专题九 电磁感应综合问题课件

1、二轮二轮物理物理专题九电磁感应综合问题专题九电磁感应综合问题二轮二轮物理物理展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨锁定考点锁定考点高效突破高效突破阅卷评析阅卷评析剑指满分剑指满分二轮二轮物理物理展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向重要考点重要考点考题预测考题预测1.1.法拉第电磁感应定法拉第电磁感应定律律.().()2.2.楞次定律楞次定律.().()电磁感应牵涉的知识面很广电磁感应牵涉的知识面很广, ,是高考的热点是高考的热点内容内容, ,导体切割磁感线产生感应电动势的计导体切割磁感线产生感应电动势的计算类问题常结合力学、电学知识算类问题常结合力学、电学知识, ,解决电

2、荷解决电荷量、电热相关的问题量、电热相关的问题. .试题综合程度高试题综合程度高, ,难度难度大大, ,常以综合性大题出现常以综合性大题出现, ,并结合电路、力学、并结合电路、力学、能量转化和守恒等知识能量转化和守恒等知识. .预计预计20162016年依然在此处设计综合计算题年依然在此处设计综合计算题. .关关注电磁感应现象与磁场、电路、力学等知识注电磁感应现象与磁场、电路、力学等知识的综合的综合, ,以及电磁感应与实际相结合的题目以及电磁感应与实际相结合的题目. .二轮二轮物理物理方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨一、电磁感应与电路的综合应用一、电磁感应与电路的综合应用1.1.电磁感应与电路

3、知识的关系图电磁感应与电路知识的关系图 电路规律电路规律 电磁感应电磁感应二轮二轮物理物理2.2.电磁感应与电路综合问题的处理思路电磁感应与电路综合问题的处理思路(1)(1)确定电源确定电源: :首先首先, ,判断产生电磁感应现象的是哪一部分导体或电路判断产生电磁感应现象的是哪一部分导体或电路, ,以以找到电路中的电源找到电路中的电源; ;其次其次, ,选择电磁感应定律的相应表达形式求出感应电选择电磁感应定律的相应表达形式求出感应电动势的大小动势的大小, ,利用右手定则或楞次定律判断出感应电流的方向利用右手定则或楞次定律判断出感应电流的方向. .(2)(2)分析电路结构分析电路结构, ,画等效

4、电路图画等效电路图, ,区分出内外电路区分出内外电路. .(3)(3)根据串并联规律、焦耳定律、全电路的功率关系等解题根据串并联规律、焦耳定律、全电路的功率关系等解题. .二、电磁感应与力学规律的综合二、电磁感应与力学规律的综合1.1.两个对象的相互制约关系两个对象的相互制约关系二轮二轮物理物理2.2.解题策略解题策略此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约, ,解决问题前首先要建立解决问题前首先要建立“动动电电动动”的思维顺序的思维顺序, ,可概括为可概括为: :(1)(1)找准主动运动者找准主动运动者, ,用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感

5、应电动势的大用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感应电动势的大小和方向小和方向. .(2)(2)根据等效电路图根据等效电路图, ,求解回路中电流的大小及方向求解回路中电流的大小及方向. .(3)(3)分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响, ,从而推理得出对电路中的从而推理得出对电路中的电流有什么影响电流有什么影响, ,最后定性分析导体棒的最终运动情况最后定性分析导体棒的最终运动情况. .(4)(4)列牛顿第二定律或平衡方程求解列牛顿第二定律或平衡方程求解. .三、功能关系在电磁感应中的应用三、功能关系在电磁感应中的应用1.1.电磁感应过程中的能量转化电

6、磁感应过程中的能量转化电磁感应现象的实质是其他形式的能转化成电能电磁感应现象的实质是其他形式的能转化成电能. .感应电流在磁场中受安培感应电流在磁场中受安培力力, ,外力克服安培力做功外力克服安培力做功, ,将其他形式的能转化为电能将其他形式的能转化为电能, ,电流做功再将电能转电流做功再将电能转化为内能或机械能等化为内能或机械能等. .电流做功产生的热量用焦耳定律计算电流做功产生的热量用焦耳定律计算, ,公式为公式为Q=IQ=I2 2Rt,Rt,从从功和能的观点入手功和能的观点入手, ,分析清楚电磁感应过程中参与转化的能量的形式和种类分析清楚电磁感应过程中参与转化的能量的形式和种类以及相互之

7、间的转化关系以及相互之间的转化关系, ,是解决电磁感应问题的重要方法之一是解决电磁感应问题的重要方法之一. .二轮二轮物理物理2.2.利用功能关系解决电磁感应问题的步骤利用功能关系解决电磁感应问题的步骤(1)(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律用法拉第电磁感应定律和楞次定律( (包括右手定则包括右手定则) )确定感应电动势的确定感应电动势的大小和方向大小和方向. .(2)(2)画出等效电路图画出等效电路图, ,写出回路中电阻消耗的电功率的表达式写出回路中电阻消耗的电功率的表达式. .(3)(3)分析导体机械能的变化分析导体机械能的变化, ,用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路用能量守恒关系得

8、到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程中电功率的改变所满足的方程, ,联立求解联立求解. .3.3.安培力做功和电能变化的对应关系安培力做功和电能变化的对应关系克服安培力做多少功克服安培力做多少功, ,就有多少其他形式的能转化为电能就有多少其他形式的能转化为电能. .同理同理, ,安培力做安培力做功的过程功的过程, ,是电能转化为其他形式的能的过程是电能转化为其他形式的能的过程. .安培力做多少功安培力做多少功, ,就有多少就有多少电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能. .二轮二轮物理物理锁定考点锁定考点高效突破高效突破考点一考点一电磁感应与电路、力学的综合问题电磁感应与电路

9、、力学的综合问题典例典例 (2015(2015安徽省黄山市高三第一次质量检测安徽省黄山市高三第一次质量检测) )如图所示如图所示, ,两足够长平两足够长平行光滑的金属导轨行光滑的金属导轨MN,PQMN,PQ相距为相距为L,L,导轨平面与水平面夹角为导轨平面与水平面夹角为,导轨电导轨电阻不计阻不计. .磁感应强度为磁感应强度为B B的匀强磁场垂直导轨平面斜向上的匀强磁场垂直导轨平面斜向上, ,长为长为L L的金属的金属棒棒abab垂直于垂直于MN,PQMN,PQ放置在导轨上放置在导轨上, ,且始终与导轨接触良好且始终与导轨接触良好, ,金属棒的质量金属棒的质量为为m,m,电阻为电阻为R.R.两金

10、属导轨的上端连接右侧电路两金属导轨的上端连接右侧电路, ,电路中电路中R R2 2为一电阻箱为一电阻箱, ,已已知灯泡的电阻知灯泡的电阻R RL L=4R,=4R,定值电阻定值电阻R R1 1=2R,=2R,调节电阻箱使调节电阻箱使R R2 2=12R,=12R,重力加速度重力加速度为为g,g,闭合开关闭合开关S,S,现将金属棒由静止释放现将金属棒由静止释放, ,求求: :(1)(1)金属棒下滑的最大速度金属棒下滑的最大速度v vm m的大小的大小; ;二轮二轮物理物理思路探究思路探究 (1)(1)金属棒下滑时速度最大的条件是什么金属棒下滑时速度最大的条件是什么? ?答案答案: :金属棒所受安

11、培力与重力的下滑分力平衡金属棒所受安培力与重力的下滑分力平衡. .二轮二轮物理物理思路探究思路探究 (2)(2)金属棒下滑过程中有哪些力对其做功金属棒下滑过程中有哪些力对其做功? ?整个电路产生的整个电路产生的电热与哪个外力做功有关电热与哪个外力做功有关? ?答案答案: :金属棒下滑过程中重力和安培力对其做功金属棒下滑过程中重力和安培力对其做功; ;整个电路产生的电热等整个电路产生的电热等于金属棒克服安培力所做的功于金属棒克服安培力所做的功. .(2)(2)当金属棒下滑距离为当金属棒下滑距离为s s0 0时速度恰好达到最大时速度恰好达到最大, ,则金属棒由静止开始下则金属棒由静止开始下滑滑2s

12、2s0 0的过程中的过程中, ,整个电路产生的电热整个电路产生的电热. .二轮二轮物理物理以例说法以例说法 解决电磁感应电路与力学的综合问题的一般思路解决电磁感应电路与力学的综合问题的一般思路(1)(1)先作先作“源源”的分析的分析分析电路中由电磁感应所产生的电源分析电路中由电磁感应所产生的电源, ,求出求出电源参数电源参数E E和和r.r.(2)(2)再进行再进行“路路”的分析的分析分析电路结构分析电路结构, ,弄清串、并联关系弄清串、并联关系, ,根据电根据电路的规律路的规律, ,求出相关部分的电流大小求出相关部分的电流大小, ,以便安培力的求解以便安培力的求解. .(3)(3)然后是然后

13、是“力力”的分析的分析分析研究对象分析研究对象( (通常是金属杆、导体、线通常是金属杆、导体、线圈等圈等) )的受力情况的受力情况, ,尤其注意其所受的安培力尤其注意其所受的安培力. .(4)(4)接着进行接着进行“运动运动”状态的分析状态的分析根据力和运动的关系根据力和运动的关系, ,判断出正判断出正确的运动模型确的运动模型. .(5)(5)最后是最后是“列方程列方程”并求解并求解根据研究对象的状态和运动情况列出根据研究对象的状态和运动情况列出对应的方程对应的方程, ,然后求解然后求解. .二轮二轮物理物理针对训练针对训练电磁感应的动力学问题电磁感应的动力学问题(2015(2015大连市二模

14、大连市二模) )如图所示如图所示, ,两平行导轨间距两平行导轨间距L=0.1 m,L=0.1 m,足够长且光滑的倾足够长且光滑的倾斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接( (连接处能量损失不计连接处能量损失不计),),倾斜部分与水倾斜部分与水平面间的夹角平面间的夹角=30=30, ,导轨的倾斜部分处于方向垂直斜面向上、磁感应强导轨的倾斜部分处于方向垂直斜面向上、磁感应强度度B=0.5 TB=0.5 T的匀强磁场中的匀强磁场中, ,水平部分没有磁场水平部分没有磁场. .金属棒金属棒abab质量质量m=0.005 kgm=0.005 kg、电阻电阻r=0.02 ,r=0.02

15、 ,运动中与导轨始终接触良好运动中与导轨始终接触良好, ,并且与导轨垂直并且与导轨垂直, ,电阻电阻R=R=0.08 ,0.08 ,其余电阻不计其余电阻不计, ,当金属棒从斜面上距地面高当金属棒从斜面上距地面高h=1.0 mh=1.0 m以上以上( (含含1.0 m)1.0 m)任何地方由静止释放后任何地方由静止释放后, ,在水平面上滑行的最大距离在水平面上滑行的最大距离x x都是都是1.25 m,1.25 m,取取g=10 m/sg=10 m/s2 2. .求求: :(1)(1)金属棒在斜面上运动的最大速度金属棒在斜面上运动的最大速度; ;二轮二轮物理物理答案答案: :(1)1.0 m/s

16、(1)1.0 m/s 二轮二轮物理物理答案答案: :(2)0.04(2)0.04(3)3.8(3)3.81010-2-2J J(2)(2)金属棒与水平面间的动摩擦因数金属棒与水平面间的动摩擦因数; ;(3)(3)金属棒从高度金属棒从高度h=1.0 mh=1.0 m处由静止滑至倾斜轨道底端过程中电阻处由静止滑至倾斜轨道底端过程中电阻R R上产上产生的热量生的热量. .二轮二轮物理物理考点二考点二电磁感应与能量的综合问题电磁感应与能量的综合问题二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理(2)(2)如果根据已知条件如果根据已知条件, ,金属棒能离开右段磁场金属棒能离开右段磁场B(x)B(x)区域区域, ,离开

17、时的速度离开时的速度为为v,v,求金属棒从开始滑动到离开右段磁场过程中产生的焦耳热求金属棒从开始滑动到离开右段磁场过程中产生的焦耳热Q;Q;二轮二轮物理物理(3)(3)如果根据已知条件如果根据已知条件, ,金属棒滑行到金属棒滑行到x=xx=x1 1(x(x1 1xx0 0) )位置时停下来位置时停下来, ,a.a.求金属棒在水平导轨上滑动过程中通过导体棒的电荷量求金属棒在水平导轨上滑动过程中通过导体棒的电荷量q;q;b.b.通过计算通过计算, ,确定金属棒在全部运动过程中感应电流最大时的位置确定金属棒在全部运动过程中感应电流最大时的位置. .二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理以例说法以例说法 解

18、答电磁感应中能量转化问题的切入点解答电磁感应中能量转化问题的切入点(1)(1)受力分析受力分析: :这是解决此类问题的基础这是解决此类问题的基础, ,尤其注意安培力的大小和方向尤其注意安培力的大小和方向. .(2)(2)运动分析运动分析: :根据受力状况确定物体的运动性质根据受力状况确定物体的运动性质. .(3)(3)做功分析做功分析: :明确哪些力做功明确哪些力做功, ,做正功还是负功做正功还是负功, ,是恒力还是变力是恒力还是变力. .(4)(4)能量分析能量分析: :根据做功情况确立能量转化情况根据做功情况确立能量转化情况, ,确立哪些形式能量增加确立哪些形式能量增加, ,哪些形式能量减

19、少哪些形式能量减少, ,根据能量守恒列方程根据能量守恒列方程. .二轮二轮物理物理针对训练针对训练二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理(2)(2)当当abab棒的位移棒的位移s s1 1=3.5 m,=3.5 m,外力外力F F的大小和方向的大小和方向; ;二轮二轮物理物理(3)(3)从从t=0t=0时刻开始时刻开始, ,当通过电阻当通过电阻R R的电荷量的电荷量q=2.25 Cq=2.25 C时时,ab,ab棒正在向右运棒正在向右运动动, ,此时撤去外力此时撤去外力F,abF,ab棒又运动了棒又运动了s s2 2=6.05 m=6.05 m后静止后静止. .求撤去外力求撤去外力F F后电阻后电阻

20、R R上产生的热量上产生的热量Q.Q.答案答案: :见解析见解析二轮二轮物理物理考点三考点三电磁感应规律在生产、科技中的应用电磁感应规律在生产、科技中的应用典例典例 为了测量列车的速度及加速度为了测量列车的速度及加速度, ,可采用下述装置可采用下述装置: :在列车底部安装一个在列车底部安装一个正方形线圈正方形线圈, ,而在轨道上每隔而在轨道上每隔40 m40 m安装一块磁性很强的小磁铁安装一块磁性很强的小磁铁, ,当列车经过磁当列车经过磁铁上方时铁上方时, ,有感应电流产生有感应电流产生, ,记录此电流就可换算成列车的速度及加速度记录此电流就可换算成列车的速度及加速度. .视磁视磁铁上方区域的

21、磁场为匀强磁场铁上方区域的磁场为匀强磁场, ,其区域面积与线圈面积相同其区域面积与线圈面积相同, ,磁场方向与线圈磁场方向与线圈截面垂直截面垂直, ,磁感应强度磁感应强度B=0.004 T,B=0.004 T,线圈边长线圈边长L=0.1 m,L=0.1 m,匝数匝数n=5,n=5,包括连线总电阻包括连线总电阻R=0.4 .R=0.4 .现记录到某列车驶过时的电流现记录到某列车驶过时的电流位移图象如图所示位移图象如图所示, ,请计算请计算: :(1)(1)在离开在离开O(O(原点原点)20 m)20 m处列车速度处列车速度v v的大小的大小; ;思路探究思路探究 列车运动产生感应电动势与匝数列车

22、运动产生感应电动势与匝数n n的关系是什么的关系是什么? ?答案答案: :感应电动势感应电动势E=nBLv.E=nBLv.二轮二轮物理物理答案答案: :(1)4 m/s(1)4 m/s二轮二轮物理物理(2)(2)从从20 m20 m处到处到60 m60 m处列车加速度处列车加速度a a的大小的大小( (假设列车做匀加速运动假设列车做匀加速运动).).答案答案: :(2)1.05 m/s(2)1.05 m/s2 2二轮二轮物理物理以例说法以例说法 解决电磁感应规律与实际结合问题的方法解决电磁感应规律与实际结合问题的方法(1)(1)不必被不必被“高深高深”的素材所蒙蔽的素材所蒙蔽, ,该类问题一般

23、提供一简化模型该类问题一般提供一简化模型. .(2)(2)认真审题认真审题, ,明确新素材所涉及的规律明确新素材所涉及的规律, ,重视其简化模型重视其简化模型, ,或提炼出模型或提炼出模型. .(3)(3)运用楞次定律运用楞次定律, ,法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律, ,结合电路、力学、能量转化等结合电路、力学、能量转化等规律列方程求解规律列方程求解. .二轮二轮物理物理针对训练针对训练电磁感应的实际应用电磁感应的实际应用(2015(2015江苏卷江苏卷) )做磁共振做磁共振(MRI)(MRI)检查时检查时, ,对人体施加的磁场发生变化时会在对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感

24、应电流肌肉组织中产生感应电流. .某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响, ,将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈, ,线圈的半径线圈的半径r=5.0 cm,r=5.0 cm,线圈导线的截面积线圈导线的截面积A=0.80 cmA=0.80 cm2 2, ,电阻率电阻率=1.5m.=1.5m.如图所示如图所示, ,匀强磁场匀强磁场方向与线圈平面垂直方向与线圈平面垂直, ,若磁感应强度若磁感应强度B B在在0.3 s0.3 s内从内从1.5 T1.5 T均匀地减为零均匀地减为零, ,求求:(:(计算结果保留一

25、位有效数字计算结果保留一位有效数字) )(1)(1)该圈肌肉组织的电阻该圈肌肉组织的电阻R;R;答案答案: :(1)6(1)610103 3 二轮二轮物理物理(2)(2)该圈肌肉组织中的感应电动势该圈肌肉组织中的感应电动势E;E;(3)0.3 s(3)0.3 s内该圈肌肉组织中产生的热量内该圈肌肉组织中产生的热量Q.Q.二轮二轮物理物理阅卷评析阅卷评析剑指满分剑指满分电磁感应综合问题电磁感应综合问题考题精选考题精选 (2014(2014浙江理综浙江理综,20,20分分) )某同学设计一个发电测速装置某同学设计一个发电测速装置, ,工作原理如图所示工作原理如图所示. .一个半径为一个半径为R=0

26、.1 mR=0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上的圆形金属导轨固定在竖直平面上, ,一根长为一根长为R R的金属棒的金属棒OA,AOA,A端端与导轨接触良好与导轨接触良好,O,O端固定在圆心处的转轴上端固定在圆心处的转轴上. .转轴的左端有一个半径为转轴的左端有一个半径为r=R/3r=R/3的圆盘的圆盘, ,圆盘和金属棒能随转轴一起转动圆盘和金属棒能随转轴一起转动. .圆盘上绕有不可伸长的细线圆盘上绕有不可伸长的细线, ,下端挂着一个质量为下端挂着一个质量为m=0.5 kgm=0.5 kg的铝块的铝块. .在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场, ,磁感应强磁感应强度度B=0.5 T.aB=0.5 T.a点与导轨相连点与导轨相连,b,b点通过电刷与点通过电刷与O O端相连端相连. .测量测量a,ba,b两点间的电势差两点间的电势差U U可算可算得铝块速度得铝块速度. .铝块由静止释放铝块由静止释放, ,下落下落h=0.3 mh=0.3 m时时, ,测得测得U=0.15 V.(U=0.15 V.(细线与圆盘间没有滑细线与圆盘间没有滑动动, ,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均