高考物理一輪復(fù)習(xí) 9.4電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用(二)課件.ppt

第4節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用 二 1 感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受到的作用 因此電磁感應(yīng)問(wèn)題往往跟學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起 解決這類(lèi)問(wèn)題需要綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律 法拉第電磁感應(yīng)定律 及力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 動(dòng)能定理等 分析時(shí)要特別注意 速度v達(dá)到時(shí)的特點(diǎn) 安培力 力 a 0 最大值 一 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 2 運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析 1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)化成電能 2 感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力 外力克服安培力 將轉(zhuǎn)化為 電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為 3 電流做功產(chǎn)生的熱量用焦耳定律計(jì)算 公式為q 其它形式的能 做功 其它形式的能 電能 其它形式的能 i2rt 二 電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題 題型一 電磁感應(yīng)與動(dòng)力學(xué)的綜合 例1 2012天津 如圖所示 一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi) 導(dǎo)軌間距l(xiāng) 0 5m 左端接有阻值r 0 3 的電阻 一質(zhì)量m 0 1kg 電阻r 0 1 的金屬棒mn放置在導(dǎo)軌上 整個(gè)裝置置于豎直向上的均強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b 0 4t 棒在水平向右的外力作用下 由靜止開(kāi)始以a 2m s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)棒的位移x 9m時(shí)撤去外力 棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來(lái) 已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱比q1 q2 2 1 導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì) 棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸 求 1 棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 通過(guò)電阻r的電荷量q 2 撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱q2 3 外力做的功wf 方法與知識(shí)感悟 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析1 兩種狀態(tài)處理 1 導(dǎo)體處于平衡態(tài) 靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 處理方法 根據(jù)平衡條件合外力等于零列式分析 2 導(dǎo)體處于非平衡態(tài) 加速度不為零 處理方法 根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析 2 電磁感應(yīng)問(wèn)題中兩大研究對(duì)象及其相互制約關(guān)系 例2電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng)s 1 15m 兩導(dǎo)軌間距l(xiāng) 0 75m 導(dǎo)軌傾角為30 導(dǎo)軌上端ab接一阻值r 1 5 的電阻 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 0 8t的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直軌道平面向上 阻值r 0 5 質(zhì)量m 0 2kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好 從軌道上端ab處由靜止開(kāi)始下滑至底端 在此過(guò)程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱qr 0 1j g取10m s2 求 1 金屬棒在此過(guò)程中克服安培力做的功 2 金屬棒下滑速度v 2m s時(shí)的加速度a 題型二 電磁感應(yīng)與能量的綜合 方法與知識(shí)感悟 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題1 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn)外力克服安培力做功 把機(jī)械能或其它能量轉(zhuǎn)化成電能 感應(yīng)電流通過(guò)電路做功又把電能轉(zhuǎn)化成其它形式的能 如內(nèi)能 這一功能轉(zhuǎn)化途徑可表示為 2 電能求解思路主要有三種 1 利用克服安培力做功求解 電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒求解 其它形式的能的減少量等于產(chǎn)生的電能 3 利用電路特征來(lái)求解 通過(guò)電路中所消耗的電能來(lái)計(jì)算 例3如圖所示 一矩形金屬框架與水平面成角 37 寬l 0 4m 上 下兩端各有一個(gè)電阻r0 2 框架的其它部分電阻不計(jì) 框架足夠長(zhǎng) 垂直于金屬框架平面的方向有一向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 1 0t ab為金屬桿 與框架良好接觸 其質(zhì)量m 0 1kg 電阻r 1 0 桿與框架的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 5 桿由靜止開(kāi)始下滑 在速度達(dá)到最大的過(guò)程中 上端電阻r0產(chǎn)生的熱量q0 0 5j g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 流過(guò)r0的最大電流 2 從開(kāi)始到速度最大的過(guò)程中ab桿沿斜面下滑的距離 3 在時(shí)間1s內(nèi)通過(guò)ab桿某橫截面的最大電荷量 bd 2 如圖所示 豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻r 質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無(wú)摩擦 棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì) 整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直 棒在豎直向上的恒力f作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi) 力f做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于 a 棒的機(jī)械能增加量b 棒的動(dòng)能增加量c 棒的重力勢(shì)能增加量d 電阻r上放出的熱量 a 解析 棒加速上升時(shí)受到重力 拉力f及安培力 根據(jù)機(jī)械能守恒的條件可知力f與安培力做的功的代數(shù)和等于棒的機(jī)械能的增加量 a選項(xiàng)正確 3 2011全國(guó) 如圖 兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌ab cd豎直放置 導(dǎo)軌間距離為l電阻不計(jì) 在導(dǎo)軌上端并接兩個(gè)額定功率均為p 電阻均為r的小燈泡 整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌所在平面垂直 現(xiàn)將一質(zhì)量為m 電阻可以忽略的金屬棒mn從圖示位置由靜止開(kāi)始釋放 金屬棒下落過(guò)程中保持水平 且與導(dǎo)軌接觸良好 已知某時(shí)刻后兩燈泡保持正常發(fā)光 重力加速度為g 求 1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 2 燈泡正常發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速率 1 如圖所示 光滑的 u 型金屬導(dǎo)體框豎直放置 質(zhì)量為m的金屬棒mn與框架接觸良好 磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為b1 b2的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相反 但均垂直于框架平面 分別處在abcd和cdef區(qū)域 現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒mn 當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)b1區(qū)域后 恰好做勻速運(yùn)動(dòng) 以下說(shuō)法中正確的有 a 若b2 b1 金屬棒進(jìn)入b2區(qū)域后將加速下滑b 若b2 b1 金屬棒進(jìn)入b2區(qū)域后仍將保持勻速下滑 bcd 鞏固基礎(chǔ) c 若b2b1 金屬棒進(jìn)入b2區(qū)域后可能先減速后勻速下滑 解析 金屬棒從b1進(jìn)入b2后速度不能瞬時(shí)變化 由于磁場(chǎng)方向發(fā)生了變化 產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向發(fā)生了變化 但安培力的方向不變 2 如圖所示 水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌上有一質(zhì)量為m的金屬棒ab 導(dǎo)軌的一端連接電阻r 其他電阻均不計(jì) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向下 金屬棒ab在一水平恒力f作用下由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng) 則 a 隨著ab運(yùn)動(dòng)速度的增大 其加速度也增大b 外力f對(duì)ab做的功等于電路中產(chǎn)生的電能c 當(dāng)ab做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 外力f做功的功率等于電路中的電功率d 無(wú)論ab做何種運(yùn)動(dòng) 它克服安培力做的功一定等于電路中產(chǎn)生的電能 cd 3 風(fēng)速儀的簡(jiǎn)易裝置如圖甲所示 在風(fēng)力作用下 風(fēng)杯帶動(dòng)與其固定在一起的永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng) 線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流隨風(fēng)速v的變化而變化 風(fēng)速為v1時(shí) 測(cè)得線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示 若風(fēng)速變?yōu)関2 且v2 v1 則感應(yīng)電流的峰值im 周期t和電動(dòng)勢(shì)e的變化情況是 a a im變大 t變小b im變大 t不變c im變小 t變小d im不變 e變大 4 如圖所示 邊長(zhǎng)為l的正方形金屬線(xiàn)框在水平恒力f作用下運(yùn)動(dòng) 穿過(guò)方向垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為d d l 已知ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí) 線(xiàn)框的加速度恰好為零 則線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)和穿出磁場(chǎng)的過(guò)程相比較 有 a 產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向和大小均相同b 受到的安培力方向相反c 進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中通過(guò)ab的電荷量等于穿出磁場(chǎng)過(guò)程中通過(guò)ab的電荷量d 進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量少于穿出磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量 cd 提升能力 5 如圖所示 質(zhì)量為m 邊長(zhǎng)為l的正方形線(xiàn)框從某一高度自由落下后 通過(guò)一高度也為l的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 不計(jì)空氣阻力 則線(xiàn)框通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱 a 可能大于2mglb 可能等于2mglc 可能小于2mgld 可能為零 abc d 解析 從能量守恒的角度可知 a b c選項(xiàng)錯(cuò)誤 有磁場(chǎng)時(shí)導(dǎo)體受到的安培力沿斜面向下 當(dāng)速度為零時(shí) 所受安培力為零 d選項(xiàng)正確 7 如圖所示 水平地面上方矩形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 兩個(gè)邊長(zhǎng)相等的單匝閉合正方形線(xiàn)圈 和 分別用相同材料 不同粗細(xì)的導(dǎo)線(xiàn)繞制 為細(xì)導(dǎo)線(xiàn) 兩線(xiàn)圈在距磁場(chǎng)上界面h高處由靜止開(kāi)始自由下落 再進(jìn)入磁場(chǎng) 最后落到地面 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 線(xiàn)圈平面始終保持在豎直平面內(nèi)且下邊緣平行于磁場(chǎng)上邊界 設(shè)線(xiàn)圈 落地時(shí)的速度大小分別為v1 v2 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量分別為q1 q2 不計(jì)空氣阻力 則 a v1q2d v1 v2 q1 q2 d 8 如圖甲所示 金屬棒mn放在曲線(xiàn)金屬導(dǎo)軌ab和直線(xiàn)金屬導(dǎo)軌cd之間 不計(jì)一切摩擦及金屬棒和兩導(dǎo)軌的電阻 圖中曲線(xiàn)導(dǎo)軌ab被彎成正弦 或余弦 曲線(xiàn) 兩導(dǎo)軌右端連有一定值電阻r 整個(gè)裝置水平置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 在金屬棒mn上施加一垂直于mn的水平作用力f 使mn始終垂直于直線(xiàn)導(dǎo)軌做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 圖中p為金屬棒mn與曲線(xiàn)導(dǎo)軌的接觸點(diǎn) 圖中y為金屬棒上一點(diǎn) 且my的長(zhǎng)度恰等于正弦曲線(xiàn)極值點(diǎn)之間的高度差 金屬棒mn運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)軌接觸良好 當(dāng)金屬棒mn處在兩導(dǎo)軌左端虛線(xiàn)所在位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 則對(duì)圖乙判斷正確的是 a a為電阻兩端電壓隨時(shí)間變化關(guān)系的ur t圖線(xiàn)b b線(xiàn)為金屬棒mn兩點(diǎn)電勢(shì)差隨時(shí)間變化關(guān)系的umn t圖線(xiàn)c c為金屬棒pn兩點(diǎn)電勢(shì)差隨時(shí)間變化關(guān)系的upn t圖線(xiàn)d d為金屬棒my兩點(diǎn)電勢(shì)差隨時(shí)間變化關(guān)系的umy t圖線(xiàn) 解析 因?yàn)橛行懈铋L(zhǎng)度隨時(shí)間變化 故ur不可能為恒定值 a錯(cuò) 因?yàn)閙n的電阻不計(jì) 故umn blv l為mn之長(zhǎng) 且 m n 故umn 0 b錯(cuò) 設(shè)my中點(diǎn)到n之長(zhǎng)為h upn為u1 bvh的恒定值和u2 acos t的交變值的代數(shù)和 相當(dāng)于將u2 t圖象的橫軸向u軸負(fù)方向平移u1后 即得upn的圖象如圖c或相當(dāng)于將 u2的圖象向u軸正方向平移u1后 即得到upn的圖象如圖c c對(duì) umy bvlmy為恒定值 d錯(cuò) a 10 如圖所示 mn pq為相距l(xiāng) 0 2m的光滑平行導(dǎo)軌 導(dǎo)軌平面與水平面夾角為 30 導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 1t 方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 在兩導(dǎo)軌的m p兩端接有r 2 的定值電阻 回路其余電阻不計(jì) 一質(zhì)量為m 0 2kg的導(dǎo)體棒垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好 今平行于導(dǎo)軌對(duì)導(dǎo)體棒施加一作用力f 使導(dǎo)體棒從ab位置由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向下勻加速滑到底端 滑動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)體棒始終垂直于導(dǎo)軌 加速度大小為a 4m s2 經(jīng)時(shí)間t 1s滑到cd位置 從ab到cd過(guò)程中電阻發(fā)熱為q 0 1j g取10m s2 求 1 到達(dá)cd位置時(shí) 對(duì)導(dǎo)體棒施加的作用力 2 導(dǎo)體棒從ab滑到cd過(guò)程中作用力f所做的功 11 2012廣東 如圖所示 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab 垂直放在相距為l的平行光滑金屬軌道上 導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為 并處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b 方向垂直與導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 左側(cè)是水平放置 間距為d的平行金屬板r和rx分別表示定值電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值 不計(jì)其他電阻 1 調(diào)節(jié)rx r 釋放導(dǎo)體棒 當(dāng)棒沿導(dǎo)軌勻速下滑時(shí) 求通過(guò)棒的電流i及棒的速率v 2 改變r(jià)x 待棒沿導(dǎo)軌再次勻速下滑后 將質(zhì)量為m 帶電量為 q的微粒水平射入金屬板間 若它能勻速通過(guò) 求此時(shí)的rx 12 如圖甲所示 光滑絕緣水平面上 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 2t的勻強(qiáng)磁場(chǎng)以虛線(xiàn)mn為左邊界 mn的左側(cè)有一質(zhì)量m 0 1kg bc邊長(zhǎng)l1 0 2m 電阻r 2 的矩形線(xiàn)圈abcd t 0時(shí) 用一恒定拉力f拉線(xiàn)圈 使其由靜止開(kāi)始向右做勻加速運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)時(shí)間1s 線(xiàn)圈的bc邊到達(dá)磁場(chǎng)邊界mn 此時(shí)立即將拉力f改為變力 又經(jīng)過(guò)1s 線(xiàn)圈恰好完全進(jìn)入磁場(chǎng) 整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 線(xiàn)圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示 1 求線(xiàn)圈bc邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v1和線(xiàn)圈在第1s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離x 2 寫(xiě)出第2s內(nèi)變力f隨時(shí)間t變化的關(guān)系式 3 求出線(xiàn)圈ab邊的長(zhǎng)度l2 13 如圖所示 間距l(xiāng) 0 3m的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個(gè)豎直面內(nèi) 在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角 37 的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度b1 0 4t 方向豎直向上和b2 1t 方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 電阻r 0 3