第三节电磁感应规律的综合应用演示文稿

第三节电磁感应规律的综合应用演示文稿目前一页\总数八十七页\编于二十二点优选第三节电磁感应规律的综合应用目前二页\总数八十七页\编于二十二点(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______．2．电源电动势和路端电压(1)电动势：E＝______或E＝n______.(2)路端电压：U＝·R.内阻外阻BLv目前三页\总数八十七页\编于二十二点名师点拨：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．目前四页\总数八十七页\编于二十二点二、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图象目前五页\总数八十七页\编于二十二点问题类型(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、相关数学知识等目前六页\总数八十七页\编于二十二点名师点拨：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．目前七页\总数八十七页\编于二十二点三、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Blv目前八页\总数八十七页\编于二十二点(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．(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______．右手定则左手定则垂直目前九页\总数八十七页\编于二十二点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．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_______．电能目前十页\总数八十七页\编于二十二点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_________.做功电能内能Q＝I2Rt目前十一页\总数八十七页\编于二十二点名师点拨：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．目前十二页\总数八十七页\编于二十二点要点透析直击高考一、电磁感应电路问题的求解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．在电磁感应现象中，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．目前十三页\总数八十七页\编于二十二点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．目前十四页\总数八十七页\编于二十二点(2)根据闭合电路求解电路中的总电阻,路端电压，电功率的问题．目前十五页\总数八十七页\编于二十二点4．解决电磁感应电路问题的基本方法(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向；(2)画等效电路图；(3)运用闭合电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等公式联立求解．目前十六页\总数八十七页\编于二十二点特别提醒：(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)在电磁感应电路中，“相当于电源”的导体两端的电压等于路端电压.目前十七页\总数八十七页\编于二十二点二、电磁感应图象问题分析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．目前十八页\总数八十七页\编于二十二点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．目前十九页\总数八十七页\编于二十二点4．解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类，即是B—t图还是Φ—t图，或者E—t图、I—t图等．(2)分析电磁感应的具体过程．(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系．目前二十页\总数八十七页\编于二十二点(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．目前二十一页\总数八十七页\编于二十二点目前二十二页\总数八十七页\编于二十二点目前二十三页\总数八十七页\编于二十二点即时应用1．(2012·北京海淀模拟)在水平桌面上,一个圆形金属框置于匀强磁场B1中，线框平面与磁场垂直，圆形金属框与一个水平的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒ab，导体棒与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场B2中，目前二十四页\总数八十七页\编于二十二点该磁场的磁感应强度恒定，方向垂直导轨平面向下,如图12－3－1甲所示．磁感应强度B1随时间t的变化关系如图乙所示，图12－3－1目前二十五页\总数八十七页\编于二十二点0～1.0s内磁场方向垂直线框平面向下．若导体棒始终保持静止，并设向右为静摩擦力的正方向,则导体棒所受的静摩擦力Ff随时间变化的图象是下图中的(

)目前二十六页\总数八十七页\编于二十二点图12－3－2目前二十七页\总数八十七页\编于二十二点目前二十八页\总数八十七页\编于二十二点目前二十九页\总数八十七页\编于二十二点三、电磁感应现象中的动力学问题1．动态分析：导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→…，周而复始地循环，直至最终达到稳定状态，此时加速度为零，目前三十页\总数八十七页\编于二十二点而速度v通过加速达到最大值，做匀速直线运动或通过减速达到稳定值做匀速直线运动．2．两大研究对象的制约关系目前三十一页\总数八十七页\编于二十二点目前三十二页\总数八十七页\编于二十二点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运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度求最大值或最小值的条件．目前三十三页\总数八十七页\编于二十二点目前三十四页\总数八十七页\编于二十二点(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(包括右手定则)，求出感应电动势的大小和方向．(2)依据闭合电路欧姆定律，求出回路中的电流．(3)分析导体受力情况(包含安培力,可利用左手定则确定所受安培力的方向)．目前三十五页\总数八十七页\编于二十二点(4)依据牛顿第二定律列出力学方程或平衡方程，以及运动学方程，联立求解．目前三十六页\总数八十七页\编于二十二点即时应用2．(2012·河北唐山模拟)如图12－3－3所示，足够长的光滑金属轨道倾斜放置，倾斜角θ＝30°，其下端连接一个灯泡,匀强磁场垂直于轨道所在平面．图12－3－3目前三十七页\总数八十七页\编于二十二点当ab棒沿轨道由静止开始下滑时，小灯泡获得的最大功率为P0，除灯泡外,其他电阻不计，要使灯泡的最大功率变为2P0，下列措施可行的是(

)A．换一个电阻为原来的2倍的灯泡，其他不变目前三十八页\总数八十七页\编于二十二点B．仅将磁感应强度B增大为原来的2倍C．将轨道倾斜角变成45°，并保持磁场与轨道所在平面垂直且大小不变D．仅将ab棒的质量增大为原来的2倍目前三十九页\总数八十七页\编于二十二点目前四十页\总数八十七页\编于二十二点目前四十一页\总数八十七页\编于二十二点目前四十二页\总数八十七页\编于二十二点四、电磁感应中的能量问题1．电磁感应中能量的转化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安培力作用．因此要维持安培力存在，必须有“外力”克服安培力做功．目前四十三页\总数八十七页\编于二十二点此过程中,其他形式的能转化为电能．“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能．可以简化为下列形式：目前四十四页\总数八十七页\编于二十二点同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能．2．电能求解思路主要有三种(1)利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；目前四十五页\总数八十七页\编于二十二点(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．解决此类问题的步骤目前四十六页\总数八十七页\编于二十二点(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(包括右手定则)确定感应电动势的大小和方向．(2)画出等效电路图，写出回路中电阻消耗的电功率的表达式．目前四十七页\总数八十七页\编于二十二点(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程，联立求解．目前四十八页\总数八十七页\编于二十二点即时应用3．(2010·高考安徽卷)如图12－3－4所示，图12－3－4目前四十九页\总数八十七页\编于二十二点水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ，分别用相同材料、不同粗细的导线绕制(Ⅰ为细导线)．两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落,再进入磁场,最后落到地面．目前五十页\总数八十七页\编于二十二点运动过程中,线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界．设线圈Ⅰ、Ⅱ落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q

1、Q2，不计空气阻力，则(

)目前五十一页\总数八十七页\编于二十二点A．v1<v2，Q1<Q2

B．v1＝v2，Q1＝Q2C．v1<v2，Q1>Q2

D．v1＝v2，Q1<Q2目前五十二页\总数八十七页\编于二十二点目前五十三页\总数八十七页\编于二十二点目前五十四页\总数八十七页\编于二十二点题型探究讲练互动(2011·高考山东卷)如图12－3－5所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计．电磁感应中的图象例1图12－3－5目前五十五页\总数八十七页\编于二十二点两质量、长度均相同的导体棒c、d，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处．磁场宽为3h，方向与导轨平面垂直．先由静止释放c，c刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放d，两导体棒与导轨始终保持良好接触．目前五十六页\总数八十七页\编于二十二点用ac表示c的加速度,Ekd表示d的动能，sc、sd

分别表示c、d相对释放点的位移．下图中正确的是(

)图12－3－6目前五十七页\总数八十七页\编于二十二点目前五十八页\总数八十七页\编于二十二点目前五十九页\总数八十七页\编于二十二点目前六十页\总数八十七页\编于二十二点目前六十一页\总数八十七页\编于二十二点④sd≥4h,d离开磁场做匀速直线运动，Ekd随sd而均匀增加．综上分析，C错误D正确．【答案】

BD目前六十二页\总数八十七页\编于二十二点在同一水平面中的光滑平行导轨P、Q相距l＝1m，导轨左端接有如图12－3－7所示的电路．电磁感应中的电路计算例2图12－3－7目前六十三页\总数八十七页\编于二十二点其中水平放置的平行板电容器两极板M、N间距d＝10mm，定值电阻R1＝R2＝12Ω，R3＝2Ω，金属棒ab的电阻r＝2Ω，其他电阻不计．磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场竖直穿过导轨平面,当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间，目前六十四页\总数八十七页\编于二十二点质量m＝1×10－14kg，带电荷量q＝－1×10－14C的微粒恰好静止不动．已知g取10m/s2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好，且运动速度保持恒定．试求：目前六十五页\总数八十七页\编于二十二点(1)匀强磁场的方向；(2)ab两端的路端电压；(3)金属棒ab运动的速度．目前六十六页\总数八十七页\编于二十二点【思路点拨】解题的关键是以电荷的受力情况为突破口，即电场力与重力平衡，从而确定电场的大小和方向,得出电路中的电流和电动势，最后求出导体运动的速度．整个求解过程一定要思路清晰．目前六十七页\总数八十七页\编于二十二点【解析】

(1)负电荷受到重力和电场力而静止，因重力竖直向下，则电场力竖直向上，故M板带正电．ab棒向右做切割磁感线产生感应电动势，ab棒等效于电源，其a端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下．目前六十八页\总数八十七页\编于二十二点目前六十九页\总数八十七页\编于二十二点目前七十页\总数八十七页\编于二十二点(3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势E＝Blv，由闭合电路欧姆定律得：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目前七十一页\总数八十七页\编于二十二点(2011·高考海南卷)如图12－3－8，ab和cd是两条竖直放置的长直光滑金属导轨，电磁感应中的动力学问题例3图12－3－8目前七十二页\总数八十七页\编于二十二点MN和M′N′是两根用细线连接的金属杆，其质量分别为m和2m.竖直向上的外力F作用在杆MN上，使两杆水平静止，并刚好与导轨接触；两杆的总电阻为R，导轨间距为l.整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直．目前七十三页\总数八十七页\编于二十二点导轨电阻可忽略，重力加速度为g.在t＝0时刻将细线烧断，保持F不变，金属杆和导轨始终接触良好．求(1)细线烧断后，任意时刻两杆运动的速度之比；(2)两杆分别达到的最大速度．目前七十四页\总数八十七页\编于二十二点【解析】

(1)法一：细线烧断前：F＝3mg①细线烧断后，MN向上运动，M′N′向下运动，某时刻，设MN和M′N′的加速度分别为a和a′，则由牛顿第二定律得：目前七十五页\总数八十七页