第九章-第3講-專(zhuān)題-電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用課件

第3講專(zhuān)題電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用電源內(nèi)阻外電路BlvE－Ir圖9－3－1【即學(xué)即練】答案

AB2．安培力的方向 (1)先用_________確定感應(yīng)電流方向，再用_________確定安培力方向． (2)根據(jù)楞次定律，安培力方向一定和導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向_____．BlvBIl右手定則左手定則相反2．(多選)如圖9－3－2所示，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，且電阻不計(jì)．有一垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為L(zhǎng)，ab是一根不但與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿．開(kāi)始，將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，讓ab由靜止開(kāi)始自【即學(xué)即練】圖9－3－2由下落，過(guò)段時(shí)間后，再將S閉合，若從S閉合開(kāi)始計(jì)時(shí)，則金屬桿ab的速度v隨時(shí)間t變化的圖象可能是 (

)．答案

ACD三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問(wèn)題1．能量的轉(zhuǎn)化：感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力，外力克服安培力_____，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為_(kāi)____，電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為_(kāi)____．2．實(shí)質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)化，實(shí)質(zhì)是其他形式的能和_____之間的轉(zhuǎn)化．做功電能內(nèi)能電能3．(多選)如圖9－3－3所示，水平固定放置的足夠長(zhǎng)的U形金屬導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在導(dǎo)軌上放著金屬棒ab，開(kāi)始時(shí)ab棒以水平初速度v0向右運(yùn)動(dòng)，最后靜止在導(dǎo)軌上，就導(dǎo)軌光滑和導(dǎo)軌粗糙的兩種情況相比較，這個(gè)過(guò)程 (

)． A．安培力對(duì)ab棒所做的功不相等 B．電流所做的功相等 C．產(chǎn)生的總內(nèi)能相等 D．通過(guò)ab棒的電荷量相等【即學(xué)即練】圖9－3－3答案AC

【典例1】(2012·浙江卷，25)為了提高自行車(chē)夜間行駛的安全性，小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一種“閃爍”裝置．如圖9－3－4所示，自行車(chē)后輪由半徑r1＝5.0×10－2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2＝0.40m的金屬外圈和絕緣輻條構(gòu)成．后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條，每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡．在支架上裝有磁鐵，題型一電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題圖9－3－4(1)當(dāng)金屬條ab進(jìn)入“扇形”磁場(chǎng)時(shí)，求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，并指出ab上的電流方向；(2)當(dāng)金屬條ab進(jìn)入“扇形”磁場(chǎng)時(shí)，畫(huà)出“閃爍”裝置的電路圖；(3)從金屬條ab進(jìn)入“扇形”磁場(chǎng)時(shí)開(kāi)始，經(jīng)計(jì)算畫(huà)出輪子轉(zhuǎn)一圈過(guò)程中，內(nèi)圈與外圈之間電勢(shì)差Uab隨時(shí)間t變化的Uab－t圖象；(4)若選擇的是“1.5V，0.3A”的小燈泡，該“閃爍”裝置能否正常工作？有同學(xué)提出，通過(guò)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B、后輪外圈半徑r2、角速度ω和張角θ等物理量的大小，優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計(jì)方案，請(qǐng)給出你的評(píng)價(jià)．(2)通過(guò)分析，可得電路圖為在T＝1s內(nèi)，金屬條有四次進(jìn)出，后三次與第一次相同．⑩由⑥、⑦、⑧、⑨、⑩可畫(huà)出如下Uab－t圖象．(4)“閃爍”裝置不能正常工作．(金屬條的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)只有4.9×10－2V，遠(yuǎn)小于小燈泡的額定電壓，因此無(wú)法正常工作．)B增大，E增大，但有限度；r2增大，E增大，但有限度；ω增大，E增大，但有限度；θ增大，E不變．答案

(1)4.9×10－2V電流方向?yàn)閎→a

(2)(3)(4)見(jiàn)解析【變式跟蹤1】如圖9－3－5所示，在傾角為θ＝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R1＝30Ω的電阻和理想電流表，N、Q端間接阻值為R2＝6Ω的電阻．圖9－3－5質(zhì)量為m＝0.6kg、長(zhǎng)為L(zhǎng)＝1.5m的金屬棒放在導(dǎo)軌上以v0＝5m/s的初速度從ab處向右上方滑到a′b′處的時(shí)間為t＝0.5s，滑過(guò)的距離l＝0.5m．a(chǎn)b處導(dǎo)軌間距Lab＝0.8m，a′b′處導(dǎo)軌間距La′b′＝1m．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．sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/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．答案

(1)0.15J

(2)0.1A

(3)0.75T1．電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖借題發(fā)揮2．電磁感應(yīng)中電路問(wèn)題的解題思路對(duì)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路結(jié)構(gòu)分析有兩個(gè)方面容易出錯(cuò)：(1)電源分析錯(cuò)誤，不能正確地應(yīng)用右手定則或楞次定律判斷電源的正負(fù)極，不能選擇恰當(dāng)?shù)墓接?jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。?2)外電路分析錯(cuò)誤，不能正確判斷電路結(jié)構(gòu)的串并聯(lián)關(guān)系．3．易錯(cuò)總結(jié)4．求解電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題的關(guān)鍵：【典例2】

如圖9－3－6甲所示，光滑斜面的傾角α＝30°，在斜面上放置題型二電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題一矩形線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)l1＝1m，bc邊的邊長(zhǎng)l2＝0.6m，線框的質(zhì)量m＝1kg，電阻R＝0.1Ω，線框受到沿光滑斜面向上的恒力F的作用，已知F＝10N．斜面上ef線(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的均勻磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化情況如圖乙的B－t圖象所示，時(shí)間t是從線框由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)刻起計(jì)時(shí)的．如果線框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)最初一段時(shí)間是勻速的，ef線和gh線的距離x＝5.1m，取g＝10m/s2.求：(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前的加速度；(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v；(3)線框整體進(jìn)入磁場(chǎng)后，ab邊運(yùn)動(dòng)到gh線的過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱．圖9－3－6審題提示答案

(1)5m/s2

(2)2m/s

(3)0.5J【變式跟蹤2】(2012·廣東卷，35)如圖9－3－7所示，質(zhì)量為M的導(dǎo)體棒ab，垂直放在相距為l的平行光滑金屬導(dǎo)軌上．導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ，并處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．左側(cè)是水平放置、間距為d的平行金屬板．R和Rx分別表示定值電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值，不計(jì)其他電阻．圖9－3－7(1)調(diào)節(jié)Rx＝R，釋放導(dǎo)體棒，當(dāng)棒沿導(dǎo)軌勻速下滑時(shí)，求通過(guò)棒的電流I及棒的速率v.(2)改變Rx，待棒沿導(dǎo)軌再次勻速下滑后，將質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的微粒水平射入金屬板間，若它能勻速通過(guò)，求此時(shí)的Rx.圖甲圖乙1．安培力的方向判斷借題發(fā)揮2．兩種狀態(tài)處理 (1)導(dǎo)體處于平衡態(tài)——靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．

處理方法：根據(jù)平衡條件列式分析． (2)導(dǎo)體處于非平衡態(tài)——加速度不為零．

處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析．3．解題步驟 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向． (2)應(yīng)用閉合電路歐姆定律求出電路中的感應(yīng)電流的大?。?(3)分析研究導(dǎo)體的受力情況，特別要注意安培力方向的確定． (4)列出動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解．4．電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)臨界問(wèn)題 (1)解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是通過(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析，尋找過(guò)程中的臨界狀態(tài)． (2)基本思路是：【典例3】如圖9－3－8所示，兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)、間距為d的光滑平行金屬導(dǎo)軌，其所在平面與水平面夾角為θ，導(dǎo)軌平面內(nèi)的矩形區(qū)域abcd內(nèi)存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，

磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于斜面向上，ab與cd之間相距為L(zhǎng)，金題型三電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題圖9－3－8屬桿甲、乙的阻值相同，質(zhì)量均為m.甲桿在磁場(chǎng)區(qū)域的上邊界ab處，乙桿在甲桿上方與甲相距L處，甲、乙兩桿都與導(dǎo)軌垂直且接觸良好．由靜止釋放兩桿的同時(shí)，在甲桿上施加一個(gè)垂直于桿平行于導(dǎo)軌的外力F，使甲桿在有磁場(chǎng)的矩形區(qū)域內(nèi)向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小a＝2gsinθ，甲離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)撤去F，乙桿進(jìn)入磁場(chǎng)后恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，然后離開(kāi)磁場(chǎng)．(1)求每根金屬桿的電阻R是多大？(2)從釋放金屬桿開(kāi)始計(jì)時(shí)，求外力F隨時(shí)間t的變化關(guān)系式，并說(shuō)明F的方向．(3)若整個(gè)過(guò)程中，乙金屬桿共產(chǎn)生熱量Q，求外力F對(duì)甲金屬桿做的功W是多少？審題提示【變式跟蹤3】(多選)如圖9－3－9所示，足夠長(zhǎng)的光滑斜面上中間虛線區(qū)域內(nèi)有一垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一正方形線框從斜面底端以一定初速度上滑，線框越過(guò)虛線進(jìn)入磁場(chǎng)，最后又回到斜面底端，則下列說(shuō)法中正確的是(

)．圖9－3－9A．上滑過(guò)程線框中產(chǎn)生的焦耳熱等于下滑過(guò)程線框中產(chǎn)生的焦耳熱B．上滑過(guò)程線框中產(chǎn)生的焦耳熱大于下滑過(guò)程線框中產(chǎn)生的焦耳熱C．上滑過(guò)程線框克服重力做功的平均功率等于下滑過(guò)程中重力的平均功率D．上滑過(guò)程線框克服重力做功的平均功率大于下滑過(guò)程中重力的平均功率答案

BD1．能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法(1)能量轉(zhuǎn)化借題發(fā)揮(2)求解焦耳熱Q的幾種方法2．用能量觀點(diǎn)解答電磁感應(yīng)問(wèn)題的一般步驟模型特點(diǎn)

“桿＋導(dǎo)軌”模型是電磁感應(yīng)問(wèn)題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點(diǎn)，考查的知識(shí)點(diǎn)多，題目的綜合性強(qiáng)，物理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)．“桿＋導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點(diǎn))；導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動(dòng)等．物理建模7電磁感應(yīng)中的“桿+導(dǎo)軌”模型Ⅰ.單桿水平式(如典例1)物理模型動(dòng)態(tài)分析收尾狀態(tài)運(yùn)動(dòng)形式勻速直線運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征a＝0v恒定不變電學(xué)特征I恒定Ⅱ.單桿傾斜式(如典例2)物理模型動(dòng)態(tài)分析收尾狀態(tài)運(yùn)動(dòng)形式勻速直線運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征電學(xué)特征I恒定建模指導(dǎo)解決電磁感應(yīng)中綜合問(wèn)題的一般思路是“先電后力再能量”．―→分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源，求出電源參數(shù)E和r―→分析電路結(jié)構(gòu)，弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，以便求解安培力―→分析研究對(duì)象(常是金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力―→根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，判斷出正確的運(yùn)動(dòng)模型及能量轉(zhuǎn)化關(guān)系(2012·天津卷，11)如圖9－3－10所示，一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝0.5m，左端接有阻值R＝0.3Ω的電阻．一質(zhì)量m＝0.1kg，電阻r＝0.1Ω的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，典例1圖9－3－10整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4T．棒在水平向右的外力作用下，由靜止開(kāi)始以a＝2m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)棒的位移x＝9m時(shí)撤去外力，棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來(lái)，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2＝2∶1.導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸．求(1)棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電阻R的電荷量q；(2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2；(3)外力做的功WF.(3)由題意知，撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2＝2∶1，可得Q1＝3.6J⑩在棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，由功能關(guān)系可知WF＝Q1＋Q2?由⑨⑩?式得WF＝5.4J.答案

(1)4.5C

(2)1.8J

(3)5.4J(多選)(2012·山東卷，20)如圖9－3－11所示，相距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為θ，上端接有定值電阻R，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放，當(dāng)速度達(dá)到v時(shí)開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)，典例2圖9－3－11此時(shí)對(duì)導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力，并保持拉力的功率恒為P，導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運(yùn)動(dòng)．導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻，重力加速度為g.下列選項(xiàng)正確的是 (

)．答案

AC一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1．(單選)粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行．現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個(gè)不同方向平移出磁場(chǎng)，如圖所示，則在移出過(guò)程中線框一邊a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是 (

)．答案

B2．(單選)兩根平行的長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌，其電阻不計(jì)，導(dǎo)線ab、cd跨在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌接觸良好，如圖9－3－12所示，ab的電阻大于cd的電阻，當(dāng)cd在外力F1(大小)的作用下，勻速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，ab在外力F2(大小)的作用下保持靜止，那么在不計(jì)摩擦力的情況下(Uab、Ucd是導(dǎo)線與導(dǎo)軌接觸間的電勢(shì)差)(

)．圖9－3－12A．F1>F2，Uab>Ucd B．F1<F2，Uab＝UcdC．F1＝F2，Uab>Ucd D．F1＝F2，Uab＝Ucd解析通過(guò)兩導(dǎo)線電流強(qiáng)度一樣，兩導(dǎo)線都處于平衡狀態(tài)，則F1＝BIL，F(xiàn)2＝BIL，所以F1＝F2，A、B錯(cuò)誤；Uab＝IRab，這里cd導(dǎo)線相當(dāng)于電源，所以Ucd是路端電壓，Ucd＝IRab即Uab＝Ucd.答案

D二、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題3．(多選)如圖9－3－13所示，兩光滑平行導(dǎo)軌水平放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌所在平面，金屬棒ab可沿導(dǎo)軌自由滑動(dòng)，導(dǎo)軌一端連接一個(gè)定值電阻R，金屬棒和導(dǎo)軌電阻不計(jì)．圖9－3－13現(xiàn)將金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止向右拉，若保持拉力F恒定，經(jīng)時(shí)間t1后速度為v，加速度為a1，最終以速度2v做勻速運(yùn)動(dòng)；若保持拉力的功率P恒定，棒由靜止經(jīng)時(shí)間t2后速度為v，加速度為a2，最終也以速度2v做勻速運(yùn)動(dòng)，則 (

)．A．t2＝t1 B．t1>t2 C．a(chǎn)2＝2a1 D．a(chǎn)2＝3a1答案

BD