第三講電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用演示文稿

第三講電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用演示文稿當(dāng)前第1頁\共有36頁\編于星期六\16點優(yōu)選第三講電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用當(dāng)前第2頁\共有36頁\編于星期六\16點例1、如右圖所示，導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)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(dǎo)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．當(dāng)前第3頁\共有36頁\編于星期六\16點練、如圖甲所示，一個電阻為R，面積為S的矩形導(dǎo)線框abcd，水平放置在勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向與ad邊垂直并與線框平面成45°角，o、o′分別是ab邊和cd邊的中點．現(xiàn)將線框右半邊obco′繞oo′逆時針旋轉(zhuǎn)90°到圖乙所示位置．在這一過程中，導(dǎo)線中通過的電荷量是(

)A當(dāng)前第4頁\共有36頁\編于星期六\16點(1)解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題的基本方法①確定電源：先判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是哪一部分導(dǎo)體，則該部分導(dǎo)體可視為等效電源．②分析電路結(jié)構(gòu)，畫出等效電路圖．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．

題型二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題當(dāng)前第5頁\共有36頁\編于星期六\16點(2)電路問題常見的一些分析誤區(qū)①不能正確分析感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流的方向．因產(chǎn)生感應(yīng)電動勢那部分電路為電源部分，故該部分電路中的電流應(yīng)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．②應(yīng)用歐姆定律分析求解電路時，沒有注意到等效電源的內(nèi)阻對電路的影響．③對連接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進行分析，特別是并聯(lián)在等效電源兩端的電壓表，其示數(shù)應(yīng)該是外電壓，而不是等效電源的電動勢．當(dāng)前第6頁\共有36頁\編于星期六\16點例2、(15分)(2011·寧波模擬)光滑平行金屬導(dǎo)軌在水平面內(nèi)固定，導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝0.5m，導(dǎo)軌左端接阻值為R＝2Ω的電阻，右端接阻值為RL＝4Ω的小燈泡，導(dǎo)軌電阻不計．如圖1所示，在導(dǎo)軌的MNQP矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的磁場，MN、PQ間距d＝2m，此區(qū)域磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖2所示．垂直導(dǎo)軌跨接一金屬桿，其電阻r＝2Ω.在t＝0時刻，用水平恒力F拉金屬桿，使其由靜止開始自GH位置往右運動．在金屬桿由GH位置運動到PQ位置的過程中，小燈泡的亮度始終沒有變化，求：

(1)通過小燈泡的電流；

(2)金屬桿勻速運動的速度v；

(3)金屬桿的質(zhì)量m.當(dāng)前第7頁\共有36頁\編于星期六\16點練、(2010·重慶)法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設(shè)想，并進行了實驗研究．實驗裝置的示意圖可用圖表示，兩塊面積均為S的矩形金屬板，平行、正對、豎直地全部浸在河水中，間距為d，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(yīng)強度的豎直分量為B，水的電阻率為ρ，水面上方有一阻值為R的電阻通過絕緣導(dǎo)線和電鍵K連接到兩金屬板上，忽略邊緣效應(yīng)．求：(1)該發(fā)電裝置的電動勢；(2)通過電阻R的電流強度；(3)電阻R消耗的電功率．當(dāng)前第8頁\共有36頁\編于星期六\16點當(dāng)前第9頁\共有36頁\編于星期六\16點對圖象問題應(yīng)看清坐標(biāo)軸所代表的物理量，清楚圖線的形狀、點、斜率、截距、與橫軸所圍的面積等的意義，并結(jié)合楞次定律、右手定則判定感應(yīng)電流方向及用法拉第電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢大小，最后結(jié)合閉合電路歐姆定律、牛頓運動定律等進行相關(guān)計算．

題型三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的圖象問題當(dāng)前第10頁\共有36頁\編于星期六\16點例3、(2011·山東卷)如圖所示，兩固定的豎直光滑金屬導(dǎo)軌足夠長且電阻不計．兩質(zhì)量、長度均相同的導(dǎo)體棒c、d，置于邊界水平的勻強磁場上方同一高度h處．磁場寬為3h，方向與導(dǎo)軌平面垂直．先由靜止釋放c，c剛進入磁場即勻速運動，此時再由靜止釋放d，兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終保持良好接觸．用ac表示c的加速度，Ekd表示d的動能，xc、xd分別表示c、d相對釋放點的位移．下圖中正確的是(

)BD當(dāng)前第11頁\共有36頁\編于星期六\16點(1)對于有關(guān)圖象的選擇題常用排除法：先看方向再看大小及特殊點．(2)對于圖象的描繪：先定性或定量分析所研究問題的函數(shù)關(guān)系，注意橫、縱坐標(biāo)表示的物理量及單位，再畫出對應(yīng)物理圖象(常用分段法、數(shù)學(xué)法)．(3)對圖象的理解：看清橫、縱坐標(biāo)表示的量，理解圖象的物理意義．當(dāng)前第12頁\共有36頁\編于星期六\16點練、如圖所示，一導(dǎo)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(dǎo)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以勻角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動，t＝0時恰好在圖示位置．規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向為正，圓環(huán)和導(dǎo)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(

)C當(dāng)前第13頁\共有36頁\編于星期六\16點練、如圖所示，在PQ、QR區(qū)域存在著磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反的勻強磁場，磁場方向均垂直于紙面，bc邊與磁場的邊界P重合。導(dǎo)線框與磁場區(qū)域的尺寸如圖所示。從t＝0時刻開始線框勻速橫穿兩個磁場區(qū)域。以a→b→c→d→e→f為線框中電動勢的正方向。以下四個ε-t關(guān)系示意圖中正確的是CB.εt01234C.εt01234D.tε01234A.εt01234PQRaf2l2lllbllcde當(dāng)前第14頁\共有36頁\編于星期六\16點(1)解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中力和能量問題的基本方法①在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源．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畫出等效電路圖，由閉合電路歐姆定律求出回路中的電流．③分析研究導(dǎo)體的受力情況(用左手定則確定安培力的方向)，列平衡方程或動力學(xué)方程求解．④分析導(dǎo)體機械能的變化，用功能關(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，即能量守恒方程．

題型四、電磁感應(yīng)與力和能量的綜合當(dāng)前第15頁\共有36頁\編于星期六\16點(2)解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中力和能量問題的技巧①因電磁感應(yīng)中力和運動問題所給圖形大多為立體空間分布圖，故在受力分析時，應(yīng)把立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，使物體(導(dǎo)體)所受的各個力盡可能在同一平面圖內(nèi)，以便正確對力進行分解與合成，利用物體的平衡條件和牛頓運動定律列式求解．②對于非勻變速運動最值問題的分析，注意應(yīng)用加速度為零，速度達到最值的特點．根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析，或結(jié)合功能關(guān)系進行分析．③分析過程中應(yīng)當(dāng)牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律，即分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量參與了轉(zhuǎn)化，如有摩擦力做功，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功，就可能有機械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負(fù)功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，安培力做正功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；然后利用能量守恒定律列出方程求解．當(dāng)前第16頁\共有36頁\編于星期六\16點例4、(2010·天津高考)如圖所示，質(zhì)量m1＝0.1kg，電阻R1＝0.3Ω，長度l＝0.4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U型金屬框架上，框架質(zhì)量m2＝0.2kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，相距0.4m的MM′、NN′相互平行，電阻不計且足夠長．電阻R2＝0.1Ω的MN垂直于MM′.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B＝0.5T．垂直于ab施加F＝2N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM′、NN′保持良好接觸，當(dāng)ab運動到某處時，框架開始運動．設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10m/s2.(1)求框架開始運動時ab速度v的大?。?2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q＝0.1J．求該過程ab位移x的大?。?dāng)前第17頁\共有36頁\編于星期六\16點練、(2010·福建理綜)如圖所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為θ的絕緣斜面上，導(dǎo)軌上端連接一個定值電阻．導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直并良好接觸．斜面上水平虛線PQ以下區(qū)域內(nèi)，存在著垂直穿過斜面向上的勻強磁場．現(xiàn)對a棒施以平行導(dǎo)軌斜向上的拉力，使它沿導(dǎo)軌勻速向上運動，此時放在導(dǎo)軌下端的b棒恰好靜止．當(dāng)a棒運動到磁場的上邊界PQ處時，撤去拉力，a棒將繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運動一小段距離后再向下滑動，此時b棒已滑離導(dǎo)軌．當(dāng)a棒再次滑回到磁場上邊界PQ處時，又恰能沿導(dǎo)軌勻速向下運動．已知a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R，b棒的質(zhì)量為m，重力加速度為g，導(dǎo)軌電阻不計．求(1)a棒在磁場中沿導(dǎo)軌向上運動的過程中，a棒中的電流強度Ia與定值電阻R中的電流強度IR之比；(2)a棒質(zhì)量ma；(3)a棒在磁場中沿導(dǎo)軌向上運動時所受的拉力F.當(dāng)前第18頁\共有36頁\編于星期六\16點練、如圖甲所示，P、Q為水平面內(nèi)平行放置的金屬長直導(dǎo)軌，間距為d，處在大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中，一根質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒ef垂直于P、Q放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒ef與P、Q導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ.質(zhì)量為M的正方形金屬框abcd，邊長為L，每邊電阻均為r，用細(xì)線懸掛在豎直平面內(nèi)，ab邊水平，線框的a、b兩點通過細(xì)導(dǎo)線與導(dǎo)軌相連，金屬框上半部分處在大小為B、方向垂直框面向里的勻強磁場中，下半部分處在大小也為B、方向垂直框面向外的勻強磁場中，不計其余電阻和細(xì)導(dǎo)線對a、b點的作用力．現(xiàn)用一電動機以恒定功率沿導(dǎo)軌方向水平牽引導(dǎo)體棒ef向左運動，從導(dǎo)體棒開始運動計時，懸掛線框的細(xì)線拉力FT隨時間的變化如圖乙所示，求：(1)t0時間以后通過ab邊的電流；(2)t0時間以后導(dǎo)體棒ef運動的速度；(3)電動機的牽引力功率P.當(dāng)前第19頁\共有36頁\編于星期六\16點當(dāng)前第20頁\共有36頁\編于星期六\16點練、(2011·浙江)如圖甲所示，在水平面上固定有長為L＝2m、寬為d＝1m的金屬“U”型導(dǎo)軌，在“U”型導(dǎo)軌右側(cè)l＝0.5m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示．在t＝0時刻，質(zhì)量為m＝0.1kg的導(dǎo)體棒以v0＝1m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運動，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.1，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為λ＝0.1Ω/m，不計導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響(取g＝10m/s2)．(1)通過計算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運動情況．(2)計算4s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向．(3)計算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱當(dāng)前第21頁\共有36頁\編于星期六\16點(1)臨界問題的常見情況導(dǎo)體棒在受力作用下做切割磁感線運動產(chǎn)生臨界問題時，一般是導(dǎo)體棒最終有恒定的速度．①導(dǎo)體棒初速度等于臨界速度時，導(dǎo)體棒勻速切割磁感線運動．②初速度大于臨界速度時，導(dǎo)體棒先減速后勻速運動．③初速度小于臨界速度時，導(dǎo)體棒先加速后勻速運動．題型五、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)與臨界問題當(dāng)前第22頁\共有36頁\編于星期六\16點練、豎直放置的平行金屬導(dǎo)軌上端連接一電阻R，質(zhì)量為m的金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，并能無摩擦下滑．在金屬棒的下方有一垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，磁場上邊界距金屬棒的高度為H，如圖所示．把金屬棒由靜止釋放，金屬棒在磁場里的運動情況如何？(金屬棒與導(dǎo)軌的電阻不計，兩平行導(dǎo)軌的間距為L)當(dāng)前第23頁\共有36頁\編于星期六\16點(2)解決臨界問題的基本思路這類問題覆蓋面廣，題型也多種多樣．解決這類問題的關(guān)鍵在于通過運動狀態(tài)的分析來尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等．當(dāng)前第24頁\共有36頁\編于星期六\16點例5、(15分)(2010·江蘇高考)如圖所示，兩個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．一質(zhì)量為m、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場上邊界h處由靜止釋放．導(dǎo)體棒進入磁場后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最終穩(wěn)定為I.整個運動過程中，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸良好，且始終保持水平，不計導(dǎo)軌的電阻．求：(1)磁感應(yīng)強度的大小B；(2)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Im.當(dāng)前第25頁\共有36頁\編于星期六\16點練、(2011·撫順聯(lián)考)如圖所示，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于豎直平面內(nèi)的∏形框，水平導(dǎo)體棒MN可沿兩側(cè)足夠長的光滑導(dǎo)軌下滑而不分離，除R外，裝置的其余部分電阻都可忽略不計，將MN無初速度釋放，要使電流穩(wěn)定后R的熱功率變?yōu)樵瓉淼膬杀叮谄渌麠l件不變的情況下，可以采用的辦法有(

)A當(dāng)前第26頁\共有36頁\編于星期六\16點練、(2011·四川)如圖所示，間距l(xiāng)＝0.3m的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個豎直面內(nèi)，在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角θ＝37°的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)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＝0.3Ω、質(zhì)量m1＝0.1kg、長為l的相同導(dǎo)體桿K、S、Q分別放置在導(dǎo)軌上，S桿的兩端固定在b1、b2點，K、Q桿可沿導(dǎo)軌無摩擦滑動且始終接觸良好．一端系于K桿中點的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過輕質(zhì)定滑輪自然下垂，繩上穿有質(zhì)量m2＝0.05kg的小環(huán)．已知小環(huán)以a＝6m/s2的加速度沿繩下滑，K桿保持靜止，Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運動．不計導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦，繩不可伸長．取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)小環(huán)所受摩擦力的大?。?2)Q桿所受拉力的瞬時功率．當(dāng)前第27頁\共有36頁\編于星期六\16點電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題常見類型(1)單金屬棒運動類：產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝Blv(注意公式成立的條件)，運動的金屬棒相當(dāng)于電源，金屬棒在一閉合電路中時其兩端的電壓為路端電壓，把握金屬棒的受力情況和運動情況是解題的關(guān)鍵；(2)雙金屬棒運動類：雙金屬棒在導(dǎo)軌上滑行時，要特別注意兩棒的運動方向，從而確定“電源”的電動勢方向，弄清“電源”的連接方式，據(jù)閉合電路歐姆定律計算電路中的電流，從而求出要求的其他問題，和單金屬棒在導(dǎo)軌上滑動一樣，要認(rèn)真進行受力情況和運動情況的動態(tài)分析，以及動能、能量的綜合分析．當(dāng)前第28頁\共有36頁\編于星期六\16點(對應(yīng)學(xué)生用書P175)易錯點1：在分析導(dǎo)體棒動態(tài)問題中盲目套用公式(2011·撫順聯(lián)考)如圖所示，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于豎直平面內(nèi)的∏形框，水平導(dǎo)體棒MN可沿兩側(cè)足夠長的光滑導(dǎo)軌下滑而不分離，除R外，裝置的其余部分電阻都可忽略不計，將MN無初速度釋放，要使電流穩(wěn)定后R的熱功率變?yōu)樵瓉淼膬杀?，在其他條件不變的情況下，可以采用的辦法有(

)當(dāng)前第29頁\共有36頁\編于星期六\16點(對應(yīng)學(xué)生用書P172)1．穿過閉合回路的磁通量Φ隨時間t變化的圖象分別如下圖中①～④所示，下列關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的論述，正確的是(

)A．圖①中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定不變B．圖②中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一直在變大C．圖③中，回路在0～t1時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大于在t1～t2時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢D．圖④中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢先變小后變大當(dāng)前第30頁\共有36頁\編于星期六