高考物理一輪復習 9.4電磁感應規(guī)律的綜合應用(二)課件.ppt

第4節(jié)電磁感應規(guī)律的綜合應用 二 1 感應電流在磁場中受到的作用 因此電磁感應問題往往跟學問題聯(lián)系在一起 解決這類問題需要綜合應用電磁感應規(guī)律 法拉第電磁感應定律 及力學中的有關規(guī)律 牛頓運動定律 動能定理等 分析時要特別注意 速度v達到時的特點 安培力 力 a 0 最大值 一 電磁感應中的動力學問題 2 運動的動態(tài)分析 1 電磁感應現(xiàn)象的實質是轉化成電能 2 感應電流在磁場中受安培力 外力克服安培力 將轉化為 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 公式為q 其它形式的能 做功 其它形式的能 電能 其它形式的能 i2rt 二 電磁感應中的能量問題 題型一 電磁感應與動力學的綜合 例1 2012天津 如圖所示 一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內 導軌間距l(xiāng) 0 5m 左端接有阻值r 0 3 的電阻 一質量m 0 1kg 電阻r 0 1 的金屬棒mn放置在導軌上 整個裝置置于豎直向上的均強磁場中 磁場的磁感應強度b 0 4t 棒在水平向右的外力作用下 由靜止開始以a 2m s2的加速度做勻加速運動 當棒的位移x 9m時撤去外力 棒繼續(xù)運動一段距離后停下來 已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱比q1 q2 2 1 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好接觸 求 1 棒在勻加速運動過程中 通過電阻r的電荷量q 2 撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱q2 3 外力做的功wf 方法與知識感悟 電磁感應中的動力學問題分析1 兩種狀態(tài)處理 1 導體處于平衡態(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 2 導體處于非平衡態(tài) 加速度不為零 處理方法 根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)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 例2電阻可忽略的光滑平行金屬導軌長s 1 15m 兩導軌間距l(xiāng) 0 75m 導軌傾角為30 導軌上端ab接一阻值r 1 5 的電阻 磁感應強度b 0 8t的勻強磁場垂直軌道平面向上 阻值r 0 5 質量m 0 2kg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qr 0 1j g取10m s2 求 1 金屬棒在此過程中克服安培力做的功 2 金屬棒下滑速度v 2m s時的加速度a 題型二 電磁感應與能量的綜合 方法與知識感悟 電磁感應中的能量轉化問題1 電磁感應中的能量轉化特點外力克服安培力做功 把機械能或其它能量轉化成電能 感應電流通過電路做功又把電能轉化成其它形式的能 如內能 這一功能轉化途徑可表示為 2 電能求解思路主要有三種 1 利用克服安培力做功求解 電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒求解 其它形式的能的減少量等于產(chǎn)生的電能 3 利用電路特征來求解 通過電路中所消耗的電能來計算 例3如圖所示 一矩形金屬框架與水平面成角 37 寬l 0 4m 上 下兩端各有一個電阻r0 2 框架的其它部分電阻不計 框架足夠長 垂直于金屬框架平面的方向有一向上的勻強磁場 磁感應強度b 1 0t ab為金屬桿 與框架良好接觸 其質量m 0 1kg 電阻r 1 0 桿與框架的動摩擦因數(shù) 0 5 桿由靜止開始下滑 在速度達到最大的過程中 上端電阻r0產(chǎn)生的熱量q0 0 5j g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 流過r0的最大電流 2 從開始到速度最大的過程中ab桿沿斜面下滑的距離 3 在時間1s內通過ab桿某橫截面的最大電荷量 bd 2 如圖所示 豎直放置的兩根平行金屬導軌之間接有定值電阻r 質量不能忽略的金屬棒與兩導軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦 棒與導軌的電阻均不計 整個裝置放在勻強磁場中 磁場方向與導軌平面垂直 棒在豎直向上的恒力f作用下加速上升的一段時間內 力f做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于 a 棒的機械能增加量b 棒的動能增加量c 棒的重力勢能增加量d 電阻r上放出的熱量 a 解析 棒加速上升時受到重力 拉力f及安培力 根據(jù)機械能守恒的條件可知力f與安培力做的功的代數(shù)和等于棒的機械能的增加量 a選項正確 3 2011全國 如圖 兩根足夠長的金屬導軌ab cd豎直放置 導軌間距離為l電阻不計 在導軌上端并接兩個額定功率均為p 電阻均為r的小燈泡 整個系統(tǒng)置于勻強磁場中 磁感應強度方向與導軌所在平面垂直 現(xiàn)將一質量為m 電阻可以忽略的金屬棒mn從圖示位置由靜止開始釋放 金屬棒下落過程中保持水平 且與導軌接觸良好 已知某時刻后兩燈泡保持正常發(fā)光 重力加速度為g 求 1 磁感應強度的大小 2 燈泡正常發(fā)光時導體棒的運動速率 1 如圖所示 光滑的 u 型金屬導體框豎直放置 質量為m的金屬棒mn與框架接觸良好 磁感應強度分別為b1 b2的有界勻強磁場方向相反 但均垂直于框架平面 分別處在abcd和cdef區(qū)域 現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒mn 當金屬棒進入磁場b1區(qū)域后 恰好做勻速運動 以下說法中正確的有 a 若b2 b1 金屬棒進入b2區(qū)域后將加速下滑b 若b2 b1 金屬棒進入b2區(qū)域后仍將保持勻速下滑 bcd 鞏固基礎 c 若b2b1 金屬棒進入b2區(qū)域后可能先減速后勻速下滑 解析 金屬棒從b1進入b2后速度不能瞬時變化 由于磁場方向發(fā)生了變化 產(chǎn)生的感應電流方向發(fā)生了變化 但安培力的方向不變 2 如圖所示 水平放置的光滑平行金屬導軌上有一質量為m的金屬棒ab 導軌的一端連接電阻r 其他電阻均不計 磁感應強度為b的勻強磁場垂直于導軌平面向下 金屬棒ab在一水平恒力f作用下由靜止開始向右運動 則 a 隨著ab運動速度的增大 其加速度也增大b 外力f對ab做的功等于電路中產(chǎn)生的電能c 當ab做勻速運動時 外力f做功的功率等于電路中的電功率d 無論ab做何種運動 它克服安培力做的功一定等于電路中產(chǎn)生的電能 cd 3 風速儀的簡易裝置如圖甲所示 在風力作用下 風杯帶動與其固定在一起的永磁鐵轉動 線圈中的感應電流隨風速v的變化而變化 風速為v1時 測得線圈中的感應電流隨時間變化的關系如圖乙所示 若風速變?yōu)関2 且v2 v1 則感應電流的峰值im 周期t和電動勢e的變化情況是 a a im變大 t變小b im變大 t不變c im變小 t變小d im不變 e變大 4 如圖所示 邊長為l的正方形金屬線框在水平恒力f作用下運動 穿過方向垂直紙面向外的有界勻強磁場區(qū)域 磁場區(qū)域的寬度為d d l 已知ab邊進入磁場時 線框的加速度恰好為零 則線框進入磁場和穿出磁場的過程相比較 有 a 產(chǎn)生的感應電流方向和大小均相同b 受到的安培力方向相反c 進入磁場過程中通過ab的電荷量等于穿出磁場過程中通過ab的電荷量d 進入磁場過程中產(chǎn)生的熱量少于穿出磁場過程中產(chǎn)生的熱量 cd 提升能力 5 如圖所示 質量為m 邊長為l的正方形線框從某一高度自由落下后 通過一高度也為l的勻強磁場區(qū)域 不計空氣阻力 則線框通過磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱 a 可能大于2mglb 可能等于2mglc 可能小于2mgld 可能為零 abc d 解析 從能量守恒的角度可知 a b c選項錯誤 有磁場時導體受到的安培力沿斜面向下 當速度為零時 所受安培力為零 d選項正確 7 如圖所示 水平地面上方矩形區(qū)域內存在垂直紙面向里的勻強磁場 兩個邊長相等的單匝閉合正方形線圈 和 分別用相同材料 不同粗細的導線繞制 為細導線 兩線圈在距磁場上界面h高處由靜止開始自由下落 再進入磁場 最后落到地面 運動過程中 線圈平面始終保持在豎直平面內且下邊緣平行于磁場上邊界 設線圈 落地時的速度大小分別為v1 v2 在磁場中運動時產(chǎn)生的熱量分別為q1 q2 不計空氣阻力 則 a v1q2d v1 v2 q1 q2 d 8 如圖甲所示 金屬棒mn放在曲線金屬導軌ab和直線金屬導軌cd之間 不計一切摩擦及金屬棒和兩導軌的電阻 圖中曲線導軌ab被彎成正弦 或余弦 曲線 兩導軌右端連有一定值電阻r 整個裝置水平置于豎直向下的勻強磁場中 在金屬棒mn上施加一垂直于mn的水平作用力f 使mn始終垂直于直線導軌做勻速直線運動 圖中p為金屬棒mn與曲線導軌的接觸點 圖中y為金屬棒上一點 且my的長度恰等于正弦曲線極值點之間的高度差 金屬棒mn運動過程中與導軌接觸良好 當金屬棒mn處在兩導軌左端虛線所在位置時開始計時 則對圖乙判斷正確的是 a a為電阻兩端電壓隨時間變化關系的ur t圖線b b線為金屬棒mn兩點電勢差隨時間變化關系的umn t圖線c c為金屬棒pn兩點電勢差隨時間變化關系的upn t圖線d d為金屬棒my兩點電勢差隨時間變化關系的umy t圖線 解析 因為有效切割長度隨時間變化 故ur不可能為恒定值 a錯 因為mn的電阻不計 故umn blv l為mn之長 且 m n 故umn 0 b錯 設my中點到n之長為h upn為u1 bvh的恒定值和u2 acos t的交變值的代數(shù)和 相當于將u2 t圖象的橫軸向u軸負方向平移u1后 即得upn的圖象如圖c或相當于將 u2的圖象向u軸正方向平移u1后 即得到upn的圖象如圖c c對 umy bvlmy為恒定值 d錯 a 10 如圖所示 mn pq為相距l(xiāng) 0 2m的光滑平行導軌 導軌平面與水平面夾角為 30 導軌處于磁感應強度為b 1t 方向垂直于導軌平面向上的勻強磁場中 在兩導軌的m p兩端接有r 2 的定值電阻 回路其余電阻不計 一質量為m 0 2kg的導體棒垂直導軌放置且與導軌接觸良好 今平行于導軌對導體棒施加一作用力f 使導體棒從ab位置由靜止開始沿導軌向下勻加速滑到底端 滑動過程中導體棒始終垂直于導軌 加速度大小為a 4m s2 經(jīng)時間t 1s滑到cd位置 從ab到cd過程中電阻發(fā)熱為q 0 1j g取10m s2 求 1 到達cd位置時 對導體棒施加的作用力 2 導體棒從ab滑到cd過程中作用力f所做的功 11 2012廣東 如圖所示 質量為m的導體棒ab 垂直放在相距為l的平行光滑金屬軌道上 導軌平面與水平面的夾角為 并處于磁感應強度大小為b 方向垂直與導軌平面向上的勻強磁場中 左側是水平放置 間距為d的平行金屬板r和rx分別表示定值電阻和滑動變阻器的阻值 不計其他電阻 1 調節(jié)rx r 釋放導體棒 當棒沿導軌勻速下滑時 求通過棒的電流i及棒的速率v 2 改變rx 待棒沿導軌再次勻速下滑后 將質量為m 帶電量為 q的微粒水平射入金屬板間 若它能勻速通過 求此時的rx 12 如圖甲所示 光滑絕緣水平面上 磁感應強度b 2t的勻強磁場以虛線mn為左邊界 mn的左側有一質量m 0 1kg bc邊長l1 0 2m 電阻r 2 的矩形線圈abcd t 0時 用一恒定拉力f拉線圈 使其由靜止開始向右做勻加速運動 經(jīng)過時間1s 線圈的bc邊到達磁場邊界mn 此時立即將拉力f改為變力 又經(jīng)過1s 線圈恰好完全進入磁場 整個運動過程中 線圈中感應電流i隨時間t變化的圖象如圖乙所示 1 求線圈bc邊剛進入磁場時的速度v1和線圈在第1s內運動的距離x 2 寫出第2s內變力f隨時間t變化的關系式 3 求出線圈ab邊的長度l2 13 如圖所示 間距l(xiāng) 0 3m的平行金屬導軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個豎直面內 在水平面a1b1b2a2區(qū)域內和傾角 37 的斜面c1b1b2c2區(qū)域內分別有磁感應強度b1 0 4t 方向豎直向上和b2 1t 方向垂直于斜面向上的勻強磁場 電阻r 0 3