《名师同步导学》2014高考物理一轮复习课件 人教版选修3-2 专题2 法拉第电磁感应定律的综合应用

1、首 页上一页下一页末 页同步导同步导学方案学方案课后强课后强化演练化演练首 页上一页下一页末 页专题二法拉第电磁感应定律的综合应用专题二法拉第电磁感应定律的综合应用首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页教 材 要 点 解 读对应学生用书对应学生用书P19图象图象类型类型(1)磁感应强度磁感应强度B、磁通量、磁通量、感应电动势、感应电动势E和感应电流和感应电流I随时间随时间t变化的图象，即变化的图象，即Bt图象、图象、t图象、图象、Et图象和图象和It图象图象(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势况，还常涉及感应

2、电动势E和感应电流和感应电流I随线圈位移随线圈位移x变变化的图象，即化的图象，即Ex图象和图象和Ix图象图象问题问题类型类型(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，求解相应的由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量物理量应用应用知识知识左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律、相关数学知识等律、欧姆定律、牛顿定律、相关数学知识等首 页上一页下一页末 页不管是何种类型的图象，电磁感应中的图象问题常不管是何种类型的图象，电磁感应中

3、的图象问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律进行分析解决律进行分析解决.首 页上一页下一页末 页1电磁感应现象中的能量守恒：电磁感应现象中的能量守恒：能量守恒定律是自能量守恒定律是自然界中的一条基本规律，电磁感应现象当然也不例外电然界中的一条基本规律，电磁感应现象当然也不例外电磁感应现象中，从磁通量变化的角度来看，感应电流总要磁感应现象中，从磁通量变化的角度来看，感应电流总要阻碍原磁通量的变化；从导体和磁体相对运动的角度来阻碍原磁通量的变化；从导体和磁体相对运动的角度来看，感应电流总要阻碍它们的相对运动电磁感应现象中看，感应电流

4、总要阻碍它们的相对运动电磁感应现象中的的“阻碍阻碍”正是能量守恒的具体体现，在这种正是能量守恒的具体体现，在这种“阻碍阻碍”的的过程中，其他形式的能转化为电能过程中，其他形式的能转化为电能首 页上一页下一页末 页2电磁感应现象中的能量转化：电磁感应现象中的能量转化：(1)与感生电动势有与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电路的内能；阻电路，转化过来的电能将全部转化为电路的内能；(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功

5、，把机械能或其他形式的能转化为电能克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能克服安培力做多少功，就产生多少电能若电路是纯电阻电路，转化过多少功，就产生多少电能若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电路的内能来的电能将全部转化为电路的内能首 页上一页下一页末 页电能的三种求解思路电能的三种求解思路(1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电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能等于克服安培力所做的功(2)利用能量守恒求解：相应的其他能量的减少量等利用能量守恒求解：相应的其他能量的减少量等于产生的电能于产生的电能(3)利用电路特征求解：通过电路中所消

6、耗的电能来利用电路特征求解：通过电路中所消耗的电能来计算计算首 页上一页下一页末 页由于通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作由于通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，因此电磁感应问题往往和力学问题综合在一起考查用，因此电磁感应问题往往和力学问题综合在一起考查1理解电磁感应问题中的两个研究对象及其之间的理解电磁感应问题中的两个研究对象及其之间的相互制约关系相互制约关系首 页上一页下一页末 页2领会力和运动的动态关系领会力和运动的动态关系首 页上一页下一页末 页3解决电磁感应现象中的力学问题的思路解决电磁感应现象中的力学问题的思路(1)对电学对象要画好必要的等效电路图对电学对象要画好必要

7、的等效电路图(2)对力学对象要画好必要的受力分析图和过程示意对力学对象要画好必要的受力分析图和过程示意图图(3)电磁感应中切割磁感线的导体要运动，产生的感电磁感应中切割磁感线的导体要运动，产生的感应电流又要受到安培力的作用在安培力作用下，导体的应电流又要受到安培力的作用在安培力作用下，导体的运动状态发生变化，这就可能需要应用牛顿运动定律运动状态发生变化，这就可能需要应用牛顿运动定律首 页上一页下一页末 页对电磁感应现象中的力学问题，要抓好受力情况和对电磁感应现象中的力学问题，要抓好受力情况和运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势感应电流感应

8、电流通电导体受安培力通电导体受安培力合外力变化合外力变化加速度变加速度变化化速度变化速度变化周而复始地循环，循环结束时，加速度周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态要抓住等于零，导体达到稳定运动状态要抓住a0时，速度时，速度v达最大值的特点达最大值的特点首 页上一页下一页末 页解 题 方 法 指 导对应学生用书对应学生用书P20如图甲所示，空间有一宽为如图甲所示，空间有一宽为2L的匀强磁场的匀强磁场区域，磁感应强度为区域，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，方向垂直纸面向外abcd是由均是由均匀电阻丝做成的边长为匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框，总电阻为的正方形线框，总

9、电阻为R.线框线框以垂直磁场边界的速度以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域在运动过程匀速通过磁场区域在运动过程中，线框中，线框ab、cd两边始终与磁场边界平行线框刚进入磁两边始终与磁场边界平行线框刚进入磁场的位置场的位置x0，x轴沿水平方向向右求：轴沿水平方向向右求：首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页(1)cd边刚进入磁场时，边刚进入磁场时，ab两端的电势差，并指明哪两端的电势差，并指明哪端电势高；端电势高；(2)线框穿过磁场的过程中，线框中产生的焦耳热；线框穿过磁场的过程中，线框中产生的焦耳热；(3)在图乙中，画出在图乙中，画出ab两端电势差两端电势差Uab随距离变化的图随距

10、离变化的图象其中象其中U0BLv.首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页【方法总结】【方法总结】解决此类问题的一般步骤解决此类问题的一般步骤明确图象的种类，是明确图象的种类，是B t图，图， t图、图、Et图还是图还是It图等；图等；分析电磁感应的具体过程；分析电磁感应的具体过程；结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定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方程；律等规律写出函数方程；根据函数方程进行数学分析，例如分析斜率的变根据函数方程进行数学分析，例如分析斜率的变化、截距等；化、截距等；画图象或判断图象画图象或判断图象首 页上一页

11、下一页末 页矩形导线框矩形导线框abcd固定在匀强磁固定在匀强磁场中，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，磁感应强度正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间随时间t变化的规律如变化的规律如图所示若规定顺时针方向为感应电流图所示若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，图中的正方向，图中的的it图象正确的是图象正确的是()首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页解析：解析：磁感应强度均匀变化，产生恒定的感应电流，磁感应强度均匀变化，产生恒定的感应电流，A错误第错误第1 s内，磁场垂直于纸面向里均匀增强，由楞次内，磁场垂直

12、于纸面向里均匀增强，由楞次定律可以判定感应电流方向为逆时针，为负，定律可以判定感应电流方向为逆时针，为负，C错误同错误同理可判定，第理可判定，第4 s内感应电流方向为逆时针，为负，故内感应电流方向为逆时针，为负，故B错错误，误，D正确正确答案：答案：D首 页上一页下一页末 页 (2013吉林一中高二上学期期末吉林一中高二上学期期末)在倾角为在倾角为的两平行光滑长直金属导轨的下端，接有一电阻的两平行光滑长直金属导轨的下端，接有一电阻R，导轨，导轨自身的电阻可忽略不计，有一匀强磁场与两金属导轨平面自身的电阻可忽略不计，有一匀强磁场与两金属导轨平面垂直，方向垂直于导轨平面向上质量为垂直，方向垂直于导

13、轨平面向上质量为m，电阻可不计，电阻可不计的金属棒的金属棒ab，在沿着导轨平面且与棒垂直的恒力，在沿着导轨平面且与棒垂直的恒力F作用下作用下由导轨下端沿导轨匀速上滑，上升高度为由导轨下端沿导轨匀速上滑，上升高度为h，如图所，如图所示则在此过程中示则在此过程中()首 页上一页下一页末 页A恒力恒力F在数值上等于在数值上等于mgsinB恒力恒力F对金属棒对金属棒ab所做的功等于所做的功等于mghC恒力恒力F与重力的合力对金属棒与重力的合力对金属棒ab所做的功等于电所做的功等于电阻阻R上释放的焦耳热上释放的焦耳热D恒力恒力F与重力的合力对金属棒与重力的合力对金属棒ab所做的功等于零所做的功等于零首

14、页上一页下一页末 页【解析】【解析】逐项分析如下：逐项分析如下：故选故选C.【答案】【答案】C选项选项诊断诊断结论结论A金属棒金属棒ab沿导轨匀速上滑，合外力为零，恒力沿导轨匀速上滑，合外力为零，恒力F在在数值上等于重力沿导轨方向的分力与安培力之和数值上等于重力沿导轨方向的分力与安培力之和B动能不变，拉力做功等于克服重力和安培力做功，动能不变，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做的功等于重力势能的增加，克服安培力克服重力做的功等于重力势能的增加，克服安培力做的功最终转化为电阻做的功最终转化为电阻R上释放的焦耳热上释放的焦耳热C恒力与重力的合力对金属棒做的功等于克服安培力恒力与重力的合力

15、对金属棒做的功等于克服安培力做的功，大小等于电阻做的功，大小等于电阻R上释放的焦耳热上释放的焦耳热D首 页上一页下一页末 页【方法总结】【方法总结】求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路(1)分析回路，分清电源和外电路：在电磁感应现象分析回路，分清电源和外电路：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电源，其余部分相当于应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路外电路(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量分析清楚有哪些力做功，

16、明确有哪些形式的能量发生了转化如：发生了转化如：首 页上一页下一页末 页做功情况做功情况能量变化特点能量变化特点滑动摩擦力做功滑动摩擦力做功有内能产生有内能产生重力做功重力做功重力势能必然发生变化重力势能必然发生变化克服安培力做功克服安培力做功必然有其他形式的能转化为电必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能就产生多少电能安培力做正功安培力做正功电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能(3)根据能量守恒方程求解根据能量守恒方程求解首 页上一页下一页末 页(2013邯郸高二检测邯郸高二检测)如图所示，竖直如图所示，竖直固定的光滑固定的光

17、滑U形金属导轨形金属导轨MNOP每米长度的电阻为每米长度的电阻为r，MN平行于平行于OP，且相距为，且相距为l，磁感应强度为，磁感应强度为B的匀强磁场与导的匀强磁场与导轨所在平面垂直有一质量为轨所在平面垂直有一质量为m、电阻不计的水平金属杆、电阻不计的水平金属杆ab可在导轨上自由滑动，滑动过程中与导轨接触良好且保可在导轨上自由滑动，滑动过程中与导轨接触良好且保持垂直将持垂直将ab从某一位置由静止开始释放后，下滑从某一位置由静止开始释放后，下滑h高度高度时速度达最大，在此过程中，电路中产生的热量为时速度达最大，在此过程中，电路中产生的热量为Q，以，以后设法让杆后设法让杆ab保持这个速度匀速下滑，

18、直到离开导轨为保持这个速度匀速下滑，直到离开导轨为止求：止求：首 页上一页下一页末 页(1)金属杆匀速下滑时的速度；金属杆匀速下滑时的速度；(2)匀速下滑过程中通过金属杆的电流匀速下滑过程中通过金属杆的电流I与时间与时间t的关的关系系首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页如图甲所示，两根足够长的直金属导轨如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距的绝缘斜面上，两导轨间距为为L.M、P两点间接有阻值为两点间接有阻值为R的电阻一根质量为的电阻一根质量为m的均的均匀直金属杆匀直金属杆AB放在两导轨上，并与导轨

19、垂直整套装置放在两导轨上，并与导轨垂直整套装置处于磁感应强度为处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下导轨和金属杆的电阻可忽略让下导轨和金属杆的电阻可忽略让AB杆沿导轨由静止杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦擦首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页(1)由由B向向A方向看到的装置如图乙所示，请在此图中方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出画出AB杆下滑过程中某时刻的受力示意图；杆下滑过程中某时刻的受力示意图；(2)在加速下滑过程中，当在加速下滑过程中，当AB杆的

20、速度大小为杆的速度大小为v时，时，求此时求此时AB杆中的电流大小及其加速度的大小；杆中的电流大小及其加速度的大小；(3)求在下滑过程中，求在下滑过程中，AB杆可以达到的最大速度值杆可以达到的最大速度值首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页【答案】【答案】见解析见解析首 页上一页下一页末 页【方法总结】【方法总结】解决电磁感应现象中的力学问题的基本步骤：解决电磁感应现象中的力学问题的基本步骤：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势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；的大小和方向；(2)求回路中的电流；求回路中的电流；(3)分析研究导体受力情况分析研究导体受

21、力情况(包含安培力，用左手定则包含安培力，用左手定则确定其方向确定其方向)；(4)列动力学方程或平衡方程求解列动力学方程或平衡方程求解首 页上一页下一页末 页如图所示，两金属杆如图所示，两金属杆ab和和cd长均为长均为L，电阻均为，电阻均为R，质量分别为，质量分别为M和和m.现用两根质量和电阻现用两根质量和电阻均可忽略不计且不可伸长的柔软导线将它们连接成闭合回均可忽略不计且不可伸长的柔软导线将它们连接成闭合回路，并悬挂于水平、光滑、不导电的圆棒两侧已知两金路，并悬挂于水平、光滑、不导电的圆棒两侧已知两金属杆都处于水平位置，整个装置处在一个与回路平面垂直属杆都处于水平位置，整个装置处在一个与回路

22、平面垂直且磁感应强度为且磁感应强度为B的匀强磁场中，求金属杆的匀强磁场中，求金属杆ab向下做匀速向下做匀速运动时的速度运动时的速度首 页上一页下一页末 页解析：解析：当金属杆当金属杆ab以速度以速度v向下做匀速运动时，向下做匀速运动时，cd杆杆也将以速度也将以速度v向上做匀速运动，两杆同时做切割磁感线运向上做匀速运动，两杆同时做切割磁感线运动，回路中产生的感应电动势为动，回路中产生的感应电动势为E2BLv.分别以分别以ab杆和杆和cd杆为研究对象进行受力分析，画出受杆为研究对象进行受力分析，画出受力分析图，如图甲、乙所示，力分析图，如图甲、乙所示，首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末

23、页课 堂 巩 固 训 练对应学生用书对应学生用书P221如图所示，阻值为如图所示，阻值为R的金属棒从图示位置的金属棒从图示位置ab分别分别以以v1、v2的速度沿光滑导轨的速度沿光滑导轨(电阻不计电阻不计)匀速滑动到匀速滑动到ab位位置，若置，若v1 v21 2，则在这两次过程中，则在这两次过程中()A回路电流回路电流I1 I21 2B产生的热量产生的热量Q1 Q21 2C通过任一截面的电荷量通过任一截面的电荷量q1 q21 2D外力的功率外力的功率P1 P21 2首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页答案：答案：AB首 页上一页下一页末 页2.如图所示，有两根和水平方向成如图所示，有

24、两根和水平方向成角的光滑平行的角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B.一根质量为一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度属杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则，则()A如果如果B变大，变大，vm将变大将变大B如果如果变大，变大，vm将变大将变大C如果如果R变大，变大，vm将变大将变大D如果如果m变小，变小，vm将变大将变大首 页上一页下一页末 页首

25、 页上一页下一页末 页答案：答案：BC首 页上一页下一页末 页3如图如图(a)所示，面积为所示，面积为0.01 m2、电阻为、电阻为0.1 的正的正方形导线框放在匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂方形导线框放在匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直磁感应强度直磁感应强度B随时间随时间t的变化图线如图的变化图线如图(b)t0时刻，时刻，磁感应强度的方向垂直于纸面向里在磁感应强度的方向垂直于纸面向里在1 s末线框中感应末线框中感应电流的大小为电流的大小为_A若规定水平向左为正方向，请若规定水平向左为正方向，请在图在图(c)中定性画出前中定性画出前4 s内内ab边所受的安培力边所受的安培力F随时间随时间t的的变化图线变化图线首 页上一页下一页末 页首 页上一页下一页末 页但由于磁感应强度是变化的，所以但由于磁感应强度是变化的，所以ab边受的安培力是边受的安培力是变化的若规定向左为正方向，根据变化的若规定向左为正方向，根据FBIL，安培力与，安培力与B成正比，成正比，01 s安培力为正向减小