高考物理一轮复习 10.3 电磁感应定律的综合应用同步课件

1、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1在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化 的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于 因 此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起2解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(右手定则)确定感应 电动势的 和 ； (2)画等效电路； (3)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率等 公式求解电源大小方向3与上述问题相关的几个知识点 (1)电源电动势E 或E . (2)闭合电路欧姆定律I ； 部分电路欧姆定律I ； 电源的内电压Ur ； 电源的路端电压UIR . (3)通过导体的电荷量qI

2、t .IrEIrBlv (1)某段导体作为外电路时，它两端的电压就是电流与其电阻的乘积(2)某段导体作为电源时，它两端的电压就是路端电压，等于电流与外电阻的乘积，或等于电动势减去内电压当其电阻不计时，路端电压等于电源电动势(3)某段导体做电源，断路时电压等于电动势二、电磁感应中的力学问题1通电导体在磁场中将受到 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： (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大 小和方向； (2)求回路中的电流； (3)分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析)； (4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程安培力2两种状态处理 (1)导体处

3、于平衡态静止或匀速直线运动状态 处理方法：根据平衡条件合外力 列式分析 (2)导体处于非平衡态加速度 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析，或结合功能 关系分析等于零不等于零3电磁感应中的动力学临界问题 (1)解决这类问题的关键是通过受力情况和运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值或最 小值的条件三、电磁感应中的能量转化问题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程中产生的感应电流在磁场中必定受到 作用，因此要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服 做功此过程中，其他形式的能转化为 “外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为 当感应电流通过用电

4、器时，电能又转化为其他形式的能同理，安培力做功的过程是 转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功，就有多少 转化为其他形式的能安培力安培力电能电能电能电能2求解电能的主要思路 (1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等 于克服安培力所做的功； (2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能； (3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算3解决电磁感应现象中的能量问题的一般步骤 (1)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应电动势，该导体或回路就相当于 (2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量 发生了相互转化 (3)根据能量守恒

5、列方程求解 电源1.对电源的理解：电源是将其他形式的能转化为电能的装 置在电磁感应现象里，通过导体切割磁感线和线圈磁通 量的变化而将其他形式的能转化为电能2对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体或磁通量发 生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成3问题分类(1)确定等效电源的正、负极，感应电流的方向，电势高低， 电容器极板带电性质等问题(2)根据闭合电路求解电路中的总电阻、路端电压、电功率 等问题(3)根据电磁感应的平均感应电动势求解电路中通过的电荷 量：4解决电磁感应电路问题的基本步骤(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应 电动势的大小和方向：感应电流的方向是电源内部电

6、流 的方向(2)根据“等效电源”和电路中其他各元件的连接方式画出等效 电路(3)根据EBlv或E 结合闭合电路欧姆定律、串并联电 路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解(1)判断感应电流和电动势的方向，都是利用“相当于电源” 的部分根据右手定则或楞次定律判定的实际问题中应 注意外电路电流由高电势流向低电势，而内电路则相反(2)在闭合电路中，“相当于电源”的导体两端的电压与真实的 电源两端的电压一样，等于路端电压，而不等于感应电 动势 两根光滑的长直金属导轨MN、MN平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、M处接有如图931所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C.长度

7、也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为x的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q.求： (1)ab运动速度v的大小； (2)电容器所带的电荷量q. 图931ab切割磁感线产生感应电动势为电源，电动势可由EBlv计算，其中v为所求，再结合欧姆定律、焦耳定律、电容器及运动学知识列方程可解得. 听课记录(1)设ab上产生的感应电动势为E，回路中的电流为I，ab运动距离x所用时间为t，三个电阻R与电源串联，总电阻为4R，则EBlv 由闭合电路欧姆定律有I t 由焦耳定律有QI2(4R)

8、t 联立上述各式解得v (2)设电容器两极板间的电势差为U，则有UIR 电容器所带电荷量qCU，解得q答案(1)4QR/(B2l2x)(2)CQR/(Blx) 名师归纳解决此类问题要分清电路的组成，产生感应电动势的部分为电源，其电路部分为内电路，其余则为外电路，然后画出等效电路图，再结合电磁感应定律及直流电路的知识即可求解.1.图象问题可以综合法拉第电磁感应定律、楞次定律或右手定 则、安培定则和左手定则，还有与之相关的电路知识和力学 知识等2图象问题的特点：考查方式比较灵活，有时根据电磁感应 现象发生的过程，确定图象的正确与否，有时依据不同的图 象进行综合计算3解题关键：弄清初始条件，正、负方

9、向的对应，变化范围， 所研究物理量的函数表达式，进出磁场的转折点是解决问题 的关键4解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类，即是Bt图还是t图，或者Et图、 It图等；(2)分析电磁感应的具体过程；(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律等规律写 出函数关系式；(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截 距等；(6)画图象或判断图象 对图象的认识，应从以下几方面注意：(1)明确图象所描述的物理意义；(2)必须明确各种“”、“”的含义；(3)必须明确斜率的含义；(4)必须建立图象和电磁感应过程之间的对应关系；(5)注意理解：三

10、个相似关系及其各自的物理意义； 分别反映了v、B、变化的快慢 一矩形线圈位于一随时间t变化的磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面(纸面)向里，如图932甲所示磁感应强度B随时间t的变化规律如图932乙所示以I表示线圈中的感应电流，以图932甲中线圈上箭头所示方向的电流为正，则图933所示的It图中正确的是 ()图932图933先由楞次定律判定感应电流的方向，再根据法拉第电磁感应定律确定感应电动势和感应电流的大小情况. 解题指导由图932乙可知，在01 s的时间内，磁感应强度均匀增大，由楞次定律判断出感应电流的方向为逆时针方向，和图932甲中所示电流方向相反，所以为负值，B选项和C选项都错误；根据

11、法拉第电磁感应定律，感应电动势大小 为一定值，在2 s3 s和4 s5 s时间内，磁感应强度不变，磁通量不变化，无感应电流生成，D选项错，所以A选项正确答案A 名师归纳(1)图象问题大体可分为两类： 由给出的电磁感应过程选出或画出正确的图象 由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应物理量不管是哪种类型，电磁感应中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律分析解决 (2)解决图象类问题的关键是明确坐标轴的意义，明确图象上各点坐标的含义1如图934所示，一导体圆环位于纸 面内，O为圆心环内两个圆心角为90的扇形区域内 分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向 相反且均与

12、纸面垂直导体杆OM可绕O转动，M端通过 滑动触点与圆环良好接触在圆心和圆环间连有电阻R，杆OM以匀角速度逆时针转动，t0时恰好在图示位置规定从a到b流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从t0开始转动一周的过程中，电流随t变化的图象是图935中的 ()图934图935解析：依据右手定则，可知在0 内，电流方向为由M到O，在电阻R内则是由b到a，为负值，且大小I 为一定值； 内没有感应电流； 内电流的方向相反，即沿正方向； 2内没有感应电流，故C对答案：C1.运动的动态结构2能量转化特点3安培力在不同情况下的作用(1)当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，导体所受安培 力与导

13、体运动方向相反，此即电磁阻尼在这种情况下， 安培力对导体做负功，即导体克服安培力做功，将机械能 转化为电能，进而转化为焦耳热(2)当导体开始时静止、磁场(磁体)运动时，由于导体相对磁 场向相反方向做切割磁感线运动而产生感应电流，进而受 到安培力作用，这时安培力成为导体运动的动力，此即电 磁驱动在这种情况下，安培力做正功，电能转化为导体 的机械能 在利用能量守恒解决电磁感应中的问题时，要分析安培力的做功情况，即安培力在导体运动过程中是做正功还是做负功另外，参与能量转化的形式要考虑周全，要考虑准确哪些形式的能量增加，哪些形式的能量减少 (14分)位于竖直平面内的矩形平面导线框abcd，ab长L11

14、.0 m，bc长L20.5 m，线框的质量m0.2 kg，电阻R2 .其下方有一匀强磁场区域，该区域的上、下边界PP和QQ均与ab平行两边界间距离为H，HL2，磁场的磁感应强度B1.0 T，方向与线框平面垂直如图936所示，令线框的cd边从离磁场区域上边界PP的距离为h0.7 m处自由下落已知线框的cd边进入磁场以后，图936ab边到达边界PP之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值求从线框开始下落，到cd边刚刚到达磁场区域下边界QQ的过程中，磁场作用于线框的安培力所做的总功为多少？(g取10 m/s2)本题中重力势能转化为电能和动能，而安培力做的总功使重力势能一部分转化为电能，电能的多

15、少等于安培力做的功. 满分指导依题意，线框的ab边到达磁场边界PP之前的某一时刻线框的速度达到这一阶段速度最大值，以v0表示这一最大速度，则有EBL1v0 (1分)线框中电流I (2分)作用于线框上的安培力FBL1I (2分)速度达到最大值的条件是Fmg (1分)所以v0 4 m/s. (2分) cd边继续向下运动的过程中，直至线框的ab边达到磁场的上边界PP，线框保持速度v0不变，故从线框自由下落至ab边进入磁场的过程中，由动能定理得：mg(hL2)W安 mv02 (2分)W安 mv02mg(hL2)0.8 J (2分) ab边进入磁场后，直到cd边到达磁场区域下边界QQ的过程中，作用于整个

16、线框的安培力为零，安培力做功也为零，线框只在重力作用下做加速运动，故线框从开始下落到cd边刚到达磁场区域下边界QQ的过程中，安培力做的总功即为线框自由下落至ab边进入磁场过程中安培力所做的功W安0.8 J (2分) 负号表示安培力做负功 答案0.8 J 名师归纳(1)解答此类题的关键是弄清做功情况和能量转化情况 (2)功是能量转化的量度，安培力做多少功，就有多少其他形式的能量转化为电能2如图937(a)所示，一个电阻值为R、 匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合 回路，线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2的圆形区域内 存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时 间t变

17、化的关系图线如图937(b)所示 .图线与横、纵轴 的截距分别为t0和B0.导线的电 阻不计，求0至t1时间内：图937(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；(2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量解析：(1)根据法拉第电磁感应定律，电路中产生的感应电动势：通过电阻R1上的电流：根据楞次定律，可判定流经电阻R1的电流方向从下往上，即图中从b到a.(2)在0至t1时间内通过电阻R1的电荷量电阻R1上产生的热量QI2R1t1答案：见解析1如938所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平 放置的金属棒ab以水平速度v0抛出设在整个过程中，棒 的取向不变且不计空气阻力，则在金属棒运动过程中产

18、生 的感应电动势大小变化情况是 () A越来越大B越来越小 C保持不变 D无法判断图938随堂巩固解析：金属棒水平抛出后，在垂直于磁场方向的速度不变，由EBLv可知，感应电动势也不变C项正确答案：C2用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2 m，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图939所示在磁场以10 T/s的变化率增强时，线框中a、b两点间的电势差是 () AUab0.1 V BUab0.1 V CUab0.2 V DUab0.2 V图939解析：由E 100.02 V0.2 V由楞次定律可知Uab 0.1 V选项B正确答案：B3在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝

19、金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图93 10甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t做如图乙所示 变化时，图9311中正确表示线圈中感应电动势E变化的是 ()图93 10图9311解析：由法拉第电磁感应定律得，感应电动势En 由图乙可知，01 s内的感应电动势E1最大，且E12E3,1 s3 s内E20.由楞次定律可判断，01 s内磁感应强度B增大，感应电流的磁场与原磁场反向，故感应电流的方向为正方向，A正确答案： A4如图9312所示，竖直放置的两根平 行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒 与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的 电阻均不计，整个装置放在匀强磁场

20、中，磁场方向与导轨 平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段 时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于() A棒的机械能增加量 B棒的动能增加量 C棒的重力势能增加量 D电阻R上放出的热量图9312A棒的机械能增加量B棒的动能增加量C棒的重力势能增加量D电阻R上放出的热量解析：棒加速上升时受到重力、拉力F及安培力根据功能原理可知力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，A正确答案：A5如图9313所示，两根竖直的平行光滑导轨MN、PQ， 相距为L.在M与P之间接有定值电阻R.金属棒ab的质量为m， 水平搭在导轨上，且与导轨接触良好整个装置放在水平 匀强磁场中，磁感应强度为

21、B.金属棒和导轨电阻不计，导 轨足够长若开始就给ab竖直向下的拉力F，使其由静止 开始向下做加速度为a(ag)的匀加速运动，试求出拉力F 与时间t的关系式图9313解析：经过时间t，ab的速度为vatt时刻的安培力F安BIL由牛顿第二定律得：FmgF安ma解之得Fm(ag)答案：Fm(ag)9、静夜四无邻，荒居旧业贫。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、雨中黄叶树，灯下白头人。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 2:04:52 AM11、以我独沈久，愧君相见频。2022/10/162022/

22、10/162022/10/16Oct-2216-Oct-2212、故人江海别，几度隔山川。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、乍见翻疑梦，相悲各问年。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、他乡生白发，旧国见青山。16 十月 20222022/10/162022/10/162022/10/1615、比不了得就不比，得不到的就不要。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、行动出成果，工作出财富。20

23、22/10/162022/10/1616 October 202217、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/169、没有失败，只有暂时停止成功！。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 2:04:52 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。2022/10/162022/10/162022/1

24、0/16Oct-2216-Oct-2212、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、不知香积寺，数里入云峰。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。16 十月 20222022/10/162022/10/162022/10/1615、楚塞三湘接，荆门九派通。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2022/10/162022/10/1616 October 202217、空山新雨后，天气晚来秋。2022