南方新高考高考物理一輪總復習 專題九 第3講 電磁感應定律的綜合應用課件 新人教版

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1、第3講電磁感應定律的綜合應用1.電磁感應中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生_，該導體或回路相當于_.2.感應電動勢及感應電流的方向：產(chǎn)生感應電動勢那部分電路為電源部分，電流為電源內(nèi)部電流流向_電勢處，外電路中的電流流向_電勢處.感應電動勢電源高低3.電磁感應問題往往跟運動學、力學問題聯(lián)系在一起，分析時要特別注意加速度 a0、速度 v 達到最大值的特點.這類問題的分析思路如下：4.電磁感應過程實質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過程.安培力做功的過程，是_能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為_.電電能【基礎檢測

2、】(多選，2016 年西藏第一高級中學月考)如圖 9-3-1 所示，平行金屬導軌寬度為 d，一部分軌道水平，左端接電阻 R，傾斜部分與水平面成角，導軌電阻不計，且置于垂直斜面向上的勻強磁場中，磁感應強度為 B，現(xiàn)將一質(zhì)量為 m 長度也為 d 的導體棒從導軌頂端由靜止釋放，直至滑到水平部分(導體棒下滑到水平部分之前已經(jīng)勻速，滑動過程中與導軌保持良好接觸，重力加速度為 g，)不計一切摩擦力，導體棒接入回路電阻為 r，則整個下滑過程中()圖 9-3-1D.重力和安培力對導體棒所做的功大于導體棒獲得的動能答案：AC考點1電磁感應中的電路問題重點歸納1.電源及電路(1) 產(chǎn)生感應電動勢的導體相當于電源，

3、這部分導體的電阻相當于電源內(nèi)阻.(2)外電路由電阻、電容等電學元件組成.2.解決電磁感應電路問題的基本步驟(1)分清內(nèi)外電路及電路結構.(2)求解感應電動勢和感應電流的大小和方向.(3)結合閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路知識和電功率、焦耳定律等關系式聯(lián)立求解. 典例剖析例1：在同一水平面的光滑平行導軌P、Q相距l(xiāng)1 m，導軌左端接有如圖9-3-2所示的電路，其中水平放置的平行板電容器兩極板M、N間距離d10 mm，定值電阻R1R212 ，R32 ，金屬棒ab電阻r2 ，其他電阻不計.磁感應強度B0.5 T的勻強磁場豎直穿過導軌平面，當金屬棒ab沿導軌向右勻速運動時，質(zhì)量m11014 kg，帶電荷

4、量q11014 C的微粒恰好懸浮于電容器兩極板之間靜止不動.取g10 m/s2，在整個運動過程中金屬棒與導軌接觸良好，且運動速度保持恒定.試求：圖 9-3-2(1)勻強磁場的方向.(2)ab 兩端的路端電壓.(3)金屬棒 ab 運動的速度.思維點撥：金屬棒ab 相當于電源，電路中各元件怎樣連接(串、并聯(lián))，決定了電壓的分配和微粒的運動狀態(tài).解：(1)負電荷受到重力和電場力作用而處于靜止狀態(tài)，因重力方向豎直向下，則電場力方向豎直向上，故M 板帶正電.ab棒向右切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，ab 棒等效于電源，其a 端為電源的正極，由右手定則可判斷，磁場方向豎直向下.(2)負電荷受到重力和電場力而靜止

5、，有ab 棒兩端的電壓為(3)由法拉第電磁感應定律得感應電動勢為EBlv由閉合電路歐姆定律得EUabIr0.5 V備考策略：解決電磁感應中的電路問題，必須按題意畫出等效電路圖，將感應電動勢等效為電源電動勢，產(chǎn)生感應電動勢的導體的電阻等效為內(nèi)阻，求電動勢要用電磁感應定律，其余問題為電路分析及閉合電路歐姆定律的應用.【考點練透】1.(2015年河北衡水中學調(diào)研)如圖9-3-3甲所示，兩根足夠長、電阻不計的光滑平行金屬導軌相距為L11 m，導軌平面與水平面成30角，上端連接阻值R1.5 的電阻；質(zhì)量為m0.2 kg、阻值r0.5 的勻質(zhì)金屬棒ab放在兩導軌上，距離導軌最上端為L24 m，棒與導軌垂直

6、并保持良好接觸.整個裝置處于一勻強磁場中，該勻強磁場方向與導軌平面垂直，磁感應強度大小隨時間變化的情況如圖乙所示.(g10 m/s2)甲乙圖 9-3-3(1)保持 ab 棒靜止，在 04 s 內(nèi)，通過金屬棒 ab 的電流多大？方向如何？(2)為了保持 ab 棒靜止，需要在棒的中點施加一平行于導軌平面的外力 F，求當 t2 s 時，外力 F 的大小和方向.(3)5 s 后，撤去外力 F，金屬棒將由靜止開始下滑，這時用電壓傳感器將 R 兩端的電壓即時采集并輸入計算機，在顯示器顯示的電壓達到某一恒定值后，記下該時刻棒的位置，測出該位置與棒初始位置相距 2.4 m，求金屬棒此時的速度及下滑到該位置的過

7、程中在電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱.解：(1)在 04 s 內(nèi)，由法拉第電磁感應定律得代入數(shù)據(jù)，解得 E1 V由 ab.(2)當 t2 s 時，ab 棒受到沿斜面向上的安培力F 安BIL10.50.51 N0.25 N對ab 棒受力分析，由平衡條件得FF安mgsin 300Fmgsin 30F 安(0.2100.50.25)N0.75 N，方向沿導軌斜面向上.(3)ab 棒沿導軌下滑切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，有 EBL1v棒下滑至速度穩(wěn)定時，棒兩端電壓也恒定，此時ab 棒受力平衡，有 mgsin 30BIL12.(2014 年新課標卷)半徑分別為 r 和 2r 的同心圓形導軌固定在同一水平面內(nèi)，一

8、長為 r、質(zhì)量為 m 且質(zhì)量分布均勻的直導體棒 AB 置于圓導軌上面，BA的延長線通過圓導軌中心O，裝置的俯視圖如圖 9-3-4 所示.整個裝置位于一勻強磁場中，磁感應強度的大小為 B，方向豎直向下.在內(nèi)圓導軌的 C 點和外圓導軌的 D 點之間接有一阻值為 R 的電阻(圖中未畫出).直導體棒在水平外力作用下以角速度繞 O 逆時針勻速轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中始終與導軌保持良好接觸.設導體棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為，導體棒和導軌的電阻均可忽略.重力加速度大小為g.求(1)通過電阻 R 的感應電流的方向和大小.(2)外力的功率.圖 9-3-4解：(1)根據(jù)右手定則，得導體棒 AB 上的電流方向為BA，故電

9、阻 R 上的電流方向為 CD.而vAr，vB2r根據(jù)法拉第電磁感應定律，導體棒AB 上產(chǎn)生的感應電動勢EBrv(2)根據(jù)能量守恒定律，外力的功率 P 等于安培力與摩擦力的功率之和，即 PBIrvfv，而 fmg考點2電磁感應中的力與能的分析重點歸納1.運動的動態(tài)分析2.能量轉(zhuǎn)化特點3.安培力在不同情況下的作用(1)當磁場不動、導體做切割磁感線的運動時，導體所受安培力與導體運動方向相反，安培力對導體做負功，機械能轉(zhuǎn)化為電能，進而轉(zhuǎn)化為焦耳熱.(2)當導體開始時靜止、磁場(磁體)運動時，導體所受安培力與導體運動方向相同，安培力做正功，電能轉(zhuǎn)化為導體的機械能.4.電磁感應中的力學分析(1)受力分析時

10、應特別注意伴隨感應電流而產(chǎn)生的安培力.在勻強磁場中勻速運動的導體受到的安培力恒定，變速運動的導體受到的安培力隨速度變化而變化.(2)分析時要畫好受力分析圖，抓住 a0 時，速度 v 達到最大值的特點.5.綜合問題分析思路(1)電磁學部分思路：產(chǎn)生感應電動勢的部分電路等效為電源，如果在一個電路中切割磁感線的是幾部分互相聯(lián)系的電路，則可等效成電源的串并聯(lián).分析內(nèi)外電路結構，應用閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律確定電學量之間的關系.(2)力學部分思路：分析通電導體的受力情況及力的效果，應用牛頓運動定律、動量定理、動量守恒定律、動能定理等規(guī)律確定力學量之間的關系.6.功能問題分析方法(1)用法拉第電

11、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，求回路中電阻消耗電功率的表達式.(3)分析導體機械能的變化，用能量守恒關系得到機械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程. 典例剖析例2：(2015年湖南懷化期末)如圖9-3-5所示，光滑平行的金屬導軌MN和PQ，間距L1.0 m，與水平面之間的夾角30，勻強磁場磁感應強度B2.0 T，垂直于導軌平面向上，MP間接有阻值R2.0 的電阻，其他電阻不計，質(zhì)量m2.0 kg的金屬桿ab垂直導軌放置，用變力F沿導軌平面向上拉金屬桿ab，若金屬桿ab以恒定加速度a2 m/s2，由靜止開始做勻變速運動，則：(g10 m/s2)(1)

12、在 5 s 內(nèi)平均感應電動勢是多少？(2)第 5 s 末，回路中的電流多大？(3)第 5 s 末，作用在 ab 桿上的外力 F 多大？圖 9-3-5思維點撥：由題可知，金屬桿做勻加速運動，由法拉第電磁感應定律可得平均感應電動勢；求出 5 s 的速度，由EBLv求出瞬時感應電動勢，進而求出 5 s 末的電流和安培力，再根據(jù)牛頓第二定律即可求解.(2)5 s 末的瞬時速度為 vat5 s 末的感應電動勢為 EBLv聯(lián)立解得 I10 A.(3)由安培力公式得 F 安BIL由牛頓第二定律，得F(F安mgsin 30)ma聯(lián)立解得 F34 N.【考點練透】3.(2015年江蘇徐州一模)如圖9-3-6所示

13、，相距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導軌，MN、PQ與水平面的夾角為，N、Q兩點間接有阻值為R的電阻.整個裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直導軌平面向下.將質(zhì)量為m、阻值也為R的金屬桿ab垂直放在導軌上，桿ab由靜止釋放，下滑距離x時達到最大速度.重力加速度為g，導軌電阻不計，桿與導軌接觸良好.求：圖 9-3-6(1)桿 ab 下滑的最大加速度.(2)桿 ab 下滑的最大速度.(3)上述過程中，桿上產(chǎn)生的熱量.解：(1)設ab 桿下滑到某位置時速度為v，則此時桿產(chǎn)生的感應電動勢 EBLv桿所受的安培力 FBIL當速度 v0 時，桿的加速度最大，最大加速度agsin ，方向沿導軌平

14、面向下.模型滑桿模型電磁感應中的滑桿問題是綜合性問題，涉及電磁感應、安培力、牛頓運動定律和動量定理、動量守恒定律及能量守恒定律等，是近幾年高考考查的熱點.滑桿模型中的導軌一般都是平行導軌.重點都是在臨界條件下或設定的條件下對桿進行受力分析.單桿滑桿模型中，導軌有水平的，有傾斜的，也有豎直的，它們都可和其他電學元件組成電路考查.導軌豎直時，受力主要分析豎直方向的重力、摩擦力、安培力等；能量方面要注意重力勢能與滑桿動能、其他能量的關系.導軌傾斜時主要注意桿在斜面上的受力分析.雙桿導體棒的滑動問題，由于運動特點和受力特點比較復雜，一般只從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度分析求解.滑桿模型問題的物理情境變化空間大

15、，題目綜合性強，是高考的熱點和難點.在學習掌握解題時，可做一些不同類型、不同變化點組合的題目，注意要不斷地總結，并可主動變換題設條件進行研究學習，這樣不僅有利于快速深入地掌握解題技巧，還能熟悉滑桿的各類變換，把握精髓，觸類旁通，同時掌握解決相類似模型問題的能力.例3：如圖9-3-7所示，在磁感應強度大小為B，方向垂直向上的勻強磁場中，有一上、下兩層均與水平面平行的U型光滑金屬導軌，在導軌面上各放一根完全相同的質(zhì)量為m的勻質(zhì)金屬桿A1和A2，開始時兩根金屬桿位于同一豎起面內(nèi)且桿與軌道垂直.設兩導軌面相距為H，導軌寬為L，導軌足夠長且電阻不計，金屬桿單位長度的電阻為r.現(xiàn)有一質(zhì)量為0.5m的不帶電

16、小球以水平向右的速度v0撞擊桿A1的中點，撞擊后小球反彈落到下層面上的C點.C點與桿A2初始位置相距為s.求：(1)回路內(nèi)感應電流的最大值.(2)整個運動過程中感應電流最多產(chǎn)生了多少熱量？(3)當桿A2與桿A1的速度比為1 3時，A2受到的安培力大小.圖 9-3-7審題突破：在碰撞中動量守恒，結合小球的平拋運動，可求得A1 碰撞后的速度，此時感應電流最大(往后速度會減小)；系統(tǒng)在平衡后(不一定靜止)，即電流為零后停止產(chǎn)生熱量，可通過能量守恒求得產(chǎn)生的總熱量；碰撞后 A1、A2兩桿任何時刻電流大小相等、方向相反，根據(jù)F安培BIL，可知兩桿組成的系統(tǒng)所受合外力為零，動量守恒，可求出兩桿的速度大小，

17、進而求出感應電流和所受安培力.題外拓展：如果磁場方向突然變成豎直向下，大小不變，那么兩桿的最終狀態(tài)會是怎么樣？整個過程中產(chǎn)生的熱量又是多少？如果將一個電壓表接在導軌兩邊(兩桿之間的導軌)，最終其讀數(shù)是多少？【觸類旁通】(2014 年江蘇卷)如圖 9-3-8 所示，在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬導軌，導軌間距為 L，長為 3d，導軌平面與水平面的夾角為，在導軌的中部刷有一段長為 d 的薄絕緣涂層.勻強磁場的磁感應強度大小為 B，方向與導軌平面垂直.質(zhì)量為 m 的導體棒從導軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運動，并一直勻速滑到導軌底端.導體棒始終與導軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導軌間的電阻為 R，其他部分的電阻均不計，重力加速度為 g.求：圖 9-3-8(1)導體棒與涂層間的動摩擦因數(shù).(2)導體棒勻速運動的速度大小 v.(3)整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱 Q.解：(1)在絕緣涂層上導體棒受力平衡有mgsin mgcos 解得tan .(2)在光滑導軌上感應電動勢 EBLv安培力 F安BIL