高三物理一輪復(fù)習(xí)-第9章-第3節(jié)-電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件-新人教版

第3節(jié)電磁感應(yīng)(diàncí-gǎnyìng)定律的綜合應(yīng)用第一頁，共43頁。第二頁，共43頁?？键c(diǎn)1：電磁感應(yīng)中的圖象(túxiànɡ)問題【例1】在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一個(gè)不變形的單匝金屬圓線圈，規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖9-3-1(a)所示，當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t如圖(b)變化(biànhuà)時(shí)，選項(xiàng)中正確表示線圈感應(yīng)電動(dòng)勢E變化(biànhuà)的是()圖9-3-1第三頁，共43頁。第四頁，共43頁。第五頁，共43頁。答案：A點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流(電動(dòng)勢)的方向，結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行求解(qiújiě)電動(dòng)勢大?。诹?，共43頁。考點(diǎn)2：電磁感應(yīng)中的電路(diànlù)問題【例2】如圖9-3-2所示，粗細(xì)均勻的金屬環(huán)的電阻為R，可轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬桿OA的電阻為R/4，桿長為L，A端與環(huán)相接觸，一定值電阻分別與桿的端點(diǎn)O及環(huán)邊連接．桿OA在垂直于環(huán)面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，繞O端以角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，求電路中總電流的變化(biànhuà)范圍．圖9-3-2第七頁，共43頁?！窘馕觥啃D(zhuǎn)切割磁感線的金屬桿相當(dāng)于電源，金屬環(huán)被分成的兩個(gè)部分相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)電阻，可以先畫出等效電路圖再利用電路的有關(guān)(yǒuguān)知識(shí)求解．第八頁，共43頁。點(diǎn)評(píng)：求解(qiújiě)此類問題，正確分析電路結(jié)構(gòu)，畫好等效電路圖是關(guān)鍵．第九頁，共43頁。題型一：電磁感應(yīng)和電路(diànlù)相結(jié)合的問題【例3】如圖9-3-3所示，金屬圓環(huán)的半徑為r，阻值為2R.金屬桿Oa一端可繞環(huán)的圓心O旋轉(zhuǎn)，另一端a擱在環(huán)上，電阻值為R.另一金屬桿Ob一端固定在O點(diǎn)，另一端b固定在環(huán)上，電阻值也是R.加一個(gè)垂直圓環(huán)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，并使Oa桿以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)．如果所有觸點(diǎn)接觸良好，Ob不影響Oa的轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)，求流過Oa的電流的范圍．圖9-3-3第十頁，共43頁。第十一頁，共43頁。點(diǎn)評(píng)：本題要正確區(qū)分導(dǎo)體桿旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢；對(duì)于電學(xué)問題首先要分析電路畫電路圖，養(yǎng)成(yǎnɡchénɡ)好的解題習(xí)慣．第十二頁，共43頁。題型二：電磁感應(yīng)(diàncí-gǎnyìng)中的動(dòng)力學(xué)問題【例4】如圖9-3-4所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L，M、P兩點(diǎn)之間接有阻值為R的電阻．一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直．整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直斜面向下，導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略．讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們(tāmen)之間的摩擦．第十三頁，共43頁。圖9-3-4第十四頁，共43頁。(1)由b向a方向看到的裝置如圖(b)所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖；(2)在加速(jiāsù)下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及加速(jiāsù)度大小；(3)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值．第十五頁，共43頁。【解析】桿ab的運(yùn)動(dòng)分析關(guān)系到力、電兩方面的因素，F(xiàn)合≠0是速度v變化的原因，而v變化又導(dǎo)致安培力F安變化，從而影響(yǐngxiǎng)到F合，F(xiàn)合與v的變化相互制約，當(dāng)F合=0時(shí)v不再變化，桿進(jìn)入勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．(1)如右圖所示，ab桿受：重力mg，豎直向下；支持力FN，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面斜向上．第十六頁，共43頁。第十七頁，共43頁。點(diǎn)評(píng)(diǎnpínɡ)：(1)做該類題目時(shí)要畫好受力分析圖，最好在圖上標(biāo)明輔助方向(如B的方向，I的方向等)．(2)抓住各物理量之間的相互制約關(guān)系，做好動(dòng)態(tài)分析，一般的思維規(guī)律是：速度的變化，導(dǎo)致電動(dòng)勢的變化，導(dǎo)致電流的變化，導(dǎo)致安培力的變化，導(dǎo)致加速度的變化，從而把握物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化趨勢，抓住臨界條件．第十八頁，共43頁。題型三：電磁感應(yīng)(diàncí-gǎnyìng)中的能量問題【例5】如圖9-3-5所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距(jiānjù)為L，左端接有阻值為R的電阻，處在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中．質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略．初始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度v0，在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸．試求：圖9-3-5第十九頁，共43頁。(1)初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力．(2)若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí)，彈簧的彈性勢能為Ep，則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少(duōshǎo)？(3)導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終將靜止于何處？從導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少(duōshǎo)？第二十頁，共43頁。第二十一頁，共43頁。第二十二頁，共43頁。點(diǎn)評(píng)：(1)導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌上做復(fù)雜(fùzá)的變速運(yùn)動(dòng)，回路中的感應(yīng)電流、安培力都是隨時(shí)間變化的，不能直接套用Q=I2Rt求焦耳熱，也不能直接用W=F?scosθ求安培力的功，只能利用功能關(guān)系或能量轉(zhuǎn)化與守恒求解．(2)對(duì)每一階段或全過程，導(dǎo)體棒克服安培力所做的功等于產(chǎn)生的電能，并進(jìn)一步通過電流做功，在純電阻R上，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故Q=-W.第二十三頁，共43頁。第二十四頁，共43頁。第二十五頁，共43頁。圖9-3-6答案(dáàn)：AC第二十六頁，共43頁?！窘馕?jiěxī)】第二十七頁，共43頁?！窘馕?jiěxī)】第二十八頁，共43頁。2.(2010?重慶)法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設(shè)想，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究．實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖可用題圖9-3-7表示，兩塊面積均為S的矩形金屬板，平行、正對(duì)、豎直地全部浸在河水中，間距為d.水流速度處處相同，大小為v，方向水平．金屬板與水流方向平行．地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量為B，水的電阻率為ρ，水面上方有一阻值為R的電阻通過絕緣導(dǎo)線和電鍵K連接到兩金屬板上．忽略(hūlüè)邊緣效應(yīng)，求：(1)該發(fā)電裝置的電動(dòng)勢；(2)通過電阻R的電流強(qiáng)度；(3)電阻R消耗的電功率．圖9-3-7第二十九頁，共43頁。第三十頁，共43頁。3.(2011?浙江)如圖9-3-8甲所示，在水平面上固定有長為L=2m、寬為d=1m的金屬“U”型導(dǎo)軌，在“U”形導(dǎo)軌右側(cè)l=0.5m范圍(fànwéi)內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖9-3-8乙所示．在t=0時(shí)刻，質(zhì)量為m=0.1kg的導(dǎo)體棒以v0=1m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.1，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為λ=0.1Ω/m，不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地磁場的影響(取g=10m/s2)．第三十一頁，共43頁。(1)通過計(jì)算分析4s內(nèi)導(dǎo)體(dǎotǐ)棒的運(yùn)動(dòng)情況；(2)計(jì)算4s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向；(3)計(jì)算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱．圖9-3-8第三十二頁，共43頁。第三十三頁，共43頁。第三十四頁，共43頁。第三十五頁，共43頁。4.(2012?山東兗州模擬)如圖9-3-9所示電路，兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角為θ的斜面上，導(dǎo)軌下端接有電阻R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，斜面處在豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，電阻可略去不計(jì)的金屬棒ab質(zhì)量為m，受到沿斜面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用，金屬棒沿導(dǎo)軌勻速下滑，則它在下滑h高度的過程中，以下說法(shuōfǎ)正確的是()第三十六頁，共43頁。A．作用(zuòyòng)在金屬棒上各力的合力做功為零B．重力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能C．重力與恒力F做功的代數(shù)和等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱D．金屬棒克服安培力做功等于重力與恒力F做的總功與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和圖9-3-9答案(dáàn)：AC第三十七頁，共43頁。5.(2011?浙江溫州八校聯(lián)考)如圖9-3-10(a)所示，一個(gè)質(zhì)量m=0.1kg的正方形金屬框總電阻R=0.5Ω，金屬框放在表面絕緣且光滑的斜面頂端(金屬框上邊與AA′重合)，自靜止開始沿斜面下滑，下滑過程(guòchéng)中穿過一段邊界與斜面底邊BB′平行、寬度為d的勻強(qiáng)磁場后滑至斜面底端(金屬框下邊與BB′重合)，設(shè)金屬框在下滑過程(guòchéng)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9-3-10(b)所示，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場方向垂直斜面向上．試問：第三十八頁，共43頁。圖9-3-10第三十九頁，共43頁。(1)根據(jù)v2-x圖象(túxiànɡ)所提供的信息，計(jì)算出斜面傾角θ和勻強(qiáng)磁場寬度d.(g取10m/s2)