高中物理第四章整合課件粵教版選修

專(zhuān)題一 感應(yīng)電荷量的計(jì)算電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流一般不是穩(wěn)恒電流，所以感應(yīng)電荷量不能直接應(yīng)用電流的定義式來(lái)計(jì)算，而是根據(jù)這一過(guò)程的平均電流來(lái)計(jì)算．基本思路是：用E＝NΔΦΔt

求的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)求閉合回路的平均電流．而電路中通過(guò)的電荷量等ΔΦ于平均電流與時(shí)間的乘積，即

q＝IΔt＝NΔΦΔt＝N

，注意這ΔtR

R個(gè)式子在不同情況下的應(yīng)用．【例1】如圖4－1

所示，平行導(dǎo)軌置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B

的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(方向向里)，間距為L(zhǎng)，左端電阻為R，其余電阻不計(jì)，導(dǎo)軌右端接一電容為C

的電容器．現(xiàn)有一長(zhǎng)2L

的金屬棒

ab放在導(dǎo)軌上，ab

以a

為軸以角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，通過(guò)R

的電量為多少？圖4－1解：(1)由ab棒以a為軸旋轉(zhuǎn)到b端脫離導(dǎo)軌的過(guò)程中，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直增大，對(duì)C

不斷充電，同時(shí)又與R

構(gòu)成閉合回路．a(chǎn)b產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值E＝Δφ

BΔS①Δt

＝

ΔtΔS

表示ab掃過(guò)的三角形的面積，即ΔS＝1L·

3L＝2

23L2②1通過(guò)

R

的電量

Q

＝IΔt＝E

t③RΔ由以上三式解得Q1＝3BL22R④在這一過(guò)程中電容器充電的總電量

Q＝CUm

⑤Um

為ab

棒在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值．即122Um＝B×2L×

ω×2L＝2BL

ω⑥聯(lián)立⑤⑥得：Q2＝2BL2ωC.(2)當(dāng)ab棒脫離導(dǎo)軌后對(duì)R

放電，通過(guò)R

的電量為Q2，所以整個(gè)過(guò)程中通過(guò)R的總電量為Q＝Q1＋Q2＝BL22R

3

＋2ωC

.專(zhuān)題二1．基本方法電磁感應(yīng)的電路問(wèn)題確定電源：先判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的那一部分導(dǎo)體，該部分導(dǎo)體可視為等效電源．分析電路結(jié)構(gòu)，畫(huà)等效電路圖．利用電路規(guī)律求解，主要有歐姆定律，串并聯(lián)規(guī)律等．2．常見(jiàn)的一些分析誤區(qū)不能正確分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流的方向．應(yīng)用歐姆定律分析求解電路時(shí)，不注意等效電源的內(nèi)阻對(duì)電路的影響．對(duì)連接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進(jìn)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(dòng)勢(shì)．【例2】航天飛機(jī)在地球赤道上空離地面約3000

km

處由東向西飛行，相對(duì)地面速度大約6.5×103

m/s，從航天飛機(jī)上向地心方向發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶一根長(zhǎng)20

km，電阻為800

Ω的金屬懸繩，使這根懸繩與地磁場(chǎng)垂直，做切割磁感線運(yùn)動(dòng)．假定這一范圍內(nèi)的地磁場(chǎng)是均勻的．磁感應(yīng)強(qiáng)度為4×10－5

T，且認(rèn)為懸繩上各點(diǎn)的切割速度和航天飛機(jī)的速度相同．根據(jù)理論設(shè)計(jì)，通過(guò)電離層(由等離子體組成)的作用，懸繩可以產(chǎn)生約3

A

的感應(yīng)電流，試求：(1)金屬懸繩中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；

(2)懸繩兩端的電壓；(3)航天飛機(jī)繞地球運(yùn)行一圈懸繩輸出的電能(已知地球半徑為

6400

km)．解：將飛機(jī)下金屬懸繩切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)看作電源模型，當(dāng)它通過(guò)電離層放電可看作直流電路模型．如圖4－2所示.圖4－2(1)金屬繩產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)：E＝Blv＝4×10－5×20×103×6.5×103

V＝5.2×103

V.專(zhuān)題三 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題1．基本方法(1)看清橫、縱坐標(biāo)表示的物理量．

(2)理解圖象的物理意義．(3)畫(huà)出對(duì)應(yīng)的物理圖象(常采用分段法，數(shù)學(xué)法處理)．2．分析要點(diǎn)定性或定量地表示出所研究問(wèn)題的函數(shù)關(guān)系．注意橫、縱坐標(biāo)表達(dá)的物理量，以及各物理量的單位．注意在圖象中E、I、B

等物理量的方向是通過(guò)正負(fù)值來(lái)反映，故確定大小變化的同時(shí)，還應(yīng)確定方向的變化情況．【例3】如圖4－3

甲所示區(qū)域(圖中直角坐標(biāo)系xOy

的一、三象限)內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于圖面向里，大小為B，半徑為l，圓心角為60°的扇形導(dǎo)線框OPQ

以角速度ω繞O點(diǎn)在圖面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線框回路電阻為R.圖4－3(1)求線框中感應(yīng)電流的最大值I0

和感應(yīng)電流的頻率f.(2)在圖乙中畫(huà)出線框轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流I

隨時(shí)間t變化的圖象．(規(guī)定在圖甲中線框的位置相應(yīng)的時(shí)刻為t

＝0)解：在從圖中位置開(kāi)始(t＝0)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)60°的過(guò)程中，只有1122OQ

邊切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E

＝

Bl

ω，由右手定則可判定電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?設(shè)為正方向)．根據(jù)歐姆定律得1I

＝

＝R

2R0<t≤E1

Bl2ω

π3ω導(dǎo)線框再轉(zhuǎn)過(guò)30°的過(guò)程中，由于Δφ＝0，則I2＝0

π

π

3ω

2ω<t≤

，I3＝Bl2ω

π

5π

2R

2ω

6ω

<t≤

順時(shí)針?lè)较颍?I

＝05π6ω<t≤π

ω5，I

＝2RBl2ωπω<t≤4π

3ω逆時(shí)針?lè)较?I

＝04π3ω<t≤3π

2ω7，I

＝2RBl2ω3π2ω<t≤11π

6ω順時(shí)針?lè)较?I

＝011π6ω<t≤2π

ω圖4－4Bl2ω綜合以上分析可知，感應(yīng)電流的最大值

I0＝

2R

，π頻率

f＝ω

.其

I－t

圖象如圖

4－4所示．專(zhuān)題四 電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題1．基本方法用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向；求出回路的電流強(qiáng)度；分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力，用左手定則確定其方向)；列平衡方程或動(dòng)力學(xué)方程求解．2．解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中力學(xué)問(wèn)題的技巧對(duì)立體空間進(jìn)行受力分析時(shí)，應(yīng)把立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，使物體(導(dǎo)體)所受的各力盡可能在同一平面圖內(nèi)，以便正確對(duì)力進(jìn)行分解與合成，利用物體的平衡條件和牛頓運(yùn)動(dòng)定律列式求解．對(duì)于非勻變速運(yùn)動(dòng)最值問(wèn)題的分析，注意應(yīng)用加速度為零，速度達(dá)到最值的特點(diǎn)．初始條件v1≠0

v2＝0

，不受其他水平外力作用．光滑平行導(dǎo)軌v1＝v2＝0，桿2受到恒定水平外力作用光滑平行導(dǎo)軌示意圖分析桿1

做變減速運(yùn)動(dòng)，桿2

做變加速運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)，兩桿的加速度為0，以相同速度做勻速運(yùn)動(dòng)開(kāi)始兩桿做變加速運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)，兩桿以相同的加速度做勻變速運(yùn)動(dòng)3．滑軌問(wèn)題【例4】(雙選)兩根相距為L(zhǎng)

的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如圖

4－5

所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面．質(zhì)量均為m

的金屬細(xì)桿ab、cd

與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，回路總電阻為2R.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)

ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F

作用下以速度v1

沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd

桿也正好以速率

v2

向下勻速運(yùn)動(dòng)．重力加速度為g.以下說(shuō)法正確的是

(

)圖4－5A．a(chǎn)b

桿所受拉力F

的大小為μmg＋B2L2v12RB．cd

桿所受摩擦力為零C．回路中的電流為BL(v1＋v2)2R1D．μ

與

v

大小的關(guān)系為

μ＝

2RmgB2L2v12Rab

桿、cd

桿的受力分析如圖4－6

所示．圖4－6解析：由于cd不切割磁感線，故電路中的電動(dòng)勢(shì)為BLv1，BLv1電流為

.ab

桿勻速運(yùn)動(dòng)，合力為零，有：F＝μmg＋B2L2v12R.cd

桿水平方向彈力與安培力平衡：Ncd＝B2L2v12R，豎直方向勻速運(yùn)動(dòng)，合力也為零：mg＝μB2L2v12R，于是得：μ＝

2Rmg

.B2L2v1答案：AD專(zhuān)題五 電磁感應(yīng)的能量問(wèn)題1．基本方法用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向．畫(huà)出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率表達(dá)式．

(3)分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿(mǎn)足的方程，即能量守恒方程．2．利用功能關(guān)系建立議程重力做的正功等于重力勢(shì)能的減少，克服重力做的功等于重力勢(shì)能的增加．安培力做功的絕對(duì)值，等于電能轉(zhuǎn)化的量值．安培力做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；在動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的

情況下，克服安培力做了多少功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能．合外力的功等于物體動(dòng)能的變化，即動(dòng)能定理．其他力(除重力與彈力)的功等于物體機(jī)械能的變化，即功能原理．【例5】(雙選)在如圖4－7所示的傾角為θ的光滑斜面上，存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B

的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，區(qū)域Ⅰ的磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，磁場(chǎng)的寬度均為L(zhǎng)，一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為R、邊長(zhǎng)也為L(zhǎng)

的正方形導(dǎo)線框，由靜止開(kāi)始沿斜面下滑，當(dāng)ab邊剛越過(guò)GH進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ區(qū)時(shí)，恰好以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)ab

邊下滑到JP

與MN

的中間位置時(shí)，線框又恰好以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng)，從ab進(jìn)入GH

到MN

與JP

的中間位置的過(guò)程中，線框的動(dòng)能變化量為ΔEk，重力對(duì)線框做功大小為W1，安培力對(duì)線框做功大小為W2，下列說(shuō)法中正確的有(

)圖4－7在下滑過(guò)程中，由于重力做正功，所以有v2＞v1從ab

進(jìn)入GH

到MN

與JP

的中間位置的過(guò)程中，機(jī)械能守恒C．從ab

進(jìn)入GH

到MN

與JP

的中間位置的過(guò)程，有(W1－ΔEk)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D．從ab

進(jìn)入GH

到MN與JP

的中間位置的過(guò)程中，線框動(dòng)能的變化量大小為ΔEk＝

W1－W2解析：當(dāng)線框的ab

邊進(jìn)入GH

后勻速運(yùn)動(dòng)到進(jìn)入JP

為止，ab

進(jìn)入JP

后回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，感應(yīng)電流增大，因此所受安培力增大，安培力阻礙線框下滑，因此ab

進(jìn)入JP

后開(kāi)始做減速運(yùn)動(dòng)，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流均減小，安培力又減小，當(dāng)安培力減小到與重力沿斜面向下的分力mgsin

θ相等時(shí)，以速度v2

做勻速運(yùn)動(dòng)，因此v2<v1，A

錯(cuò)；由于有安培力做功，機(jī)械能不守恒，B

錯(cuò)；線框克服安培力做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，克服安培力做了多少功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，由動(dòng)能定理得W1－W2＝ΔEk，W2＝W1－ΔEk，故C、D正確.答案：CD1．(2011

年廣東卷)將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，下列表述正確的是(

C

)

A．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)

B．穿過(guò)線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大

C．穿過(guò)線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D．感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向始終相同解析：由法拉第電磁感應(yīng)定律

E＝nΔΦ

C

正確．Δt

可知，2．(雙選，2011

年山東卷)如圖4－8

所示，兩固定的豎直光滑金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)．兩質(zhì)量、長(zhǎng)度均相同的導(dǎo)體棒c、d，置于邊界水平的勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方同一高度h處．磁場(chǎng)寬為3h，方向與導(dǎo)軌平面垂直．先由靜止釋放c，c

剛進(jìn)入磁場(chǎng)即勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)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(dòng)能，xc、xd

分別)表示c、d

相對(duì)釋放點(diǎn)的位移．則以下四個(gè)圖象中正確的是(圖4－8＝gt·t＝2h，d

進(jìn)入磁場(chǎng)后，c、d

又只在重力作用下運(yùn)動(dòng)，加速度為g，一起運(yùn)動(dòng)了h，c

出磁場(chǎng)，這時(shí)c

的加速度仍為g，因此A

錯(cuò)誤，B

正確；c出磁場(chǎng)后，d這時(shí)受到重力和向上的安培力，并且合力向上，開(kāi)始做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)了2h

后，d

出磁場(chǎng)，又做加速運(yùn)動(dòng)，所以C

錯(cuò)誤，D

正確．答案：BD解析：開(kāi)始時(shí)c的加速度為g，c剛進(jìn)入磁場(chǎng)即勻速運(yùn)動(dòng)，2加速度為0，在d

下落h

的過(guò)程中，h＝1gt2，c

勻速下降了xc3．(2010年廣東卷)如圖

4－9

所示，平行導(dǎo)軌間有一矩形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，細(xì)金屬棒

PQ

沿導(dǎo)軌從

MN

處勻速運(yùn)動(dòng)到M′N(xiāo)′的過(guò)程中，棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

E

隨時(shí)間

t

變化的圖示，可能正確的是( )圖4－9解析：導(dǎo)線做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，E＝BLv，是常數(shù)．開(kāi)始沒(méi)有切割，就沒(méi)有電動(dòng)勢(shì)，最后一段也沒(méi)有切割．答案：A4．(2010

年海南卷)一金屬圓環(huán)水平固定放置．現(xiàn)將一豎直的條形磁鐵，在圓環(huán)上方沿圓環(huán)軸線從靜止開(kāi)始釋放，在條形磁鐵穿過(guò)圓環(huán)的過(guò)程中，條形磁鐵與圓環(huán)(

D

)A．始終互相吸引B．始終互相排斥

C．先相互吸引，后相互排斥

D．先相互排斥，后相互吸引解析：由楞次定律可知，當(dāng)條形磁鐵靠近圓環(huán)時(shí)，感應(yīng)電流阻礙其靠近，是排斥力；當(dāng)磁鐵穿過(guò)圓環(huán)遠(yuǎn)離時(shí)，感應(yīng)電流阻礙其遠(yuǎn)離，是引力．5．(2010

年江蘇卷)一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁場(chǎng)方向垂直，先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強(qiáng)度在

1

s時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來(lái)的兩倍，接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，在

1s

時(shí)間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半，先后兩個(gè)過(guò)程中，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為(

B

)A.12B．1

C．2

D．46．(雙選，2010

全國(guó)卷I)某地的地磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量方向向下，大小為4.5×10-5T.一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂叮訉?00m，該河段漲潮和落潮時(shí)有海水(視為導(dǎo)體)流過(guò)．設(shè)落潮時(shí)，海水自西向東流，流速為2

m/s.下列說(shuō)法正確的是(BD

)電壓表記錄的電壓為5mV電壓表記錄的電壓為