电磁感应的综合应用课件

1、高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第1页页第第4单元单元 电磁感应的综合应用电磁感应的综合应用 高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第2页页一、电磁感应中的力学问题一、电磁感应中的力学问题通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，电磁通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，电磁感应往往和力学问题结合在一起解决这类问题基本方法：感应往往和力学问题结合在一起解决这类问题基本方法：确定研究对象，进行受力分析，运动情况的动态分析，导体确定研究对象，进行受力分析，运动情况的动态分析，导体受力运

2、动产生感应电动势受力运动产生感应电动势感应电流感应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化加速度变化速度变化，周而复始地循环，循速度变化，周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达稳定状态，抓住环结束时，加速度等于零，导体达稳定状态，抓住a0时，时，速度达最大紧紧抓住，物体的运动状态与其受力密切相速度达最大紧紧抓住，物体的运动状态与其受力密切相关关高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第3页页【例【例1】如图所示，两平行导轨如图所示，两平行导轨M、N水平固定在一个水平固定在一个磁感应强度为磁感应强度为B、方向竖直

3、向上的匀强磁场中；两根相同的导、方向竖直向上的匀强磁场中；两根相同的导体棒体棒、垂直于导轨放置，它们的质量都为垂直于导轨放置，它们的质量都为m，电阻都为，电阻都为R，导体棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，导体棒与导轨间，导体棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，导体棒与导轨间的动摩擦因数均为的动摩擦因数均为，开始时两导体棒处于静止状态现对，开始时两导体棒处于静止状态现对棒施加一平行于导轨的恒力棒施加一平行于导轨的恒力F，方向如图所示，使，方向如图所示，使棒运动起棒运动起来关于两棒的最终运动状态，下列说法可能正确的是来关于两棒的最终运动状态，下列说法可能正确的是()高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感

4、应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第4页页A棒最终做匀速运动而棒最终做匀速运动而棒静止棒静止B、两棒最终都以相同的速度做匀速运动两棒最终都以相同的速度做匀速运动C两棒最终都匀速运动，但两棒最终都匀速运动，但棒的速度较大棒的速度较大D两棒最终都以相同的加速度运动两棒最终都以相同的加速度运动【解析】【解析】分两种情况讨论分两种情况讨论(1)F2mg，则导体棒，则导体棒先做加速运动，随着所受的安先做加速运动，随着所受的安培力增大，导体棒的加速度越来越小，直到培力增大，导体棒的加速度越来越小，直到FmgF安安，若若mgF安安，此时导体棒，此时导体棒处于静止，导体棒处于静止，导体棒做匀速

5、运动做匀速运动高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第5页页(2)F2mg，导体棒，导体棒先做加速运动，当所受的安培力先做加速运动，当所受的安培力大于大于mg时，导体棒时，导体棒也开始做加速运动，一直到两导体棒也开始做加速运动，一直到两导体棒的加速度相等，即两者的速度差恒定，此时安培力的大小不的加速度相等，即两者的速度差恒定，此时安培力的大小不变，两棒均保持匀加速直线运动变，两棒均保持匀加速直线运动【答案】【答案】AD高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第6页页二、电磁感应与做功相结合二、电磁

6、感应与做功相结合【例【例2】(2011重庆重庆)有人设计了一种可测速的跑步机，有人设计了一种可测速的跑步机，测速原理如图所示该机底面固定有间距为测速原理如图所示该机底面固定有间距为L、长度为、长度为d的平的平行金属电极，电极间充满磁感应强度为行金属电极，电极间充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里、方向垂直纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和电阻的匀强磁场，且接有电压表和电阻R.绝缘橡胶带上镀有间距绝缘橡胶带上镀有间距为为d的平行细金属条，磁场中始终仅有一根金属条，且与电极的平行细金属条，磁场中始终仅有一根金属条，且与电极接触良好，不计金属电阻若橡胶带匀速运动时，电压表读接触良好，不计金属电阻若橡

7、胶带匀速运动时，电压表读数为数为U，求：，求：高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第7页页(1)橡胶带匀速运动的速率；橡胶带匀速运动的速率；(2)电阻电阻R消耗的电功率：消耗的电功率：(3)一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第8页页三、电磁感应中的电路问题三、电磁感应中的电路问题【例【例3】(2012浙江浙江)为了提高自行车夜间行驶的安全为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种性，小明同学设计了一

8、种“闪烁闪烁”装置如图所示，自行车装置如图所示，自行车后轮由半径后轮由半径r15.0102m的金属内圈、半径的金属内圈、半径r20.40 m的金的金属外圈和绝缘辐条构成后轮的内、外圈之间等间隔地接有属外圈和绝缘辐条构成后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯的小灯泡泡 高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第9页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第10页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应

9、高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第11页页(2)ab边切割充当电源，其余为外电路，且并联，其等效边切割充当电源，其余为外电路，且并联，其等效电路如图所示电路如图所示【答案】【答案】4.9102 V，电流，电流方向由方向由b到到a；电路见解；电路见解析析高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第12页页一、巧妙选取研究对象一、巧妙选取研究对象【例【例1】如图所示，两电阻不计的足够长光滑平行金属如图所示，两电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为导轨与水平面夹角为，导轨间距为，导轨间距为l，所在平面的正方形区，所在平面的正方形区域域ab

10、cd内存在有界匀强磁场，磁感应强度为内存在有界匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直斜面，方向垂直斜面向上将甲、乙两阻值相同、质量均为向上将甲、乙两阻值相同、质量均为m的相同金属杆放置的相同金属杆放置在导轨上，甲金属杆处在磁场的上边界，甲乙相距在导轨上，甲金属杆处在磁场的上边界，甲乙相距l，从静止，从静止释放两金属杆的同时，在甲金属杆上施加一个沿着导轨的外释放两金属杆的同时，在甲金属杆上施加一个沿着导轨的外力，使甲金属杆在运动过程中始终沿导轨向下做匀加速直线力，使甲金属杆在运动过程中始终沿导轨向下做匀加速直线运动，加速度大小为运动，加速度大小为gsin，乙金属杆刚进入磁场时做匀速运，乙金属杆刚进入

11、磁场时做匀速运动动高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第13页页(1)甲、乙的电阻甲、乙的电阻R为多少？为多少？(2)从刚释放两金属杆时开始计时，写出从计时开始到甲从刚释放两金属杆时开始计时，写出从计时开始到甲金属杆离开磁场的过程中，外力金属杆离开磁场的过程中，外力F随时间随时间t的变化关系式，并的变化关系式，并说明说明F的方向的方向(3)若从开始释放到乙金属杆离开磁场，乙金属杆中共产若从开始释放到乙金属杆离开磁场，乙金属杆中共产生热量生热量Q，试求此过程中外力，试求此过程中外力F对甲做的功对甲做的功高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电

12、磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第14页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第15页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第16页页(3)分两个过程考虑，第一过程，乙进入磁场前做匀加速分两个过程考虑，第一过程，乙进入磁场前做匀加速运动，只有甲切割磁感线，甲乙产生相同的热量，设为运动，只有甲切割磁感线，甲乙产生相同的热量，设为Q1，此过程中甲一直在磁场中，外力此过程中甲一直在磁场中，外力F始终等于安培力，则有始终等于安培力，则有WFW安安2Q1；第二过程，乙在磁场中切割磁感线，

13、产生的热；第二过程，乙在磁场中切割磁感线，产生的热量量Q2QQ1，对乙匀速过程用动能定理，对乙匀速过程用动能定理(受三个力，重力、受三个力，重力、支持力、安培力，注意安培力做功，就是这个过程消耗的总支持力、安培力，注意安培力做功，就是这个过程消耗的总热量热量)有有mglsin2Q200，联立解得，联立解得WF2Qmglsin高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第17页页【学法指导】【学法指导】本题的第一问，不能以甲为研究对象，本题的第一问，不能以甲为研究对象，因为甲的外力和安培力相等，但都随时间变化，无法列出相因为甲的外力和安培力相等，但都随

14、时间变化，无法列出相应方程求解；第三问原题中解法为分过程求解，若从开始释应方程求解；第三问原题中解法为分过程求解，若从开始释放到乙金属杆离开磁场，乙金属杆中共产生热量放到乙金属杆离开磁场，乙金属杆中共产生热量Q，由于电，由于电流始终相同，故整个过程中甲金属杆中也产生热量流始终相同，故整个过程中甲金属杆中也产生热量Q，实际，实际上，本题也可将甲乙作为整体应用动能定理对从开始到乙上，本题也可将甲乙作为整体应用动能定理对从开始到乙离开磁场过程用动能定理，受力分析知做功的力为外力、重离开磁场过程用动能定理，受力分析知做功的力为外力、重力、安培力，力、安培力，高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁

15、感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第18页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第19页页二、科学分析，不能想当然二、科学分析，不能想当然【例【例2】(2011上海上海)电阻可忽略的光滑平行金属导轨长电阻可忽略的光滑平行金属导轨长s1.15 m，两导轨间距，两导轨间距L0.75 m，导轨倾角为，导轨倾角为30，导轨上，导轨上端端ab接一阻值接一阻值R1.5 的电阻，磁感应强度的电阻，磁感应强度B0.8 T的匀强的匀强磁场垂直轨道平面向上阻值磁场垂直轨道平面向上阻值r0.5 ，质量，质量m0.2 kg的金的金属棒与轨道垂直且接触良好，

16、从轨道上端属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab处由静止开始下处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热Qr0.1 J(取取g10 m/s2)求：求：高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第20页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第21页页【解析】【解析】(1)下滑过程中安培力的功即为在电阻上产生下滑过程中安培力的功即为在电阻上产生的焦耳热，由于的焦耳热，由于R3r，因此，因此QR3Qr0.3 JW安安QQRQr0.4 J高考调研高考调研

17、第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第22页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第23页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第24页页【学法指导】【学法指导】有些考生一看到提供的解法，第一反应有些考生一看到提供的解法，第一反应就是不对本题对动能定理的应用只是提供一个思路，具体就是不对本题对动能定理的应用只是提供一个思路，具体的解题步骤并未详尽给出的解题步骤并未详尽给出高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第

18、第25页页一、电磁感应中的图象问题一、电磁感应中的图象问题【例【例1】(2010上海上海)如图所示，一有界区域内，存在着如图所示，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为向上的匀强磁场，磁场宽度均为L，边长为，边长为L的正方形线框的正方形线框abcd的的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上，使线框从静止开始沿边紧靠磁场边缘置于桌面上，使线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域，若以逆时针方向为电流的正轴正方向匀加速通过磁场区域，若以逆时针方向为电流的正方向，能反映线框中感应电流变化规律

19、的是方向，能反映线框中感应电流变化规律的是()高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第26页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第27页页【答案】【答案】AC 高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第28页页【触类旁通】【触类旁通】(2013山东山东)将一段导线绕成图甲所示的将一段导线绕成图甲所示的闭合电路，并固定在水平面闭合电路，并固定在水平面(纸面纸面)内，回路的内，回路的ab边置于垂直纸边置于垂直纸面向里的匀强磁场面向里的匀强磁场中，回

20、路的圆形区域内有垂直纸面的磁中，回路的圆形区域内有垂直纸面的磁场场，以向里为磁场，以向里为磁场的正方向，其磁感应强度的正方向，其磁感应强度B随时间随时间t变变化的图象如图乙所示用化的图象如图乙所示用F表示表示ab边受到的安培力，以水平向边受到的安培力，以水平向右为右为F的正方向，能正确反映的正方向，能正确反映F随时间随时间t变化的图象是变化的图象是()高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第29页页高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第30页页【解析】【解析】分析一个周期内的情况：在前半个周期

21、内，分析一个周期内的情况：在前半个周期内，磁感应强度均匀变化，磁感应强度磁感应强度均匀变化，磁感应强度B的变化率一定，由法拉第的变化率一定，由法拉第电磁感应定律得知，圆形线圈中产生的感应电动势恒定不电磁感应定律得知，圆形线圈中产生的感应电动势恒定不变，则感应电流恒定不变，变，则感应电流恒定不变，ab边在磁场中所受的安培力也恒边在磁场中所受的安培力也恒定不变，由楞次定律可知，圆形线圈中产生的感应电流方向定不变，由楞次定律可知，圆形线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向，通过为顺时针方向，通过ab的电流方向从的电流方向从ba，由左手定则判断，由左手定则判断得知，得知，ab所受的安培力方向水平向左，为

22、负值；同理可知，所受的安培力方向水平向左，为负值；同理可知，在后半个周期内，安培力大小恒定不变，方向水平向右，故在后半个周期内，安培力大小恒定不变，方向水平向右，故B项正确项正确【答案】【答案】B高考调研高考调研 第九章第九章 电磁感应电磁感应高三物理高三物理 (新课标版新课标版)第第31页页二、电磁感应中的能量问题二、电磁感应中的能量问题【例【例2】(2012上海上海)如图所示，质量为如图所示，质量为M的足够长金属的足够长金属导轨导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上，一电阻不计、质量为放在光滑的绝缘水平面上，一电阻不计、质量为m的导体棒的导体棒PQ放置在导轨上，始终与导轨接触良好，放置在导轨上，始终与导轨接触良好，PQ