高考物理大一輪復(fù)習(xí)專題電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件.ppt

第3講,電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用,一、電磁感應(yīng)中的電路問題和動(dòng)力學(xué)、能量問題 1.電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回 路將產(chǎn)生_，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于_. 2.感應(yīng)電動(dòng)勢及感應(yīng)電流的方向：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)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(yīng)電動(dòng)勢,電源,高,低,3.電磁感應(yīng)問題往往跟運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)問題聯(lián)系在一起，分 析時(shí)要特別注意加速度 a0、速度 v 達(dá)到最大值的特點(diǎn).這類問 題的分析思路如下： 4.電磁感應(yīng)過程實(shí)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(chǔ)檢測】 在傾角為足夠長的光滑斜面上，存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大 小相等的勻強(qiáng)磁場，磁場方向一個(gè)垂直斜面向上，另一個(gè)垂直 斜面向下，寬度均為 L，如圖 9-3-1 所示.一個(gè)質(zhì)量為 m、電阻 為 R、邊長也為 L 的正方形線框，在 t0 時(shí)刻以速度 v0 進(jìn)入磁 場，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，若經(jīng)過時(shí)間 t0，線框 ab 邊到達(dá) gg 與 ff中間位置時(shí)，線框又恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確,的是(,),圖 9-3-1,A.當(dāng) ab 邊剛越過 ff時(shí)，線框加速度的大小為 gsin ,D.離開磁場的過程中線框?qū)⒆鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng),答案：BC,考點(diǎn) 1 電磁感應(yīng)中的電路問題 重點(diǎn)歸納,1.電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖,2.分析電磁感應(yīng)電路問題的基本思路,典例剖析,例 1：在同一水平面的光滑平行導(dǎo)軌 P、Q 相距 l1 m，導(dǎo) 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(jì).磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.5 T 的勻強(qiáng)磁場豎直穿過導(dǎo)軌平面，當(dāng)金屬棒 ab 沿導(dǎo)軌向 右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量 m 11014 kg ，帶電荷量 q 1 1014 C 的微粒恰好懸浮于電容器兩極板之間靜止不動(dòng).取 g 10 m/s2，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，且運(yùn)動(dòng)速 度保持恒定.試求：,圖 9-3-2,(1)勻強(qiáng)磁場的方向.,(2)ab 兩端的路端電壓.,(3)金屬棒 ab 運(yùn)動(dòng)的速度.,思維點(diǎn)撥：金屬棒 ab 相當(dāng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài).,所以 UMN,解：(1)負(fù)電荷受到重力和電場力作用而處于靜止?fàn)顟B(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(yīng)電動(dòng)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(fù)電荷受到重力和電場力而靜止，有,mgEq，E,UMN d,mgd q,0.1 V,R3 兩端電壓與電容器兩端電壓相等，則通過 R3 的電流,備考策略：解決電磁感應(yīng)中的電路問題，必須按題意畫出 等效電路圖，將感應(yīng)電動(dòng)勢等效為電源電動(dòng)勢，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng) 勢的導(dǎo)體的電阻等效為內(nèi)阻，求電動(dòng)勢要用電磁感應(yīng)定律，其 余問題為電路分析及閉合電路歐姆定律的應(yīng)用.,【考點(diǎn)練透】,1.(2016 年新課標(biāo)全國卷)如圖 9-3-3 所示，兩條相距 l 的 光滑平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面(紙面)內(nèi)，其左端接一阻值 為 R 的電阻；一與導(dǎo)軌垂直的金屬棒置于兩導(dǎo)軌上；在電阻、 導(dǎo)軌和金屬棒中間有一面積為 S 的區(qū)域，區(qū)域中存在垂直于紙 面向里的均勻磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 B1 隨時(shí)間 t 的變化關(guān)系為 B1kt，式中 k 為常量；在金屬棒右側(cè)還有一勻強(qiáng)磁場區(qū)域，區(qū) 域左邊界 MN(虛線)與導(dǎo)軌垂直，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B0， 方向也垂直于紙面向里.某時(shí)刻，金屬棒在一外加水平恒力的作 用下從靜止開始向右運(yùn)動(dòng)，在 t0 時(shí)刻恰好以速度 v0 越過 MN， 此后向右做勻速運(yùn)動(dòng).金屬棒與導(dǎo)軌始終相互垂直并接觸良好， 它們的電阻均忽略不計(jì).求：,(1)在 t0 到 tt0 時(shí)間間隔內(nèi)，流過電阻的電荷量的絕對(duì),值.,(2)在時(shí)刻 t(tt0)穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水,平恒力的大小.,圖 9-3-3,E,I,解：(1)在金屬棒未越過 MN 之前，穿過回路的磁通量的變 化量為,BSktS,由法拉第電磁感應(yīng)定律有, t,由歐姆定律得,E R,由電流的定義得,I,|q| t,|q|,q t,聯(lián)立式得,kS R,由式得，在 t0 到 tt0 的時(shí)間間隔內(nèi)即tt0，流過電 阻 R 的電荷量 q 的絕對(duì)值為,kt0S R,.,(2)當(dāng) tt0 時(shí)，金屬棒已越過 MN.由于金屬棒在 MN 右側(cè)做 勻速運(yùn)動(dòng)，有 FF安 式中，F(xiàn) 是外加水平恒力，F(xiàn)安是金屬棒受到的安培力 設(shè)此時(shí)回路中的電流為 I,F安B0lI,此時(shí)金屬棒與 MN 之間的距離為 sv0(tt0) 勻強(qiáng)磁場穿過回路的磁通量為,B0ls,回路的總磁通量為,t,其中B1SktS,由式得，在時(shí)刻 t(tt0)，穿過回路的總磁通量為,tB0lv0(tt0)kSt,在 t 到 tt 的時(shí)間間隔內(nèi)，總磁通量的改變t 為,t(B0lv0kS)t,由法拉第電磁感應(yīng)定律得，回路感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為,考點(diǎn) 2 電磁感應(yīng)中的力與能的分析 重點(diǎn)歸納,一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 1.兩種狀態(tài)及處理方法,2.力學(xué)對(duì)象和電學(xué)對(duì)象的相互關(guān)系,3.動(dòng)態(tài)分析的基本思路,解決這類問題的關(guān)鍵是通過運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析，尋找過程中 的臨界狀態(tài)，如速度、加速度最大或最小的條件.具體思路如下：,二、電磁感應(yīng)中的能量問題 1.能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法 (1)能量轉(zhuǎn)化,(2)求解焦耳熱 Q 的三種方法,2.解題的一般步驟,(1)確定研究對(duì)象(導(dǎo)體棒或回路)；,(2)弄清電磁感應(yīng)過程中，哪些力做功，哪些形式的能量相,互轉(zhuǎn)化；,(3)根據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律列式求解.,典例剖析,例 2：如圖 9-3-4 所示，在勻強(qiáng)磁場中有一傾斜的平行金屬 導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為 L，長為 3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為， 在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為 d 的薄絕緣涂層.勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng) 強(qiáng)度大小為 B，方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為 m 的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌 的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)，并一直 勻速滑到導(dǎo)軌底端.導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩 擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為 R，其他部分的電阻均不計(jì)，重力 加速度為 g.求：,圖 9-3-4,(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù). (2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小 v.,(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱 Q.,思維點(diǎn)撥：(1)在絕緣涂層處，導(dǎo)體棒受哪些力作用？試畫 出其受力示意圖. 提示：導(dǎo)體棒受重力、支持力、摩擦力(如圖 9-3-5 所示),圖 9-3-5,圖 9-3-6,(2)在絕緣涂層以外的其他位置，試畫出導(dǎo)體棒的受力示意 圖. 提示：導(dǎo)體棒受重力、支持力、安培力(如圖 9-3-6 所示),B2L2,解：(1)在絕緣涂層上導(dǎo)體棒受力平衡有 mgsin mgcos 解得tan . (2)在光滑導(dǎo)軌上 感應(yīng)電動(dòng)勢 EBLv 安培力 F安BIL 導(dǎo)體棒受力平衡有 F安mgsin ,解得 v,mgRsin .,備考策略：求解電能應(yīng)分清兩類情況 (1)若回路中電流恒定，可以利用電路結(jié)構(gòu)及 WUIt 或 Q I2Rt 直接進(jìn)行計(jì)算. (2)若電流變化，則利用安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn) 生的電能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若 只有電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，則減少的機(jī)械能等于產(chǎn)生的電能.,【考點(diǎn)練透】,2.(2015 年江蘇徐州一模)如圖 9-3-7 所示，相距為 L 的兩條 足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌，MN、PQ 與水平面的夾角為，N、 Q 兩點(diǎn)間接有阻值為 R 的電阻.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的 勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)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(dǎo)軌上，桿 ab 由靜止釋放，下滑距 離 x 時(shí)達(dá)到最大速度.重力加速度為 g，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，桿與導(dǎo) 軌接觸良好.求：,(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.,圖 9-3-7,解：(1)設(shè) ab 桿下滑到某位置時(shí)速度為 v，則此時(shí)桿產(chǎn)生的,感應(yīng)電動(dòng)勢 EBLv,ma,，方向沿導(dǎo)軌平面向下.,E RR 桿所受的安培力 FBIL,根據(jù)牛頓第二定律有 mgsin ,B2L2v 2R,當(dāng)速度 v0 時(shí)，桿的加速度最大，最大加速度 agsin ，方向沿導(dǎo)軌平面向下. (2)由(1)問知，當(dāng)桿的加速度 a0 時(shí)，速度最大，則,最大速度 vm,2mgRsin (BL)2,回路中的感應(yīng)電流 I,(3)ab 桿從靜止開始到最大速度過程中，根據(jù)能量守恒定律,有,模型 滑桿模型,這類問題的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量的轉(zhuǎn)化過程，從功和能 的觀點(diǎn)入手，弄清導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系， 處理這類問題有三種觀點(diǎn)，即：力學(xué)觀點(diǎn)；圖象觀點(diǎn)； 能量觀點(diǎn).單桿模型中常見的四種情況如下表所示：,(續(xù)表),(續(xù)表),例 3：相距為 L2 m 的足夠長的金屬直角導(dǎo)軌如圖 9-3-8 甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水 平面.質(zhì)量均為 m0.1 kg 的金屬細(xì)桿 ab、cd 與導(dǎo)軌垂直接觸形 成閉合回路，細(xì)桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5，導(dǎo)軌 電阻不計(jì)，細(xì)桿 ab、cd 電阻分別為 R10.6 ，R20.4 .整個(gè) 裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B0.50 T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁 場中.當(dāng) ab 在平行于水平導(dǎo)軌的拉力 F 作用下從靜止開始沿導(dǎo) 軌勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd 桿也同時(shí)從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng).測得 拉力 F 與時(shí)間 t 的關(guān)系如圖乙所示.(取 g10 m/s2),甲,乙,圖 9-3-8 (1)求 ab 桿的加速度 a. (2)當(dāng) cd 桿達(dá)到最大速度 v 時(shí)，求 ab 桿的速度大小.,解：(1)當(dāng) t0 時(shí)，F(xiàn)1.5 N 對(duì) ab 桿有 Fmgma 代入數(shù)據(jù)得 a10 m/s2. (2)從 d 向 c 看，對(duì) cd 桿受力分析如圖 9-3-9 所示，當(dāng) cd 桿速度最大時(shí)，有 fmgFN，F(xiàn)NF安,F安BIL，I,BLv R1R2,綜合以上各式解得 v2 m/s.,圖 9-3-9,備考策略：用“四步法”分析電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的一般思路是 “先電后,力”，具體思路如下：,【觸類旁通】,(2016 年河北邯鄲一中一輪)如圖 9-3-10 所示，兩根電阻不 計(jì)的光滑金屬導(dǎo)軌 MAC、NBD 水平放置，MA、NB 間距 L 0.4 m，AC、BD 的延長線相交于 E 點(diǎn)且 AEBE，E 點(diǎn)到 AB 的 距離 d6 m，M、N 兩端與阻值 R2 的電阻相連，虛線右側(cè) 存在方向與導(dǎo)軌平面垂直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B1 T. 一根長度也為 L0.4 m、質(zhì)量 m0.6 kg、電阻不