《名師同步導學》2014高考物理一輪復習課件 人教版選修3-2 專題2 法拉第電磁感應定律的綜合應用

1、首 頁上一頁下一頁末 頁同步導同步導學方案學方案課后強課后強化演練化演練首 頁上一頁下一頁末 頁專題二法拉第電磁感應定律的綜合應用專題二法拉第電磁感應定律的綜合應用首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁教 材 要 點 解 讀對應學生用書對應學生用書P19圖象圖象類型類型(1)磁感應強度磁感應強度B、磁通量、磁通量、感應電動勢、感應電動勢E和感應電流和感應電流I隨時間隨時間t變化的圖象，即變化的圖象，即Bt圖象、圖象、t圖象、圖象、Et圖象和圖象和It圖象圖象(2)對于切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢和感應電流的情對于切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢和感應電流的情況，還常涉及感應電動勢況，還常涉及感應

2、電動勢E和感應電流和感應電流I隨線圈位移隨線圈位移x變變化的圖象，即化的圖象，即Ex圖象和圖象和Ix圖象圖象問題問題類型類型(1)由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象(2)由給定的有關圖象分析電磁感應過程，求解相應的由給定的有關圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量物理量應用應用知識知識左手定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應定左手定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓定律、相關數(shù)學知識等律、歐姆定律、牛頓定律、相關數(shù)學知識等首 頁上一頁下一頁末 頁不管是何種類型的圖象，電磁感應中的圖象問題常不管是何種類型的圖象，電磁感應中

3、的圖象問題常需利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應定律等規(guī)需利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應定律等規(guī)律進行分析解決律進行分析解決.首 頁上一頁下一頁末 頁1電磁感應現(xiàn)象中的能量守恒：電磁感應現(xiàn)象中的能量守恒：能量守恒定律是自能量守恒定律是自然界中的一條基本規(guī)律，電磁感應現(xiàn)象當然也不例外電然界中的一條基本規(guī)律，電磁感應現(xiàn)象當然也不例外電磁感應現(xiàn)象中，從磁通量變化的角度來看，感應電流總要磁感應現(xiàn)象中，從磁通量變化的角度來看，感應電流總要阻礙原磁通量的變化；從導體和磁體相對運動的角度來阻礙原磁通量的變化；從導體和磁體相對運動的角度來看，感應電流總要阻礙它們的相對運動電磁感應現(xiàn)象中看，感應電流

4、總要阻礙它們的相對運動電磁感應現(xiàn)象中的的“阻礙阻礙”正是能量守恒的具體體現(xiàn)，在這種正是能量守恒的具體體現(xiàn)，在這種“阻礙阻礙”的的過程中，其他形式的能轉化為電能過程中，其他形式的能轉化為電能首 頁上一頁下一頁末 頁2電磁感應現(xiàn)象中的能量轉化：電磁感應現(xiàn)象中的能量轉化：(1)與感生電動勢有與感生電動勢有關的電磁感應現(xiàn)象中，磁場能轉化為電能，若電路是純電關的電磁感應現(xiàn)象中，磁場能轉化為電能，若電路是純電阻電路，轉化過來的電能將全部轉化為電路的內(nèi)能；阻電路，轉化過來的電能將全部轉化為電路的內(nèi)能；(2)與動生電動勢有關的電磁感應現(xiàn)象中，通過克服安培力做與動生電動勢有關的電磁感應現(xiàn)象中，通過克服安培力做功

5、，把機械能或其他形式的能轉化為電能克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉化為電能克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能若電路是純電阻電路，轉化過多少功，就產(chǎn)生多少電能若電路是純電阻電路，轉化過來的電能將全部轉化為電路的內(nèi)能來的電能將全部轉化為電路的內(nèi)能首 頁上一頁下一頁末 頁電能的三種求解思路電能的三種求解思路(1)利用克服安培力做功求解：電磁感應中產(chǎn)生的電利用克服安培力做功求解：電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功能等于克服安培力所做的功(2)利用能量守恒求解：相應的其他能量的減少量等利用能量守恒求解：相應的其他能量的減少量等于產(chǎn)生的電能于產(chǎn)生的電能(3)利用電路特征求解：通過電路中所消

6、耗的電能來利用電路特征求解：通過電路中所消耗的電能來計算計算首 頁上一頁下一頁末 頁由于通過導體的感應電流在磁場中將受到安培力作由于通過導體的感應電流在磁場中將受到安培力作用，因此電磁感應問題往往和力學問題綜合在一起考查用，因此電磁感應問題往往和力學問題綜合在一起考查1理解電磁感應問題中的兩個研究對象及其之間的理解電磁感應問題中的兩個研究對象及其之間的相互制約關系相互制約關系首 頁上一頁下一頁末 頁2領會力和運動的動態(tài)關系領會力和運動的動態(tài)關系首 頁上一頁下一頁末 頁3解決電磁感應現(xiàn)象中的力學問題的思路解決電磁感應現(xiàn)象中的力學問題的思路(1)對電學對象要畫好必要的等效電路圖對電學對象要畫好必要

7、的等效電路圖(2)對力學對象要畫好必要的受力分析圖和過程示意對力學對象要畫好必要的受力分析圖和過程示意圖圖(3)電磁感應中切割磁感線的導體要運動，產(chǎn)生的感電磁感應中切割磁感線的導體要運動，產(chǎn)生的感應電流又要受到安培力的作用在安培力作用下，導體的應電流又要受到安培力的作用在安培力作用下，導體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，這就可能需要應用牛頓運動定律運動狀態(tài)發(fā)生變化，這就可能需要應用牛頓運動定律首 頁上一頁下一頁末 頁對電磁感應現(xiàn)象中的力學問題，要抓好受力情況和對電磁感應現(xiàn)象中的力學問題，要抓好受力情況和運動情況的動態(tài)分析，導體受力運動產(chǎn)生感應電動勢運動情況的動態(tài)分析，導體受力運動產(chǎn)生感應電動勢感應電流感應

8、電流通電導體受安培力通電導體受安培力合外力變化合外力變化加速度變加速度變化化速度變化速度變化周而復始地循環(huán)，循環(huán)結束時，加速度周而復始地循環(huán)，循環(huán)結束時，加速度等于零，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)要抓住等于零，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)要抓住a0時，速度時，速度v達最大值的特點達最大值的特點首 頁上一頁下一頁末 頁解 題 方 法 指 導對應學生用書對應學生用書P20如圖甲所示，空間有一寬為如圖甲所示，空間有一寬為2L的勻強磁場的勻強磁場區(qū)域，磁感應強度為區(qū)域，磁感應強度為B，方向垂直紙面向外，方向垂直紙面向外abcd是由均是由均勻電阻絲做成的邊長為勻電阻絲做成的邊長為L的正方形線框，總電阻為的正方形線框，總

9、電阻為R.線框線框以垂直磁場邊界的速度以垂直磁場邊界的速度v勻速通過磁場區(qū)域在運動過程勻速通過磁場區(qū)域在運動過程中，線框中，線框ab、cd兩邊始終與磁場邊界平行線框剛進入磁兩邊始終與磁場邊界平行線框剛進入磁場的位置場的位置x0，x軸沿水平方向向右求：軸沿水平方向向右求：首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁(1)cd邊剛進入磁場時，邊剛進入磁場時，ab兩端的電勢差，并指明哪兩端的電勢差，并指明哪端電勢高；端電勢高；(2)線框穿過磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的焦耳熱；線框穿過磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的焦耳熱；(3)在圖乙中，畫出在圖乙中，畫出ab兩端電勢差兩端電勢差Uab隨距離變化的圖隨距

10、離變化的圖象其中象其中U0BLv.首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁【方法總結】【方法總結】解決此類問題的一般步驟解決此類問題的一般步驟明確圖象的種類，是明確圖象的種類，是B t圖，圖， t圖、圖、Et圖還是圖還是It圖等；圖等；分析電磁感應的具體過程；分析電磁感應的具體過程；結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)方程；律等規(guī)律寫出函數(shù)方程；根據(jù)函數(shù)方程進行數(shù)學分析，例如分析斜率的變根據(jù)函數(shù)方程進行數(shù)學分析，例如分析斜率的變化、截距等；化、截距等；畫圖象或判斷圖象畫圖象或判斷圖象首 頁上一頁

11、下一頁末 頁矩形導線框矩形導線框abcd固定在勻強磁固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導線框所在平面垂直規(guī)定磁場的場中，磁感線的方向與導線框所在平面垂直規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應強度正方向垂直紙面向里，磁感應強度B隨時間隨時間t變化的規(guī)律如變化的規(guī)律如圖所示若規(guī)定順時針方向為感應電流圖所示若規(guī)定順時針方向為感應電流i的正方向，圖中的正方向，圖中的的it圖象正確的是圖象正確的是()首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁解析：解析：磁感應強度均勻變化，產(chǎn)生恒定的感應電流，磁感應強度均勻變化，產(chǎn)生恒定的感應電流，A錯誤第錯誤第1 s內(nèi)，磁場垂直于紙面向里均勻增強，由楞次內(nèi)，磁場垂直

12、于紙面向里均勻增強，由楞次定律可以判定感應電流方向為逆時針，為負，定律可以判定感應電流方向為逆時針，為負，C錯誤同錯誤同理可判定，第理可判定，第4 s內(nèi)感應電流方向為逆時針，為負，故內(nèi)感應電流方向為逆時針，為負，故B錯錯誤，誤，D正確正確答案：答案：D首 頁上一頁下一頁末 頁 (2013吉林一中高二上學期期末吉林一中高二上學期期末)在傾角為在傾角為的兩平行光滑長直金屬導軌的下端，接有一電阻的兩平行光滑長直金屬導軌的下端，接有一電阻R，導軌，導軌自身的電阻可忽略不計，有一勻強磁場與兩金屬導軌平面自身的電阻可忽略不計，有一勻強磁場與兩金屬導軌平面垂直，方向垂直于導軌平面向上質量為垂直，方向垂直于導

13、軌平面向上質量為m，電阻可不計，電阻可不計的金屬棒的金屬棒ab，在沿著導軌平面且與棒垂直的恒力，在沿著導軌平面且與棒垂直的恒力F作用下作用下由導軌下端沿導軌勻速上滑，上升高度為由導軌下端沿導軌勻速上滑，上升高度為h，如圖所，如圖所示則在此過程中示則在此過程中()首 頁上一頁下一頁末 頁A恒力恒力F在數(shù)值上等于在數(shù)值上等于mgsinB恒力恒力F對金屬棒對金屬棒ab所做的功等于所做的功等于mghC恒力恒力F與重力的合力對金屬棒與重力的合力對金屬棒ab所做的功等于電所做的功等于電阻阻R上釋放的焦耳熱上釋放的焦耳熱D恒力恒力F與重力的合力對金屬棒與重力的合力對金屬棒ab所做的功等于零所做的功等于零首

14、頁上一頁下一頁末 頁【解析】【解析】逐項分析如下：逐項分析如下：故選故選C.【答案】【答案】C選項選項診斷診斷結論結論A金屬棒金屬棒ab沿導軌勻速上滑，合外力為零，恒力沿導軌勻速上滑，合外力為零，恒力F在在數(shù)值上等于重力沿導軌方向的分力與安培力之和數(shù)值上等于重力沿導軌方向的分力與安培力之和B動能不變，拉力做功等于克服重力和安培力做功，動能不變，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做的功等于重力勢能的增加，克服安培力克服重力做的功等于重力勢能的增加，克服安培力做的功最終轉化為電阻做的功最終轉化為電阻R上釋放的焦耳熱上釋放的焦耳熱C恒力與重力的合力對金屬棒做的功等于克服安培力恒力與重力的合力

15、對金屬棒做的功等于克服安培力做的功，大小等于電阻做的功，大小等于電阻R上釋放的焦耳熱上釋放的焦耳熱D首 頁上一頁下一頁末 頁【方法總結】【方法總結】求解電磁感應現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路求解電磁感應現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路(1)分析回路，分清電源和外電路：在電磁感應現(xiàn)象分析回路，分清電源和外電路：在電磁感應現(xiàn)象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應電動勢，該導體或回路就相當于電源，其余部分相當于應電動勢，該導體或回路就相當于電源，其余部分相當于外電路外電路(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量分析清楚有哪些力做功，

16、明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉化如：發(fā)生了轉化如：首 頁上一頁下一頁末 頁做功情況做功情況能量變化特點能量變化特點滑動摩擦力做功滑動摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生有內(nèi)能產(chǎn)生重力做功重力做功重力勢能必然發(fā)生變化重力勢能必然發(fā)生變化克服安培力做功克服安培力做功必然有其他形式的能轉化為電必然有其他形式的能轉化為電能，并且克服安培力做多少功，能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能就產(chǎn)生多少電能安培力做正功安培力做正功電能轉化為其他形式的能電能轉化為其他形式的能(3)根據(jù)能量守恒方程求解根據(jù)能量守恒方程求解首 頁上一頁下一頁末 頁(2013邯鄲高二檢測邯鄲高二檢測)如圖所示，豎直如圖所示，豎直固定的光滑固定的光

17、滑U形金屬導軌形金屬導軌MNOP每米長度的電阻為每米長度的電阻為r，MN平行于平行于OP，且相距為，且相距為l，磁感應強度為，磁感應強度為B的勻強磁場與導的勻強磁場與導軌所在平面垂直有一質量為軌所在平面垂直有一質量為m、電阻不計的水平金屬桿、電阻不計的水平金屬桿ab可在導軌上自由滑動，滑動過程中與導軌接觸良好且?？稍趯к壣献杂苫瑒樱瑒舆^程中與導軌接觸良好且保持垂直將持垂直將ab從某一位置由靜止開始釋放后，下滑從某一位置由靜止開始釋放后，下滑h高度高度時速度達最大，在此過程中，電路中產(chǎn)生的熱量為時速度達最大，在此過程中，電路中產(chǎn)生的熱量為Q，以，以后設法讓桿后設法讓桿ab保持這個速度勻速下滑，

18、直到離開導軌為保持這個速度勻速下滑，直到離開導軌為止求：止求：首 頁上一頁下一頁末 頁(1)金屬桿勻速下滑時的速度；金屬桿勻速下滑時的速度；(2)勻速下滑過程中通過金屬桿的電流勻速下滑過程中通過金屬桿的電流I與時間與時間t的關的關系系首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導軌如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導軌間距的絕緣斜面上，兩導軌間距為為L.M、P兩點間接有阻值為兩點間接有阻值為R的電阻一根質量為的電阻一根質量為m的均的均勻直金屬桿勻直金屬桿AB放在兩導軌上，并與導軌

19、垂直整套裝置放在兩導軌上，并與導軌垂直整套裝置處于磁感應強度為處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下導軌和金屬桿的電阻可忽略讓下導軌和金屬桿的電阻可忽略讓AB桿沿導軌由靜止桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦擦首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁(1)由由B向向A方向看到的裝置如圖乙所示，請在此圖中方向看到的裝置如圖乙所示，請在此圖中畫出畫出AB桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；(2)在加速下滑過程中，當在加速下滑過程中，當AB桿的

20、速度大小為桿的速度大小為v時，時，求此時求此時AB桿中的電流大小及其加速度的大小；桿中的電流大小及其加速度的大小；(3)求在下滑過程中，求在下滑過程中，AB桿可以達到的最大速度值桿可以達到的最大速度值首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁【答案】【答案】見解析見解析首 頁上一頁下一頁末 頁【方法總結】【方法總結】解決電磁感應現(xiàn)象中的力學問題的基本步驟：解決電磁感應現(xiàn)象中的力學問題的基本步驟：(1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向；的大小和方向；(2)求回路中的電流；求回路中的電流；(3)分析研究導體受力情況分析研究導體受

21、力情況(包含安培力，用左手定則包含安培力，用左手定則確定其方向確定其方向)；(4)列動力學方程或平衡方程求解列動力學方程或平衡方程求解首 頁上一頁下一頁末 頁如圖所示，兩金屬桿如圖所示，兩金屬桿ab和和cd長均為長均為L，電阻均為，電阻均為R，質量分別為，質量分別為M和和m.現(xiàn)用兩根質量和電阻現(xiàn)用兩根質量和電阻均可忽略不計且不可伸長的柔軟導線將它們連接成閉合回均可忽略不計且不可伸長的柔軟導線將它們連接成閉合回路，并懸掛于水平、光滑、不導電的圓棒兩側已知兩金路，并懸掛于水平、光滑、不導電的圓棒兩側已知兩金屬桿都處于水平位置，整個裝置處在一個與回路平面垂直屬桿都處于水平位置，整個裝置處在一個與回路

22、平面垂直且磁感應強度為且磁感應強度為B的勻強磁場中，求金屬桿的勻強磁場中，求金屬桿ab向下做勻速向下做勻速運動時的速度運動時的速度首 頁上一頁下一頁末 頁解析：解析：當金屬桿當金屬桿ab以速度以速度v向下做勻速運動時，向下做勻速運動時，cd桿桿也將以速度也將以速度v向上做勻速運動，兩桿同時做切割磁感線運向上做勻速運動，兩桿同時做切割磁感線運動，回路中產(chǎn)生的感應電動勢為動，回路中產(chǎn)生的感應電動勢為E2BLv.分別以分別以ab桿和桿和cd桿為研究對象進行受力分析，畫出受桿為研究對象進行受力分析，畫出受力分析圖，如圖甲、乙所示，力分析圖，如圖甲、乙所示，首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末

23、頁課 堂 鞏 固 訓 練對應學生用書對應學生用書P221如圖所示，阻值為如圖所示，阻值為R的金屬棒從圖示位置的金屬棒從圖示位置ab分別分別以以v1、v2的速度沿光滑導軌的速度沿光滑導軌(電阻不計電阻不計)勻速滑動到勻速滑動到ab位位置，若置，若v1 v21 2，則在這兩次過程中，則在這兩次過程中()A回路電流回路電流I1 I21 2B產(chǎn)生的熱量產(chǎn)生的熱量Q1 Q21 2C通過任一截面的電荷量通過任一截面的電荷量q1 q21 2D外力的功率外力的功率P1 P21 2首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁答案：答案：AB首 頁上一頁下一頁末 頁2.如圖所示，有兩根和水平方向成如圖所示，有

24、兩根和水平方向成角的光滑平行的角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長，空間有垂，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感應強度為直于軌道平面的勻強磁場，磁感應強度為B.一根質量為一根質量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下，經(jīng)過足夠長的時間后，金的金屬桿從軌道上由靜止滑下，經(jīng)過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨近于一個最大速度屬桿的速度會趨近于一個最大速度vm，則，則()A如果如果B變大，變大，vm將變大將變大B如果如果變大，變大，vm將變大將變大C如果如果R變大，變大，vm將變大將變大D如果如果m變小，變小，vm將變大將變大首 頁上一頁下一頁末 頁首

25、 頁上一頁下一頁末 頁答案：答案：BC首 頁上一頁下一頁末 頁3如圖如圖(a)所示，面積為所示，面積為0.01 m2、電阻為、電阻為0.1 的正的正方形導線框放在勻強磁場中，磁場方向與線框平面垂方形導線框放在勻強磁場中，磁場方向與線框平面垂直磁感應強度直磁感應強度B隨時間隨時間t的變化圖線如圖的變化圖線如圖(b)t0時刻，時刻，磁感應強度的方向垂直于紙面向里在磁感應強度的方向垂直于紙面向里在1 s末線框中感應末線框中感應電流的大小為電流的大小為_A若規(guī)定水平向左為正方向，請若規(guī)定水平向左為正方向，請在圖在圖(c)中定性畫出前中定性畫出前4 s內(nèi)內(nèi)ab邊所受的安培力邊所受的安培力F隨時間隨時間t的的變化圖線變化圖線首 頁上一頁下一頁末 頁首 頁上一頁下一頁末 頁但由于磁感應強度是變化的，所以但由于磁感應強度是變化的，所以ab邊受的安培力是邊受的安培力是變化的若規(guī)定向左為正方向，根據(jù)變化的若規(guī)定向左為正方向，根據(jù)FBIL，安培力與，安培力與B成正比，成正比，01 s安培力為正向減小