高二物理 電磁感應(yīng)的綜合運(yùn)用精華課件

1、1第十二章第十二章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)的綜合運(yùn)用電磁感應(yīng)的綜合運(yùn)用2第十二章第十二章電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)第三節(jié)電磁感應(yīng)的綜合運(yùn)用第三節(jié)電磁感應(yīng)的綜合運(yùn)用電磁感應(yīng)的綜合運(yùn)用通?？煞纸鉃橐韵滤念惢締?wèn)題：電磁感應(yīng)的綜合運(yùn)用通常可分解為以下四類基本問(wèn)題：、電路分析問(wèn)題電路分析問(wèn)題、力和運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題力和運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題、能量轉(zhuǎn)化分析問(wèn)題能量轉(zhuǎn)化分析問(wèn)題、圖像分析問(wèn)題圖像分析問(wèn)題3電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用一、電路分析問(wèn)題一、電路分析問(wèn)題1、電路問(wèn)題的特點(diǎn)：、電路問(wèn)題的特點(diǎn)：導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 對(duì)其它電路供電對(duì)其它電路供電 切割磁感線切割磁感線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、I主

2、要側(cè)重于分析電路各部分的電流和電壓等相關(guān)問(wèn)題。主要側(cè)重于分析電路各部分的電流和電壓等相關(guān)問(wèn)題。42、相關(guān)知識(shí)、相關(guān)知識(shí)法拉第電磁感應(yīng)定律；法拉第電磁感應(yīng)定律；閉合回路歐姆定律，電阻的串、并聯(lián)；閉合回路歐姆定律，電阻的串、并聯(lián)；靜電場(chǎng)與電容，電量，電熱。靜電場(chǎng)與電容，電量，電熱。電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用一、一、電路分析問(wèn)題電路分析問(wèn)題5電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用一、電路分析問(wèn)題一、電路分析問(wèn)題3、基本分析方法、基本分析方法畫(huà)出等效電路圖；畫(huà)出等效電路圖；利用電學(xué)相關(guān)知識(shí)求解相關(guān)問(wèn)題。利用電學(xué)相關(guān)知識(shí)求解相關(guān)問(wèn)題。6【例1】如圖所示，光滑的平行導(dǎo)軌P、Q相距l(xiāng)=1m，處在同一水平面中

3、，導(dǎo)軌左端接有如圖所示的電路，其中水平放置的平行板電容器C兩極板間距離d=10mm，定值電阻R1=R3=8，R2=2，其它電阻均不計(jì).磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下穿過(guò)導(dǎo)軌面.當(dāng)金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)(開(kāi)關(guān)S斷開(kāi))時(shí)，電容器兩極板之間質(zhì)量 kg、帶電量C的微粒恰好靜止不動(dòng)；取g=10 ，求： (1)金屬棒ab運(yùn)動(dòng)的速度多大? (2)S閉合后，欲使微粒以加速度a=7 , 向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，則使金屬棒ab做勻速運(yùn)動(dòng)的外力 的功率多大?151 10Q 141 10m 電路綜合電路綜合分析問(wèn)題分析問(wèn)題感悟感悟滲透滲透應(yīng)應(yīng)用用2m s2m sPQ7電路綜合電路綜合分析問(wèn)題分析問(wèn)題感悟感悟

4、滲透滲透應(yīng)應(yīng)用用【剖析】步驟一、判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)極，畫(huà)出該裝置的等效電路圖；當(dāng)S斷開(kāi)斷開(kāi)時(shí)當(dāng)S閉合閉合時(shí) S斷開(kāi)時(shí)，斷開(kāi)時(shí)，由微粒保持靜止可得：UqmgEqdUBvl 金屬棒ab電阻不計(jì)，則有： 聯(lián)立可得：S閉合時(shí)，閉合時(shí)，由帶電粒子受力可得： 即：0.135PF vw外2U qmgmad2()0.3m ga dUVq1313134RRRRR 由歐姆定律可得：聯(lián)立可得：對(duì)棒可得：0.06FBIlN外由功率定義可得：步驟二、運(yùn)用相關(guān)的電學(xué)和力學(xué)知識(shí)分析；2.25/vm s213213220.15UBvlIARRRRR2.5mgdvm sBlq8電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用二、力和運(yùn)動(dòng)結(jié)合

5、的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題二、力和運(yùn)動(dòng)結(jié)合的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題1、各量之間關(guān)系：、各量之間關(guān)系：運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)V電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)E、I安培力安培力FF和和V關(guān)系：關(guān)系：F和和V之間具有瞬間對(duì)應(yīng)的關(guān)系；之間具有瞬間對(duì)應(yīng)的關(guān)系；F與主運(yùn)動(dòng)者的運(yùn)動(dòng)方向相反；與主運(yùn)動(dòng)者的運(yùn)動(dòng)方向相反；V E I F a V （）“阻礙阻礙”的體現(xiàn)。的體現(xiàn)。9電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用二、力和運(yùn)動(dòng)結(jié)合的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題二、力和運(yùn)動(dòng)結(jié)合的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題2、分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中力學(xué)問(wèn)題的基本方法：、分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中力學(xué)問(wèn)題的基本方法：選擇研究對(duì)象。選擇研究對(duì)象。(即是哪一根導(dǎo)體棒或哪幾根導(dǎo)體棒組成的系統(tǒng)；)(利用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律)求感

6、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小和方向的大小和方向；求求(出回路中的)電流電流I大小大??；分析分析(所選定的研究對(duì)象的)受力受力F情況情況；(根據(jù)牛頓定律)分析加速度分析加速度a和速度和速度v的變化的變化.(并求解相關(guān)問(wèn)題)10電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用感悟感悟滲透滲透應(yīng)用應(yīng)用【例2】如圖所示，有兩根和水平方向成a角的光滑平行的金屬軌道， 上端接有電阻R，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁 場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下， 金屬棒內(nèi) 阻不計(jì)；設(shè)金屬棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，試求： 試分析金屬棒在軌道上做怎樣的運(yùn)動(dòng)？ 在金屬棒加速下滑過(guò)程中，當(dāng)其速度大小 為V時(shí)，求此時(shí)桿中的電流

7、及其加速度的大小； 求下滑過(guò)程中，桿可以達(dá)到的最大速度。11電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用感悟感悟滲透滲透應(yīng)用應(yīng)用【例2】如圖所示，有兩根和水平方向成a角的光滑平行的金屬軌道， 上端接有電阻R，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁 場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下， 金屬棒內(nèi) 阻不計(jì)；設(shè)金屬棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，試求： 試分析金屬棒在軌道上做怎樣的運(yùn)動(dòng)？ 在金屬棒加速下滑過(guò)程中，當(dāng)其速度大小 為V時(shí)，求此時(shí)桿中的電流及其加速度的大小； 求下滑過(guò)程中，桿可以達(dá)到的最大速度。BR【解析】1、對(duì)導(dǎo)體棒受力分析如圖、對(duì)導(dǎo)體棒受力分析如圖F2、導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)：、導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)：當(dāng)a0，v增加

8、，則導(dǎo)致a減??；做a減小的變加速直線運(yùn)動(dòng)；不穩(wěn)定當(dāng)a=0，v不變，則a保持為0，此時(shí)V最大；做勻速直線運(yùn)動(dòng)。穩(wěn)定（此題中，安培力的方向與金屬棒運(yùn)動(dòng)方向相反）12電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用感悟感悟滲透滲透應(yīng)用應(yīng)用【例【例2】如圖所示，有兩根和水平方向成】如圖所示，有兩根和水平方向成a角的光滑平行的金屬軌道，上端接角的光滑平行的金屬軌道，上端接有電阻有電阻R，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B一根質(zhì)量為一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下，的金屬桿從軌道上由靜止滑下， 金屬棒內(nèi)阻不計(jì)；設(shè)金屬金屬棒內(nèi)阻不計(jì)；設(shè)金屬

9、棒長(zhǎng)為棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，試求：，試求： 試分析金屬棒在軌道上做怎樣的運(yùn)動(dòng)？試分析金屬棒在軌道上做怎樣的運(yùn)動(dòng)？ 在金屬棒加速下滑過(guò)程中，當(dāng)其速度大小在金屬棒加速下滑過(guò)程中，當(dāng)其速度大小 為為V時(shí)，求此時(shí)桿中的電流及其加速度的大?。粫r(shí)，求此時(shí)桿中的電流及其加速度的大?。?求下滑過(guò)程中，桿可以達(dá)到的最大速度。求下滑過(guò)程中，桿可以達(dá)到的最大速度?！窘馕觥?、對(duì)導(dǎo)體棒受力分析如圖、對(duì)導(dǎo)體棒受力分析如圖3、電學(xué)：、電學(xué)：BLvIREBLv22B L vFBILR力學(xué)：力學(xué)：由牛頓定律可得FsinmgBIlma2 2sinsinBIlB l vaggmmR當(dāng)a=0 時(shí)，V達(dá)到最大值，即:2m s22sinmmgRV

10、B LN13電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用【例【例3】如圖所示，兩根豎直平行放置的光滑金屬導(dǎo)軌】如圖所示，兩根豎直平行放置的光滑金屬導(dǎo)軌M、N， 與一電阻與一電阻R相連，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，間距為相連，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，間距為L(zhǎng);有一內(nèi)阻有一內(nèi)阻不計(jì)的金屬桿不計(jì)的金屬桿ab橫放在橫放在M、N之間，之間，ab桿的正下方有一桿的正下方有一有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向，方向垂直于紙面向里現(xiàn)將里現(xiàn)將ab由靜止釋放，試分析將由靜止釋放，試分析將ab由靜止釋放后做怎樣由靜止釋放后做怎樣的運(yùn)動(dòng)？的運(yùn)動(dòng)？【解析】：22mgRvB L22B L vFmgR安22B L vFm

11、gR安22B L vFmgR安22mgRvB L22mgRvB L則：一直做勻速直線運(yùn)動(dòng)（穩(wěn)定）2、當(dāng)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)： 即則：先做a減小的變加速運(yùn)動(dòng)（不穩(wěn)定），后作勻速直線運(yùn)動(dòng)（穩(wěn)定）。3、當(dāng)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)： 即則：先做變減速直線運(yùn)動(dòng)（穩(wěn)定），后做勻速直線運(yùn)動(dòng)（穩(wěn)定）。感悟感悟滲透滲透應(yīng)用應(yīng)用1、當(dāng)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)： 即進(jìn)入磁場(chǎng)前做自由落體運(yùn)動(dòng)自由落體運(yùn)動(dòng)14電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用三、能量轉(zhuǎn)化分析問(wèn)題三、能量轉(zhuǎn)化分析問(wèn)題1 1、不同形式能量之間轉(zhuǎn)化關(guān)系：、不同形式能量之間轉(zhuǎn)化關(guān)系：機(jī)械能機(jī)械能電能電能其它形式能量其它形式能量注意：注意： 運(yùn)動(dòng)中克服安培力做功：機(jī)械能運(yùn)動(dòng)中克服安培力做功：機(jī)械能 電

12、能；電能； 電路中消耗電能：電能電路中消耗電能：電能 其他形式能量。其他形式能量。 EW 電安P =PFV電安（ ）15電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用三、能量轉(zhuǎn)化分析問(wèn)題三、能量轉(zhuǎn)化分析問(wèn)題2 2、基本分析方法：、基本分析方法：分析清楚有哪些力做功，即哪些形式能量之間發(fā)生分析清楚有哪些力做功，即哪些形式能量之間發(fā)生 轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)化；利用能量轉(zhuǎn)化守恒定律，結(jié)合動(dòng)能、動(dòng)量定律等利用能量轉(zhuǎn)化守恒定律，結(jié)合動(dòng)能、動(dòng)量定律等 列方程求解問(wèn)題。列方程求解問(wèn)題。1E =- E其它16電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用【例【例4】（】（2006.2006.上海卷上海卷）如圖所示）如圖所示,平行金屬導(dǎo)軌與水平面成平

13、行金屬導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌與角，導(dǎo)軌與固定電阻固定電阻 和和 相連，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上。有一導(dǎo)體棒相連，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上。有一導(dǎo)體棒abab，質(zhì)，質(zhì)量為量為m m，導(dǎo)體棒的電阻與，導(dǎo)體棒的電阻與 、 均相等，與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為均相等，與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，某時(shí)刻棒某時(shí)刻棒abab以速度以速度v v開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上滑動(dòng)，此刻棒開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上滑動(dòng)，此刻棒abab所受安培力大小為所受安培力大小為F F；試求：試求： 此刻電阻此刻電阻 消耗的功率是多少？消耗的功率是多少？ 設(shè)上升的最大高度為設(shè)上升的最大高度為h，則上升過(guò)程，則上升過(guò)程 中產(chǎn)生的中產(chǎn)生的 焦耳熱是多少？焦耳熱

14、是多少？ab1R2RBV1R1R2R2R1R感悟感悟滲透滲透應(yīng)用應(yīng)用【解析】解析】11FV6P 導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)中克服安培力導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)中克服安培力F做功，電路中獲得電功率，做功，電路中獲得電功率， 即電路中因電阻而消耗的功率，即即電路中因電阻而消耗的功率，即12RRR內(nèi)1R2R 由電路規(guī)律可得：由電路規(guī)律可得： 且且 、 并聯(lián)并聯(lián)1214PPP內(nèi)12FPPPPFV內(nèi)17電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用【例【例4】（】（2006.2006.上海卷上海卷）如圖所示）如圖所示,平行金屬導(dǎo)軌與水平面成平行金屬導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌與角，導(dǎo)軌與固定電阻固定電阻 和和 相連，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上。有一導(dǎo)體棒相

15、連，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上。有一導(dǎo)體棒abab，質(zhì)，質(zhì)量為量為m m，導(dǎo)體棒的電阻與，導(dǎo)體棒的電阻與 、 均相等，與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為均相等，與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，某時(shí)刻棒某時(shí)刻棒abab以速度以速度v v開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上滑動(dòng)，此刻棒開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上滑動(dòng)，此刻棒abab所受安培力大小為所受安培力大小為F F；試求：試求： 設(shè)上升的最大高度為設(shè)上升的最大高度為h，則上升過(guò)程，則上升過(guò)程 中產(chǎn)生的中產(chǎn)生的 焦耳熱是多少？焦耳熱是多少？1R1R2R2R1R感悟感悟滲透滲透應(yīng)用應(yīng)用【解析】KPEEQQ 焦上升到最高點(diǎn)時(shí)，速度上升到最高點(diǎn)時(shí)，速度v=0m/s，末動(dòng)能為，末動(dòng)能為0J，動(dòng)能減少：，

16、動(dòng)能減少：重力做負(fù)功，增加勢(shì)能；重力做負(fù)功，增加勢(shì)能； pGEWmghfQ WfsmghCotFQW焦安培力做負(fù)功，產(chǎn)生焦耳熱；安培力做負(fù)功，產(chǎn)生焦耳熱；摩擦力做負(fù)功，產(chǎn)生熱量（與焦耳熱不同）。摩擦力做負(fù)功，產(chǎn)生熱量（與焦耳熱不同）。由能量守恒定律得：由能量守恒定律得：212QmvmghmghCot焦18電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用綜合運(yùn)用感悟感悟滲透滲透應(yīng)用應(yīng)用【例例5】.如圖所示，沿水平面放置一寬如圖所示，沿水平面放置一寬50cm的的U形光滑金屬框架電路中電阻形光滑金屬框架電路中電阻 R=2.0，其余，其余電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.8T，方向垂直于框架，方向垂直于框架平面向上

17、，金屬棒平面向上，金屬棒MN質(zhì)量為質(zhì)量為30g，它與框架兩，它與框架兩邊垂直，邊垂直，MN的中點(diǎn)的中點(diǎn)O用水平的繩跨過(guò)定滑輪系用水平的繩跨過(guò)定滑輪系一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)量為20g的砝碼，自靜止釋放砝碼后，的砝碼，自靜止釋放砝碼后，電阻電阻R能得到的最大功率為能得到的最大功率為 w【剖析】思考：【剖析】思考：1、R得到的功率是什么功率？得到的功率是什么功率？2、什么時(shí)候、什么時(shí)候R功率最大？功率最大？【解】由能量關(guān)系可得：【解】由能量關(guān)系可得：RFPPF v安FTmg安222mm gPB對(duì)棒受力分析可知，棒先做變加速后坐勻速運(yùn)動(dòng)，此刻速度為最大速度，對(duì)棒受力分析可知，棒先做變加速后坐勻速運(yùn)動(dòng)，此刻速度為最大速度，安培力也達(dá)最大值：安培力也達(dá)最大值：22mB L vvR19電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用