高考總復(fù)習(xí)物理課件32 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用

1、課時32電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用考點(diǎn)電磁感應(yīng)中的綜合問題 基礎(chǔ)梳理1電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題：通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，常結(jié)合牛頓運(yùn)動定律、動能定理等解題2電磁感應(yīng)中的電路問題：在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于電源，與其他導(dǎo)體構(gòu)成閉合的電路，滿足歐姆定律3電磁感應(yīng)中的能量問題：產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，就是能量轉(zhuǎn)化的過程，一般用能量守恒定律、功能關(guān)系解題 疑難詳析1對導(dǎo)線受力分析時，習(xí)慣上按重力、彈力、摩擦力、電場力、安培力的順序受力分析安培力也是一種力，不能遺漏受力分析時，要選擇合適的平面，盡可能使受到的力在同一平面內(nèi)2產(chǎn)生電磁感

2、應(yīng)現(xiàn)象的電路相當(dāng)于電源，它產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢等于電源電動勢，它的電阻等于電源的內(nèi)阻，作等效電路時，可以把這部分電路當(dāng)成是電池3在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，由磁生電不是創(chuàng)造了電能，而只是通過克服安培力做功，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能而已，如發(fā)電機(jī) 深化拓展1解決電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題的方法是(1)選擇研究對象，即是哪一根導(dǎo)體棒或幾根導(dǎo)體棒組成的系統(tǒng)；(2)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向；(3)求回路中的電流大小；(4)分析其受力情況；(5)分析研究對象所受各力的做功情況和合外力做功情況，選定所要應(yīng)用的物理規(guī)律；(6)運(yùn)用物理規(guī)律列方程求解電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況、運(yùn)動情況的動態(tài)分析：

3、導(dǎo)體受力運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流通電導(dǎo)體受安培力合外力變化加速度變化速度變化，周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)2解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法是(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動勢的大小和方向；(2)畫等效電路圖；(3)運(yùn)用全電路歐姆定律，串并聯(lián)電路性質(zhì)，電功率等公式聯(lián)立求解；3電磁感應(yīng)中的圖像問題大體上可分為兩類(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量不管是何種類型，電磁感應(yīng)中的圖象問題常需利用右手定則、左手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決4求解電磁感應(yīng)中的焦耳熱問

4、題，一般使用能量的觀點(diǎn)電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的電流往往是變化的電流或者計(jì)算的過程復(fù)雜而不用qi2rt進(jìn)行計(jì)算，利用能量的知識求解往往使問題簡化安培力對導(dǎo)體做正功，是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；安培力對導(dǎo)體做負(fù)功，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能感應(yīng)電流在電路中通過電阻又將電能轉(zhuǎn)化為熱能題型一電磁感應(yīng)中的電路問題例1兩根光滑的長直金屬導(dǎo)軌mn、mn平行置于同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)，m、m處接有如圖1所示的電路，電路中各電阻的阻值均為r，電容器的電容為c.長度也為l、阻值同為r的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中ab在外力作用下向右勻速運(yùn)動且與導(dǎo)軌保持良好接觸，在ab運(yùn)

5、動距離為s的過程中，整個回路中產(chǎn)生的焦耳熱為q.求：(1)ab運(yùn)動速度v的大?。?2)電容器所帶的電荷量q.圖圖1(2)設(shè)電容器兩極板間的電勢差為u，則有uir電容器所帶電荷量qcu題后反思：解決此類題目要分清電路的組成誰產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，則誰為電源，其電路部分為內(nèi)電路，其余則為外電路，然后畫出等效電路圖，再結(jié)合電磁感應(yīng)定律，閉合(或部分)電路歐姆定律，電功、電功率、電量計(jì)算等公式求解(2010海淀模擬)如圖2所示，邊長l0.20 m的正方形導(dǎo)線框abcd由粗線均勻的同種材料制成，正方形導(dǎo)線框每邊的電阻r01.0 ，金屬棒mn與正方形導(dǎo)線框的對角線長度恰好相等，金屬棒mn的電阻r0.20 . 圖

6、圖2導(dǎo)線框放置在勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b0.50 t，方向垂直導(dǎo)線框所在平面向里金屬棒mn與導(dǎo)線框接觸良好，且與導(dǎo)線框的對角線bd垂直放置在導(dǎo)線框上，金屬棒的中點(diǎn)始終在bd連線上若金屬棒以v4.0 m/s的速度向右勻速運(yùn)動，當(dāng)金屬棒運(yùn)動至ac的位置時，求(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)：(1)金屬棒產(chǎn)生的電動勢大小；(2)金屬棒mn上通過的電流大小和方向；(3)導(dǎo)線框消耗的電功率答案：(1)0.56 v(2)0.47 a從n到m(3)0.22 w題型二電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題例2如圖3所示，兩根相距l(xiāng)平行放置的光滑導(dǎo)電軌道，與水平面的夾角均為，軌道間有電阻r，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b、方向豎直向上的

7、勻強(qiáng)磁場中，一根質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿ab，由靜止開始沿導(dǎo)電軌道下滑設(shè)下滑中ab桿始終與軌道保持垂直，且接觸良好，導(dǎo)電軌道有足夠的長度，且電阻不計(jì)圖圖3(1)ab桿將做什么運(yùn)動？(2)若開始時就給ab沿軌道向下的拉力f使其由靜止開始向下做加速度為a的勻加速運(yùn)動(agsin)求拉力f與時間t的關(guān)系式圖圖4解析(1)導(dǎo)線受力如圖4所示，當(dāng)導(dǎo)線向下滑動時，速度越來越大，安培力f安變大，導(dǎo)線加速度變小隨著速度的變大，加速度越來越小ab做加速度越來越小的加速運(yùn)動，最終加速度變?yōu)榱?，?dǎo)線做勻速運(yùn)動答案(1)見解析題后反思：首先在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)對導(dǎo)線進(jìn)行受力分析，然后分析物體的運(yùn)動，由于安培力隨速度

8、變化而變化，這個運(yùn)動開始通常是變加速運(yùn)動的，然后做穩(wěn)定的勻速直線運(yùn)動，最后使用牛頓運(yùn)動定律、能量關(guān)系解題2010江蘇海門)如圖5所示，兩根光滑的平行金屬導(dǎo)軌處于同一水平面內(nèi)，相距l(xiāng)0.3 m，導(dǎo)軌的左端m、n用r0.2 的電阻相連，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌上跨接一電阻r0.1 的金屬桿，質(zhì)量m0.1 kg，整個裝置放在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度b1 t，現(xiàn)對桿施一水平向右的拉力f1.5 n，使它由靜止開始運(yùn)動，求：圖圖5(1)桿能達(dá)到的最大的速度為多大？此時拉力的瞬時功率多大？(2)當(dāng)桿的速度為最大速度的一半時，桿的加速度多大？答案：(1)桿受力平衡時，fbiml0，im ，得vm5 m/sp

9、ffvm7.5 w(2)當(dāng)v2.5 m/s時，由牛頓第二定律fbilma，得a7.5 m/s2.題型三電磁感應(yīng)中的能量問題例3如圖6所示，將邊長為a、質(zhì)量為m、電阻為r的正方形導(dǎo)線框豎直向上拋出，穿過寬度為b、磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場，磁場的方向垂直紙面向里，線框向上離開磁場時的速度剛好是進(jìn)入磁場時速度的一半，線框離開磁場后繼續(xù)上升一段高度，然后落下并勻速進(jìn)入磁場整個運(yùn)動過程中始終存在著大小恒定的空氣阻力f阻且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動求：圖圖6(1)線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場時的速度v2；(2)線框在上升階段剛離開磁場時的速度v1；(3)線框在上升階段通過磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱q.題后反思：解答此類題目

10、要抓住各個物理過程中的功能轉(zhuǎn)化關(guān)系，特別是每個力做功對應(yīng)著什么樣的能量轉(zhuǎn)化，如重力做功是線框動能和重力勢能間的轉(zhuǎn)化，空氣阻力做功是機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，安培力做負(fù)功是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱，安培力做正功是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后由能量守恒定律(或動能定理)列式解答(2010泰安模擬)如圖7所示，兩根足夠長固定平行金屬導(dǎo)軌位于傾角30的斜面上，導(dǎo)軌上、下端各接有阻值r20 的電阻，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，導(dǎo)軌寬度l2 m，在整個導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度b1 t質(zhì)量m0.1 kg，連入電路的電阻r10 的金屬棒ab在較高處由靜止釋放，當(dāng)金屬棒ab下滑高度h3 m時，速

11、度恰好達(dá)到最大值v2 m/s.金屬棒ab在下滑過程中始終與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌良好接觸g取10 m/s2，求：(1)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3 m的運(yùn)動過程中機(jī)械能的減少量(2)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3 m的運(yùn)動過程中導(dǎo)軌上端電阻r中產(chǎn)生的熱量圖圖7解析：(1)金屬棒ab機(jī)械能的減少量(2)速度最大時金屬棒ab產(chǎn)生的電動勢eblv產(chǎn)生的電流ie/(rr/2)此時的安培力fbil由題意可知，受摩擦力ffmgsin30f由能量守恒得，損失的機(jī)械能等于金屬棒ab克服摩擦力做功和產(chǎn)生的電熱之和，電熱qeffh/sin30上端電阻r中產(chǎn)生的熱量qrq/4聯(lián)立式得：qr0.55 j.答案：(1)2.

12、8 j(2)0.55 j1(2009天津高考)如圖8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摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個裝置放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與導(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間內(nèi)，力f做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于 ()圖圖8a棒的機(jī)械能增加量b棒的動能增加量c棒的重力勢能增加量d電阻r上放出的熱量解析：本題考查了能量守恒及電磁感應(yīng)相關(guān)知識，意在考查考生的綜合運(yùn)用物理知識解決物理問題的能力對金屬棒受力分析可知，設(shè)金屬棒重為g、上升高度h，則根據(jù)能量守恒可得：fhw安ghe，即拉力及安培力所做

13、的功的代數(shù)和等于金屬棒機(jī)械能的增加量，選項(xiàng)a正確。答案：a2如圖9(a)所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距l(xiāng)0.3 m，導(dǎo)軌左端連接r0.6 的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面b0.6 t的勻強(qiáng)磁場，磁場區(qū)域?qū)抎0.2 m細(xì)金屬棒a1和a2用長為2d0.4 m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r0.3 ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場計(jì)算從金屬棒a1進(jìn)入磁場(t0)到a2離開磁場的時間內(nèi)，不同時間段通過電阻r的電流強(qiáng)度，并在圖9(b)中畫出圖圖9t1t2(0.20.4 s)時間內(nèi)e0，i20t2t3(0.

14、40.6 s)時間內(nèi)同理i20.12 a.答案：規(guī)律如圖10所示圖圖103如圖11，一直導(dǎo)體棒質(zhì)量為m、長為l、電阻為r，其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導(dǎo)軌上，并與之密接，棒左側(cè)兩導(dǎo)軌之間連接一可控制的負(fù)載電阻(圖中未畫出)；導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面開始時，給導(dǎo)體棒一個平行于導(dǎo)軌的初速度v0.在棒的運(yùn)動速度由v0減小至v1的過程中，通過控制負(fù)載電阻的阻值使棒中的電流強(qiáng)度i保持恒定導(dǎo)體棒一直在磁場中運(yùn)動若不計(jì)導(dǎo)軌電阻，求此過程中導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動勢的平均值和負(fù)載電阻上消耗的平均功率4均勻?qū)Ь€制成的單匝正方形閉合線框abcd，每邊長為l，總電阻

15、為r，總質(zhì)量為m.將其置于磁感強(qiáng)度為b的水平勻強(qiáng)磁場上方h處，如圖12所示線框由靜止自由下落，線框平面保持在豎直平面內(nèi)，且cd邊始終與水平的磁場邊界面平行當(dāng)cd邊剛進(jìn)入磁場時，圖圖12(1)求線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小；(2)求cd兩點(diǎn)間的電勢差大小；(3)若此時線框加速度恰好為零，求線框下落的高度h所應(yīng)滿足的條件5如圖13所示，豎直平面內(nèi)有一半徑為r、內(nèi)阻為r1、粗細(xì)均勻的光滑半圓形金屬環(huán)，在m、n處與相距為2r、電阻不計(jì)的平行光滑金屬軌道m(xù)e、nf相接，ef之間接有電阻r2，已知r112 r，r24 r在mn上方及cd下方有水平方向的勻強(qiáng)磁場和，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為b.現(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒ab，從半圓環(huán)的最高點(diǎn)a處由靜止下落，在下落過程中導(dǎo)體棒始終保持水平，與半圓形金屬環(huán)及軌道接觸良好，兩平行軌道足夠長已知導(dǎo)體棒ab下落r/2時的速度大小為v1，下落到m