第九章第3單元電磁感應規(guī)律的綜合應用

1、返回返回 思維啟動思維啟動法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設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。實驗裝置的想，并進行了實驗研究。實驗裝置的示意圖如圖示意圖如圖931所示，兩塊面積均所示，兩塊面積均為為S的矩形金屬板，平行、正對、豎直的矩形金屬板，平行、正對、豎直 圖圖931地全部浸在河水中，間距為地全部浸在河水中，間距為d。水流速度處處相同，大小為。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，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的豎直分量為B，水的電阻率為，水的電阻率為，水面上方有一阻值為，水面上方有一阻值為R的電阻通過

2、絕緣導線和電鍵的電阻通過絕緣導線和電鍵K連接到兩金屬板上。連接到兩金屬板上。返回忽略邊緣效應。則：忽略邊緣效應。則：(1)該發(fā)電裝置的電動勢該發(fā)電裝置的電動勢E_；(2)通過電阻通過電阻R的電流強度的電流強度I_；(3)電阻電阻R消耗的電功率消耗的電功率P_。返回返回返回2問題歸類問題歸類(1)以部分電路歐姆定律為中心，包括六個基本物理量以部分電路歐姆定律為中心，包括六個基本物理量(電壓、電流、電阻、電功、電功率、電熱電壓、電流、電阻、電功、電功率、電熱)，三條定律，三條定律(部分電路歐姆定律、電阻定律和焦耳定律部分電路歐姆定律、電阻定律和焦耳定律)，以及若干，以及若干基本規(guī)律基本規(guī)律(串、并

3、聯(lián)電路特點等串、并聯(lián)電路特點等)。(2)以閉合電路歐姆定律為中心，討論電動勢概念，閉合以閉合電路歐姆定律為中心，討論電動勢概念，閉合 電路中的電流、路端電壓以及閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化。電路中的電流、路端電壓以及閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化。返回3常見的一些分析誤區(qū)常見的一些分析誤區(qū)(1)不能正確分析感應電動勢及感應電流的方向。因產(chǎn)生感應不能正確分析感應電動勢及感應電流的方向。因產(chǎn)生感應電動勢那部分電路為電源部分，故該部分電路中的電流電動勢那部分電路為電源部分，故該部分電路中的電流應為電源內(nèi)部的電流，而外電路中的電流方向仍是從高應為電源內(nèi)部的電流，而外電路中的電流方向仍是從高電勢到低電勢。電勢到低電勢。(

4、2)應用歐姆定律分析求解電路時，沒有注意等效電源的內(nèi)阻應用歐姆定律分析求解電路時，沒有注意等效電源的內(nèi)阻對電路的影響。對電路的影響。(3)對連接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進行分析，特別是并對連接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進行分析，特別是并聯(lián)在等效電源兩端的電壓表，其示數(shù)應該是路端電壓，聯(lián)在等效電源兩端的電壓表，其示數(shù)應該是路端電壓，而不是等效電源的電動勢。而不是等效電源的電動勢。返回 應用升級應用升級1.用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框邊長為用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框邊長為 0.2 m，正方形的一半放在垂直于紙面，正方形的一半放在垂直于紙面 向里的勻強磁場中，如圖向里的勻強磁場中，如圖932所示。所

5、示。 在磁場以在磁場以10 T/s的變化率增強時，線框中的變化率增強時，線框中 圖圖932 a、b兩點間的電勢差是兩點間的電勢差是 () AUab0.1 V BUab0.1 V CUab0.2 V DUab0.2 V返回答案：答案：B返回思維啟動思維啟動圓形導線框固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導線框所圓形導線框固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導線框所在平面垂直。規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應強在平面垂直。規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應強度度B隨時間變化的規(guī)律如圖隨時間變化的規(guī)律如圖933所示。若規(guī)定順時針方所示。若規(guī)定順時針方向為感應電流向為感應電流i的正方向，請畫出的正方向，請

6、畫出it圖像。圖像。圖圖933返回返回返回返回返回(2)分析電磁感應的具體過程。分析電磁感應的具體過程。(3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)P系。用右手定則或楞次定律確定方向?qū)P系。(4)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律 寫出函數(shù)關系式。寫出函數(shù)關系式。(5)根據(jù)函數(shù)關系式，進行數(shù)學分析，如分析斜率的變化、根據(jù)函數(shù)關系式，進行數(shù)學分析，如分析斜率的變化、 截距等。截距等。(6)畫圖像或判斷圖像。畫圖像或判斷圖像。返回 應用升級應用升級2.如圖如圖934所示，一閉合直角三所示，一閉合直角三 角形線框以速度角形線框以速度v勻速穿過

7、勻強磁勻速穿過勻強磁 場區(qū)域。從場區(qū)域。從BC邊進入磁場區(qū)開始邊進入磁場區(qū)開始 圖圖934 計時，到計時，到A點離開磁場區(qū)為止的過程中，線框內(nèi)感應點離開磁場區(qū)為止的過程中，線框內(nèi)感應 電流的情況電流的情況(以逆時針方向為電流的正方向以逆時針方向為電流的正方向)是圖是圖93 5中的中的 ()返回圖圖935返回解析：解析：BC邊剛進入磁場時，產(chǎn)生的感應電動勢最大，邊剛進入磁場時，產(chǎn)生的感應電動勢最大，由右手定則可判定電流方向為逆時針方向，是正值，由右手定則可判定電流方向為逆時針方向，是正值，隨線框進入磁場，有效長度隨線框進入磁場，有效長度l逐漸減小，由逐漸減小，由EBlv得電得電動勢均勻減小，即電

8、流均勻減小；當線框剛出磁場時，動勢均勻減小，即電流均勻減??；當線框剛出磁場時，切割磁感線的有效長度切割磁感線的有效長度l最大，故電流最大，且為順時最大，故電流最大，且為順時針方向，是負值，此后電流均勻減小，故只有針方向，是負值，此后電流均勻減小，故只有A圖像圖像符合要求符合要求答案：答案：A返回思維啟動思維啟動(1)安培力做功時對應什么形式的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化？安培力做功時對應什么形式的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化？(2)安培力對導體棒的運動是動力還是阻力？安培力對導體棒的運動是動力還是阻力？提示：提示：(1)安培力做正功時，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，安培力做正功時，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，克服安培力做功時其他形式的

9、能轉(zhuǎn)化為電能?？朔才嗔ψ龉r其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)通常情況下導體棒由于通電而運動時，安培力是動力；通常情況下導體棒由于通電而運動時，安培力是動力；如果是由于導體棒的運動而產(chǎn)生感應電流，那么磁場對導如果是由于導體棒的運動而產(chǎn)生感應電流，那么磁場對導體棒的安培力是阻力。體棒的安培力是阻力。返回 知識聯(lián)動知識聯(lián)動1導體兩種狀態(tài)及處理方法導體兩種狀態(tài)及處理方法(1)導體的平衡態(tài)導體的平衡態(tài)靜止或勻速直線運動狀態(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。處理方法：根據(jù)平衡條件合外力等于零列式分析。(2)導體的非平衡態(tài)導體的非平衡態(tài)加速度不為零。加速度不為零。 處理

10、方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結合處理方法：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。功能關系分析。返回2電磁感應問題中兩大研究對象及其相互制約關系電磁感應問題中兩大研究對象及其相互制約關系返回3電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化導體切割磁感線或磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感導體切割磁感線或磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應電流，這個過程中機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電應電流，這個過程中機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。具有感應電流的導體在磁場中受安培力作用或通能。具有感應電流的導體在磁場中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化為機械能或內(nèi)能。因此，過電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化

11、為機械能或內(nèi)能。因此，電磁感應過程中總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。電磁感應過程中總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。返回應用升級應用升級3.如圖如圖936所示，所示，ab和和cd是位于水是位于水 平面內(nèi)的平行金屬軌道，軌道間距為平面內(nèi)的平行金屬軌道，軌道間距為 l，其電阻可忽略不計。，其電阻可忽略不計。ac之間連接之間連接 一阻值為一阻值為R的電阻，的電阻，ef為一垂直于為一垂直于ab 圖圖936 和和cd的金屬桿，它與的金屬桿，它與ab和和cd接觸良好并可沿軌道方向無接觸良好并可沿軌道方向無 摩擦地滑動，其電阻可忽略。整個裝置處在勻強磁場中，摩擦地滑動，其電阻可忽略。整個裝置處在勻強磁場中， 磁場方向垂直于圖中紙

12、面向里，磁感應強度為磁場方向垂直于圖中紙面向里，磁感應強度為B。當施。當施 外力使桿外力使桿ef以速度以速度v向右勻速運動時，桿向右勻速運動時，桿ef所受的安培力所受的安培力 為為 ()返回返回答案：答案：A返回返回返回 典題例析典題例析例例1如圖如圖937所示，在豎直方向所示，在豎直方向的磁感應強度為的磁感應強度為B的勻強磁場中，金屬的勻強磁場中，金屬框架框架ABCD固定在水平面內(nèi)，固定在水平面內(nèi)，AB與與CD平行且足夠長，平行且足夠長，BC與與CD夾角夾角(90)， 圖圖937光滑導體棒光滑導體棒EF(垂直于垂直于CD)在外力作用下以垂直于自身的速在外力作用下以垂直于自身的速度度v向右勻速

13、運動，框架中的向右勻速運動，框架中的BC部分與導體棒單位長度的電部分與導體棒單位長度的電阻均為阻均為R，AB與與CD的電阻不計。導體棒在滑動過程中始終的電阻不計。導體棒在滑動過程中始終返回保持與導軌良好接觸，經(jīng)過保持與導軌良好接觸，經(jīng)過C點瞬間作為計時起點，圖點瞬間作為計時起點，圖938中關于電路中電流大小中關于電路中電流大小I與時間與時間t、消耗的電功率、消耗的電功率P與導體與導體棒水平移動的距離棒水平移動的距離x變化規(guī)律的圖像中正確的是變化規(guī)律的圖像中正確的是 ()圖圖938返回審題指導審題指導解答本題時應注意以下三個方面：解答本題時應注意以下三個方面：(1)導體棒在導體棒在BC上運動時回

14、路中的電阻值和切割上運動時回路中的電阻值和切割 磁感線的有效長度均是變化的。磁感線的有效長度均是變化的。(2)推導推導I和和P的表達式，再做出判斷。的表達式，再做出判斷。返回返回答案答案AD返回拓展訓練拓展訓練1.如圖如圖939所示，一有界區(qū)域內(nèi)，所示，一有界區(qū)域內(nèi)， 存在著磁感應強度大小均為存在著磁感應強度大小均為B，方向，方向 分別垂直于光滑水平桌面向下和向上分別垂直于光滑水平桌面向下和向上 的勻強磁場，磁場寬度均為的勻強磁場，磁場寬度均為L，邊長，邊長 為為L的正方形線框的正方形線框abcd的的bc邊緊靠磁邊緊靠磁 圖圖939 場邊緣置于桌面上。使線框從靜止開始沿場邊緣置于桌面上。使線框

15、從靜止開始沿x軸正方向勻加軸正方向勻加 速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能 反映線框中感應電流變化規(guī)律的是圖反映線框中感應電流變化規(guī)律的是圖9310中的中的()返回圖圖9310返回答案：答案：AC返回知識檢索知識檢索 電磁感應電路問題幾點注意電磁感應電路問題幾點注意(1)產(chǎn)生感應電動勢的導體相當于一個電源，感應電動勢產(chǎn)生感應電動勢的導體相當于一個電源，感應電動勢等效于電源電動勢，產(chǎn)生感應電動勢的導體的電阻等等效于電源電動勢，產(chǎn)生感應電動勢的導體的電阻等效于電源的內(nèi)阻。效于電源的內(nèi)阻。(2)產(chǎn)生感應電動勢的導體跟用電器連接，可以對用電

16、器產(chǎn)生感應電動勢的導體跟用電器連接，可以對用電器供電，由閉合電路歐姆定律求解各種問題。供電，由閉合電路歐姆定律求解各種問題。返回(3)產(chǎn)生感應電動勢的導體跟電容器連接時，可對電容器產(chǎn)生感應電動勢的導體跟電容器連接時，可對電容器充電，穩(wěn)定后，電容器相當于斷路，其所帶電量可用充電，穩(wěn)定后，電容器相當于斷路，其所帶電量可用公式公式QCU來計算。來計算。(4)解決電磁感應中的電路問題，可以根據(jù)題意畫出等效解決電磁感應中的電路問題，可以根據(jù)題意畫出等效電路，使復雜電路更簡明。電路，使復雜電路更簡明。返回典題例析典題例析例例2如圖如圖9311甲所示，水平放置的兩根平行金屬甲所示，水平放置的兩根平行金屬導軌

17、，間距導軌，間距L0.3 m。導軌左端連接。導軌左端連接R0.6 的電阻。區(qū)的電阻。區(qū)域域abcd內(nèi)存在垂直于導軌平面的內(nèi)存在垂直于導軌平面的B0.6 T的勻強磁場，磁的勻強磁場，磁場區(qū)域?qū)拡鰠^(qū)域?qū)扗0.2 m。細金屬棒。細金屬棒A1和和A2用長為用長為2D0.4 m 的的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導軌平面上，并與導軌垂直，每輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導軌平面上，并與導軌垂直，每根金屬棒在導軌間的電阻均為根金屬棒在導軌間的電阻均為r0.3 ，導軌電阻不計，導軌電阻不計，使金屬棒以恒定速度使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導軌向右穿越磁場，計沿導軌向右穿越磁場，計算從金屬棒算從金屬棒A1進入磁場進入磁

18、場(t0)到到A2離開磁場的時間內(nèi)，不離開磁場的時間內(nèi)，不同時間段通過電阻同時間段通過電阻R的電流，并在圖乙中畫出。的電流，并在圖乙中畫出。返回圖圖9311返回審題指導審題指導解本題時，應把握以下三點：解本題時，應把握以下三點：(1)搞清不同階段搞清不同階段A1、A2誰是電源。誰是電源。(2)畫出不同階段的等效電路圖。畫出不同階段的等效電路圖。(3)用閉合電路的歐姆定律知識分析。用閉合電路的歐姆定律知識分析。返回返回返回故故00.2 s內(nèi)內(nèi)I0.12 A02 s0.4 s內(nèi)內(nèi)I004 s0.6 s內(nèi)內(nèi)I0.12 AI與與t關系如圖所示關系如圖所示答案答案見解析見解析返回返回返回返回返回知識檢索

19、知識檢索 巧解電磁感應中力、電、能等綜合問題巧解電磁感應中力、電、能等綜合問題(1)認真審題，弄清題目給出的情景和運動過程的關鍵狀態(tài)。認真審題，弄清題目給出的情景和運動過程的關鍵狀態(tài)。(2)明確等效電源，畫出等效電路，進行電路的分析并列式。明確等效電源，畫出等效電路，進行電路的分析并列式。(3)確定研究對象進行受力分析，畫出受力示意圖。確定研究對象進行受力分析，畫出受力示意圖。(4)寫出安培力的表達式，抓住關鍵狀態(tài)列出牛頓運動定律寫出安培力的表達式，抓住關鍵狀態(tài)列出牛頓運動定律 的表達式。的表達式。返回(5)確定研究過程，明確安培力做功與電路中電能的轉(zhuǎn)化關確定研究過程，明確安培力做功與電路中電

20、能的轉(zhuǎn)化關 系，列出功能關系的表達式。系，列出功能關系的表達式。(6)聯(lián)立方程式進行求解。聯(lián)立方程式進行求解。返回返回返回返回返回答案答案(1)8.8 m/s2(2)0.44 J返回返回1(2011江蘇高考江蘇高考)如圖如圖9314所示，所示， 固定的水平長直導線中通有電流固定的水平長直導線中通有電流 I， 矩形線框與導線在同一豎直平面內(nèi)，矩形線框與導線在同一豎直平面內(nèi)， 圖圖9314 且一邊與導線平行。線框由靜止釋放，在下落過程中且一邊與導線平行。線框由靜止釋放，在下落過程中() A穿過線框的磁通量保持不變穿過線框的磁通量保持不變B線框中感應電流方向保持不變線框中感應電流方向保持不變C線框所

21、受安培力的合力為零線框所受安培力的合力為零D線框的機械能不斷增大線框的機械能不斷增大返回解析：解析：當線框由靜止向下運動時，穿過線框的磁通量逐漸當線框由靜止向下運動時，穿過線框的磁通量逐漸減小，根據(jù)楞次定律可得產(chǎn)生的感應電流的方向為順時針減小，根據(jù)楞次定律可得產(chǎn)生的感應電流的方向為順時針且方向不發(fā)生變化，且方向不發(fā)生變化，A錯誤，錯誤，B正確；因線框上下兩邊所正確；因線框上下兩邊所在處的磁場強弱不同，線框所受的安培力的合力一定不為在處的磁場強弱不同，線框所受的安培力的合力一定不為零，零，C錯誤；整個線框所受的安培力的合力豎直向上，對錯誤；整個線框所受的安培力的合力豎直向上，對線框做負功，線框的

22、機械能減小，線框做負功，線框的機械能減小，D錯誤。錯誤。答案：答案：B返回2(2011海南高考海南高考)如圖如圖9315， EOF和和EOF為空間一勻強磁場為空間一勻強磁場 的邊界，其中的邊界，其中EOEO，F(xiàn)O FO，且，且EOOF；OO為為EOF 的角平分線，的角平分線，OO間的距離為間的距離為l；磁；磁 圖圖9315 場方向垂直于紙面向里。一邊長為場方向垂直于紙面向里。一邊長為l的正方形導線框沿的正方形導線框沿 OO方向勻速通過磁場，方向勻速通過磁場，t0時刻恰好位于圖示位置。時刻恰好位于圖示位置。 規(guī)定導線框中感應電流沿逆時針方向時為正，則感應規(guī)定導線框中感應電流沿逆時針方向時為正，則

23、感應 電流電流i與時間與時間t的關系圖線可能正確的是的關系圖線可能正確的是 ()返回圖圖9316返回答案：答案： B返回3.(2012溫州質(zhì)檢溫州質(zhì)檢)如圖如圖9317所示電路，所示電路， 兩根光滑金屬導軌，平行放置在傾角為兩根光滑金屬導軌，平行放置在傾角為 的斜面上，導軌下端接有電阻的斜面上，導軌下端接有電阻R，導軌，導軌 電阻不計，斜面處在豎直向上的勻強磁電阻不計，斜面處在豎直向上的勻強磁 圖圖9317 場中，電阻可略去不計的金屬棒場中，電阻可略去不計的金屬棒ab質(zhì)量為質(zhì)量為m，受到沿斜，受到沿斜 面向上且與金屬棒垂直的恒力面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用，金屬棒沿導軌的作用，金屬棒沿導

24、軌 勻速下滑，則它在下滑高度勻速下滑，則它在下滑高度h的過程中，以下說法正確的過程中，以下說法正確 的是的是 ()返回A作用在金屬棒上各力的合力做功為零作用在金屬棒上各力的合力做功為零B重力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能重力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能C金屬棒克服安培力做的功等于電阻金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱上產(chǎn)生的焦耳熱D金屬棒克服恒力金屬棒克服恒力F做的功等于電阻做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱上產(chǎn)生的焦耳熱返回解析：解析：根據(jù)動能定理，合力做的功等于動能的增量，故根據(jù)動能定理，合力做的功等于動能的增量，故A對；重力做的功等于重力勢能的減少，重力做的功等于克對；重力做的功等于重力勢能的減少，重力做的功等于克服服F所做的功與產(chǎn)生的電能之和，而克服安培力做的功等所做的功與產(chǎn)生的