熱由能量守恒定律及平衡條件等,可判斷:棒最終靜止于初始位置,電阻 上產(chǎn)生的焦耳熱 點評:(1)導體棒在導軌上做復雜的變速運動,回路中的感應電流、安培力都是隨時間變化的,不能直接套用Q=I2Rt求焦耳熱,也不能直接用W=Fscos求安培力的功,只能利用功能關系或能量轉化與守恒求解 (2)對每一階段或全過程,導體棒克服安培力所做的功等于產(chǎn)生的電能,并進一步通過電流做功,在純電阻R上,將電能轉化為內能,故Q=W.圖936答案:AC【解析】【解析】2.(2010重慶)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

10、置的示意圖可用題圖937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937 22123()EBdvdrSEBdvSIrRdRSPI RBdvSPRdRS由法拉第電磁感應定律,有兩板間河水的電阻由閉合電路歐姆定律,有由電功率公式,得【解析】3.(2011浙江)如圖938甲所示,在水平面上固定有長為L=2m

11、、寬為d=1m的金屬“U”型導軌,在“U”形導軌右側l=0.5m范圍內存在垂直紙面向里的勻強磁場,且磁感應強度隨時間變化規(guī)律如圖938乙所示在t=0時刻,質量為m=0.1kg的導體棒以v0=1m/s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=0.1,導軌與導體棒單位長度的電阻均為=0.1/m,不計導體棒與導軌之間的接觸電阻及地磁場的影響(取g=10m/s2) (1)通過計算分析4s內導體棒的運動情況; (2)計算4s內回路中電流的大小,并判斷電流方向; (3)計算4s內回路產(chǎn)生的焦耳熱圖938 1020111201s0.5m1s0.5mmgmavvatxv tatvtxx

12、導體棒先在無磁場區(qū)域做勻減速運動,有 導體棒停止運動,即并代入數(shù)據(jù)解得:,導體棒沒有進入磁場區(qū)域。 導體棒在 末已停止運動,以后一直保持靜止,離左端位置仍為【解析】 22s002s0.1V5m50.50.2EIBEldttREIAR前磁通量不變,回路電動勢和電流分別為,后回路產(chǎn)生的電動勢為回路的總長度為,因此回路的總電阻為電流為根據(jù)楞次定律,在回路中的電流方向是順時針方向 232s2s0.04JQI Rt前電流為零,后有恒定電流,焦耳熱為4.(2012山東兗州模擬)如圖939所示電路,兩根光滑金屬導軌平行放置在傾角為的斜面上,導軌下端接有電阻R,導軌電阻不計,斜面處在豎直向上的磁感應強度為B的

13、勻強磁場中,電阻可略去不計的金屬棒ab質量為m,受到沿斜面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用,金屬棒沿導軌勻速下滑,則它在下滑h高度的過程中,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重力做功將機械能轉化為電能C重力與恒力F做功的代數(shù)和等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱D金屬棒克服安培力做功等于重力與恒力F做的總功與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和圖939答案:AC5.(2011浙江溫州八校聯(lián)考)如圖9310(a)所示,一個質量m=0.1kg的正方形金屬框總電阻R=0.5,金屬框放在表面絕緣且光滑的斜面頂端(金屬框上邊與AA重合),自靜止開始沿斜面下滑,下滑過程中穿過一段邊界與斜面底邊BB平行、寬

14、度為d的勻強磁場后滑至斜面底端(金屬框下邊與BB重合),設金屬框在下滑過程中的速度為v,與此對應的位移為x,那么v2x圖象如圖9310(b)所示,已知勻強磁場方向垂直斜面向上試問:圖9310 (1)根據(jù)v2x圖象所提供的信息,計算出斜面傾角和勻強磁場寬度d.(g取10m/s2) (2)勻強磁場的磁感應強度多大?金屬框從斜面頂端滑至底端所需的時間為多少? (3)現(xiàn)用平行斜面沿斜面向上的恒力F作用在金屬框上,使金屬框從斜面底端BB(金屬框下邊與BB重合)由靜止開始沿斜面向上運動,勻速通過磁場區(qū)域后到達斜面頂端(金屬框上邊與AA重合)試計算恒力F做的功 22101620.5m/ssin0.51sin

15、arcsin0.0510202226m 16m10m5mxxmvaxamgmaagxLddL 到由公式,所以該段圖線斜率的一半就是線框的加速度 所以 根據(jù)牛頓第二定律,由圖象可以看出,從線框下邊進磁場到上邊出磁場,線框均做勻速運動 所以,【解析】 22211112101213131321216m /s4/sinsin1sin0.01616m0sin104/84/sin2()(4 62.5)ssinvvm sFmgBLvBLmgRmgRBTLvvxxvagxmvm sxmvm sagxxxtgv安,此時由圖可知,勻加速運動勻速運動初速勻加速運動因此,金屬框從斜面頂端滑至底端所用的時間為12.3s 4422233241233sinsin22m/s20.25m/s0.1 0.25N0.025N2sin1.95JFFmgmaFmgFFmaB L xBLvvBLmvRxmRaFmaWFdmg xxx安安安安進入磁場前在磁場中運動,由上式得,所以,所以做的功

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