高考物理大一輪復習專題電磁感應定律的綜合應用課件.ppt

第3講,電磁感應定律的綜合應用,一、電磁感應中的電路問題和動力學、能量問題 1.電磁感應中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回 路將產(chǎn)生_，該導體或回路相當于_. 2.感應電動勢及感應電流的方向：產(chǎn)生感應電動勢那部分 電路為電源部分，電流為電源內部電流流向_電勢處，外 電路中的電流流向_電勢處.,感應電動勢,電源,高,低,3.電磁感應問題往往跟運動學、力學問題聯(lián)系在一起，分 析時要特別注意加速度 a0、速度 v 達到最大值的特點.這類問 題的分析思路如下： 4.電磁感應過程實質是不同形式的能量轉化的過程.安培力 做功的過程，是_能轉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化為其他形式的能.克服安培力做多,少功就有多少其他形式的能轉化為_.,電,電能,【基礎檢測】 在傾角為足夠長的光滑斜面上，存在著兩個磁感應強度大 小相等的勻強磁場，磁場方向一個垂直斜面向上，另一個垂直 斜面向下，寬度均為 L，如圖 9-3-1 所示.一個質量為 m、電阻 為 R、邊長也為 L 的正方形線框，在 t0 時刻以速度 v0 進入磁 場，恰好做勻速直線運動，若經(jīng)過時間 t0，線框 ab 邊到達 gg 與 ff中間位置時，線框又恰好做勻速運動，則下列說法正確,的是(,),圖 9-3-1,A.當 ab 邊剛越過 ff時，線框加速度的大小為 gsin ,D.離開磁場的過程中線框將做勻速直線運動,答案：BC,考點 1 電磁感應中的電路問題 重點歸納,1.電磁感應中電路知識的關系圖,2.分析電磁感應電路問題的基本思路,典例剖析,例 1：在同一水平面的光滑平行導軌 P、Q 相距 l1 m，導 軌左端接有如圖 9-3-2 所示的電路，其中水平放置的平行板電 容器兩極板 M、N 間距離 d10 mm，定值電阻 R1R212 ， R32 ，金屬棒 ab 電阻 r2 ，其他電阻不計.磁感應強度 B0.5 T 的勻強磁場豎直穿過導軌平面，當金屬棒 ab 沿導軌向 右勻速運動時，質量 m 11014 kg ，帶電荷量 q 1 1014 C 的微粒恰好懸浮于電容器兩極板之間靜止不動.取 g 10 m/s2，在整個運動過程中金屬棒與導軌接觸良好，且運動速 度保持恒定.試求：,圖 9-3-2,(1)勻強磁場的方向.,(2)ab 兩端的路端電壓.,(3)金屬棒 ab 運動的速度.,思維點撥：金屬棒 ab 相當于電源，電路中各元件怎樣連接,(串、并聯(lián))，決定了電壓的分配和微粒的運動狀態(tài).,所以 UMN,解：(1)負電荷受到重力和電場力作用而處于靜止狀態(tài)，因 重力方向豎直向下，則電場力方向豎直向上，故 M 板帶正電.ab 棒向右切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，ab 棒等效于電源，其 a 端 為電源的正極，由右手定則可判斷，磁場方向豎直向下. (2)負電荷受到重力和電場力而靜止，有,mgEq，E,UMN d,mgd q,0.1 V,R3 兩端電壓與電容器兩端電壓相等，則通過 R3 的電流,備考策略：解決電磁感應中的電路問題，必須按題意畫出 等效電路圖，將感應電動勢等效為電源電動勢，產(chǎn)生感應電動 勢的導體的電阻等效為內阻，求電動勢要用電磁感應定律，其 余問題為電路分析及閉合電路歐姆定律的應用.,【考點練透】,1.(2016 年新課標全國卷)如圖 9-3-3 所示，兩條相距 l 的 光滑平行金屬導軌位于同一水平面(紙面)內，其左端接一阻值 為 R 的電阻；一與導軌垂直的金屬棒置于兩導軌上；在電阻、 導軌和金屬棒中間有一面積為 S 的區(qū)域，區(qū)域中存在垂直于紙 面向里的均勻磁場，磁感應強度大小 B1 隨時間 t 的變化關系為 B1kt，式中 k 為常量；在金屬棒右側還有一勻強磁場區(qū)域，區(qū) 域左邊界 MN(虛線)與導軌垂直，磁場的磁感應強度大小為 B0， 方向也垂直于紙面向里.某時刻，金屬棒在一外加水平恒力的作 用下從靜止開始向右運動，在 t0 時刻恰好以速度 v0 越過 MN， 此后向右做勻速運動.金屬棒與導軌始終相互垂直并接觸良好， 它們的電阻均忽略不計.求：,(1)在 t0 到 tt0 時間間隔內，流過電阻的電荷量的絕對,值.,(2)在時刻 t(tt0)穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水,平恒力的大小.,圖 9-3-3,E,I,解：(1)在金屬棒未越過 MN 之前，穿過回路的磁通量的變 化量為,BSktS,由法拉第電磁感應定律有, t,由歐姆定律得,E R,由電流的定義得,I,|q| t,|q|,q t,聯(lián)立式得,kS R,由式得，在 t0 到 tt0 的時間間隔內即tt0，流過電 阻 R 的電荷量 q 的絕對值為,kt0S R,.,(2)當 tt0 時，金屬棒已越過 MN.由于金屬棒在 MN 右側做 勻速運動，有 FF安 式中，F(xiàn) 是外加水平恒力，F(xiàn)安是金屬棒受到的安培力 設此時回路中的電流為 I,F安B0lI,此時金屬棒與 MN 之間的距離為 sv0(tt0) 勻強磁場穿過回路的磁通量為,B0ls,回路的總磁通量為,t,其中B1SktS,由式得，在時刻 t(tt0)，穿過回路的總磁通量為,tB0lv0(tt0)kSt,在 t 到 tt 的時間間隔內，總磁通量的改變t 為,t(B0lv0kS)t,由法拉第電磁感應定律得，回路感應電動勢的大小為,考點 2 電磁感應中的力與能的分析 重點歸納,一、電磁感應中的動力學問題 1.兩種狀態(tài)及處理方法,2.力學對象和電學對象的相互關系,3.動態(tài)分析的基本思路,解決這類問題的關鍵是通過運動狀態(tài)的分析，尋找過程中 的臨界狀態(tài)，如速度、加速度最大或最小的條件.具體思路如下：,二、電磁感應中的能量問題 1.能量轉化及焦耳熱的求法 (1)能量轉化,(2)求解焦耳熱 Q 的三種方法,2.解題的一般步驟,(1)確定研究對象(導體棒或回路)；,(2)弄清電磁感應過程中，哪些力做功，哪些形式的能量相,互轉化；,(3)根據(jù)功能關系或能量守恒定律列式求解.,典例剖析,例 2：如圖 9-3-4 所示，在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬 導軌，導軌間距為 L，長為 3d，導軌平面與水平面的夾角為， 在導軌的中部刷有一段長為 d 的薄絕緣涂層.勻強磁場的磁感應 強度大小為 B，方向與導軌平面垂直.質量為 m 的導體棒從導軌 的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運動，并一直 勻速滑到導軌底端.導體棒始終與導軌垂直，且僅與涂層間有摩 擦，接在兩導軌間的電阻為 R，其他部分的電阻均不計，重力 加速度為 g.求：,圖 9-3-4,(1)導體棒與涂層間的動摩擦因數(shù). (2)導體棒勻速運動的速度大小 v.,(3)整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱 Q.,思維點撥：(1)在絕緣涂層處，導體棒受哪些力作用？試畫 出其受力示意圖. 提示：導體棒受重力、支持力、摩擦力(如圖 9-3-5 所示),圖 9-3-5,圖 9-3-6,(2)在絕緣涂層以外的其他位置，試畫出導體棒的受力示意 圖. 提示：導體棒受重力、支持力、安培力(如圖 9-3-6 所示),B2L2,解：(1)在絕緣涂層上導體棒受力平衡有 mgsin mgcos 解得tan . (2)在光滑導軌上 感應電動勢 EBLv 安培力 F安BIL 導體棒受力平衡有 F安mgsin ,解得 v,mgRsin .,備考策略：求解電能應分清兩類情況 (1)若回路中電流恒定，可以利用電路結構及 WUIt 或 Q I2Rt 直接進行計算. (2)若電流變化，則利用安培力做功求解：電磁感應中產(chǎn) 生的電能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若 只有電能與機械能的轉化，則減少的機械能等于產(chǎn)生的電能.,【考點練透】,2.(2015 年江蘇徐州一模)如圖 9-3-7 所示，相距為 L 的兩條 足夠長的光滑平行金屬導軌，MN、PQ 與水平面的夾角為，N、 Q 兩點間接有阻值為 R 的電阻.整個裝置處于磁感應強度為 B 的 勻強磁場中，磁場方向垂直導軌平面向下.將質量為 m、阻值也 為 R 的金屬桿 ab 垂直放在導軌上，桿 ab 由靜止釋放，下滑距 離 x 時達到最大速度.重力加速度為 g，導軌電阻不計，桿與導 軌接觸良好.求：,(1)桿 ab 下滑的最大加速度.,(2)桿 ab 下滑的最大速度.,(3)上述過程中，桿上產(chǎn)生的熱量.,圖 9-3-7,解：(1)設 ab 桿下滑到某位置時速度為 v，則此時桿產(chǎn)生的,感應電動勢 EBLv,ma,，方向沿導軌平面向下.,E RR 桿所受的安培力 FBIL,根據(jù)牛頓第二定律有 mgsin ,B2L2v 2R,當速度 v0 時，桿的加速度最大，最大加速度 agsin ，方向沿導軌平面向下. (2)由(1)問知，當桿的加速度 a0 時，速度最大，則,最大速度 vm,2mgRsin (BL)2,回路中的感應電流 I,(3)ab 桿從靜止開始到最大速度過程中，根據(jù)能量守恒定律,有,模型 滑桿模型,這類問題的實質是不同形式的能量的轉化過程，從功和能 的觀點入手，弄清導體切割磁感線運動過程中的能量轉化關系， 處理這類問題有三種觀點，即：力學觀點；圖象觀點； 能量觀點.單桿模型中常見的四種情況如下表所示：,(續(xù)表),(續(xù)表),例 3：相距為 L2 m 的足夠長的金屬直角導軌如圖 9-3-8 甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內，另一邊垂直于水 平面.質量均為 m0.1 kg 的金屬細桿 ab、cd 與導軌垂直接觸形 成閉合回路，細桿與導軌之間的動摩擦因數(shù)均為0.5，導軌 電阻不計，細桿 ab、cd 電阻分別為 R10.6 ，R20.4 .整個 裝置處于磁感應強度大小為 B0.50 T、方向豎直向上的勻強磁 場中.當 ab 在平行于水平導軌的拉力 F 作用下從靜止開始沿導 軌勻加速運動時，cd 桿也同時從靜止開始沿導軌向下運動.測得 拉力 F 與時間 t 的關系如圖乙所示.(取 g10 m/s2),甲,乙,圖 9-3-8 (1)求 ab 桿的加速度 a. (2)當 cd 桿達到最大速度 v 時，求 ab 桿的速度大小.,解：(1)當 t0 時，F(xiàn)1.5 N 對 ab 桿有 Fmgma 代入數(shù)據(jù)得 a10 m/s2. (2)從 d 向 c 看，對 cd 桿受力分析如圖 9-3-9 所示，當 cd 桿速度最大時，有 fmgFN，F(xiàn)NF安,F安BIL，I,BLv R1R2,綜合以上各式解得 v2 m/s.,圖 9-3-9,備考策略：用“四步法”分析電磁感應中的動力學問題 解決電磁感應中的動力學問題的一般思路是 “先電后,力”，具體思路如下：,【觸類旁通】,(2016 年河北邯鄲一中一輪)如圖 9-3-10 所示，兩根電阻不 計的光滑金屬導軌 MAC、NBD 水平放置，MA、NB 間距 L 0.4 m，AC、BD 的延長線相交于 E 點且 AEBE，E 點到 AB 的 距離 d6 m，M、N 兩端與阻值 R2 的電阻相連，虛線右側 存在方向與導軌平面垂直向下的勻強磁場，磁感應強度 B1 T. 一根長度也為 L0.4 m、質量 m0.6 kg、電阻不