福建省高考物理二輪專題總復習 專題7 第2課時 電磁感應現(xiàn)象和規(guī)律的應用課件.ppt

第2課時電磁感應現(xiàn)象和規(guī)律的應用 專題七電路分析 計算和電磁感應 一 電磁感應現(xiàn)象中圖象問題基本方法 看清橫 縱坐標表示的物理量 根據(jù)研究問題的函數(shù)關系 理解圖象的物理意義 畫出對應的物理圖象 常常采用分段法 數(shù)學法來處理 注意在圖象中e i b等物理量的方向是通過正負值來反映 故確定大小變化的同時 還應確定方向的變化情況 例1 2010 廈門雙十模擬卷 如圖7 2 1所示 兩個垂直紙面的勻強磁場方向相反 磁感應強度的大小均為b 磁場區(qū)域的寬度均為a 一正三角形 高度為a 導線框abc從圖示位置沿圖示方向勻速穿過兩磁場區(qū)域 以逆時針方向為電流的正方向 在下圖中感應電流i與線框移動距離x的關系圖象正確的是 圖7 2 1 解析 本題考查了電磁感應電路圖象問題的分析 正確應用右手定則 楞次定律和法拉第電磁感應定律分階段分析 解 設導線框移動速度為v 當導線框進入左側磁場時 根據(jù)法拉第電磁感應定律 有e1 blv 因切割的有效長度均勻增大 故電動勢e1均勻增大 又根據(jù)楞次定律判斷出電流為逆時針方向 為正值 當導線框一部分進入右側磁場一部分留在左側磁場時 對兩部分導體分別利用右手定則判斷兩部分切割磁感線時的電流方向 左側磁場中的線框ab邊上的電流方向為a流向b 右側磁場中bca邊的電流方向為b流經(jīng)c到a 也就是順時針方向為負值 且相當于兩個電源串聯(lián) 電動勢大于e1 所以c正確 處理圖象問題時 可先用電勢的高低或電流的方向 即正負值來排除 再用感應電動勢或電流的大小來排除 以便節(jié)約答題時間 方向可由右手定則或楞次定律確定 大小由切割的有效長度或法拉第電磁感應定律來確定 變式訓練1 2010 浙江卷 半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置 在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導線 分別與兩塊垂直于紙面固定放置的平行金屬板連接 兩板間距為d 如圖7 2 2 甲 所示 有一變化的磁場垂直于紙面 規(guī)定向內(nèi)為正 變化規(guī)律如圖7 2 2 乙 所示 在t 0時刻平板之間中心有一重力不計 電荷量為 q的靜止微粒 則以下說法正確的是 圖7 2 2 a 第2秒內(nèi)上極板為正極b 第3秒內(nèi)上極板為負極c 第2秒末微?；氐搅嗽瓉砦恢胐 第2秒末兩極板之間的電場強度大小為0 2r2 d 解析 0 1s內(nèi)情況 由楞次定律可知 金屬板上極板帶負電 金屬板下極板帶正電 若粒子帶正電 則粒子所受電場力方向豎直向上而向上做勻加速運動 1 2s內(nèi)情況 由楞次定律可知 金屬板上極板帶正電 金屬板下極板帶負電 若粒子帶正 電 則粒子所受電場力方向豎直向下而向上做勻減速運動 2s末速度減小為零 2 3s內(nèi)情況 由楞次定律可知 金屬板上極板帶正電 金屬板下極板帶負電 若粒子帶正電 則粒子所受電場力方向豎直向下而向下做勻加速運動 兩極板間的電場強度大小 3 4s內(nèi)情況 由楞次定律可知 金屬板上極板帶負電 金屬板下極板帶正電 若粒子帶正電 則粒子所受電場力方向豎直向上而向下做勻減速運動 4s末速度減小為零 同時回到了原來的位置 選a 二 電磁感應現(xiàn)象中力學問題 1 基本方法 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 求出回路的電流強度 分析研究導體受力情況 包括安培力 用左手定則確定其方向 列平衡方程或動力學方程求解 2 解決電磁感應現(xiàn)象中力學問題的技巧 因電磁感應中力和運動問題所給圖形大多為立體空間分布圖 故在受力分析時 應把立體圖轉化為 平面圖 使物體 導體 所受的各力盡可能在同一平面圖內(nèi) 以便正確對力進行分解與合成 利用物體的平衡條件和牛頓運動定律列式求解 對于非勻變速運動最值問題的分析 注意應用加速度為零 速度達到最值的特點 例2 2010 福建卷 如圖7 2 3所示 兩條平行的光滑金屬導軌固定在傾角為 的絕緣斜面上 導軌上端連接一個定值電阻 導體棒a和b放在導軌上 與導軌垂直并良好接觸 斜面上水平虛線pq以下區(qū)域內(nèi) 存在著垂直穿過斜面向上的勻強磁場 現(xiàn)對a棒施以平行導軌斜向上的拉力 使它沿導軌勻速向上運動 此時放在導軌下端的b棒恰好靜止 當a棒運動到磁場的上邊界pq處時 撤去拉力 a棒將繼續(xù)沿 導軌向上運動一小段距離后再向下滑動 此時b棒已滑離導軌 當a棒再次滑回到磁場上邊界pq處時 又恰能沿導軌勻速向下運動 已知a棒 b棒和定值電阻的阻值均為r b棒的質量為m 重力加速度為g 導軌電阻不計 求 1 a棒在磁場中沿導軌向上運動的過程中 a棒中的電流強度ia與定值電阻r中的電流強度ir之比 2 a棒質量ma 3 a棒在磁場中沿導軌向上運動時所受的拉力f 解析 本題是一道電磁感應綜合題 涉及直流電路的分析與計算 安培力 平衡條件 牛頓運動定律等較多知識點 全面考查考生的分析綜合能力 試題情景較復雜 有三種情景 能力要求較高 2 由于a棒在pq上方滑動過程中機械能守恒 因而a棒在磁場中向上滑動的速度大小v1與在磁場中向下滑動的速度大小v2相等 即v1 v2 v 設磁場的磁感應強度為b 導體棒長為l 在磁場中運動時產(chǎn)生的感應電動勢為 電磁感應與力學問題聯(lián)系的橋梁是磁場對感應電流的安培力 解答電磁感應中的力學問題 一方面要應用電磁學中的有關規(guī)律 另一方面運用力學的有關規(guī)律等 在分析方法上 要始終抓住導體棒的受力 特別是安培力 特點及其變化規(guī)律 明確導體棒 或線圈 的運動過程以及運動過程中狀態(tài)的變化 把握運動狀態(tài)的臨界點 變式訓練2 如圖7 2 4甲所示 光滑且足夠長的平行金屬導軌mn pq固定在同一水平面上 兩導軌間距l(xiāng) 0 2m 電阻r 0 4 導軌上停放一質量m 0 1kg 電阻r 0 1的金屬桿 導軌電阻可忽略不計 整個裝置處于磁感應強度b 0 5t的勻強磁場中 磁場方向豎直向下 現(xiàn)用一外力f沿水平方向拉桿 使之由靜止開始運動 若理想電壓表的示數(shù)u隨時間t變化的關系如圖7 2 4乙所示 圖7 2 4 求 1 金屬桿在5s末時的運動速度 2 第4s末時外力f的瞬時功率 2 由乙圖可知 r兩端電壓隨時間均勻變化 所以電路中的電流也隨時間均勻變化 由閉合電路歐姆定律知 棒上產(chǎn)生的電動勢也是隨時間均勻變化的 因此由e blv可知 金屬桿所做的運動為勻變速直線運動 三 電磁感應現(xiàn)象中電路問題 1 基本方法 確定電源 先判斷產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象的那一部分導體 該部分導體可視為等效電源 分析電路結構 畫等效電路圖 利用電路規(guī)律求解 主要有歐姆定律 串并聯(lián)規(guī)律等 2 常見的一些分析誤區(qū) 不能正確分析感應電動勢及感應電流的方向 因產(chǎn)生感應電動勢那部分電路為電源部分 故該 部分電路中的電流應為電源內(nèi)部的電流 而外電路中的電流方向仍是從高電勢到低電勢 應用歐姆定律分析求解電路時 不注意等效電源的內(nèi)阻對電路的影響 對連接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進行分析 特別是并聯(lián)在等效電源兩端的電壓表 其示數(shù)應該是外電壓 而不是等效電源的電動勢 例3 如圖7 2 5甲所示 水平面上的兩光滑金屬導軌平行固定放置 間距d 0 5m 電阻不計 左端通過導線與阻值r 2的電阻連接 右端通過導線與阻值rl 4的小燈泡l連接 在cdef矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強磁場 ce長l 2m 有一阻值r 2的金屬棒pq放置在靠近磁場邊界cd處 cdef區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應強度b隨時間變化如圖7 2 5乙所示 在t 0至 圖7 2 5 t 4s內(nèi) 金屬棒pq保持靜止 在t 4s時使金屬棒pq以某一速度進入磁場區(qū)域并保持勻速運動 已知從t 0開始到金屬棒運動到磁場邊界ef處的整個過程中 小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化 求 1 通過小燈泡的電流 2 金屬棒pq在磁場區(qū)域中運動的速度大小 解析 根據(jù)題意分階段討論 分別畫出兩種情形的等效電路 弄清電路結構 結合電磁感應規(guī)律求解 2 當棒在磁場區(qū)域中運動時 由導體棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢 電路為r與rl并聯(lián) 再與r串聯(lián) 此時電路的總電阻r總 解決電磁感應電路問題的關鍵就是借鑒或利用相似原型來啟發(fā)理解和變換物理模型 即把電磁感應的問題等效轉換成穩(wěn)恒直流電路 把產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體等效為內(nèi)電路 感應電動勢的大小相當于電源電動勢 其余部分相當于外電路 并畫出等效電路圖 處理該類問題時 要注意電源電動勢與外電壓的區(qū)別 正確分析內(nèi)電路與外電路 變式訓練3 如圖7 2 6所示 兩足夠長平行光滑的金屬導軌mn pq相距為l 導軌平面與水平面夾角a 30 導軌電阻不計 磁感應強度為b的勻強磁場垂直導軌平面向上 長為l的金屬棒ab垂直于mn pq放置在導軌上 且始終與導軌電接觸良好 金屬棒的質量為m 電阻為r 兩金屬導軌的上端連接右端電路 燈泡的電阻rl 4r 定值電阻r1 2r 電阻箱電阻調到使r2 12r 重力加速度為g 現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放 試求 圖7 2 6 1 金屬棒下滑的最大速度為多大 2 r2為何值時 其消耗的功率最大 消耗的最大功率為多少 四 電磁感應現(xiàn)象中能量轉化問題基本方法 用法拉第電磁感應和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向 畫出等效電路 求出回路中電阻消耗電功率表達式 分析導體機械能的變化 用能量守恒關系得到機械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程 即能量守恒方程 例4 如圖7 2 7所示 足夠長的u形導體框架的寬度l 0 5m 電阻忽略不計 其所在平面與水平面成 37 角 磁感應強度b 0 8t的勻強磁場方向垂直于導體框平面 一根質量m 0 2kg 有效電阻r 2的導體棒mn垂直跨放在u形框架上 該導體棒與框架間的動摩擦因數(shù) 0 5 導體棒由靜止開始沿框架下滑到剛開始勻速運動 通過導體棒截面的電荷量共為q 2c 求 1 導體棒勻速運動的速度 2 導體棒從開始下滑到剛開始勻速運動這一過程中 導體棒的有效電阻消耗的電功 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 圖7 2 7 解析 先應將立體圖轉化為平面圖 以便分析導體棒所受到的力 列出平衡方程求解 再利用能量守恒列出方程求解 解 1 當導體棒勻速下滑時其受力情況如圖 因為勻速下滑 設勻速下滑的速度為v 則 平行斜面 mgsin f f 0垂直斜面 n mgcos 0其中 f n安培力 f bil 電流強度i 感應電動勢e blv由以上各式得 v 5m s 分析過程中應當牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律 即分析清楚有哪些力做功 就可知道有哪些形式的能量參與了相互轉化 如有摩擦力做功 必然有內(nèi)能出現(xiàn) 重力做功 就可能有機械能參與轉化 安培力做負功就將其他形式能轉化為電能 做正功將電能轉化為其他形式的能 然后利用能量守恒列出方程求解 變式訓練4 如圖7 2 8所示 一邊長l 0 2m 質量m1 0 5kg 電阻r 0 1w的正方形導體線框abcd 與一質量為m2 2kg的物