（浙江专版）高考物理大一轮复习 第九章 电磁感应 第3课时 电磁感应现象的综合问题课件

1、1第第3课时电磁感应现象的综合问题课时电磁感应现象的综合问题2电源电源内阻内阻3二、电磁感应中的动力学问题二、电磁感应中的动力学问题1.通电导体在磁场中受到通电导体在磁场中受到_作用，电磁感应问题往往和力作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起。解决的基本方法如下：学问题联系在一起。解决的基本方法如下：(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；向；(2)求回路中的电流；求回路中的电流；(3)分析导体受力情况分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析包含安培力在内的全面受力分析)；(4)根据平衡条件或根据平衡条件或_列

2、方程。列方程。 安培力安培力牛顿第二定律牛顿第二定律42.两种状态处理两种状态处理(1)导体处于平衡态导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态。静止或匀速直线运动状态。处理方法：根据平衡条件处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析。合外力等于零列式分析。(2)导体处于非平衡态导体处于非平衡态加速度不等于零。加速度不等于零。处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析，或结合功能关处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析，或结合功能关系分析。系分析。 5三、电磁感应中的能量转化三、电磁感应中的能量转化1.电磁感应现象的实质是电磁感应现象的实质是_和和_之间的转化。之间的转化。2.感应电流在磁场中受安培力，

3、克服安培力感应电流在磁场中受安培力，克服安培力_，将，将_的能转化为的能转化为_，电流做功再将电能转化为，电流做功再将电能转化为_。 其他形式的能其他形式的能电能电能做功做功其他形式其他形式电能电能其他形式的能其他形式的能6考点一电磁感应的电路问题考点一电磁感应的电路问题(/d)要点突破要点突破1.处理问题的一般思路处理问题的一般思路(1)确定电源，在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分确定电源，在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体是电源；导体是电源；(2)分析电路结构分析电路结构(区分内、外电路及外电路的串、并联分析区分内、外电路及外电路的串、并联分析)，画出等效电路；画出等效电路

4、；(3)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率等公运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率等公式求解。式求解。 789(1)求求00.10 s线圈中的感应电动势大小；线圈中的感应电动势大小；(2)t0.22 s时闭合开关时闭合开关K，若细杆，若细杆CD所受安培力方向竖直向上，所受安培力方向竖直向上，判断判断CD中的电流方向及磁感应强度中的电流方向及磁感应强度B2的方向；的方向；(3)t0.22 s时闭合开关时闭合开关K，若安培力远大于重力，细框跳起的最，若安培力远大于重力，细框跳起的最大高度大高度h0.20 m，求通过细杆，求通过细杆CD的电荷量。的电荷量。10答案答案(1)30

5、 V(2)电流方向电流方向CDB2方向向上方向向上 (3)0.03 C 1112答案答案A132.(多选多选)如图所示，如图所示，PN与与QM两平行金属导轨相距两平行金属导轨相距1 m，电阻不计，电阻不计，两端分别接有电阻两端分别接有电阻R1和和R2，且，且R16 ，ab杆的电阻为杆的电阻为2 ，在，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为应强度为1 T。现。现ab以恒定速度以恒定速度v3 m/s匀速向右移动，这时匀速向右移动，这时ab杆上消耗的电功率与杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等。则消耗的电功率

6、之和相等。则()A.R26 B.R1上消耗的电功率为上消耗的电功率为0.375 WC.a、b间电压为间电压为3 VD.拉拉ab杆水平向右的拉力为杆水平向右的拉力为0.75 N 14答案答案BD15考点二电磁感应的图象问题考点二电磁感应的图象问题(/d)要点突破要点突破1.图象问题大体上可分为三类图象问题大体上可分为三类(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象。由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象。(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。(3)根据图象定量计算。根据图象定量计算。 162.解题步骤解题步骤(1)明确图

7、象的种类，即是明确图象的种类，即是Bt图还是图还是t图，或者是图，或者是Et图、图、It图等。图等。(2)分析电磁感应的具体过程判断对应的图象是否分段，共分几分析电磁感应的具体过程判断对应的图象是否分段，共分几段。段。(3)用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向。用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向。(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式。写出函数关系式。(5)根据函数关系式，进行数学分析。根据函数关系式，进行数学分析。(6)画图象或判断图象。画图象或判断图象。 17典例剖析典例剖析【例】【例】 矩形导线框

8、矩形导线框abcd放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度线框平面垂直，磁感应强度B随时间随时间t变化的图象如图所示。设变化的图象如图所示。设t0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，则在时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，则在04 s时间内，时间内，选项图中能正确反映线框选项图中能正确反映线框ab边所受的安培力边所受的安培力F随时间随时间t变化的图变化的图象是象是(规定规定ab边所受的安培力向左为正边所受的安培力向左为正)()18解析在解析在01 s内内，由法拉第电磁感应定律可知由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电产生的感应电流大小恒定流大

9、小恒定，由楞次定律可得线框内产生的感应电流方向为顺时由楞次定律可得线框内产生的感应电流方向为顺时针方向针方向，根据左手定则可判断出线框根据左手定则可判断出线框ab边所受安培力方向向左边所受安培力方向向左(为正为正)，由由FBIL可知可知F随磁感应强度的减小而减小。在随磁感应强度的减小而减小。在12 s内内，由楞次定律可得线框内产生的感应电流方向为顺时针方向由楞次定律可得线框内产生的感应电流方向为顺时针方向，根据左手定则可判断出线框根据左手定则可判断出线框ab边所受安培力方向向右边所受安培力方向向右(为负为负)，由由FBIL可知可知F随磁感应强度的增大而增大。同理在随磁感应强度的增大而增大。同理

10、在23 s内内，线线框框ab边所受安培力方向向左边所受安培力方向向左(为正为正)，由由FBIL可知可知F随磁感应强随磁感应强度的减小而减小。在度的减小而减小。在34 s内内，线框线框ab边所受安培力方向向右边所受安培力方向向右(为为负负)，由由FBIL可知可知F随磁感应强度的增大而增大随磁感应强度的增大而增大，D正确。正确。答案答案D19针对训练针对训练1.在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，当磁场的磁线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，当磁场的磁感应强度感应强度B随时间

11、随时间t如图乙变化时，图中正确表示线圈中感应电如图乙变化时，图中正确表示线圈中感应电动势动势E变化的是变化的是()2021答案答案A2223乙乙24解析由公式解析由公式EBlv可知可知，当刷卡速度减半时当刷卡速度减半时，线圈中的感应电线圈中的感应电动势最大值减半动势最大值减半，且刷卡所用时间加倍且刷卡所用时间加倍，故故D选项正确。选项正确。答案答案D25考点三电磁感应的动力学问题考点三电磁感应的动力学问题(/d)26典例剖析典例剖析【例】【例】 如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间间距为距为l0.5 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水

12、平，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成面成30角。完全相同的两金属棒角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触。已知两棒质量均为每棒两端都与导轨始终有良好接触。已知两棒质量均为m0.02 kg，电阻均为，电阻均为R0.1 ，整个装置处在垂直于导轨平面向，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度上的匀强磁场中，磁感应强度B0.2 T。棒。棒ab在平行于导轨向在平行于导轨向上的力上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持恰好能够保持静止。静止。g取取10 m/s2，求：，求

13、：27(1)通过棒通过棒cd的电流的电流I是多少？方向如何？是多少？方向如何？(2)棒棒ab受到的力受到的力F是多大？是多大？解析解析(1)棒棒cd受到的安培力为受到的安培力为FcdBIl棒棒cd在共点力作用下平衡在共点力作用下平衡，则则Fcdmgsin 30联立解得联立解得I1 A根据楞次定律可知根据楞次定律可知，棒棒cd中电流方向由中电流方向由d至至c。(2)棒棒ab与棒与棒cd受到的安培力大小相等受到的安培力大小相等，即即FabFcd对棒对棒ab，由共点力平衡条件得由共点力平衡条件得Fmgsin 30BIl解得解得F0.2 N答案答案(1)1 A由由d至至c(2)0.2 N 28针对训练

14、针对训练如图所示，光滑的如图所示，光滑的“ “ ”形金属导体框竖直放置，形金属导体框竖直放置，除图中已标阻值为除图中已标阻值为R的电阻外，其余电阻不计。的电阻外，其余电阻不计。质量为质量为m的金属棒的金属棒MN与框架接触良好。在区域与框架接触良好。在区域abcd和和cdef内，存在磁感应强度大小分别为内，存在磁感应强度大小分别为B1B、B22B的有界匀强磁场，方向均垂直于框架的有界匀强磁场，方向均垂直于框架平面向里，两竖直导轨平面向里，两竖直导轨ae与与bf间距为间距为L。现从图示位置由静止释。现从图示位置由静止释放金属棒放金属棒MN，当金属棒进入磁场，当金属棒进入磁场B1区域后恰好做匀速运动

15、。区域后恰好做匀速运动。求：求：(1)金属棒进入磁场金属棒进入磁场B1区域后的速度大小；区域后的速度大小；(2)金属棒刚进入磁场金属棒刚进入磁场B2区域时的加速度大小。区域时的加速度大小。2930考点四电磁感应的能量问题考点四电磁感应的能量问题(/d)要点突破要点突破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安培力作用。因此闭合程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用。因此闭合电路的一部分导体运动切割磁感线时必克服安培力做功。此过电路的一部分导体运动切割磁感线时必克服安培力做功。此过程中

16、，其他形式的能转化为电能。克服安培力做多少功，就有程中，其他形式的能转化为电能。克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。当感应电流通过用电器时，电多少其他形式的能转化为电能。当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能。能又转化为其他形式的能。同理，电流做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，同理，电流做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。 312.电能求解思路主要有三种：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利用克服安培力做功求解，电磁感

17、应中产生的电能等于克服安培力所做的功。服安培力所做的功。(2)利用能量守恒求解，导体切割磁感线产生感应电流时，开利用能量守恒求解，导体切割磁感线产生感应电流时，开始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能。始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能。(3)利用电路特征来求解，通过电路中所消耗的电能来计算。利用电路特征来求解，通过电路中所消耗的电能来计算。 32典例剖析典例剖析【例】【例】 如图所示，在高度差如图所示，在高度差h0.5 m的平行虚线范围内，有磁的平行虚线范围内，有磁感应强度感应强度B0.5 T、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场，正、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场

18、，正方形线框方形线框abcd的质量的质量m0.1 kg、边长、边长L0.5 m、电阻、电阻R0.5 ，线框平面与竖直平面平行，静止在位置线框平面与竖直平面平行，静止在位置“”时，时，cd边跟磁场边跟磁场下边缘有一段距离。现用一竖直向上的恒力下边缘有一段距离。现用一竖直向上的恒力F4.0 N向上提线向上提线框，线框由位置框，线框由位置“”无初速度开始向上运动，穿过磁场区，无初速度开始向上运动，穿过磁场区，最后到达位置最后到达位置“”(ab边恰好出磁场边恰好出磁场)，线框平面在运动中保，线框平面在运动中保持与磁场方向垂直，且持与磁场方向垂直，且cd边保持水平。设边保持水平。设cd边刚进入磁场时，边

19、刚进入磁场时，线框恰好开始做匀速直线运动。线框恰好开始做匀速直线运动。g取取10 m/s2。33(1)求线框进入磁场前距磁场下边界的距离求线框进入磁场前距磁场下边界的距离H；(2)线框由位置线框由位置“”到位置到位置“”的过程中，恒力的过程中，恒力F做的功是多做的功是多少？线框内产生的热量又是多少？少？线框内产生的热量又是多少？3435答案答案(1)9.6 m(2)42.4 J3.0 J 36 针对训练针对训练(2016浙江理综浙江理综)小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距根平行金属导轨相距l0.50 m，倾角，倾角53，导轨上

20、端串接一，导轨上端串接一个个0.05 的电阻。在导轨间长的电阻。在导轨间长d0.56 m的区域内，存在方向垂直的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B2.0 T。质量。质量m4.0 kg的金属棒的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。相连。CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s0.24 m。一。一位健身者用恒力位健身者用恒力F80 N拉动拉动GH杆，杆，CD棒由静止开始运动，上棒由静止开始运动，上升过程中升过程中CD棒始终保持与导轨垂直。当棒

21、始终保持与导轨垂直。当CD棒到达磁场上边界时棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置棒回到初始位置(重力加速度重力加速度g10 m/s2，sin 530.8，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量的质量)。求。求37(1)CD棒进入磁场时速度棒进入磁场时速度v的大小；的大小；(2)CD棒进入磁场时所受的安培力的大小；棒进入磁场时所受的安培力的大小；(3)在拉升在拉升CD棒的过程中，健身者所做的功棒的过程中，健身者所做的功W和电阻产生的焦耳和电阻产生的焦耳热热Q。3839答案答案(1)2.4 m/s(2)48

22、N(3)64 J26.88 J 401.如图所示，如图所示，A是一边长为是一边长为l的正方形线框，电阻为的正方形线框，电阻为R，现维持线，现维持线框以恒定的速度框以恒定的速度v沿沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场B区区域。取逆时针方向为电流正方向，线框从图示位置开始运动，域。取逆时针方向为电流正方向，线框从图示位置开始运动，则线框中产生的感应电流则线框中产生的感应电流i随时间随时间t变化的图线是图中的变化的图线是图中的()41解析由于线框进入和穿出磁场时解析由于线框进入和穿出磁场时，线框内磁通量均匀变化线框内磁通量均匀变化，因因此在线框中产生的感应电流大小不变

23、此在线框中产生的感应电流大小不变，根据楞次定律可知根据楞次定律可知，线框线框进入磁场时感应电流的方向与规定的正方向相同进入磁场时感应电流的方向与规定的正方向相同，穿出磁场时感穿出磁场时感应电流的方向与规定的正方向相反应电流的方向与规定的正方向相反，因此应选，因此应选B。答案答案B 422.如图所示，质量为如图所示，质量为m、高为、高为h的矩形导线框在竖直面内自由下落，的矩形导线框在竖直面内自由下落，其上下两边始终保持水平，途中恰好匀速穿过一有理想边界、其上下两边始终保持水平，途中恰好匀速穿过一有理想边界、高亦为高亦为h的匀强磁场区域，线框在此过程中产生的内能为的匀强磁场区域，线框在此过程中产生的内能为()A.mgh B.2mghC.大于大于mgh而小于而小于2mgh D.大于大于2mgh 43解析因线框匀速穿过磁场解析因线框匀速穿过磁场，在穿过磁场的过程中合外力做，在穿过磁场的过程中合外力做功为零，克服安培力做功为功为零，克服安培力做功为2mgh，产生的内能亦为产生的内能亦为2mgh，故故选选B。答案答案B 443.如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用的位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用0.3 s时