高考物理自學(xué)課件9.3電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用基礎(chǔ)課件資料講解

1、高考物理自學(xué)課件9.3電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用基礎(chǔ)課件電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題【例例1】如圖甲所示，截面積為如圖甲所示，截面積為0.2 m2的的100匝圓形線圈匝圓形線圈A處在變處在變 化的磁場中，磁場方向垂直紙面，其磁感應(yīng)強度化的磁場中，磁場方向垂直紙面，其磁感應(yīng)強度B隨時間隨時間t的的 變化規(guī)律如圖乙所示。設(shè)垂直紙面向里為變化規(guī)律如圖乙所示。設(shè)垂直紙面向里為B的正方向，線圈的正方向，線圈 A上的箭頭為感應(yīng)電流上的箭頭為感應(yīng)電流I的正方向，的正方向，R1=4 ，R2=6 ，C=30 F，線圈內(nèi)阻不計。求電容器充電時的電壓和，線圈內(nèi)阻不計。求電容器充電時的電壓和2 s后電

2、容器后電容器 放電的電荷量。放電的電荷量。 【解析解析】由題意可知圓形線圈由題意可知圓形線圈A上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E=n( B/ t)S=1000.020.2 V=0.4 V， 電路中的電流電路中的電流I=E/(R1+R2)=0.4 V/(4 +6 )=0.04 A。 電容器充電時的電壓電容器充電時的電壓UC=IR2=0.04 A6 =0.24 V， 2 s后電容器放電的電荷量后電容器放電的電荷量Q=CUC=3010-6 F0.24V =7.210-6 C。 此題是法拉第電磁感應(yīng)定律與電路問題相結(jié)合的題目，又借助圖象此題是法拉第電磁感應(yīng)定律與電路問題相結(jié)合的題目，又借助圖象提

3、供一定條件來求電容器的電壓和電量，是一道綜合性較強的題目，但提供一定條件來求電容器的電壓和電量，是一道綜合性較強的題目，但只要你對每一部分的知識熟悉，并能夠靈活運用知識體系，也是不難做只要你對每一部分的知識熟悉，并能夠靈活運用知識體系，也是不難做的。的。如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=0.8 T，豎直向下穿過水平放置的矩形線框，豎直向下穿過水平放置的矩形線框MNQP，MN=PQ=2 m，MP=NQ=1 m，ab是用與線框相同的導(dǎo)線制成，它們單位長度的電阻是用與線框相同的導(dǎo)線制成，它們單位長度的電阻R0=0.1 /m，不計摩擦。不計摩擦。ab桿從桿從MP處開始以處

4、開始以v=5 m/s的速度向右勻速滑動。的速度向右勻速滑動。(1)關(guān)于關(guān)于ab桿兩端的電勢差的討論：桿兩端的電勢差的討論： 某同學(xué)認為：某同學(xué)認為：ab桿兩端的電勢差桿兩端的電勢差Uab就是路端電壓，就是路端電壓，ab桿桿 勻速切割磁感線時，感應(yīng)電動勢大小恒定，且內(nèi)電阻勻速切割磁感線時，感應(yīng)電動勢大小恒定，且內(nèi)電阻r大大 小不變。當(dāng)小不變。當(dāng)ab桿滑至線框正中間時，外電路電阻最大，桿滑至線框正中間時，外電路電阻最大， 此時，此時，Uab有最大值，也即有最大值，也即Uab的值是先變大后變小。的值是先變大后變小。 你認為該同學(xué)的判斷是否正確？若他判斷錯誤，你重新分析，并確定你認為該同學(xué)的判斷是否正

5、確？若他判斷錯誤，你重新分析，并確定Uab的大小。的大小。 若他的判斷正確，請算出若他的判斷正確，請算出Uab的最大值。的最大值。(2)關(guān)于線框關(guān)于線框MNQP的電功率的電功率P的討論：的討論： 某同學(xué)認為：既然某同學(xué)認為：既然ab桿滑至線框正中間時，路端電壓最大，此時線框桿滑至線框正中間時，路端電壓最大，此時線框MNQP的電的電 功率功率P也最大，所以也最大，所以P的值是先變大后變小。的值是先變大后變小。 你認為該同學(xué)的判斷是否正確？請作出評價，并說明理由。你認為該同學(xué)的判斷是否正確？請作出評價，并說明理由。(不需要定量計算不需要定量計算) 【答案答案】(1)正確正確 Uab最大值最大值2.

6、4 V (2)錯誤。線框錯誤。線框MNQP的電功率的電功率P就是電源就是電源輸出功率，當(dāng)輸出功率，當(dāng)R=r時，時，P最大，而最大，而ab桿在正中間位置的兩側(cè)某處，均有桿在正中間位置的兩側(cè)某處，均有R=r。 所以，線框所以，線框MNQP的電功率的電功率P先變大、后變小、再變大、再變小。先變大、后變小、再變大、再變小?？键c考點2 2 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的圖象問題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的圖象問題 1.解決圖象問題的基本方法和步驟解決圖象問題的基本方法和步驟 (1)明確圖象的種類，是明確圖象的種類，是B-t圖還是圖還是 -t圖，或者圖，或者E-t圖、圖、I-t圖象。圖象。 (2)分析電磁感應(yīng)的具體過程。分析電磁感

7、應(yīng)的具體過程。 (3)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律列出函數(shù)方程。結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律列出函數(shù)方程。 (4)根據(jù)函數(shù)方程，進行數(shù)學(xué)分析，如斜率及其變化、兩軸的截距等。根據(jù)函數(shù)方程，進行數(shù)學(xué)分析，如斜率及其變化、兩軸的截距等。 (5)畫圖象或判斷圖象。畫圖象或判斷圖象。 2.解決圖象問題的注意事項解決圖象問題的注意事項 對圖象的認識，應(yīng)從以下幾方面注意：對圖象的認識，應(yīng)從以下幾方面注意： (1)明確圖象所描述的物理意義；明確圖象所描述的物理意義； (2)必須明確各種必須明確各種“+”“-”的含義；的含義； (3)必須明確斜率的含義；必須明確斜

8、率的含義； (4)必須建立圖象和電磁感應(yīng)過程之間的對應(yīng)關(guān)系；必須建立圖象和電磁感應(yīng)過程之間的對應(yīng)關(guān)系； (5)注意理解：三個相似關(guān)系及其各自的物理意義：注意理解：三個相似關(guān)系及其各自的物理意義： v- v-( v/ t)，B- B-( B/ t)， - -( / t) v/ t、 B/ t、 / t分別反映了分別反映了v、B、 變化的快慢。變化的快慢?！纠?】半徑為半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在 圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導(dǎo)線，分別與兩塊垂直于紙面固圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導(dǎo)線，分別與兩塊垂直于紙面固 定放置的平行金屬板連接，兩板間距為定放

9、置的平行金屬板連接，兩板間距為d，如圖所示。有一，如圖所示。有一 變化的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖所變化的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖所 示。在示。在t=0時刻平板之間中心有一重力不計，電荷量為時刻平板之間中心有一重力不計，電荷量為q的的 靜止微粒。則以下說法正確的是靜止微粒。則以下說法正確的是( ) A.第第2秒內(nèi)上極板為正極秒內(nèi)上極板為正極 B.第第3秒內(nèi)上極板為負極秒內(nèi)上極板為負極 C.第第2秒末微?；氐搅嗽肽┪⒘；氐搅嗽?來位置來位置 D.第第2秒末兩極板之間的秒末兩極板之間的 電場強度大小為電場強度大小為0.2 r2/d電磁感應(yīng)中的圖象問題電磁感應(yīng)中的

10、圖象問題 【解析解析】由圖知第由圖知第2秒內(nèi)，磁場向里并均勻減小，由楞次定律知，環(huán)中電秒內(nèi)，磁場向里并均勻減小，由楞次定律知，環(huán)中電流方向為順時針，因而上極板帶正電，流方向為順時針，因而上極板帶正電，A項正確；第項正確；第3秒內(nèi)磁場向外且均勻增秒內(nèi)磁場向外且均勻增大，由楞次定律知，環(huán)中電流方向為順時針，上極板仍帶正電，大，由楞次定律知，環(huán)中電流方向為順時針，上極板仍帶正電，B項錯誤；項錯誤；同理第同理第1秒內(nèi)上極板帶負電，此微粒秒內(nèi)上極板帶負電，此微粒2秒內(nèi)先做勻加速直線運動，再做勻減速秒內(nèi)先做勻加速直線運動，再做勻減速直線運動，方向不變，直線運動，方向不變，C項錯誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律知，

11、電路中感應(yīng)電項錯誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律知，電路中感應(yīng)電動勢為動勢為E感感= / t= r2( B/ t)=0.1 r2，場強為，場強為E=E感感/d=0.1 r2/d，D項錯誤。項錯誤。 由于電磁感應(yīng)，圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故圓環(huán)相當(dāng)于電由于電磁感應(yīng)，圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故圓環(huán)相當(dāng)于電源，因此圓環(huán)中感應(yīng)電動勢的方向指向電源的正極。源，因此圓環(huán)中感應(yīng)電動勢的方向指向電源的正極。如圖矩形導(dǎo)線框如圖矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導(dǎo)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(yīng)強度垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強

12、度B隨時間變化的規(guī)律隨時間變化的規(guī)律如圖所示。若規(guī)定順時針方向為感應(yīng)電流如圖所示。若規(guī)定順時針方向為感應(yīng)電流i的正方向，下列各圖中正確的的正方向，下列各圖中正確的是是( )D考點考點3 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題 1.處理電磁感應(yīng)中力學(xué)問題的基本方法處理電磁感應(yīng)中力學(xué)問題的基本方法 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向；用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向； (2)求回路中的電流大小；求回路中的電流大?。?(3)分析研究導(dǎo)體受力情況分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向包含安培力，用左手定則確定其方向)； (4)列

13、動力學(xué)方程或平衡方程求解。列動力學(xué)方程或平衡方程求解。 電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況、運動情況的動態(tài)分析，導(dǎo)體電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況、運動情況的動態(tài)分析，導(dǎo)體受力運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢受力運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流感應(yīng)電流通電導(dǎo)體受安培力通電導(dǎo)體受安培力合外力變化合外力變化加速度變化加速度變化速度變化，周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，速度變化，周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，導(dǎo)體達穩(wěn)定狀態(tài)，抓住導(dǎo)體達穩(wěn)定狀態(tài)，抓住a=0時，速度時，速度v達最大值。達最大值。 2.導(dǎo)體切割磁感線運動時的各種運動情形導(dǎo)體切割磁感線運動時的各種運動情形 當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運動存在著臨

14、界條件時：當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運動存在著臨界條件時： (1)導(dǎo)體初速度等于臨界速度時，導(dǎo)體勻速切割磁感線運動。導(dǎo)體初速度等于臨界速度時，導(dǎo)體勻速切割磁感線運動。 (2)初速度大于臨界速度時，導(dǎo)體先減速，后勻速運動。初速度大于臨界速度時，導(dǎo)體先減速，后勻速運動。 (3)初速度小于臨界速度時，導(dǎo)體先加速，后勻速運動。初速度小于臨界速度時，導(dǎo)體先加速，后勻速運動。電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題【例例3】如圖所示，兩足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，相距為如圖所示，兩足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，相距為 L，一理想電流表與兩導(dǎo)軌相連，勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直。，一理想電流表與兩導(dǎo)軌相連，勻強磁場與導(dǎo)軌

15、平面垂直。 一質(zhì)量為一質(zhì)量為m、有效電阻為、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場上邊界的導(dǎo)體棒在距磁場上邊界h處靜止處靜止 釋放。導(dǎo)體棒進入磁場后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最釋放。導(dǎo)體棒進入磁場后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最 終穩(wěn)定為終穩(wěn)定為I。整個運動過程中，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，且。整個運動過程中，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，且 始終保持水平，不計導(dǎo)軌的電阻。求：始終保持水平，不計導(dǎo)軌的電阻。求： (1)磁感應(yīng)強度的大小磁感應(yīng)強度的大小B； (2)電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒運動速度的大小電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒運動速度的大小v； (3)流經(jīng)電流表電流的最大值流經(jīng)電流表電流的最大值Im。 【解析解析】 (1)電流穩(wěn)

16、定后，導(dǎo)體棒做勻速運動，則有電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒做勻速運動，則有BIL=mg 解得解得B=mg/(IL) (2)感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢E=BLv 感應(yīng)電流感應(yīng)電流I=E/R 由式解得由式解得v=I2R/(mg)。 (3)由題意知，導(dǎo)體棒剛進入磁場時的速度最大，設(shè)為由題意知，導(dǎo)體棒剛進入磁場時的速度最大，設(shè)為vm 由機械能守恒定律得由機械能守恒定律得(1/2)mvm2=mgh 感應(yīng)電動勢的最大值感應(yīng)電動勢的最大值Em=BLvm 感應(yīng)電流的最大值感應(yīng)電流的最大值Im=Em/R 解得解得 。 由電流穩(wěn)定可知，導(dǎo)體棒的速度達到最大而做勻速運動，由電流穩(wěn)定可知，導(dǎo)體棒的速度達到最大而做勻速運動，從而得出安培

17、力與重力平衡是求解此題的關(guān)鍵。從而得出安培力與重力平衡是求解此題的關(guān)鍵。IRghmgI2m 如圖所示，在一對平行光滑的金屬導(dǎo)軌的上端連如圖所示，在一對平行光滑的金屬導(dǎo)軌的上端連接一阻值為接一阻值為R的固定電阻，兩導(dǎo)軌所決定的平面與的固定電阻，兩導(dǎo)軌所決定的平面與水平面成水平面成30角。今將一質(zhì)量為角。今將一質(zhì)量為m、長為、長為l的導(dǎo)體的導(dǎo)體棒棒ab垂直放于導(dǎo)軌上，并使其由靜止開始下滑。垂直放于導(dǎo)軌上，并使其由靜止開始下滑。已知導(dǎo)體棒電阻為已知導(dǎo)體棒電阻為r，整個裝置處于垂直于導(dǎo)軌平，整個裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為面的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B。求導(dǎo)體棒最終。求導(dǎo)體棒最終下

18、滑的速度及電阻下滑的速度及電阻R最終發(fā)熱功率分別為多少？最終發(fā)熱功率分別為多少？【答案答案】 2 22mg RrB l222 24m g RB l 1.運動的動態(tài)分析運動的動態(tài)分析其他形式的能其他形式的能(如：內(nèi)能如：內(nèi)能)其他形式的能其他形式的能(如：機械能如：機械能)安培力做負功安培力做負功電能電能電流做功電流做功 2.能量轉(zhuǎn)化特點能量轉(zhuǎn)化特點考點考點4 4 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題 在利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決電磁感應(yīng)的問題時在利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決電磁感應(yīng)的問題時,要注意分析安培力做功的情況要注意分析安培力做功的情況,因為因為安培力的功是電能和其他形式的能之

19、間相互轉(zhuǎn)化的安培力的功是電能和其他形式的能之間相互轉(zhuǎn)化的“橋梁橋梁”。簡單表示如。簡單表示如下：電能下：電能 其他形式能。其他形式能。W安安0W安安0 電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題中的運動的動態(tài)分析和能量轉(zhuǎn)化特點電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題中的運動的動態(tài)分析和能量轉(zhuǎn)化特點電磁感應(yīng)中的能量問題電磁感應(yīng)中的能量問題【例例4】如圖所示，固定在水平絕緣平面上足夠長的金如圖所示，固定在水平絕緣平面上足夠長的金 屬導(dǎo)軌屬導(dǎo)軌 不計電阻，但表面粗糙，導(dǎo)軌左端連接一個電阻不計電阻，但表面粗糙，導(dǎo)軌左端連接一個電阻R，質(zhì)量，質(zhì)量 為為m的金屬棒的金屬棒(電阻也不計電阻也不計)放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂

20、直， 整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直。用整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直。用 水平恒力水平恒力F把把ab棒從靜止起向右拉動的過程中，下列說法棒從靜止起向右拉動的過程中，下列說法 正確的是正確的是( ) A.恒力恒力F做的功等于電路產(chǎn)生的電能做的功等于電路產(chǎn)生的電能 B.恒力恒力F和摩擦力的合力做的功等于和摩擦力的合力做的功等于 電路中產(chǎn)生的電能電路中產(chǎn)生的電能 C.克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生 的電能的電能 D.恒力恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能和和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能和 棒獲得的動能之和棒獲得的動

21、能之和 【解析解析】物體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，且功的物體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，且功的數(shù)值等于電路中產(chǎn)生的電能，數(shù)值等于電路中產(chǎn)生的電能，C正確；由動能定理知，恒力正確；由動能定理知，恒力F、安培力、安培力和摩擦力三者的合力做的功等于物體動能的增加量，故和摩擦力三者的合力做的功等于物體動能的增加量，故A、B錯誤，錯誤，D正正確，也可從能量守恒角度進行判定，即恒力確，也可從能量守恒角度進行判定，即恒力F做的功等于電路中產(chǎn)生的做的功等于電路中產(chǎn)生的電能、因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能及棒動能的增加。電能、因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能及棒動能的增加。 (1)克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，同克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，同理，安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，安培力做多少功，理，安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，安培力做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。就有多少電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 (2)分清物體的運動過程和受力情況，判斷不同過程的特點