高考物理总复习课件人教版高中物理选修三《电磁感应规律的综合应用》专题讲解ppt课件

第三单元 电磁感应规律的综合应用,1内电路和外电路 (1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于 (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻，其余部分是外电路,电源,2电源电动势,3求解电磁感应电路问题的思路,特别提醒：(1)某段导体作为外电路时，它两端的电压就是电流与其电阻的乘积 (2)某段导体作为电源时，它两端的电压就是路端电压，等于电流与外电阻的乘积，或等于电动势减内电压当其电阻不计时，路端电压等于电源电动势 (3)某段导体作电源，断路时电压等于电动势,1通电导体在磁场中将受到 作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，解决基本方法是： (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向； (2)求回路中的电流； (3)分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析)； (4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程,安培力,2两种状态处理 (1)导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态 处理方法：根据平衡条件合外力 列式分析 (2)导体处于非平衡态加速度 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析，或结合功能关系分析,等于零,不等于零,3电磁感应中的动力学临界问题 (1)解决这类问题的关键是通过受力情况和运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值或最小值的条件,1电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程，电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到 作用因此要维持安培力存在，必须有“外力”克服 做功此过程中，其他形式的能转化为 “外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为 当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能,安培力,安培力,电能,电能,同理，安培力做功的过程，是 转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功，就有多少 转化为其他形式的能,电能,电能,2电能求解思路主要有三种： (1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功； (2)利用能量守恒求解：机械能的减小量等于产生的电能； (3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算,3解决电磁感应现象中的能量问题的一般步骤： (1)在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于 (2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 (3)根据能量守恒列方程求解,电源,1图象问题,2.解决图象问题的基本方法 (1)明确图象种类，是Bt图象、t图象、Et图象还是It图象； (2)分析电磁感应的具体过程； (3)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律列出函数方程； (4)根据函数方程，进行数学分析，如斜率及其变化，两轴的截距等； (5)画出图象或判断图象正误,(3)明确电源的内阻：相当于电源的那部分电路的电阻 . (4)明确电路关系：即构成回路的各部分电路的串、并联关系 (5)结合闭合电路的欧姆定律：结合电功、电功率等能量关系列方程求解,2注意问题 在分析电磁感应中的电路问题时，要注意全面分析电路中的电动势 (1)有些双棒问题中，两棒均切割磁感线产生感应电动势此时应充分考虑这两个电动势，将它们求和 (2)对于导体棒运动的同时，磁感应强度也发生变化的问题，要注意二者分别产生感应电动势的方向,1动态分析思路：导体受力运动产生感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力变化加速度变化速度变化感应电动势变化，周而复始地循环，直至最终达到稳定状态，此时加速度为零，而速度v通过加速达到最大值，做匀速直线运动或通过减速达到稳定值做匀速直线运动,2两大研究对象及其相互制约关系,3两类典型情况 (1)一根导体棒在导轨上滑动,(2)两根导体棒在导轨上滑动 初速度不为零，不受其他水平外力的作用,初速度为零，一杆受到恒定水平外力的作用,【例1】 如图1所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦,图1,(1)由b向a方向看到的装置如图1(b)所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图； (2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小； (3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值,解析：杆ab由静止开始加速下滑，由于电磁感应现象，杆受到随速度增大而增大的安培力，方向沿斜面向上当安培力大小等于重力沿斜面向下的分力时，杆ab速度达最大值 (1)如图2所示，杆ab受：重力mg，竖直向下；支持力FN，垂直于斜面向上；安培力F，沿斜面向上,高分通道(1)电磁感应中产生的感应电流，在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起 (2)解决这类电磁感应中的力学问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则、安培力的计算公式等；另一方面还要考虑力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等，要将电磁学和力学的知识综合起来应用,(3)解决这类问题的一般思路是：根据电磁感应现象感应电动势感应电流安培力合力加速度速度感应电动势周而复始地循环注意：当导体运动达到稳定时，a0，速度达到最大值(临界值),变式1：(2008年北京卷)均匀导线制成的正方形闭合线框abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m.将其置于磁感应强度为B的水平匀强磁场上方h处，如图3所示线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水平的磁场边界平行当cd边刚进入磁场时：,(1)求线框中产生的感应电动势大小； (2)求cd两点间的电势差大小； (3)若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h所应满足的条件,【例2】 (2009年宁夏卷)如图4所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心环内两个圆心角为90的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触在圆心和圆环间连有电阻R.杆OM以匀角速度逆时针转动，t0时恰好在图示位置规定从a到b流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从t0开始转动一周的过程中，电流随t变化的图象是 ( ),答案：C,高分通道 求解It图象问题，一定要明确正方向的规定，本题特别要注意磁场的方向和存在的区域学生通常把左、右手定则搞混淆,变式2: (2008年全国卷)矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图5所示若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列It图中正确的是 ( ),解析：考查楞次定律和法拉第电磁感应定律第1秒内，垂直纸面向里的磁场均匀增加，故感应电流产生的磁场方向与其相反，即感应电流方向为逆时针，与规定的正方向相反，故为负值，A项和C项均错；第2秒内磁场方向向里且均匀减小，故感应电流产生的磁场方向向里，第3秒内磁场方向垂直纸面向外且均匀增加，故感应电流产生的磁场方向向里，感应电流方向为顺时针，与规定的正方向相同，故为正值，所以D项正确 答案：D,【例3】 如图6所示，ef、gh为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距为L1 m，导轨左端连接一个R2 的电阻，将一根质量为0.2 kg的金属棒cd垂直地放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感应强度为B2 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下现对金属棒施加一水平向右的拉力F，使棒从静止开始向右运动试解答以下问题：,(1)若施加的水平外力恒为F8 N，则金属棒达到的稳定速度v1是多大？ (2)若施加的水平外力的功率恒为P18 W，则金属棒达到的稳定速度v2是多大？,(3)若施加的水平外力的功率恒为P18 W，且从金属棒开始运动到速度v32 m/s的过程中电阻R产生的热量为8.6 J，则该过程所需的时间是多少？ 解析：本题是电磁感应现象中的平衡和能量转化问题，当金属棒达到匀速时，外力与安培力合力为零，利用求解感应电动势的方法和安培力公式进行求解,答案：(1)4 m/s (2)3 m/s (3)0.5 s,高分通道 本题是牛顿第二定律、能的转化和守恒定律在电磁感应中的典型应用导体棒切割磁感线产生感应电动势，相当于电源，棒做加速度减小的加速运动，最终状态是匀速直线运动,变式3：位于竖直平面内的矩形平面导线框abcd，ab长L11.0 m，bd长L20.5 m，线框的质量m0.2 kg，电阻R2 .其下方有一匀强磁场区域，该区域的上、下边界PP和QQ均与ab平行两边界间距离为H，HL2，磁场的磁感应强度B1.0 T，方向与线框平面垂直如图7所示，令线框的dc边从离磁场区域上边界PP的距离为h0.7 m处自由下落已知线框的dc边进入磁场以后，ab边到达边界PP之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值问从线框开始下落，到dc边刚刚到达磁场区域边界QQ的过程中，磁场作用于线框的安培力所做的总功为多少？(g取10 m/s2),ab边进入磁场后，直到dc边到达磁场区下边界QQ过程中，作用于整个线框的安培力为零，安培力做功也为零，线框只在重力作用下做加速运动，故线框从开始下落到dc边刚到达磁场区域下边界QQ过程中，安培力做的总功即为线框自由下落至ab边进入磁场过程中安培力所做的功 W安0.8 J 负号表示安培力做负功 答案：0.8 J,1如图8所示，两个互连的金属圆环，粗金属环的电阻是细金属环电阻的二分之一，磁场垂直穿过粗金属环所在区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在粗环内产生的感应电动势为E，则a、b两点间的电势差为( ),答案：C,2如图9所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其一部分处于方向垂直于导轨所在平面有上下水平边界的匀强磁场中，一根金属杆MN从水平位置沿导轨滑下，在与导轨和电阻R组成的闭合电路中，其他电阻不计，当金属杆MN进入磁场区后，其运动的速度图象不可能是下列选项中的 ( ),解析：选项A是进入时刚好安培力等于重力，选项C是进入时安培力小于重力，选项D中是进入时安培力大于重力选项B不对，因为随着速度的增大，安培力增大，加速度必发生变化，金属杆不会做匀加速直线运动故选B. 答案：B,3(2009年天津卷)如图10所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于( ),图10,A棒的机械能增加量 B棒的动能增加量 C棒的重力势能增加量 D电阻R上放出的热量 解析：棒加速上升时受到重力，拉力F及安培力根据机械能守恒的条件可知力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，A选项正确 答案：A,4如图11中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离也为l.t0时刻，bc边与磁场区域边界重合(如图)现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域取沿abcda的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的图线可能是 ( ),解析：梯形线圈以恒定的速度v穿过磁场的过程中，先是bc边切割磁感线，由右手定则可判定，电流方向为adcba；并且在线圈运动过程中，其切割磁感线的有效长度越来越长，所以感应电动势也越来越大当ad边进入磁场时，由右手定则可判定电流方向为abcda，线圈切割磁感线的有效长度仍然是越来越长，所以正确答案为B. 答案：B,5铁路上使用一种电磁铁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置能产生匀强磁场的磁铁，被安装在火车首节车厢下面，如图12(甲)所示(俯视图)当它经过安放在两铁轨间的线圈时，便会产生一电信号，被控制中心接收当火车通过线圈时，若控制中心接收到的线圈两端的电压信号为图(乙)所示，则说明火车在做( ),A匀速直线运动 B匀加速直线运动 C匀减速直线运动 D加速度逐渐加大的变加速直线运动,解析：根据直导线切割磁感线产生的感应电动势EBLv得：电信号均匀增大，所以火车在第一段时间内是做匀加速运动同理得到第二段时间内的电信号也是均匀增大的，故该火车一直是在做匀加速运动，本题的正确选项为B. 答案：B,6如图13所示，固定的水平光滑金属导轨，