江蘇省桃州中學(xué)2013高考物理一輪復(fù)習(xí) 4.4 法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修3-2

1、選修3-22013屆桃州中學(xué)高三物理導(dǎo)學(xué)案第四章 電磁感應(yīng)【課 題】§4.4 法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1. 進(jìn)一步理解和掌握法拉第電磁感應(yīng)定律；2. 會(huì)應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律解決有關(guān)能量、電路、圖像和運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題【知識(shí)要點(diǎn)】1電磁感應(yīng)與力學(xué)問(wèn)題的綜合，其聯(lián)系的橋梁是磁場(chǎng)對(duì)感應(yīng)電流的 2在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于 ，其余部分相當(dāng)于 3、電磁感應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化（1）電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是其他形式的能和電能之間的轉(zhuǎn)化（2）感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力，外力克服安培力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為其他

2、形式的能（3）電流做功產(chǎn)生的熱量與安培力做功相等，QW安【典型例題】 一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1.求解電磁感應(yīng)中電路問(wèn)題的關(guān)鍵求解電磁感應(yīng)中電路問(wèn)題的關(guān)鍵是分析清楚內(nèi)電路和外電路“切割”磁感線的導(dǎo)體和磁通量變化的線圈都相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于內(nèi)電阻，而其余部分的電路則是外電路2幾個(gè)概念(1)電源電動(dòng)勢(shì)：EBLv或En.(2)電源內(nèi)電路的電壓降：UrIr，r是發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的導(dǎo)體上的電阻(解題中常常涉及r的穩(wěn)定性)(3)電源的路端電壓U：UIREUrEIr(R是外電路的電阻)【例題1】?jī)筛饣拈L(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌MN、MN平行置于同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)，M、M處接有如圖1

3、所示的電路，電路中各電阻的阻值均為R，電容器的電容為C.長(zhǎng)度也為l、阻值同為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中ab在外力作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)且與導(dǎo)軌保持良好接觸，在ab運(yùn)動(dòng)距離為s的過(guò)程中，整個(gè)回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求：(1)ab運(yùn)動(dòng)速度v的大小；(2)電容器所帶的電荷量q. BvL2L1abcd【變式訓(xùn)練1】（2012海淀區(qū)期末）如圖所示，在光滑水平面上有一長(zhǎng)為L(zhǎng)1、寬為L(zhǎng)2的單匝矩形閉合導(dǎo)體線框abcd，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其ab邊與磁場(chǎng)的邊界重合。線框由同種粗細(xì)均勻的導(dǎo)線制成，它的總電阻為R。現(xiàn)將用垂直于線框ab邊的水平拉力，將

4、線框以速度v向右沿水平方向勻速拉出磁場(chǎng)，此過(guò)程中保持線框平面與磁感線垂直，且ab邊與磁場(chǎng)邊界平行。求線框被拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中：（1）通過(guò)線框的電流；（2）線框中產(chǎn)生的焦耳熱；（3）線框中a、b兩點(diǎn)間的電壓大小。 二、電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題1題型特點(diǎn)：一般可把圖象問(wèn)題分為三類(lèi)(1)由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖象；(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程，求解相應(yīng)的物理量；(3)根據(jù)圖象定量計(jì)算2電磁感應(yīng)的圖象：主要包括B-t圖象、-t圖象、E-t圖象和I-t圖象，還可能涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨線圈位移x變化的圖象，即E-x圖象和I-x圖象【例題2】(2012·江西十校二模)矩

5、形導(dǎo)線框abcd放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線方向與線圈平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的圖象如圖936所示，t0時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里若規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，則在04 s時(shí)間內(nèi)，線框中的感應(yīng)電流I以及線框的ab邊所受安培力F隨時(shí)間變化的圖象為下圖中的(安培力取向上為正方向)()【變式訓(xùn)練2】如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、總電阻為R的正方形線框abcd放置在光滑水平桌面上，其bc邊緊靠磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為2L、方向豎直向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊緣現(xiàn)使線框以初速度v0勻加速通過(guò)磁場(chǎng)，下列圖線中能定性反映線框從進(jìn)入到完全離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，線框中的感應(yīng)電流的變化的是()三、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題

6、1題型特點(diǎn)：電磁感應(yīng)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，而能量的轉(zhuǎn)化是通過(guò)安培力做功的形式實(shí)現(xiàn)的，安培力做功的過(guò)程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程，外力克服安培力做功，則是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程2能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法(1)能量轉(zhuǎn)化(2)求解焦耳熱Q的幾種方法【例題3】(2011·天津理綜)如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l0.5 m，其電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30°角完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒的質(zhì)量均為0.02 kg，電阻均為R0.1，整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)

7、磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.2T，棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng)，而棒cd恰好能保持靜止取g10 m/s2，問(wèn)： (1)通過(guò)cd棒的電流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每產(chǎn)生Q0.1 J的熱量，力F做的功W是多少？【變式訓(xùn)練3】如圖所示，在傾角為37°的斜面內(nèi)，放置MN和PQ兩根不等間距的光滑金屬導(dǎo)軌，該裝置放置在垂直斜面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中導(dǎo)軌M、P端間接入阻值R130 的電阻和理想電流表，N、Q端間接阻值為R26 的電阻質(zhì)量為m0.6 kg、長(zhǎng)為L(zhǎng)1.5 m的金屬棒放在導(dǎo)軌上以v05 m/s的初速度從ab處向右上滑到ab處的時(shí)間為t0

8、.5 s，滑過(guò)的距離l0.5 mab處導(dǎo)軌間距Lab0.8 m，ab處導(dǎo)軌間距Lab1 m若金屬棒滑動(dòng)時(shí)電流表的讀數(shù)始終保持不變，不計(jì)金屬棒和導(dǎo)軌的電阻sin 37°0.6，cos 37°0.8，g取10 m/s2，求：(1)此過(guò)程中電阻R1上產(chǎn)生的熱量；(2)此過(guò)程中電流表上的讀數(shù)；(3)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度四、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題電磁感應(yīng)力學(xué)問(wèn)題中，要抓好受力情況、運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析：導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電流通電導(dǎo)體受安培力合外力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(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)【例題4】一個(gè)質(zhì)量m0.1 kg的正方形金屬框總電

9、阻R0.5 ，金屬框放在表面絕緣的斜面AABB的頂端(金屬框上邊與AA重合)，自靜止開(kāi)始沿斜面下滑，下滑過(guò)程中穿過(guò)一段邊界與斜面底邊BB平行、寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后滑至斜面底端(金屬框下邊與BB重合)，設(shè)金屬框在下滑過(guò)程中的速度為v，與此對(duì)應(yīng)的位移為x，那么v2-x圖象如圖所示，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，金屬框與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5，取g10 m/s2，sin 53°0.8；cos 53°0.6.(1)根據(jù)v2-x圖象所提供的信息，計(jì)算出金屬框從斜面頂端滑至底端所需的時(shí)間T；(2)求出斜面AABB的傾斜角；(3)求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小； 例題答案：1. 解析(

10、1)設(shè)ab上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，回路中的電流為I，ab運(yùn)動(dòng)距離s所用時(shí)間為t，三個(gè)電阻R與電源串聯(lián)，總電阻為4R，則EBlv由閉合電路歐姆定律有It由焦耳定律有QI2(4R)t由上述方程得v(2)設(shè)電容器兩極板間的電勢(shì)差為U，則有UIR電容器所帶電荷量qCU變式1： 解析：（1）線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BL2v 通過(guò)線框的電流I=E/R= （2）線框被拉出磁場(chǎng)所需時(shí)間t=L1/v 此過(guò)程中線框中產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2Rt= （3）線框ab邊的電阻Rab= 線框中a、b兩點(diǎn)間電壓的大小U=IRab= 例2：答案 C解析由Enn，推知電流恒定，A錯(cuò)；因?yàn)橐?guī)定了導(dǎo)線框中感應(yīng)電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，感?yīng)電

11、流在02 s內(nèi)為順時(shí)針?lè)较?，所以B錯(cuò)；由FBIL得：F與B成正比，C正確、D錯(cuò)變式2：答案A解析線框以初速度v0勻加速通過(guò)磁場(chǎng)，由EBLv，i知線框進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的電流應(yīng)該是均勻變化的，由楞次定律可判斷出感應(yīng)電流的方向，對(duì)照選項(xiàng)中各圖可知應(yīng)選A.例3. 【答案】(1)1 A，方向由d到c(2)0.2 N(3)0.4 J解析(1)棒cd受到的安培力FcdIlB 棒cd在共點(diǎn)力作用下平衡，則Fcdmgsin 30° 由式代入數(shù)據(jù)解得I1 A，方向由右手定則可知由d到c.(2)棒ab與棒cd受到的安培力大小相等 FabFcd對(duì)棒ab由共點(diǎn)力平衡有Fmgsin 30°IlB代入數(shù)據(jù)

12、解得F0.2 N (3)設(shè)在時(shí)間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q0.1 J熱量，由焦耳定律可知QI2Rt設(shè)ab棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為v，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) EBlv由閉合電路歐姆定律知I由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知，在時(shí)間t內(nèi)，棒ab沿導(dǎo)軌的位移xvt力F做的功WFx綜合上述各式，代入數(shù)據(jù)解得 W0.4 J.變式3. 答案(1)0.15 J(2)0.1 A(3)0.75 T解析(1)因電流表的讀數(shù)始終保持不變，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變，故BLab·v0BLab·vab，代入數(shù)據(jù)可得vab4 m/s根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得：Q總m(vv)mglsin 37°QR1QR2由Qt得：代入數(shù)據(jù)可求得：QR10.15 J(2)由焦耳定律QR1IR1t可知：電流表讀數(shù)I10.1 A(3)不計(jì)金屬棒和導(dǎo)軌上的電阻，則R1兩端的電壓始終等于金屬棒與兩軌接觸間的電動(dòng)勢(shì)，由EI1R1，EBLabvab可得：B0.75 T例題4. 答案(1)s(2)53°(3) T解析(1)由v2x圖象可知：x10.9 mv13 m/s做勻加速運(yùn)動(dòng)x21.0 mv13 m/s做勻速運(yùn)動(dòng)x31.6 m，末速度v25 m/s，