【优化方案】浙江省高考物理总复习 第9章第三节 电磁感应规律的综合应用课件 大纲人教

第三节电磁感应规律的综合应用

课堂互动讲练经典题型探究知能优化演练第三节电磁感应规律的综合应用基础知识梳理基础知识梳理一、电磁感应中的电路问题1．内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于_____．(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的_____，其余部分是_____．电源内阻外阻BLv特别提示：电磁感应电路中的电源与恒定电流的电路中的电源不同，前者是由于导体切割磁感线产生的，公式为E＝BLv，其大小可能变化，变化情况可根据其运动情况判断；而后者的电源电动势在电路分析中认为是不变的．二、电磁感应中的图象问题1．图象类型(1)磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图象，即B—t图象、Φ—t图象、E—t图象和I—t图象(2)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E和感应电流I随导体位移x变化的图象，即E—x图象和I—x图象2．问题类型(1)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3．应用知识左手定则、安培定则、楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、相关数学知识等特别提示：图象的初始条件，方向与正、负的对应，物理量的变化趋势，物理量的增、减或方向正、负的转折点都是判断图象的关键．三、电磁感应中的动力学问题1．安培力的大小：由感应电动势E＝_____，感应电流I＝

和安培力公式F＝BIl得F＝_____.2．安培力的方向判断(1)右手定则和左手定则相结合，先用________确定感应电流方向，再用________判断感应电流所受安培力方向．Blv右手定则左手定则(2)用楞次定律判断，感应电流所受安培力的方向一定和导体切割磁感线运动的方向_____．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．垂直四、电磁感应中的能量转化1．电磁感应现象的实质是其他形式的能转化为______．2．感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力______，将其他形式的能转化为______，电流做功再将电能转化为______．3．电流做功产生的热量用焦耳定律计算，公式为_________.电能做功电能内能Q＝I2Rt特别提示示：电磁感应应的能量量转化符符合能量量守恒定定律，克克服安培培力做功功是把其其他形式式的能转转化为电电能，电电能最终终转化为为焦耳热热．因此此同一方方程中，，克服安安培力做做功，转转化成的的电能及及产生的的焦耳热热不能同同时出现现．课堂互动讲练一、电磁磁感应电电路问题题的求解解1．对电源源的理解解：电源源是将其其他形式式的能转转化为电电能的装装置．在在电磁感感应现象象中，通通过导体体切割磁磁感线和和线圈磁磁通量的的变化而而将其他他形式的的能转化化为电能能．2．对电电路的的理解解：内内电路路是切切割磁磁感线线的导导体或或磁通通量发发生变变化的的线圈圈，外外电路路由电电阻、、电容容等电电学元元件组组成．．4．解决决电磁磁感应应电路路问题题的基基本方方法(1)用法拉拉第电电磁感感应定定律和和楞次次定律律确定定感应应电动动势的的大小小和方方向；；(2)画等效效电路路图；；(3)运用闭合电电路欧姆定定律，串并并联电路性性质，电功功率等公式式联立求解解．特别提醒：：(1)判断感应电电流和电动动势的方向向，都是利利用“相当于电源源”的部分根据据右手定则则或楞次定定律判定的的．实际问问题中应注注意外电路路电流由高高电势流向向低电势，，而内电路路则相反．．(2)在电磁感应应电路中，，“相当于电源源”的导体两端端的电压等等于路端电电压．即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)1．(2011年广东惠州州调研)如图9－3－1所示，MN、PQ是间距为L的平行金属属导轨，置置于磁感应应强度为B，方向垂直直导轨所在在平面向里里的匀强磁磁场中，M、P间接有一阻阻值为R的电阻．一一根与导轨轨接触良好好、有效阻阻值为的的金属导线线ab垂直导轨放放置，并在在水平外力力F的作用下以以速度v向右匀速运运动，则(不计导轨电电阻)()图9－3－1A．通过电阻阻R的电流方向向为P→R→MB．a、b两点间的的电压为为BLvC．a端电势比比b端高D．外力F做的功等等于电阻阻R上发出的的焦耳热热二、电磁磁感应图图象问题题分析1．图象问问题可以以综合法法拉第电电磁感应应定律、、楞次定定律或右右手定则则，安培培定则和和左手定定则，还还有与之之相关的的电路知知识和力力学知识识等．2．图象问问题的特特点：考考查方式式比较灵灵活，有有时根据据电磁感感应现象象发生的的过程，，确定图图象的正正确与否否，有时时依据不不同的图图象，进进行综合合计算．．3．解题关关键：弄弄清初始始条件，，正、负负方向的的对应，，变化范范围，所所研究物物理量的的函数表表达式，，进出磁磁场的转转折点是是解决问问题的关关键．4．解决图象问问题的一般步步骤(1)明确图象的种种类，即是B—t图还是Φ—t图，或者E—t图、I—t图等．(2)分析电磁感应应的具体过程程．(3)用右手定则或或楞次定律确确定方向对应应关系．(4)结合法拉第电电磁感应定律律、欧姆定律律、牛顿定律律等规律写出出函数关系式式．(5)根据函数关系系式，进行数数学分析，如如分析斜率的的变化、截距距等．(6)画图象或判断断图象．即时应用(即时突破，小小试牛刀)2．(2011年温州八校联联考)如图9－3－2所示，一个正正方形单匝线线圈abcd，边长为L，线圈每边的的电阻均为R，以恒定速度度v通过一个宽度度为2L的匀强磁场区区，磁感应强强度为B，方向垂直纸纸面向里．下下列图中能正正确反映ab两端电压Uab随时间t变化关系的是是()图9－3－2图9－3－3解析：选B.进入磁场时，，Uab应该是路端电电压，大小等等于电动势E的四分之三，，此时E＝BLv，所以Uab＝3BLv/4，完全进入磁磁场后，没有有感应电流，，但有感应电电动势，大小小为BLv，出来时电压压应该是电动动势E的四分之一，，Uab＝BLv/4，方向始终是是相同的，即即Ua>Ub.由以上分析可可知选B.三、电磁感应应现象中的动动力学问题1．动态分析：：导体受力运运动产生感应应电动势→感应电流→通电导体受安安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变变化→…，周而复始地地循环，直至至最终达到稳稳定状态，此此时加速度为为零，而速度度v通过加速达到到最大值，做做匀速直线运运动或通过减减速达到稳定定值做匀速直直线运动．2．两大研究对对象的制约关关系3．电磁感应中中的动力学临临界问题(1)解决这类问题题的关键是通通过运动状态态的分析，寻寻找过程中的的临界状态，，如速度、加加速度求最大大值或最小值值的条件．4．解决此类问问题的基本步步骤(1)用法拉第电磁磁感应定律和和楞次定律(包括右手定则则)，求出感应电电动势的大小小和方向．(2)依据闭合电路路欧姆定律，，求出回路中中的电流．(3)分析导体受力力情况(包含安培力，，可利用左手手定则确定所所受安培力的的方向)．(4)依据牛顿第二二定律列出力力学方程或平平衡方程，以以及运动学方方程，联立求求解．即时应用(即时突破，小小试牛刀)3．(2011年苏北四市调调研)如图9－3－4所示，两根足足够长的平行行金属导轨水水平放置，导导轨的一端接接有电阻和开开关，导轨光光滑且电阻不不计，匀强磁磁场的方向与与导轨平面垂垂直，金属杆杆ab置于导轨上．．当开关S断开时，在金金属杆ab上作用一水平平向右的恒力力F，使金属杆ab向右运动进入入磁场．一段段时间后闭合合开关并开始始计时，金属属杆在运动过过程中始终与与导轨垂直且且接触良好．．下列关于金金属杆ab的v—t图象不可能的的是()图9－3－4图9－3－5四、电磁感应应中的能量问问题1．电磁感应中中能量的转化化电磁感应过程程实质是不同同形式的能量量转化的过程程，电磁感应应过程中产生生的感应电流流在磁场中必必定受到安培培力作用．因因此要维持安安培力存在，，必须有“外力”克服安培力做做功．此过程程中，其他形形式的能转化化为电能．“外力”克服安培力做做多少功，就就有多少其他他形式的能转转化为电能．．当感应电流流通过用电器器时，电能又又转化为其他他形式的能．．可以简化为为下列形式：：同理，安培力力做功的过程程，是电能转转化为其他形形式的能的过过程，安培力力做多少功就就有多少电能能转化为其他他形式的能．．2．电电能能求求解解思思路路主主要要有有三三种种(1)利用用克克服服安安培培力力求求解解：：电电磁磁感感应应中中产产生生的的电电能能等等于于克克服服安安培培力力所所做做的的功功；；(2)利用用能能量量守守恒恒求求解解：：机机械械能能的的减减少少量量等等于于产产生生的的电电能能；；(3)利用用电电路路特特征征来来求求解解：：通通过过电电路路中中所所产产生生的的电电能能来来计计算算．．3．解解决决此此类类问问题题的的步步骤骤(1)用法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律和和楞楞次次定定律律(包括括右右手手定定则则)确定定感感应应电电动动势势的的大大小小和和方方向向．．(2)画出出等等效效电电路路图图，，写写出出回回路路中中电电阻阻消消耗耗的的电电功功率率的的表表达达式式．．(3)分析导体体机械能能的变化化，用能能量守恒恒关系得得到机械械功率的的改变与与回路中中电功率率的改变变所满足足的方程程，联立立求解．．即时应用用(即时突破破，小试试牛刀)4．(2010年高考安安徽理综综卷)如图9－3－6所示，水水平地面面上方矩矩形区域域内存在在垂直纸纸面向里里的匀强强磁场，，两个边边长相等等的单匝匝闭合正正方形线线圈Ⅰ和Ⅱ，分别用用相同材材料、不不同粗细细的导线线绕制(Ⅰ为细导线线)．两线圈圈在距磁磁场上界界面h高处由静静止开始始自由下下落，再再进入磁磁场，最最后落到到地面．．运动过过程中，，线圈平平面始终终保持在在竖直平平面内且且下边缘缘平行于于磁场上上边界．．设线圈圈Ⅰ、Ⅱ落地时的的速度大大小分别别为v1、v2，在磁场场中运动动时产生生的热量量分别为为Q1、Q2，不计空空气阻力力，则()图9－3－6A．v1<v2，Q1<Q2B．v1＝v2，Q1＝Q2C．v1<v2，Q1>Q2D．v1＝v2，Q1<Q2经典题型探究题型一电磁感应中的图象问题(2011年台州质质检)矩形导线线框abcd放在匀强强磁场中中，磁感感线方向向与线圈圈平面垂垂直，磁磁感应强强度B随时间变变化的图图象如图图9－3－7所示，t＝0时刻，磁磁感应强强度的方方向垂直直纸面向向里．若若规定导导线框中中感应电电流逆时时针方向向为正，，则在0～4s时间内，，线框中中的感应应电流I以及线框框的ab边所受安安培力F随时间变变化的图图象为图图9－3－8中的(安培力取取向上为为正方向向)()例1图9－3－7图9－3－8【答案】C【方法技巧巧】电磁感应应图象问问题在高高考中多多以选择择题的形形式出现现，先根根据方向向排除错错误选项项较为简简单．在同一水水平面中中的光滑滑平行导导轨P、Q相距l＝1m，导轨左左端接有有如图9－3－9所示的电电路．其其中水平平放置的的平行板板电容器器两极板板M、N间距d＝10mm，定值电阻R1＝R2＝12Ω，R3＝2Ω，金属棒ab的电阻r＝2Ω，其他电阻不不计．磁感应应强度B＝0.5T的匀强磁场竖竖直穿过导轨轨平面，当金金属棒ab沿导轨向右匀匀速运动时，，悬浮于电容容器两极板之之间，质量m＝1×10－14kg，带电荷量q＝－1×10－14C的微粒恰好静静止不动．已已知g取10m/s2，在整个运动动过程中金属属棒与导轨接接触良好，且且运动速度保保持恒定．试试求：题型二电磁感应中的电路计算例2(1)匀强磁场的方方向；(2)ab两端的路端电电压；(3)金属棒ab运动的速度．．图9－3－9【思路点拨】解题的关键是是以电荷的受受力情况为突突破口，即电电场力与重力力平衡，从而而确定电场的的大小和方向向，得出电路路中的电流和和电动势，最最后求出导体体运动的速度度．整个求解解过程一定要要思路清晰．．【解析】(1)负电荷受到重重力和电场力力而静止，因因重力竖直向向下，则电场场力竖直向上上，故M板带正电．ab棒向右做切割割磁感线产生生感应电动势势，ab棒等效于电源源，其a端为电源的正正极，由右手手定则可判断断，磁场方向向竖直向下．．(3)由法拉第电磁磁感应定律得得感应电动势势E＝Blv，由闭合电路欧欧姆定律得：：E＝Uab＋Ir＝0.5V，联立可得v＝E/Bl＝1m/s.【答案】(1)竖直向下(2)0.4V(3)1m/s(2011年山东潍坊模模拟)如图9－3－10甲所示，光滑滑绝缘水平面面上，磁感应应强度B＝2T的匀强磁场以以虚线MN为左边界，MN的左侧有一质质量m＝0.1kg，bc边长L1＝0.2m，电阻R＝2Ω的矩形线圈abcd，t＝0时，用一恒定定拉力F拉线圈，使其其由静止开始始向右做匀