高考物理大一轮复习专题电磁感应定律的综合应用课件.ppt

第3讲,电磁感应定律的综合应用,一、电磁感应中的电路问题和动力学、能量问题 1.电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回 路将产生_，该导体或回路相当于_. 2.感应电动势及感应电流的方向：产生感应电动势那部分 电路为电源部分，电流为电源内部电流流向_电势处，外 电路中的电流流向_电势处.,感应电动势,电源,高,低,3.电磁感应问题往往跟运动学、力学问题联系在一起，分 析时要特别注意加速度 a0、速度 v 达到最大值的特点.这类问 题的分析思路如下： 4.电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程.安培力 做功的过程，是_能转化为其他形式的能的过程，安培力 做多少功就有多少电能转化为其他形式的能.克服安培力做多,少功就有多少其他形式的能转化为_.,电,电能,【基础检测】 在倾角为足够长的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大 小相等的匀强磁场，磁场方向一个垂直斜面向上，另一个垂直 斜面向下，宽度均为 L，如图 9-3-1 所示.一个质量为 m、电阻 为 R、边长也为 L 的正方形线框，在 t0 时刻以速度 v0 进入磁 场，恰好做匀速直线运动，若经过时间 t0，线框 ab 边到达 gg 与 ff中间位置时，线框又恰好做匀速运动，则下列说法正确,的是(,),图 9-3-1,A.当 ab 边刚越过 ff时，线框加速度的大小为 gsin ,D.离开磁场的过程中线框将做匀速直线运动,答案：BC,考点 1 电磁感应中的电路问题 重点归纳,1.电磁感应中电路知识的关系图,2.分析电磁感应电路问题的基本思路,典例剖析,例 1：在同一水平面的光滑平行导轨 P、Q 相距 l1 m，导 轨左端接有如图 9-3-2 所示的电路，其中水平放置的平行板电 容器两极板 M、N 间距离 d10 mm，定值电阻 R1R212 ， R32 ，金属棒 ab 电阻 r2 ，其他电阻不计.磁感应强度 B0.5 T 的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒 ab 沿导轨向 右匀速运动时，质量 m 11014 kg ，带电荷量 q 1 1014 C 的微粒恰好悬浮于电容器两极板之间静止不动.取 g 10 m/s2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好，且运动速 度保持恒定.试求：,图 9-3-2,(1)匀强磁场的方向.,(2)ab 两端的路端电压.,(3)金属棒 ab 运动的速度.,思维点拨：金属棒 ab 相当于电源，电路中各元件怎样连接,(串、并联)，决定了电压的分配和微粒的运动状态.,所以 UMN,解：(1)负电荷受到重力和电场力作用而处于静止状态，因 重力方向竖直向下，则电场力方向竖直向上，故 M 板带正电.ab 棒向右切割磁感线产生感应电动势，ab 棒等效于电源，其 a 端 为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下. (2)负电荷受到重力和电场力而静止，有,mgEq，E,UMN d,mgd q,0.1 V,R3 两端电压与电容器两端电压相等，则通过 R3 的电流,备考策略：解决电磁感应中的电路问题，必须按题意画出 等效电路图，将感应电动势等效为电源电动势，产生感应电动 势的导体的电阻等效为内阻，求电动势要用电磁感应定律，其 余问题为电路分析及闭合电路欧姆定律的应用.,【考点练透】,1.(2016 年新课标全国卷)如图 9-3-3 所示，两条相距 l 的 光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内，其左端接一阻值 为 R 的电阻；一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上；在电阻、 导轨和金属棒中间有一面积为 S 的区域，区域中存在垂直于纸 面向里的均匀磁场，磁感应强度大小 B1 随时间 t 的变化关系为 B1kt，式中 k 为常量；在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区 域左边界 MN(虚线)与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为 B0， 方向也垂直于纸面向里.某时刻，金属棒在一外加水平恒力的作 用下从静止开始向右运动，在 t0 时刻恰好以速度 v0 越过 MN， 此后向右做匀速运动.金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好， 它们的电阻均忽略不计.求：,(1)在 t0 到 tt0 时间间隔内，流过电阻的电荷量的绝对,值.,(2)在时刻 t(tt0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水,平恒力的大小.,图 9-3-3,E,I,解：(1)在金属棒未越过 MN 之前，穿过回路的磁通量的变 化量为,BSktS,由法拉第电磁感应定律有, t,由欧姆定律得,E R,由电流的定义得,I,|q| t,|q|,q t,联立式得,kS R,由式得，在 t0 到 tt0 的时间间隔内即tt0，流过电 阻 R 的电荷量 q 的绝对值为,kt0S R,.,(2)当 tt0 时，金属棒已越过 MN.由于金属棒在 MN 右侧做 匀速运动，有 FF安 式中，F 是外加水平恒力，F安是金属棒受到的安培力 设此时回路中的电流为 I,F安B0lI,此时金属棒与 MN 之间的距离为 sv0(tt0) 匀强磁场穿过回路的磁通量为,B0ls,回路的总磁通量为,t,其中B1SktS,由式得，在时刻 t(tt0)，穿过回路的总磁通量为,tB0lv0(tt0)kSt,在 t 到 tt 的时间间隔内，总磁通量的改变t 为,t(B0lv0kS)t,由法拉第电磁感应定律得，回路感应电动势的大小为,考点 2 电磁感应中的力与能的分析 重点归纳,一、电磁感应中的动力学问题 1.两种状态及处理方法,2.力学对象和电学对象的相互关系,3.动态分析的基本思路,解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中 的临界状态，如速度、加速度最大或最小的条件.具体思路如下：,二、电磁感应中的能量问题 1.能量转化及焦耳热的求法 (1)能量转化,(2)求解焦耳热 Q 的三种方法,2.解题的一般步骤,(1)确定研究对象(导体棒或回路)；,(2)弄清电磁感应过程中，哪些力做功，哪些形式的能量相,互转化；,(3)根据功能关系或能量守恒定律列式求解.,典例剖析,例 2：如图 9-3-4 所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属 导轨，导轨间距为 L，长为 3d，导轨平面与水平面的夹角为， 在导轨的中部刷有一段长为 d 的薄绝缘涂层.匀强磁场的磁感应 强度大小为 B，方向与导轨平面垂直.质量为 m 的导体棒从导轨 的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直 匀速滑到导轨底端.导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩 擦，接在两导轨间的电阻为 R，其他部分的电阻均不计，重力 加速度为 g.求：,图 9-3-4,(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数. (2)导体棒匀速运动的速度大小 v.,(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热 Q.,思维点拨：(1)在绝缘涂层处，导体棒受哪些力作用？试画 出其受力示意图. 提示：导体棒受重力、支持力、摩擦力(如图 9-3-5 所示),图 9-3-5,图 9-3-6,(2)在绝缘涂层以外的其他位置，试画出导体棒的受力示意 图. 提示：导体棒受重力、支持力、安培力(如图 9-3-6 所示),B2L2,解：(1)在绝缘涂层上导体棒受力平衡有 mgsin mgcos 解得tan . (2)在光滑导轨上 感应电动势 EBLv 安培力 F安BIL 导体棒受力平衡有 F安mgsin ,解得 v,mgRsin .,备考策略：求解电能应分清两类情况 (1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及 WUIt 或 Q I2Rt 直接进行计算. (2)若电流变化，则利用安培力做功求解：电磁感应中产 生的电能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若 只有电能与机械能的转化，则减少的机械能等于产生的电能.,【考点练透】,2.(2015 年江苏徐州一模)如图 9-3-7 所示，相距为 L 的两条 足够长的光滑平行金属导轨，MN、PQ 与水平面的夹角为，N、 Q 两点间接有阻值为 R 的电阻.整个装置处于磁感应强度为 B 的 匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下.将质量为 m、阻值也 为 R 的金属杆 ab 垂直放在导轨上，杆 ab 由静止释放，下滑距 离 x 时达到最大速度.重力加速度为 g，导轨电阻不计，杆与导 轨接触良好.求：,(1)杆 ab 下滑的最大加速度.,(2)杆 ab 下滑的最大速度.,(3)上述过程中，杆上产生的热量.,图 9-3-7,解：(1)设 ab 杆下滑到某位置时速度为 v，则此时杆产生的,感应电动势 EBLv,ma,，方向沿导轨平面向下.,E RR 杆所受的安培力 FBIL,根据牛顿第二定律有 mgsin ,B2L2v 2R,当速度 v0 时，杆的加速度最大，最大加速度 agsin ，方向沿导轨平面向下. (2)由(1)问知，当杆的加速度 a0 时，速度最大，则,最大速度 vm,2mgRsin (BL)2,回路中的感应电流 I,(3)ab 杆从静止开始到最大速度过程中，根据能量守恒定律,有,模型 滑杆模型,这类问题的实质是不同形式的能量的转化过程，从功和能 的观点入手，弄清导体切割磁感线运动过程中的能量转化关系， 处理这类问题有三种观点，即：力学观点；图象观点； 能量观点.单杆模型中常见的四种情况如下表所示：,(续表),(续表),例 3：相距为 L2 m 的足够长的金属直角导轨如图 9-3-8 甲所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水 平面.质量均为 m0.1 kg 的金属细杆 ab、cd 与导轨垂直接触形 成闭合回路，细杆与导轨之间的动摩擦因数均为0.5，导轨 电阻不计，细杆 ab、cd 电阻分别为 R10.6 ，R20.4 .整个 装置处于磁感应强度大小为 B0.50 T、方向竖直向上的匀强磁 场中.当 ab 在平行于水平导轨的拉力 F 作用下从静止开始沿导 轨匀加速运动时，cd 杆也同时从静止开始沿导轨向下运动.测得 拉力 F 与时间 t 的关系如图乙所示.(取 g10 m/s2),甲,乙,图 9-3-8 (1)求 ab 杆的加速度 a. (2)当 cd 杆达到最大速度 v 时，求 ab 杆的速度大小.,解：(1)当 t0 时，F1.5 N 对 ab 杆有 Fmgma 代入数据得 a10 m/s2. (2)从 d 向 c 看，对 cd 杆受力分析如图 9-3-9 所示，当 cd 杆速度最大时，有 fmgFN，FNF安,F安BIL，I,BLv R1R2,综合以上各式解得 v2 m/s.,图 9-3-9,备考策略：用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题 解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是 “先电后,力”，具体思路如下：,【触类旁通】,(2016 年河北邯郸一中一轮)如图 9-3-10 所示，两根电阻不 计的光滑金属导轨 MAC、NBD 水平放置，MA、NB 间距 L 0.4 m，AC、BD 的延长线相交于 E 点且 AEBE，E 点到 AB 的 距离 d6 m，M、N 两端与阻值 R2 的电阻相连，虚线右侧 存在方向与导轨平面垂直向下的匀强磁场，磁感应强度 B1 T. 一根长度也为 L0.4 m、质量 m0.6 kg、电阻不