電磁感應(yīng)現(xiàn)象和規(guī)律的應(yīng)用課件演示文稿

專(zhuān)題七電路與電磁感應(yīng)

(2010·江蘇卷)如圖7.2-1所示，兩足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，相距為L(zhǎng)，一理想電流表與兩導(dǎo)軌相連，勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直．一質(zhì)量為m、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場(chǎng)上邊界h處?kù)o止釋放．導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最終穩(wěn)定為I.整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，且始終保持水平，不計(jì)導(dǎo)軌的電阻．求：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B；(2)電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度的大小v；(3)流經(jīng)電流表電流的最大值Im.如圖7.2-1【命題解讀】

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“導(dǎo)體桿”，從組合形式看，可以與電容、電感、電阻等電學(xué)器件組合，也可以與斜面、彈簧等力學(xué)器件組合，可以是單桿也可以是雙桿，這些不同類(lèi)型的組合，旨在考查學(xué)生的綜合分析能力和應(yīng)用能力，有較大的區(qū)分度，所以每年多以壓軸試題的身份出現(xiàn)．熱點(diǎn)一電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的圖象問(wèn)題【例1】

(2010·上海物理)如圖7.2-2所示，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng)，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形框abcd的邊bc緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上，使線框從靜止開(kāi)始沿x軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖(

)圖7.2-2【解析】

在0～t1，電流均勻增大；在t1～t2，兩邊感應(yīng)電流方向相同，大小相加，故電流變大．在t2～t3，因右邊離開(kāi)磁場(chǎng)，只有一邊產(chǎn)生感應(yīng)電流，故電流變小，又因?yàn)榫€框做勻加速運(yùn)動(dòng)，有x=at2，故i-x圖象應(yīng)為拋物線，C正確，所以選AC.【答案】AC【規(guī)律方法】

常見(jiàn)的電磁感應(yīng)圖象主要有B-t、F-t、i-t、U-t、F-t、P-t圖象等；從試題因果角度看有告知圖象解答問(wèn)題，或根據(jù)題意畫(huà)出圖象；從線圈形狀看，有方形、三角形、圓形甚至組合型；從線圈的運(yùn)動(dòng)看有平衡態(tài)與非平衡態(tài)之分．但是不管怎樣，i-t圖象應(yīng)該是諸多問(wèn)題的交匯點(diǎn)，所以熟悉i-t圖象是解決其他問(wèn)題的基礎(chǔ)．判斷感應(yīng)電流的大小可用法拉第電磁感應(yīng)定律，判斷電流的方向可利用楞次定律或右手定則．

【變式練習(xí)】某同學(xué)用粗細(xì)均勻的同一種導(dǎo)線制成“9”字形線框，放在有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)旁，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖7.2-3所示．已知磁場(chǎng)的寬度為2d，ab=bc=cd=da=ce=ef=d，導(dǎo)線框從緊靠磁場(chǎng)的左邊界以速度v向x軸的正方向勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)U0=Bdv.在下圖中最能體現(xiàn)be兩點(diǎn)間的電壓隨坐標(biāo)x變化關(guān)系的圖象是()圖7.2-3【答案】A

【例題2】如圖7.2-4所示，MN、PQ為間距L=0.5m足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌，NQ⊥MN.導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角q=37°，NQ間連接一個(gè)R=4w的電阻．有一方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T.將一根質(zhì)量m=0.05kg的金屬棒ab緊靠NQ放置在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的電阻r=1w，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．現(xiàn)由靜止開(kāi)始釋放金屬棒，金屬棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與NQ平行．已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，經(jīng)5s金屬棒滑行至cd處時(shí)剛好達(dá)到穩(wěn)定速度，cd與NQ相距x=8m.重力加速度g取10m/s2.求：熱點(diǎn)二電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“單桿”問(wèn)題(1)金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度是多大？(2)金屬棒ab從靜止釋放到滑行至cd處的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱和通過(guò)電阻R的總電荷量各是多少？(3)若給電阻R兩端加上u=Umsin40pt(V)的正弦交流電壓，電阻R經(jīng)14s產(chǎn)生的熱量與第(2)問(wèn)中電阻R產(chǎn)生的焦耳熱相等．請(qǐng)寫(xiě)出此正弦交流電壓的瞬時(shí)表達(dá)式．圖7.2-4【規(guī)律方法】電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力的作用，從而影響導(dǎo)體棒的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況．這類(lèi)問(wèn)題的分析思路如下：

從求焦耳熱的過(guò)程可知，雖然安培力屬變力，但我們不必追究變力、變電流做功的具體細(xì)節(jié)，只需弄清能量的轉(zhuǎn)化途徑，用能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律就可求解．在分析電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)換問(wèn)題時(shí)常會(huì)遇到的一個(gè)問(wèn)題是求回路中的焦耳熱，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的分析常有三種思路：①若感應(yīng)電流是恒定的，一般利用定義式Q=I2Rt求解．②若感應(yīng)電流是變化的，由能的轉(zhuǎn)化與守恒定律求焦耳熱(不能取電流的平均值由Q=I2Rt求解)．③既能用公式Q=I2Rt求解，又能用能的轉(zhuǎn)化與守恒定律求解的，則可優(yōu)先用能的轉(zhuǎn)化與守恒定律求解．

【變式練習(xí)】如圖7.2-5所示，光滑導(dǎo)軌傾斜放置，其下端連接一個(gè)燈泡，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在平面，當(dāng)ab棒下滑到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，小燈泡獲得的功率為P0，除燈泡外，其他電阻不計(jì)，要使穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)燈泡的功率變?yōu)?P0，下列措施正確的是()A．換一個(gè)電阻為原來(lái)一半的燈泡

B．把磁感應(yīng)強(qiáng)度B增為原來(lái)的2倍

C．換一根質(zhì)量為原來(lái)的倍的金屬棒

D．把導(dǎo)軌間的距離增大為原來(lái)的倍圖7.2-5【解析】

解答這類(lèi)問(wèn)題的基本思路是：先求出燈泡功率P與其他量的關(guān)系式，然后再討論各選項(xiàng)是否正確．金屬棒在導(dǎo)軌上下滑的過(guò)程中，受重力mg、支持力FN和安培力F=IlB三個(gè)力的作用．其中安培力F是磁場(chǎng)對(duì)棒ab切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的作用力，它的大小與棒的速度有關(guān)．當(dāng)導(dǎo)體棒下滑到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)(勻速運(yùn)動(dòng))所受合外力為零，則有mgsinq=IlB.此過(guò)程小燈泡獲得穩(wěn)定的功率P=I2R.由上兩式可得P=m2g2Rsin2q/B2l2.要使燈泡的功率由P0變?yōu)?P0，根據(jù)上式討論可得，題目所給的四個(gè)選項(xiàng)只有C是正確的．熱點(diǎn)三電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“雙桿”問(wèn)題

【例3】如圖7.2-6所示，兩足夠長(zhǎng)的平行光滑的金屬導(dǎo)軌相距為1m，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角q=37°，其上端接一阻值為3Ω的燈泡D.在虛線L1、L2間有一與導(dǎo)軌所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，且磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為d=3.75m，導(dǎo)體棒a的質(zhì)量ma=0.2kg、電阻Ra=3Ω；導(dǎo)體棒b的質(zhì)量mb=0.1kg、電阻Rb=6Ω，它們分別從圖中M、N處同時(shí)由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向下滑動(dòng)，b恰能勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，當(dāng)b剛穿出磁場(chǎng)時(shí)a正好進(jìn)入磁場(chǎng)．不計(jì)a、b之間的作用，g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8.求：

(1)b棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度；(2)當(dāng)a棒進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，小燈泡的實(shí)際功率；(3)假設(shè)a棒穿出磁場(chǎng)前已達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，求a棒通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，回路所產(chǎn)生的總熱量．圖7.2-6【規(guī)律方法】①雙棒在磁場(chǎng)中同時(shí)以不同的速度運(yùn)動(dòng)，同向運(yùn)動(dòng)時(shí)相當(dāng)于兩電源反接，相向運(yùn)動(dòng)時(shí)相當(dāng)于電源順接(串聯(lián))；②單棒導(dǎo)體在變化的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而變化的磁場(chǎng)也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以在這種情況下就必須討論兩個(gè)電源的正負(fù)極問(wèn)題．正負(fù)極的判斷可采用楞次定律．對(duì)每根桿可根據(jù)已知條件選用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、微元法；對(duì)于動(dòng)態(tài)變化利用v-t圖象分析；對(duì)于功能問(wèn)題利用動(dòng)能定律或能量守恒定律解答；對(duì)于光滑平行等距導(dǎo)軌上受恒外力作用下雙桿系統(tǒng)，兩棒最終速度差恒定．【變式練習(xí)】如圖7.2-7所示，相距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行軌道上，平行放置兩根質(zhì)量和電阻都相同的滑桿ab和cd，組成矩形閉合回路．軌道電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂直穿過(guò)整個(gè)軌道平面，開(kāi)始時(shí)ab和

cd均處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)用一個(gè)平行軌道的恒力F向右拉ab桿，則下列說(shuō)法正確的是()A．cd桿向左運(yùn)動(dòng)B．cd桿向右運(yùn)動(dòng)C．a(chǎn)b與cd桿均先做變加速運(yùn)動(dòng)，后做勻速運(yùn)動(dòng)D．a(chǎn)b與cd桿均先做變加速運(yùn)動(dòng)，后做勻加速運(yùn)動(dòng)圖7.2-7【解析】

產(chǎn)生感應(yīng)電流后，兩導(dǎo)體滑桿中的電流相等，受到磁場(chǎng)的作用力大小相等，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁通量的增大，故兩桿同時(shí)向右加速運(yùn)動(dòng)，因F為恒力，磁場(chǎng)對(duì)桿的作用力為變力，隨速度的增大而增大，因而開(kāi)始時(shí)兩桿做變加速運(yùn)動(dòng)(ab加速度減小，cd加速度增大)，當(dāng)兩桿具有相同加速度時(shí)，它們以共同的加速度運(yùn)動(dòng)，故BD正確．【答案】BD熱點(diǎn)四電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“導(dǎo)體框”問(wèn)題(2010·安徽卷)如圖7.2-8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圈Ⅰ和Ⅱ，分別用相同材料，不同粗細(xì)的導(dǎo)線繞制(Ⅰ為細(xì)導(dǎo)線)．兩線圈在距磁場(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)線圈Ⅰ、Ⅱ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．v1<v2，Q1<Q2B．v1=v2，Q1=Q2C．v1<v2，Q1>Q2D．v1=v2，Q1<Q2圖7.2-8【規(guī)律方法】分析程序：與導(dǎo)體棒組成的閉合電路中的磁通量發(fā)生變化?導(dǎo)體棒中產(chǎn)生感應(yīng)電流?導(dǎo)體棒受安培力，分析受力判斷合外力?導(dǎo)體棒的加速度情況?判斷速度特點(diǎn)．①如問(wèn)題涉及的除始、末狀態(tài)外，還有力和受力者的位移，可優(yōu)先選用動(dòng)能定理；②若題目要求加速度或要列出各物理量在某一時(shí)刻的關(guān)系式，則只能用牛頓第二定律進(jìn)行求解．如問(wèn)題涉及的除始、末狀態(tài)外，還有力和它的作用時(shí)間，可優(yōu)先選用動(dòng)量定理．【變式練習(xí)】如圖7.2-9所示，在高度差為L(zhǎng)的平行虛線區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．正方形線框abcd的質(zhì)量為m，邊長(zhǎng)也為L(zhǎng)，電阻為R，線框平面與豎直平面平行，靜止于位置“Ⅰ”時(shí)，cd邊與磁場(chǎng)下邊緣有一段距離H.現(xiàn)用一豎直向上的恒力F提線框，線框由位置“Ⅰ”無(wú)初速度向上運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域最后到達(dá)位置“Ⅱ”(ab邊恰好出磁場(chǎng))，線框平面在運(yùn)動(dòng)中保持在豎直平面內(nèi)，且ab邊保持水平．當(dāng)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線框恰好開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)．空氣阻力不計(jì)，g=10m/s2.求：(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前距磁場(chǎng)下邊界的距離H；(2)線框由位置“Ⅰ”到位置“Ⅱ”的過(guò)程中，恒力F做的功為多少？線框產(chǎn)生的熱量為多少？圖7.2-9【命題預(yù)測(cè)】磁懸浮列車(chē)動(dòng)力原理如圖7.2-10所示，在水平地面上放有兩根平行直導(dǎo)軌，軌間存在著等距離的正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2，方向相反，B1=B2=1T，如下圖所示．導(dǎo)軌上放有金屬框abcd，金屬框電阻R=2Ω，導(dǎo)軌間距L=0.4m，當(dāng)磁場(chǎng)B1、B2同時(shí)以v=5m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，求：圖7.1-9

(1)如果導(dǎo)軌和金屬框均很光滑，金屬框?qū)Φ厥欠襁\(yùn)動(dòng)？若不運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)說(shuō)明理由；如運(yùn)動(dòng)，原因是什么？運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何？(2)如果金屬框運(yùn)動(dòng)中所受到的阻力恒為其對(duì)地速度的K倍，K=0.18，求金屬框所能達(dá)到的最大速度vm是多少？(3)如果金屬框要維持(2)中最大速度運(yùn)動(dòng)，它每秒鐘要消耗多少磁場(chǎng)能？【預(yù)測(cè)緣由】在最近幾年的江蘇高考中，導(dǎo)體桿問(wèn)題都是以壓軸形式出現(xiàn)，試題綜合性極強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的能力要求較高，區(qū)分度明顯，其中采用的多種方法依然是大家復(fù)習(xí)時(shí)要注意的．【解析】

(1)運(yùn)動(dòng)．因磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，框與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，ad、bc邊切割磁感線，框中產(chǎn)生感應(yīng)電流(方向逆時(shí)針)，同時(shí)受安培力，方向水平向右，故使線框向右加速運(yùn)動(dòng)，且屬于加速度越來(lái)越小的變加速運(yùn)動(dòng)．(2)阻力f與安培力F平衡時(shí)，框有f=Kvm=F=2IBL①其中I=E/R②，E=2BL(v-vm)③①②③