高考總復習物理課件32 電磁感應規(guī)律的綜合應用

1、課時32電磁感應規(guī)律的綜合應用考點電磁感應中的綜合問題 基礎梳理1電磁感應中的力學問題：通過導體的感應電流在磁場中將受到安培力作用，常結合牛頓運動定律、動能定理等解題2電磁感應中的電路問題：在電磁感應中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應電動勢，該導體或回路相當于電源，與其他導體構成閉合的電路，滿足歐姆定律3電磁感應中的能量問題：產(chǎn)生感應電流的過程，就是能量轉化的過程，一般用能量守恒定律、功能關系解題 疑難詳析1對導線受力分析時，習慣上按重力、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、應現(xiàn)象的電路相當于電源，它產(chǎn)生的感應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成是電池3在電磁感應現(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，把機械能轉化為電能而已，如發(fā)電機 深化拓展1解決電磁感應中的力學問題的方法是(1)選擇研究對象，即是哪一根導體棒或幾根導體棒組成的系統(tǒng)；(2)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應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，選定所要應用的物理規(guī)律；(6)運用物理規(guī)律列方程求解電磁感應力學問題中，要抓好受力情況、運動情況的動態(tài)分析：

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

4、題，一般使用能量的觀點電磁感應過程中產(chǎn)生的電流往往是變化的電流或者計算的過程復雜而不用qi2rt進行計算，利用能量的知識求解往往使問題簡化安培力對導體做正功，是將電能轉化為機械能；安培力對導體做負功，是將機械能轉化為電能感應電流在電路中通過電阻又將電能轉化為熱能題型一電磁感應中的電路問題例1兩根光滑的長直金屬導軌mn、mn平行置于同一水平面內(nèi)，導軌間距為l，電阻不計，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垂直于導軌放置，導軌處于磁感應強度為b、方向豎直向下的勻強磁場中ab在外力作用下向右勻速運動且與導軌保持良好接觸，在ab運

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運動速度v的大小；(2)電容器所帶的電荷量q.圖圖1(2)設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，再結合電磁感應定律，閉合(或部分)電路歐姆定律，電功、電功率、電量計算等公式求解(2010海淀模擬)如圖2所示，邊長l0.20 m的正方形導線框abcd由粗線均勻的同種材料制成，正方形導線框每邊的電阻r01.0 ，金屬棒mn與正方形導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導線框放置在勻強磁場中，磁場的磁感應強度b0.50 t，方向垂直導線框所在平面向里金屬棒mn與導線框接觸良好，且與導線框的對角線bd垂直放置在導線框上，金屬棒的中點始終在bd連線上若金屬棒以v4.0 m/s的速度向右勻速運動，當金屬棒運動至ac的位置時，求(計算結果保留兩位有效數(shù)字)：(1)金屬棒產(chǎn)生的電動勢大?。?2)金屬棒mn上通過的電流大小和方向；(3)導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題型二電磁感應中的動力學問題例2如圖3所示，兩根相距l(xiāng)平行放置的光滑導電軌道，與水平面的夾角均為，軌道間有電阻r，處于磁感應強度為b、方向豎直向上的

7、勻強磁場中，一根質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿ab，由靜止開始沿導電軌道下滑設下滑中ab桿始終與軌道保持垂直，且接觸良好，導電軌道有足夠的長度，且電阻不計圖圖3(1)ab桿將做什么運動？(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的勻加速運動(agsin)求拉力f與時間t的關系式圖圖4解析(1)導線受力如圖4所示，當導線向下滑動時，速度越來越大，安培力f安變大，導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動，最終加速度變?yōu)榱?，導線做勻速運動答案(1)見解析題后反思：首先在垂直于導線的平面內(nèi)對導線進行受力分析，然后分析物體的運動，由于安培力隨速度

8、變化而變化，這個運動開始通常是變加速運動的，然后做穩(wěn)定的勻速直線運動，最后使用牛頓運動定律、能量關系解題2010江蘇海門)如圖5所示，兩根光滑的平行金屬導軌處于同一水平面內(nèi)，相距l(xiāng)0.3 m，導軌的左端m、n用r0.2 的電阻相連，導軌電阻不計，導軌上跨接一電阻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磁場中，磁感應強度b1 t，現(xiàn)對桿施一水平向右的拉力f1.5 n，使它由靜止開始運動，求：圖圖5(1)桿能達到的最大的速度為多大？此時拉力的瞬時功率多大？(2)當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的正方形導線框豎直向上拋出，穿過寬度為b、磁感應強度為b的勻強磁場，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，然后落下并勻速進入磁場整個運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)生轉動求：圖圖6(1)線框在下落階段勻速進入磁場時的速度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化關系，特別是每個力做功對應著什么樣的能量轉化，如重力做功是線框動能和重力勢能間的轉化，空氣阻力做功是機械能向內(nèi)能轉化，安培力做負功是將機械能轉化為電能進而轉化為焦耳熱，安培力做正功是電能轉化為機械能，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軌位于傾角30的斜面上，導軌上、下端各接有阻值r20 的電阻，導軌電阻忽略不計，導軌寬度l2 m，在整個導軌平面內(nèi)都有垂直于導軌平面向上的勻強磁場，磁感應強度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，當金屬棒ab下滑高度h3 m時，速

11、度恰好達到最大值v2 m/s.金屬棒ab在下滑過程中始終與導軌垂直且與導軌良好接觸g取10 m/s2，求：(1)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3 m的運動過程中機械能的減少量(2)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3 m的運動過程中導軌上端電阻r中產(chǎn)生的熱量圖圖7解析：(1)金屬棒ab機械能的減少量(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軌之間接有定值電阻r，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導軌的電阻均不計，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導軌平面垂直，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相關知識，意在考查考生的綜合運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)和等于金屬棒機械能的增加量，選項a正確。答案：a2如圖9(a)所示，水平放置的兩根平行金屬導軌，間距l(xiāng)0.3 m，導軌左端連接r0.6 的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導軌平面b0.6 t的勻強磁場，磁場區(qū)域寬d0.2 m細金屬棒a1和a2用長為2d0.4 m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導軌平面上，并與導軌垂直，每根金屬棒在導軌間的電阻均為r0.3 ，導軌電阻不計，使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導軌向右穿越磁場計算從金屬棒a1進入磁場(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的光滑平行導軌上，并與之密接，棒左側兩導軌之間連接一可控制的負載電阻(圖中未畫出)；導軌置于勻強磁場中，磁場的磁感應強度大小為b，方向垂直于導軌所在平面開始時，給導體棒一個平行于導軌的初速度v0.在棒的運動速度由v0減小至v1的過程中，通過控制負載電阻的阻值使棒中的電流強度i保持恒定導體棒一直在磁場中運動若不計導軌電阻，求此過程中導體棒上感應電動勢的平均值和負載電阻上消耗的平均功率4均勻導線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.將其置于磁感強度為b的水平勻強磁場上方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cd邊剛進入磁場時，圖圖12(1)求線框中產(chǎn)生的感應電動勢大小；(2)求cd兩點間的電勢差大?。?3)若此時線框加速度恰好為零，求線框下落的高度h所應滿足的條件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磁場和，磁感應強度大小均為b.現(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計的導體棒ab，從半圓環(huán)的最高點a處由靜止下落，在下落過程中導體棒始終保持水平，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體棒ab下落r/2時的速度大小為v1，下落到m