新課標2012年高考物理新課程12章3節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律綜合應(yīng)用無憂

第三節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識梳理一、電磁感應(yīng)中的電路問題1．內(nèi)電路和外電路(1)切割磁感線運動的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當于

．(2)該部分導體的電阻或線圈的電阻相當于電源的

，其余部分是

．電源內(nèi)阻外阻基礎(chǔ)知識梳理2．電源電動勢和路端電壓課堂互動講練名師點撥：電磁感應(yīng)電路中的電源與恒定電流的電路中的電源不同，前者是由于導體切割磁感線產(chǎn)生的，公式為E＝BLv，其大小可能變化，變化情況可根據(jù)其運動情況判斷；而后者的電源電動勢在電路分析中認為是不變的．名師點撥課堂互動講練二、電磁感應(yīng)中的圖象問題圖象類型磁感應(yīng)強度B、磁通量Φ、感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨時間t變化的圖象，即B-t圖象、Φ-t圖象、E-t圖象和I-t圖象(2)對于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的情況，還常涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨線圈位移s變化的圖象，即E-s圖象和I-s圖象課堂互動講練問題類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量應(yīng)用知識左手定則、安培定則、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運動定律、相關(guān)數(shù)學知識等課堂互動講練名師點撥：圖象的初始條件，方向與正、負的對應(yīng)，物理量的變化趨勢，物理量的增、減或方向正、負的轉(zhuǎn)折點都是判斷圖象的關(guān)鍵．名師點撥課堂互動講練三、電磁感應(yīng)中的動力學問題1．安培力的大小：由感應(yīng)電動勢E＝課堂互動講練2．安培力的方向判斷(1)右手定則和左手定則相結(jié)合，先用

確定感應(yīng)電流方向，再用

判斷感應(yīng)電流所受安培力方向．右手定則左手定則課堂互動講練(2)用楞次定律判斷，感應(yīng)電流所受安培力的方向一定和導體切割磁感線運動的方向

．3．分析導體受力情況(包含安培力在內(nèi)的全面受力分析)．4．根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程．垂直課堂互動講練四、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)是

能和之間的轉(zhuǎn)化．2．感應(yīng)電流在磁場中受安培力，外力克服安培力

，將

的能轉(zhuǎn)化為

，電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為

．3．電流做功產(chǎn)生的熱量用焦耳定律計算，公式為

.其他形式的電能做功其他形式Q＝I2Rt電能內(nèi)能課堂互動講練名師點撥：電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化符合能量守恒定律，克服安培力做功是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，電能最終轉(zhuǎn)化為焦耳熱．因此同一方程中，克服安培力做功，轉(zhuǎn)化成的電能及產(chǎn)生的焦耳熱不能同時出現(xiàn)．特別提醒一、電磁感應(yīng)電路問題的求解1．對電源的理解：電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過導體切割磁感線和線圈磁通量的變化而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．課堂互動講練課堂互動講練2．對電路的理解：內(nèi)電路是切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈，外電路由電阻、電容等電學元件組成．3．問題分類(1)確定等效電源的正負極，感應(yīng)電流的方向，電勢高低，電容器極板帶電性質(zhì)等問題．課堂互動講練(2)根據(jù)閉合電路求解電路中的總電阻，路端電壓，電功率的問題．(3)根據(jù)電磁感應(yīng)的平均感應(yīng)電動勢求課堂互動講練4．解決電磁感應(yīng)電路問題的基本方法(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動勢的大小和方向；(2)畫等效電路圖；(3)運用閉合電路歐姆定律，串并聯(lián)電路性質(zhì)，電功率等公式聯(lián)立求解．課堂互動講練1．判斷感應(yīng)電流和電動勢的方向，都是利用“相當于電源”的部分根據(jù)右手定則或楞次定律判定的．實際問題中應(yīng)注意外電路電流由高電勢流向低電勢，而內(nèi)電路則相反．2．在閉合電路中，“相當于電源”的導體兩端的電壓與真實的電源兩端的電壓一樣，等于路端電壓，而不等于感應(yīng)電動勢．特別提醒1．如圖12－3－1所示，導線全部為裸導線，半徑為r的圓內(nèi)有垂直于圓平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，一根長度大于2r的導線MN以速率v在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑到右端，電路的固定電阻為R，其余電阻不計，求MN從圓環(huán)的左端滑到右端的過程中電阻R上的電流的平均值和通過電阻R的電荷量．課堂互動講練即時應(yīng)用課堂互動講練圖12－3－1課堂互動講練解析：金屬棒從左端到右端磁通量的變化量為ΔΦ＝BΔS＝Bπr2，從左端到右端的時間課堂互動講練課堂互動講練二、電磁感應(yīng)中圖象問題分析1．圖象問題可以綜合法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、右手定則、安培定則和左手定則，還有與之相關(guān)的電路知識和力學知識等．課堂互動講練2．圖象問題的特點：考查方式比較靈活，有時根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的過程，確定圖象的正確與否，有時依據(jù)不同的圖象，進行綜合計算．3．解題關(guān)鍵：弄清初始條件，正、負方向的對應(yīng)，變化范圍，所研究物理量的函數(shù)表達式，進出磁場的轉(zhuǎn)折點是解決問題的關(guān)鍵．課堂互動講練4．解決圖象問題的一般步驟(1)明確圖象的種類，即是B-t圖還是Φ-t圖，或者是E-t圖、I-t圖等．(2)分析電磁感應(yīng)的具體過程．(3)用右手定則或楞次定律確定方向的對應(yīng)關(guān)系．課堂互動講練(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式．(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進行數(shù)學分析，如分析斜率的變化、截距等．(6)畫圖象或判斷圖象．課堂互動講練對圖象的認識，應(yīng)從以下幾方面注意：1．明確圖象所描述的物理意義；2．必須明確各種“＋”、“－”的含義；3．必須明確斜率的含義；4．必須建立圖象和電磁感應(yīng)過程之間的對應(yīng)關(guān)系；特別提醒課堂互動講練5．注意理解三個相似關(guān)系及其各自的物理意義：特別提醒2．(2010年山東調(diào)研)如圖12－3－2所示，金屬桿MN在三角形金屬框架上以速度v從圖示位置起向右做勻速滑動，框架夾角為θ，桿和框架由粗細均勻橫截面積相同的同種材料制成，則回路中的感應(yīng)電動勢E和電流I隨時間t變化的規(guī)律分別是圖12－3－3中的(

)課堂互動講練即時應(yīng)用課堂互動講練圖12－3－2圖12－3－3課堂互動講練解析：選BD.導體切割磁感線的有效長度隨時間線性增加，電動勢亦隨時間線性增加，故B對．而回路中的電阻亦隨時間線性增加，故電流保持不變．故D對．課堂互動講練三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動力學問題1．動態(tài)分析：導體受力運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢→感應(yīng)電流→通電導體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→感應(yīng)電動勢變化→…，周而復始地循環(huán)，直至最終達到穩(wěn)定狀態(tài)，此時加速度為零，而速度v通過加速達到最大值，做勻速直線運動或通過減速達到穩(wěn)定值做勻速直線運動．課堂互動講練2．兩大研究對象的制約關(guān)系課堂互動講練3．電磁感應(yīng)中的動力學臨界問題(1)解決這類問題的關(guān)鍵是通過運動狀態(tài)的分析，尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度求最大值或最小值的條件．課堂互動講練4．解決此類問題的基本步驟(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(包括右手定則)，求出感應(yīng)電動勢的大小和方向．(2)依據(jù)閉合電路歐姆定律，求出回路中的電流．(3)分析導體受力情況(包含安培力，可利用左手定則確定所受安培力的方向)．(4)依據(jù)牛頓第二定律列出力學方程或平衡方程，以及運動學方程，聯(lián)立求解．3．如圖12－3－4所示，在豎直向下的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有兩根水平放置相距L且足夠長的平行金屬導軌AB、CD，在導體的AC端連接一阻值為R的電阻，一根垂直于導軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，導軌和金屬棒的電阻及它們之間的摩擦不計，若用恒力F沿水平向右拉棒運動，求金屬棒的最大速度．課堂互動講練即時應(yīng)用課堂互動講練解析：由動態(tài)分析可知，ab棒做加速度減小的加速運動，當加速度減為0時，速度達到最大．設(shè)最大速度為vm.由電磁感應(yīng)定律得：E＝BLvm①課堂互動講練四、電磁感應(yīng)中的能量問題1．電磁感應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)過程實質(zhì)是不同形式的能量相互轉(zhuǎn)化的過程，電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力作用．因此要維持安培力存在，必須有“外力”克服安課堂互動講練培力做功．此過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．“外力”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．當感應(yīng)電流通過用電器時，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能．可以簡化為下列形式：課堂互動講練同理，安培力做功的過程，是電能轉(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．2．電能求解思路主要有三種(1)利用克服安培力求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；(2)利用能量守恒求解：機械能的減少量等于產(chǎn)生的電能；課堂互動講練(3)利用電路特征來求解：通過電路中所產(chǎn)生的電能來計算．3．解決此類問題的步驟(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(包括右手定則)確定感應(yīng)電動勢的大小和方向．(2)畫出等效電路圖，寫出回路中電阻消耗的電功率的表達式．課堂互動講練(3)分析導體機械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程，聯(lián)立求解．4．(2009年高考天津理綜卷)如圖12－3－5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(zhì)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(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于(

)課堂互動講練即時應(yīng)用課堂互動講練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上放出的熱量解析：選A.對金屬棒受力分析可知，設(shè)金屬棒所受重力為G、上升高度h，則根據(jù)能量守恒可得：Fh－W安＝Gh＋ΔEk，即拉力及安培力所做的功的代數(shù)和等于金屬棒機械能的增加量，A正確．(2009年高考寧夏理綜卷)如圖12－3－6所示，一導體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心．環(huán)內(nèi)兩個圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強磁場，兩磁場磁感應(yīng)強度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直．導體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動，M端通過滑動觸點與圓環(huán)良好接觸．在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以高頻考點例析題型一電磁感應(yīng)中的圖象例1高頻考點例析勻角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動，t＝0時恰好在圖示位置．規(guī)定流經(jīng)電阻R從a到b的電流方向為正，圓環(huán)和導體桿的電阻忽略不計，則桿從t＝0開始轉(zhuǎn)動一周的過程中，電流隨ωt變化的圖象是(

)高頻考點例析圖12－3－7高頻考點例析【解析】導體桿OM在勻強磁場中垂直切割磁感線繞O逆時針方向轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的【答案】

C高頻考點例析【方法技巧】電磁感應(yīng)圖象問題在高考中多以選擇題的形式出現(xiàn)，先根據(jù)方向排除錯誤選項較為簡單．(2008年高考廣東物理卷)如圖12－3－8甲所示，水平放置的兩根平行金屬導軌，間距L＝0.3m．導軌左端連接R＝0.6Ω的電阻．區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導軌平面B＝0.6T的勻強磁場，磁場區(qū)域?qū)扗＝0.2m．細金屬棒A1和A2用長為2D＝0.4m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導軌平面上，并與高頻考點例析題型二電磁感應(yīng)中的電路計算例2高頻考點例析導軌垂直，每根金屬棒在導軌間的電阻均為r＝0.3Ω，導軌電阻不計．使金屬棒以恒定速度v＝1.0m/s沿導軌向右穿越磁場．計算從金屬棒A1進入磁場(t＝0)到A2離開磁場的時間內(nèi)，不同時間段通過電阻R的電流強度，并在圖乙中畫出．高頻考點例析圖12－3－8高頻考點例析【解析】在0～0.2s內(nèi)，金屬棒A1產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝BLv＝0.6×0.3×1.0V＝0.18V高頻考點例析圖12－3－9高頻考點例析通過電阻R的電流在0.2～0.4s內(nèi)，E＝0，I2＝0在0.4～0.6s內(nèi)，I2＝0.12A不同時間段通過R的電流強度如圖12－3－9所示．【答案】見解析高頻考點例析【方法技巧】導體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢可用E＝BLv求解，關(guān)鍵是弄清金屬棒A1、A2誰是電源，誰是外電路，或畫出等效電路圖，再結(jié)合閉合(或部分)電路歐姆定律進行求解．(2010年浙江寧波十校聯(lián)考)如圖12－3－10所示，阻值不計的光滑金屬導軌MN和PQ水平放置，其最右端間距d為1m，左端MP接有阻值r＝4Ω的電阻，右端NQ與半徑R＝2m的光滑豎直半圓形絕緣導軌平滑連接；一根阻值不計的長為L＝1.2m，質(zhì)量m＝0.5kg的金屬桿ab放在導軌的EF高頻考點例析題型三電磁感應(yīng)中的力學問題例3高頻考點例析處，EF與NQ平行．在平面NQDC的左側(cè)空間中存在豎直向下的勻強磁場B，平面NQDC的右側(cè)空間中無磁場．現(xiàn)金屬桿ab以初速度v0＝12m/s向右在水平軌道上做勻減速運動，進入半圓形導軌后恰能通過最高位置CD并恰又落到EF位置．(g取10m/s2)求：高頻考點例析(1)金屬桿ab剛進入半圓形導軌時，對導軌的壓力；(2)EF到QN的距離；(3)磁感應(yīng)強度B的大?。哳l考點例析【解析】

(1)設(shè)金屬桿ab剛進入半圓形導軌時速度為v1，到達最高位置CD時，速度為v2，由于恰能通過最高位置，則金屬桿ab進入半圓形導軌后，無感應(yīng)電流，根據(jù)機械能守恒定律高頻考點例析解得v1＝10m/s設(shè)在最低點時半圓形導軌對金屬桿ab的支持力為FN解得FN＝30N金屬桿ab剛進入半圓形導軌時，對導軌的壓力為30N.高頻考點例析(2)金屬桿ab離開半圓形導軌后做平拋運動，設(shè)經(jīng)時間t落到水平導軌上則EF與NQ的水平距離s＝v2t＝4m.高頻考點例析(3)設(shè)金屬桿ab做勻減速運動的加速度為av12－v02＝2as解得a＝－5.5m/s2對金屬桿ab剛要到達NQ位置處進行分析【答案】

(1)30N

(2)4m

(3)1.05T(2010年廣東廣州模