【优化方案】高考物理总复习 第12章第三节 电磁感应规律的综合应用课件 大纲

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名师点拨：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s变化的图象，即E—s图象和I—s图象问题类型(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、相关数学知识等名师点拨：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名师点拨：电磁感应的能量转化符合能量守恒定律，克服安培力做功是把其他形式的能转化为电能，电能最终转化为焦耳热．因此同一方程中，克服安培力做功，转化成的电能及产生的焦耳热不能同时出现．课堂互动讲练一、、电电磁磁感感应应电电路路问问题题的的求求解解1．对对电电源源的的理理解解：：电电源源是是将将其其他他形形式式的的能能转转化化为为电电能能的的装装置置．．在在电电磁磁感感应应现现象象中中，，通通过过导导体体切切割割磁磁感感线线和和线线圈圈磁磁通通量量的的变变化化而而将将其其他他形形式式的的能能转转化化为为电电能能．．2．对对电电路路的的理理解解：：内内电电路路是是切切割割磁磁感感线线的的导导体体或或磁磁通通量量发发生生变变化化的的线线圈圈，，外外电电路路由由电电阻阻、、电电容容等等电电学学元元件件组组成成．．4．解解决决电电磁磁感感应应电电路路问问题题的的基基本本方方法法(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确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)画等等效效电电路路图图；；(3)运用用闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律，，串串并并联联电电路路性性质质，，电电功功率率等等公公式式联联立立求求解解．．特别别提提醒醒：：(1)判断感应应电流和和电动势势的方向向，都是是利用“相当于电电源”的部分根根据右手手定则或或楞次定定律判定定的．实实际问题题中应注注意外电电路电流流由高电电势流向向低电势势，而内内电路则则相反．．(2)在电磁感感应电路路中，“相当于电电源”的导体两两端的电电压等于于路端电电压．1．(2011年广东惠惠州调研研)如图12－3－1所示，MN、PQ是间距为为L的平行金金属导轨轨，置于于磁感应应强度为为B，方向垂垂直导轨轨所在平平面向里里的匀强强磁场中中，M、P间接有一一阻值为为R的电阻．．一根与与导轨接接触良好好、有效效阻值为为的的金金属导线线ab垂直导轨轨放置，，并在水水平外力力F的作用下下以速度度v向右匀速速运动，，则(不计导轨轨电阻)()A．通过电电阻R的电流方方向为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即时应用图12－3－1二、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．解决图图象问题题的一般般步骤(1)明确图象象的种类类，即是是B—t图还是Φ—t图，或者者E—t图、I—t图等．(2)分析电磁磁感应的的具体过过程．(3)用右手定定则或楞楞次定律律确定方方向对应应关系．．(4)结合法拉拉第电磁磁感应定定律、欧欧姆定律律、牛顿顿定律等等规律写写出函数数关系式式．(5)根据函数数关系式式，进行行数学分分析，如如分析斜斜率的变变化、截截距等．．(6)画图象或或判断图图象．2．(2011年湖北二二次联考考)如图12－3－2所示，一一个正方方形单匝匝线圈abcd，边长为为L，线圈每每边的电电阻均为为R，以恒定定速度v通过一个个宽度为为2L的匀强磁磁场区，，磁感应应强度为为B，方向垂垂直纸面面向里．．下列图图中能正正确反映映ab两端电压压Uab随时间t变化关系系的是()图12－3－2即时应用图12－3－3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．3．(2011年苏北四市调调研)如图12－3－4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图象不可能能的是()即时应用图12－3－4图12－3－5四、电磁感感应中的能能量问题1．电磁感应应中能量的的转化电磁感应过过程实质是是不同形式式的能量转转化的过程程，电磁感感应过程中中产生的感感应电流在在磁场中必必定受到安安培力作用用．因此要要维持安培培力存在，，必须有“外力”克服安培力力做功．此此过程中，，其他形式式的能转化化为电能．．“外力”克服安培力力做多少功功，就有多多少其他形形式的能转转化为电能能．当感应应电流通过过用电器时时，电能又又转化为其其他形式的的能．可以以简化为下下列形式：：同理，安培培力做功的的过程，是是电能转化化为其他形形式的能的的过程，安安培力做多多少功就有有多少电能能转化为其其他形式的的能．2．电能求解解思路主要要有三种(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)利用电路特征征来求解：通通过电路中所所产生的电能能来计算．3．解决此类问问题的步骤(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)确定感应电动动势的大小和和方向．(2)画出等等效电电路图图，写写出回回路中中电阻阻消耗耗的电电功率率的表表达式式．(3)分析导导体机机械能能的变变化，，用能能量守守恒关关系得得到机机械功功率的的改变变与回回路中中电功功率的的改变变所满满足的的方程程，联联立求求解．．4．(2010年高考考安徽徽理综综卷)如图12－3－6所示，，水平平地面面上方方矩形形区域域内存存在垂垂直纸纸面向向里的的匀强强磁场场，两两个边边长相相等的的单匝匝闭合合正方方形线线圈Ⅰ和Ⅱ，分别别用相相同材材料、、不同同粗细细的导导线绕绕制(Ⅰ为细导导线)．两线线圈在在距磁磁场上上界面面h高处由由静止止开始始自由由下落落，再再进入入磁场场，最最后落落到地地面．．运动动过程程中，，线圈圈平面面始终终保持持在竖竖直平平面内内且下下边缘缘平行行于磁磁场上上边界界．设设线圈圈Ⅰ、Ⅱ落地时时的速速度大大小分分别为为v1、v2，在磁磁场中中运动动时产产生的的热量量分别别为Q1、Q2，不计计空气气阻力力，则则()A．v1<v2，Q1<Q2B．v1＝v2，Q1＝Q2C．v1<v2，Q1>Q2D．v1＝v2，Q1<Q2即时应用图12－3－6经典题型探究题型一电磁感应中的图象问题(2011年江西西十校校一模模)矩形导导线框框abcd放在匀匀强磁磁场中中，磁磁感线线方向向与线线圈平平面垂垂直，，磁感感应强强度B随时间间变化化的图图象如如图12－3－7所示，，t＝0时刻，，磁感感应强强度的的方向向垂直直纸面面向里里．若若规定定导线线框中中感应应电流流逆时时针方方向为为正，，则在在0～4s时间内内，线线框中中的感感应电电流I以及线线框的的ab边所受受安培培力F随时间间变化化的图图象为为图12－3－8中的(安培力力取向向上为为正方方向)()例1图12－3－7图12－3－8【答案】C【规律总总结】电磁感感应图图象问问题在在高考考中多多以选选择题题的形形式出出现，，先根根据方方向排排除错错误选选项较较为简简单．．在同一一水平平面中中的光光滑平平行导导轨P、Q相距l＝1m，导轨轨左端端接有有如图图12－3－9所示的的电路路．其其中水水平放放置的的平行行板电电容器器两极极板M、N间距d＝10mm，定值值电阻阻R1＝R2＝12ΩΩ，R3＝2ΩΩ，金属属棒ab的电阻阻r＝2ΩΩ，其他他电阻阻不计计．磁磁感应应强度度B＝0.5T的匀强强磁场场竖直直穿过过导轨轨平面面，当当金属属棒ab沿导轨轨向右右匀速速运动动时，，悬浮浮于电电容器器两极极板之之间，，质量量m＝1×10－14kg，带电电荷量量q＝－1×10－14C的微粒粒恰好好静止止不动动．已已知g取10m/s2，在整整个运运动过过程中中金属属棒与与导轨轨接触触良好好，且且运动动速度度保持持恒定定．试试求：：题型二电磁感应中的电路计算例2图12－3－9(1)匀强磁磁场的的方向向；(2)ab两端的的路端端电压压；(3)金属棒棒ab运动的的速度度．【思路点点拨】解题的的关键键是以以电荷荷的受受力情情况为为突破破口，，即电电场力力与重重力平平衡，，从而而确定定电场场的大大小和和方向向，得得出电电路中中的电电流和和电动动势，，最后后求出出导体体运动动的速速度．．整个个求解解过程程一定定要思思路清清晰．．【解析】(1)负电荷荷受到到重力力和电电场力力而静静止，，因重重力竖竖直向向下，，则电电场力力竖直直向上上，故故M板带正正电．．ab棒向右右做切切割磁磁感线线产生生感应应电动动势，，ab棒等效效于电电源，，其a端为电电源的的正极极，由由右手手定则则可判判断，，磁场场方向向竖直直向下下．(3)由法拉拉第电电磁感感应定定律得得感应应电动动势E＝Blv，由闭合合电路路欧姆姆定律律得：：E＝Uab＋Ir＝0.5V，联立可可得v＝E/Bl＝1m/s.【答案】(1)竖直向向下(2)0.4V(3)1m/s(2011年潍坊坊模拟拟)如图12－3－10甲所示示，光光滑绝绝缘水水平面面上，，磁感感应强强度B＝2T的匀强强磁场场以虚虚线MN为左边边界，，MN的左侧侧有一一质量量m＝0.1kg，bc边长L1＝0.2m，电阻阻R＝2ΩΩ的矩形形线圈圈abcd，t＝0时，用用一恒恒定拉拉力F拉线圈圈，使使其由由静止止开始始向右右做匀匀加速速运动动，经经过时时间1s，线圈圈的bc边到达达磁场场边界界MN，此时时立即即将拉拉力F改为变变力，，又经经过1s，线圈圈恰好好完全全进入入磁场场．整整个运运动过过程中中，线线圈中中感应应电流