【優(yōu)化方案】浙江省高考物理總復習 第9章第三節(jié) 電磁感應規(guī)律的綜合應用課件 大綱人教

第三節(jié)電磁感應規(guī)律的綜合應用

課堂互動講練經(jīng)典題型探究知能優(yōu)化演練第三節(jié)電磁感應規(guī)律的綜合應用基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理一、電磁感應中的電路問題1．內(nèi)電路和外電路(1)切割磁感線運動的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當于_____．(2)該部分導體的電阻或線圈的電阻相當于電源的_____，其余部分是_____．電源內(nèi)阻外阻BLv特別提示：電磁感應電路中的電源與恒定電流的電路中的電源不同，前者是由于導體切割磁感線產(chǎn)生的，公式為E＝BLv，其大小可能變化，變化情況可根據(jù)其運動情況判斷；而后者的電源電動勢在電路分析中認為是不變的．二、電磁感應中的圖象問題1．圖象類型(1)磁感應強度B、磁通量Φ、感應電動勢E和感應電流I隨時間t變化的圖象，即B—t圖象、Φ—t圖象、E—t圖象和I—t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況，還常涉及感應電動勢E和感應電流I隨導體位移x變化的圖象，即E—x圖象和I—x圖象2．問題類型(1)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(guān)圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量3．應用知識左手定則、安培定則、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律、相關(guān)數(shù)學知識等特別提示：圖象的初始條件，方向與正、負的對應，物理量的變化趨勢，物理量的增、減或方向正、負的轉(zhuǎn)折點都是判斷圖象的關(guān)鍵．三、電磁感應中的動力學問題1．安培力的大?。河筛袘妱觿軪＝_____，感應電流I＝

和安培力公式F＝BIl得F＝_____.2．安培力的方向判斷(1)右手定則和左手定則相結(jié)合，先用________確定感應電流方向，再用________判斷感應電流所受安培力方向．Blv右手定則左手定則(2)用楞次定律判斷，感應電流所受安培力的方向一定和導體切割磁感線運動的方向_____．3．分析導體受力情況(包含安培力在內(nèi)的全面受力分析)．4．根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程．垂直四、電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化1．電磁感應現(xiàn)象的實質(zhì)是其他形式的能轉(zhuǎn)化為______．2．感應電流在磁場中受安培力，外力克服安培力______，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為______，電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為______．3．電流做功產(chǎn)生的熱量用焦耳定律計算，公式為_________.電能做功電能內(nèi)能Q＝I2Rt特別提示示：電磁感應應的能量量轉(zhuǎn)化符符合能量量守恒定定律，克克服安培培力做功功是把其其他形式式的能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電電能，電電能最終終轉(zhuǎn)化為為焦耳熱熱．因此此同一方方程中，，克服安安培力做做功，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成的的電能及及產(chǎn)生的的焦耳熱熱不能同同時出現(xiàn)現(xiàn)．課堂互動講練一、電磁磁感應電電路問題題的求解解1．對電源源的理解解：電源源是將其其他形式式的能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電電能的裝裝置．在在電磁感感應現(xiàn)象象中，通通過導體體切割磁磁感線和和線圈磁磁通量的的變化而而將其他他形式的的能轉(zhuǎn)化化為電能能．2．對電電路的的理解解：內(nèi)內(nèi)電路路是切切割磁磁感線線的導導體或或磁通通量發(fā)發(fā)生變變化的的線圈圈，外外電路路由電電阻、、電容容等電電學元元件組組成．．4．解決決電磁磁感應應電路路問題題的基基本方方法(1)用法拉拉第電電磁感感應定定律和和楞次次定律律確定定感應應電動動勢的的大小小和方方向；；(2)畫等效效電路路圖；；(3)運用閉合電電路歐姆定定律，串并并聯(lián)電路性性質(zhì)，電功功率等公式式聯(lián)立求解解．特別提醒：：(1)判斷感應電電流和電動動勢的方向向，都是利利用“相當于電源源”的部分根據(jù)據(jù)右手定則則或楞次定定律判定的的．實際問問題中應注注意外電路路電流由高高電勢流向向低電勢，，而內(nèi)電路路則相反．．(2)在電磁感應應電路中，，“相當于電源源”的導體兩端端的電壓等等于路端電電壓．即時應用(即時突破，，小試牛刀刀)1．(2011年廣東惠州州調(diào)研)如圖9－3－1所示，MN、PQ是間距為L的平行金屬屬導軌，置置于磁感應應強度為B，方向垂直直導軌所在在平面向里里的勻強磁磁場中，M、P間接有一阻阻值為R的電阻．一一根與導軌軌接觸良好好、有效阻阻值為的的金屬導線線ab垂直導軌放放置，并在在水平外力力F的作用下以以速度v向右勻速運運動，則(不計導軌電電阻)()圖9－3－1A．通過電阻阻R的電流方向向為P→R→MB．a(chǎn)、b兩點間的的電壓為為BLvC．a(chǎn)端電勢比比b端高D．外力F做的功等等于電阻阻R上發(fā)出的的焦耳熱熱二、電磁磁感應圖圖象問題題分析1．圖象問問題可以以綜合法法拉第電電磁感應應定律、、楞次定定律或右右手定則則，安培培定則和和左手定定則，還還有與之之相關(guān)的的電路知知識和力力學知識識等．2．圖象問問題的特特點：考考查方式式比較靈靈活，有有時根據(jù)據(jù)電磁感感應現(xiàn)象象發(fā)生的的過程，，確定圖圖象的正正確與否否，有時時依據(jù)不不同的圖圖象，進進行綜合合計算．．3．解題關(guān)關(guān)鍵：弄弄清初始始條件，，正、負負方向的的對應，，變化范范圍，所所研究物物理量的的函數(shù)表表達式，，進出磁磁場的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折點是是解決問問題的關(guān)關(guān)鍵．4．解決圖象問問題的一般步步驟(1)明確圖象的種種類，即是B—t圖還是Φ—t圖，或者E—t圖、I—t圖等．(2)分析電磁感應應的具體過程程．(3)用右手定則或或楞次定律確確定方向?qū)獞P(guān)系．(4)結(jié)合法拉第電電磁感應定律律、歐姆定律律、牛頓定律律等規(guī)律寫出出函數(shù)關(guān)系式式．(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系系式，進行數(shù)數(shù)學分析，如如分析斜率的的變化、截距距等．(6)畫圖象或判斷斷圖象．即時應用(即時突破，小小試牛刀)2．(2011年溫州八校聯(lián)聯(lián)考)如圖9－3－2所示，一個正正方形單匝線線圈abcd，邊長為L，線圈每邊的的電阻均為R，以恒定速度度v通過一個寬度度為2L的勻強磁場區(qū)區(qū)，磁感應強強度為B，方向垂直紙紙面向里．下下列圖中能正正確反映ab兩端電壓Uab隨時間t變化關(guān)系的是是()圖9－3－2圖9－3－3解析：選B.進入磁場時，，Uab應該是路端電電壓，大小等等于電動勢E的四分之三，，此時E＝BLv，所以Uab＝3BLv/4，完全進入磁磁場后，沒有有感應電流，，但有感應電電動勢，大小小為BLv，出來時電壓壓應該是電動動勢E的四分之一，，Uab＝BLv/4，方向始終是是相同的，即即Ua>Ub.由以上分析可可知選B.三、電磁感應應現(xiàn)象中的動動力學問題1．動態(tài)分析：：導體受力運運動產(chǎn)生感應應電動勢→感應電流→通電導體受安安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→感應電動勢變變化→…，周而復始地地循環(huán)，直至至最終達到穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)，此此時加速度為為零，而速度度v通過加速達到到最大值，做做勻速直線運運動或通過減減速達到穩(wěn)定定值做勻速直直線運動．2．兩大研究對對象的制約關(guān)關(guān)系3．電磁感應中中的動力學臨臨界問題(1)解決這類問題題的關(guān)鍵是通通過運動狀態(tài)態(tài)的分析，尋尋找過程中的的臨界狀態(tài)，，如速度、加加速度求最大大值或最小值值的條件．4．解決此類問問題的基本步步驟(1)用法拉第電磁磁感應定律和和楞次定律(包括右手定則則)，求出感應電電動勢的大小小和方向．(2)依據(jù)閉合電路路歐姆定律，，求出回路中中的電流．(3)分析導體受力力情況(包含安培力，，可利用左手手定則確定所所受安培力的的方向)．(4)依據(jù)牛頓第二二定律列出力力學方程或平平衡方程，以以及運動學方方程，聯(lián)立求求解．即時應用(即時突破，小小試牛刀)3．(2011年蘇北四市調(diào)調(diào)研)如圖9－3－4所示，兩根足足夠長的平行行金屬導軌水水平放置，導導軌的一端接接有電阻和開開關(guān)，導軌光光滑且電阻不不計，勻強磁磁場的方向與與導軌平面垂垂直，金屬桿桿ab置于導軌上．．當開關(guān)S斷開時，在金金屬桿ab上作用一水平平向右的恒力力F，使金屬桿ab向右運動進入入磁場．一段段時間后閉合合開關(guān)并開始始計時，金屬屬桿在運動過過程中始終與與導軌垂直且且接觸良好．．下列關(guān)于金金屬桿ab的v—t圖象不可能的的是()圖9－3－4圖9－3－5四、電磁感應應中的能量問問題1．電磁感應中中能量的轉(zhuǎn)化化電磁感應過程程實質(zhì)是不同同形式的能量量轉(zhuǎn)化的過程程，電磁感應應過程中產(chǎn)生生的感應電流流在磁場中必必定受到安培培力作用．因因此要維持安安培力存在，，必須有“外力”克服安培力做做功．此過程程中，其他形形式的能轉(zhuǎn)化化為電能．“外力”克服安培力做做多少功，就就有多少其他他形式的能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電能．．當感應電流流通過用電器器時，電能又又轉(zhuǎn)化為其他他形式的能．．可以簡化為為下列形式：：同理，安培力力做功的過程程，是電能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為其他形形式的能的過過程，安培力力做多少功就就有多少電能能轉(zhuǎn)化為其他他形式的能．．2．電電能能求求解解思思路路主主要要有有三三種種(1)利用用克克服服安安培培力力求求解解：：電電磁磁感感應應中中產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電能能等等于于克克服服安安培培力力所所做做的的功功；；(2)利用用能能量量守守恒恒求求解解：：機機械械能能的的減減少少量量等等于于產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電能能；；(3)利用用電電路路特特征征來來求求解解：：通通過過電電路路中中所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電能能來來計計算算．．3．解解決決此此類類問問題題的的步步驟驟(1)用法法拉拉第第電電磁磁感感應應定定律律和和楞楞次次定定律律(包括括右右手手定定則則)確定定感感應應電電動動勢勢的的大大小小和和方方向向．．(2)畫出出等等效效電電路路圖圖，，寫寫出出回回路路中中電電阻阻消消耗耗的的電電功功率率的的表表達達式式．．(3)分析導體體機械能能的變化化，用能能量守恒恒關(guān)系得得到機械械功率的的改變與與回路中中電功率率的改變變所滿足足的方程程，聯(lián)立立求解．．即時應用用(即時突破破，小試試牛刀)4．(2010年高考安安徽理綜綜卷)如圖9－3－6所示，水水平地面面上方矩矩形區(qū)域域內(nèi)存在在垂直紙紙面向里里的勻強強磁場，，兩個邊邊長相等等的單匝匝閉合正正方形線線圈Ⅰ和Ⅱ，分別用用相同材材料、不不同粗細細的導線線繞制(Ⅰ為細導線線)．兩線圈圈在距磁磁場上界界面h高處由靜靜止開始始自由下下落，再再進入磁磁場，最最后落到到地面．．運動過過程中，，線圈平平面始終終保持在在豎直平平面內(nèi)且且下邊緣緣平行于于磁場上上邊界．．設(shè)線圈圈Ⅰ、Ⅱ落地時的的速度大大小分別別為v1、v2，在磁場場中運動動時產(chǎn)生生的熱量量分別為為Q1、Q2，不計空空氣阻力力，則()圖9－3－6A．v1<v2，Q1<Q2B．v1＝v2，Q1＝Q2C．v1<v2，Q1>Q2D．v1＝v2，Q1<Q2經(jīng)典題型探究題型一電磁感應中的圖象問題(2011年臺州質(zhì)質(zhì)檢)矩形導線線框abcd放在勻強強磁場中中，磁感感線方向向與線圈圈平面垂垂直，磁磁感應強強度B隨時間變變化的圖圖象如圖圖9－3－7所示，t＝0時刻，磁磁感應強強度的方方向垂直直紙面向向里．若若規(guī)定導導線框中中感應電電流逆時時針方向向為正，，則在0～4s時間內(nèi)，，線框中中的感應應電流I以及線框框的ab邊所受安安培力F隨時間變變化的圖圖象為圖圖9－3－8中的(安培力取取向上為為正方向向)()例1圖9－3－7圖9－3－8【答案】C【方法技巧巧】電磁感應應圖象問問題在高高考中多多以選擇擇題的形形式出現(xiàn)現(xiàn)，先根根據(jù)方向向排除錯錯誤選項項較為簡簡單．在同一水水平面中中的光滑滑平行導導軌P、Q相距l(xiāng)＝1m，導軌左左端接有有如圖9－3－9所示的電電路．其其中水平平放置的的平行板板電容器器兩極板板M、N間距d＝10mm，定值電阻R1＝R2＝12Ω，R3＝2Ω，金屬棒ab的電阻r＝2Ω，其他電阻不不計．磁感應應強度B＝0.5T的勻強磁場豎豎直穿過導軌軌平面，當金金屬棒ab沿導軌向右勻勻速運動時，，懸浮于電容容器兩極板之之間，質(zhì)量m＝1×10－14kg，帶電荷量q＝－1×10－14C的微粒恰好靜靜止不動．已已知g取10m/s2，在整個運動動過程中金屬屬棒與導軌接接觸良好，且且運動速度保保持恒定．試試求：題型二電磁感應中的電路計算例2(1)勻強磁場的方方向；(2)ab兩端的路端電電壓；(3)金屬棒ab運動的速度．．圖9－3－9【思路點撥】解題的關(guān)鍵是是以電荷的受受力情況為突突破口，即電電場力與重力力平衡，從而而確定電場的的大小和方向向，得出電路路中的電流和和電動勢，最最后求出導體體運動的速度度．整個求解解過程一定要要思路清晰．．【解析】(1)負電荷受到重重力和電場力力而靜止，因因重力豎直向向下，則電場場力豎直向上上，故M板帶正電．a(chǎn)b棒向右做切割割磁感線產(chǎn)生生感應電動勢勢，ab棒等效于電源源，其a端為電源的正正極，由右手手定則可判斷斷，磁場方向向豎直向下．．(3)由法拉第電磁磁感應定律得得感應電動勢勢E＝Blv，由閉合電路歐歐姆定律得：：E＝Uab＋Ir＝0.5V，聯(lián)立可得v＝E/Bl＝1m/s.【答案】(1)豎直向下(2)0.4V(3)1m/s(2011年山東濰坊模模擬)如圖9－3－10甲所示，光滑滑絕緣水平面面上，磁感應應強度B＝2T的勻強磁場以以虛線MN為左邊界，MN的左側(cè)有一質(zhì)質(zhì)量m＝0.1kg，bc邊長L1＝0.2m，電阻R＝2Ω的矩形線圈abcd，t＝0時，用一恒定定拉力F拉線圈，使其其由靜止開始始向右做勻