5-1电磁感应与电路问题.ppt

1、本专题知识与现实生产、生活、前沿科技联系密切，因而一直是高考的热点对电路知识的考查重在知识的应用和分析问题能力方面，在高考中出现的几率较大对电磁感应的考查集中在法拉第电磁感应定律的应用、电磁感应与电路、力和运动、能量、图象等的综合问题上，对交流电的考查集中在交流电的产生及描述、变压器的原理及应用另外交流电、远距离输电等知识与生产、生活和科学技术等联系密切,1恒定电流,2电磁感应,3交变电流,一、电流的微观表达式 微观表达式：InqSv，n为单位体积内的自由电荷数适用于金属导体，是联系“宏观”量和“微观”量的桥梁,友情提示(1)要根据讨论问题和求解的需要灵活选择公式，要分清部分电路(欧姆定律)和

2、全电路，搞清“整体”和“部分”的约束关系 (2)若两并联支路的电阻之和保持不变，如图所示 则当两支路电阻值相等时，并联电阻最大,四、电源的功率和效率 1(1)电源的总功率：P总EI. (2)电源的输出功率：P出UI. (3)电源的内部发热功率 ：PI2r. 友情提示将公式UEIr两边同乘以I即可得到三个功率之间的关系：P出P总P，对整个电路而言能量转化是守恒的,五、感应电流的产生及方向判断,警示(1)要注意区分三个定则(安培定则、左手定则、右手定则)的不同用途 (2)感应电动势的方向即为感应电流的方向,六、感应电动势的计算 1法拉第电磁感应定律：,2公式EBlv使用时应注意： (1)公式EBl

3、v是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式，不具有普遍适用性，仅适用于计算一段导体各部分以相同速度切割磁感线而产生的感应电动势，且在匀强磁场中B、l、v三者必须互相垂直 (2)当v是切割运动的瞬时速度时，算出的是瞬时电动势；当v是切割运动的平均速度时，算出的是一段时间内的平均电动势,七、与电磁感应相关的综合问题 1电磁感应中电路问题的处理方法 (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)画出等效电路，对整个回路进行分析，确定哪一部分是电源，哪一部分是负载以及负载间的连接关系 (3)运用全电路欧姆定律，串、并联电路的特点，电功率公式等进行有关计算,2电磁感应中的力和运动 (3

4、)涉及电路问题一般要画出等效电路，明确内、外电路,3电磁感应中的能量问题 (1)安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”，简单表示如下：,(2)解题的基本思路 明确研究对象、研究过程 进行正确的受力分析、运动分析、感应电路分析(E感和I感的大小、方向、变化)及相互制约关系 明确各力的做功情况及伴随的能量转化情况 利用动能定理、能量转化与守恒定律或功能关系列方程求解,友情提示(1)功的正负的判断是确定能量增减的前提 (2)能量的观点在处理变加速运动问题时因不涉及过程的细节，所以优势明显 (3)列方程的两个方向：功和能的关系|W功|E1减E2增，能和能的关系E1减E2增,4电磁感应中的

5、图象问题 电磁感应中的图象问题大体可分为两类：(1)由给出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,例1(2011北京)如图所示电路，电源内阻不可忽略开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中(),A电压表与电流表的示数都减小 B电压表与电流表的示数都增大 C电压表的示数增大，电流表的示数减小 D电压表的示数减小，电流表的示数增大,答案A,总结评述当电路的某一部分发生变化时，会引起全电路中有关物理量的相应变化分析讨论这类问题，既要掌握电路的整体变

6、化、统揽全局，又要找出引起整体变化的局部因素、由果索因，处理过程中要熟练、灵活地利用各物理量之间的关系式，特别要注意公式的推论、变形该类问题一般的处理步骤是： (1)确定电路的外电阻如何变化，根据闭合电路欧姆定律，确定电路的总电流如何变化；,(2)由UIr确定电源的内电压如何变化，根据电动势内电压外电压，判断电源的外电压如何变化； (3)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化； (4)由定值电阻的变化情况确定支路两端电压如何变化、各支路的电流如何变化,(2011海南)如图，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与分别为电压表与电流表初始时S0与S

7、均闭合，现将S断开，则(),答案B,解析当S断开后，闭合电路的总电阻增加，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流减小，故路端电压UEIr增加，即的读数变大；由于定值电阻R1两端的电压减小，故R3两端的电压增加，通过R3的电流增加，即的读数变大；选项B正确.,例2(2011山东)如图甲所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计两质量、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用ac表示c的加速度，Ekd表示d的动能，xc、xd分别表示c、d相对释放点的

8、位移图乙中正确的是(),解析0h内，c做自由落体运动，加速度等于重力加速度g；d自由下落h进入磁场前的过程中；c做匀速运动，位移为2h；当d刚进入磁场时，其速度和c刚进入时相同，因此cd回路中没有电流，c、d均做加速度为g的匀加速运动，直到c离开磁场，c离开磁场后，仍做加速度为g的加速运动，而d做加速度小于g的加速运动，直到离开磁场，选项B、D正确 答案BD,(2011济南模拟)电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器如图甲所示为电吉他拾音器的原理图，在金属弦的下方有一个连接到放大器的螺线管一条形磁铁固定在管内，当拨动金属弦后，螺线管内就会产生感应电流，经一系列转化后可将电信号转化为声信号若由于

9、金属弦的振动，螺线管内的磁通量随时间的变化如图乙所示，则对应感应电流的变化为(),答案B,例3如图(a)所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距L0.3m，导轨左端连接R0.6的电阻，区域abcd内存在垂直于导轨平面B0.6T的匀强磁场，磁场区域宽D0.2m.细金属棒A1和A2用长为2D0.4m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r0.3，导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度v1.0m/s沿导轨向右穿越磁场计算从金属棒A1进入磁场(t0)到A2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流大小，并在图(b)中画出,答案见解析,(2011全国)如图所示，两根足够

10、长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为L，电阻不计在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放金属棒下落过程中保持水平， 且与导轨接触良好已知某时刻后两灯泡保持正常发光重力加速度为g.求：,(1)磁感应强度的大小； (2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率,例4(2011四川)如图所示，间距l0.3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内在水平面a1b1b2a2区域内和倾角37的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B10.4T、方向竖直

11、向上和B21T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场电阻R0.3、质量m10.1kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m20.05kg的小环,已知小环以a6m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长取g10m/s2，sin370.6，cos370.8.求,(1)小环所受摩擦力的大小； (2)Q杆所受拉力的瞬时功率 解析(1)设小环受到的摩擦大小为Ff，由牛顿第二定律，有 m

12、2gFfm2a 代入数据，得 Ff0.2N,EB2lv Fm1gsinB2Il 拉力的瞬时功率为 PFv 联立以上方程，代入数据得 P2W 答案(1)0.2N(2)2W,(2011重庆)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L、长度为d的平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，且与电极接触良好，不计金属电阻，若橡胶带匀速运动时，电压表读数为U，求：,(1)橡胶带匀速运动的速率； (2)电阻R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

13、功,例5(2011天津)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30角完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m0.02kg，电阻均为R0.1，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B0.2T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止取g10m/s2，问,(1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？ (2)棒ab受到的力F多大？ (3)棒cd每产生Q0.1J的热量，力F做的功W是多少？,解析(1)棒cd受到的安培力 F

14、cdIlB 棒cd在共点力作用下平衡，则 Fcdmgsin30 将式代入数据解得 I1 A 根据楞次定律可知，棒cd中的电流方向由d至c,(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等 FabFcd 对棒ab，由共点力平衡知 Fmgsin30IlB 代入数据解得 F0.2 N,(3)设在时间t内棒cd产生Q0.1 J热量，由焦耳定律知 QI2Rt 设棒ab匀速运动的速度大小为v，其产生的感应电动势 EBLv 由闭合电路欧姆定律知,由运动学公式知在时间t内，棒ab沿导轨的位移 xvt 力F做的功 WFx 综合上述各式，代入数据解得 W0.4 J 答案(1)1 A，方向由d至c(2)0.2 N(3)0.

15、4 J,(2011金华模拟)如图甲所示，间距为L、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为的斜面上，在MNPQ矩形区域内有方向垂直于斜面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场；在CDEF矩形区域内有方向垂直于斜面的匀强磁场，磁感应强度大小为B1，B1随时间t变化的规律如图乙所示，其中B1的最大值为2B.现将一根质量为M、电阻为R、长为L的金属细棒cd跨放在MNPQ区域间的两导轨上，并把它按住使其静止,在t0时刻，让另一根长为L的金属细棒ab从CD上方的导轨上由静止开始下滑，同时释放cd棒已知CF长度为2L，两根细棒均与导轨良好接触，在ab棒从图中位置运动到EF处的过程中，cd棒始终静止不动，重力加速度为g，tx是未知量,(1)求通过ab棒的电流，并确定CDEF矩形区域内磁场的方向； (2)当ab棒进入CDEF区域后，求cd棒消耗的电功率； (3)能求出ab棒刚下滑时离CD的距离吗？若不能，则说明理由；若能，请列方程求解，并说明每个方程的解题依据 (4)根据以上信息，还可以求出哪些物理量？ 答案(1)Mgsin/BL垂直于斜面向