高考物理自學課件9.3電磁感應規(guī)律的綜合應用基礎課件資料講解

1、高考物理自學課件9.3電磁感應規(guī)律的綜合應用基礎課件電磁感應現(xiàn)象中的電路問題電磁感應現(xiàn)象中的電路問題【例例1】如圖甲所示，截面積為如圖甲所示，截面積為0.2 m2的的100匝圓形線圈匝圓形線圈A處在變處在變 化的磁場中，磁場方向垂直紙面，其磁感應強度化的磁場中，磁場方向垂直紙面，其磁感應強度B隨時間隨時間t的的 變化規(guī)律如圖乙所示。設垂直紙面向里為變化規(guī)律如圖乙所示。設垂直紙面向里為B的正方向，線圈的正方向，線圈 A上的箭頭為感應電流上的箭頭為感應電流I的正方向，的正方向，R1=4 ，R2=6 ，C=30 F，線圈內(nèi)阻不計。求電容器充電時的電壓和，線圈內(nèi)阻不計。求電容器充電時的電壓和2 s后電

2、容器后電容器 放電的電荷量。放電的電荷量。 【解析解析】由題意可知圓形線圈由題意可知圓形線圈A上產(chǎn)生的感應電動勢上產(chǎn)生的感應電動勢 E=n( B/ t)S=1000.020.2 V=0.4 V， 電路中的電流電路中的電流I=E/(R1+R2)=0.4 V/(4 +6 )=0.04 A。 電容器充電時的電壓電容器充電時的電壓UC=IR2=0.04 A6 =0.24 V， 2 s后電容器放電的電荷量后電容器放電的電荷量Q=CUC=3010-6 F0.24V =7.210-6 C。 此題是法拉第電磁感應定律與電路問題相結合的題目，又借助圖象此題是法拉第電磁感應定律與電路問題相結合的題目，又借助圖象提

3、供一定條件來求電容器的電壓和電量，是一道綜合性較強的題目，但提供一定條件來求電容器的電壓和電量，是一道綜合性較強的題目，但只要你對每一部分的知識熟悉，并能夠靈活運用知識體系，也是不難做只要你對每一部分的知識熟悉，并能夠靈活運用知識體系，也是不難做的。的。如圖所示，勻強磁場的磁感應強度如圖所示，勻強磁場的磁感應強度B=0.8 T，豎直向下穿過水平放置的矩形線框，豎直向下穿過水平放置的矩形線框MNQP，MN=PQ=2 m，MP=NQ=1 m，ab是用與線框相同的導線制成，它們單位長度的電阻是用與線框相同的導線制成，它們單位長度的電阻R0=0.1 /m，不計摩擦。不計摩擦。ab桿從桿從MP處開始以處

4、開始以v=5 m/s的速度向右勻速滑動。的速度向右勻速滑動。(1)關于關于ab桿兩端的電勢差的討論：桿兩端的電勢差的討論： 某同學認為：某同學認為：ab桿兩端的電勢差桿兩端的電勢差Uab就是路端電壓，就是路端電壓，ab桿桿 勻速切割磁感線時，感應電動勢大小恒定，且內(nèi)電阻勻速切割磁感線時，感應電動勢大小恒定，且內(nèi)電阻r大大 小不變。當小不變。當ab桿滑至線框正中間時，外電路電阻最大，桿滑至線框正中間時，外電路電阻最大， 此時，此時，Uab有最大值，也即有最大值，也即Uab的值是先變大后變小。的值是先變大后變小。 你認為該同學的判斷是否正確？若他判斷錯誤，你重新分析，并確定你認為該同學的判斷是否正

5、確？若他判斷錯誤，你重新分析，并確定Uab的大小。的大小。 若他的判斷正確，請算出若他的判斷正確，請算出Uab的最大值。的最大值。(2)關于線框關于線框MNQP的電功率的電功率P的討論：的討論： 某同學認為：既然某同學認為：既然ab桿滑至線框正中間時，路端電壓最大，此時線框桿滑至線框正中間時，路端電壓最大，此時線框MNQP的電的電 功率功率P也最大，所以也最大，所以P的值是先變大后變小。的值是先變大后變小。 你認為該同學的判斷是否正確？請作出評價，并說明理由。你認為該同學的判斷是否正確？請作出評價，并說明理由。(不需要定量計算不需要定量計算) 【答案答案】(1)正確正確 Uab最大值最大值2.

6、4 V (2)錯誤。線框錯誤。線框MNQP的電功率的電功率P就是電源就是電源輸出功率，當輸出功率，當R=r時，時，P最大，而最大，而ab桿在正中間位置的兩側某處，均有桿在正中間位置的兩側某處，均有R=r。 所以，線框所以，線框MNQP的電功率的電功率P先變大、后變小、再變大、再變小。先變大、后變小、再變大、再變小?？键c考點2 2 電磁感應現(xiàn)象中的圖象問題電磁感應現(xiàn)象中的圖象問題 1.解決圖象問題的基本方法和步驟解決圖象問題的基本方法和步驟 (1)明確圖象的種類，是明確圖象的種類，是B-t圖還是圖還是 -t圖，或者圖，或者E-t圖、圖、I-t圖象。圖象。 (2)分析電磁感應的具體過程。分析電磁感

7、應的具體過程。 (3)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律列出函數(shù)方程。結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律列出函數(shù)方程。 (4)根據(jù)函數(shù)方程，進行數(shù)學分析，如斜率及其變化、兩軸的截距等。根據(jù)函數(shù)方程，進行數(shù)學分析，如斜率及其變化、兩軸的截距等。 (5)畫圖象或判斷圖象。畫圖象或判斷圖象。 2.解決圖象問題的注意事項解決圖象問題的注意事項 對圖象的認識，應從以下幾方面注意：對圖象的認識，應從以下幾方面注意： (1)明確圖象所描述的物理意義；明確圖象所描述的物理意義； (2)必須明確各種必須明確各種“+”“-”的含義；的含義； (3)必須明確斜率的含義；必須明確斜

8、率的含義； (4)必須建立圖象和電磁感應過程之間的對應關系；必須建立圖象和電磁感應過程之間的對應關系； (5)注意理解：三個相似關系及其各自的物理意義：注意理解：三個相似關系及其各自的物理意義： v- v-( v/ t)，B- B-( B/ t)， - -( / t) v/ t、 B/ t、 / t分別反映了分別反映了v、B、 變化的快慢。變化的快慢?！纠?】半徑為半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在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，兩板間距為定放

9、置的平行金屬板連接，兩板間距為d，如圖所示。有一，如圖所示。有一 變化的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖所變化的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖所 示。在示。在t=0時刻平板之間中心有一重力不計，電荷量為時刻平板之間中心有一重力不計，電荷量為q的的 靜止微粒。則以下說法正確的是靜止微粒。則以下說法正確的是( ) A.第第2秒內(nèi)上極板為正極秒內(nèi)上極板為正極 B.第第3秒內(nèi)上極板為負極秒內(nèi)上極板為負極 C.第第2秒末微粒回到了原秒末微?；氐搅嗽?來位置來位置 D.第第2秒末兩極板之間的秒末兩極板之間的 電場強度大小為電場強度大小為0.2 r2/d電磁感應中的圖象問題電磁感應中的

10、圖象問題 【解析解析】由圖知第由圖知第2秒內(nèi)，磁場向里并均勻減小，由楞次定律知，環(huán)中電秒內(nèi)，磁場向里并均勻減小，由楞次定律知，環(huán)中電流方向為順時針，因而上極板帶正電，流方向為順時針，因而上極板帶正電，A項正確；第項正確；第3秒內(nèi)磁場向外且均勻增秒內(nèi)磁場向外且均勻增大，由楞次定律知，環(huán)中電流方向為順時針，上極板仍帶正電，大，由楞次定律知，環(huán)中電流方向為順時針，上極板仍帶正電，B項錯誤；項錯誤；同理第同理第1秒內(nèi)上極板帶負電，此微粒秒內(nèi)上極板帶負電，此微粒2秒內(nèi)先做勻加速直線運動，再做勻減速秒內(nèi)先做勻加速直線運動，再做勻減速直線運動，方向不變，直線運動，方向不變，C項錯誤；由法拉第電磁感應定律知，

11、電路中感應電項錯誤；由法拉第電磁感應定律知，電路中感應電動勢為動勢為E感感= / t= r2( B/ t)=0.1 r2，場強為，場強為E=E感感/d=0.1 r2/d，D項錯誤。項錯誤。 由于電磁感應，圓環(huán)中產(chǎn)生感應電動勢，故圓環(huán)相當于電由于電磁感應，圓環(huán)中產(chǎn)生感應電動勢，故圓環(huán)相當于電源，因此圓環(huán)中感應電動勢的方向指向電源的正極。源，因此圓環(huán)中感應電動勢的方向指向電源的正極。如圖矩形導線框如圖矩形導線框abcd固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導線框所在平面固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導線框所在平面垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應強度垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應強

12、度B隨時間變化的規(guī)律隨時間變化的規(guī)律如圖所示。若規(guī)定順時針方向為感應電流如圖所示。若規(guī)定順時針方向為感應電流i的正方向，下列各圖中正確的的正方向，下列各圖中正確的是是( )D考點考點3 電磁感應現(xiàn)象中的力學問題電磁感應現(xiàn)象中的力學問題 1.處理電磁感應中力學問題的基本方法處理電磁感應中力學問題的基本方法 (1)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；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； (2)求回路中的電流大??；求回路中的電流大??； (3)分析研究導體受力情況分析研究導體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向包含安培力，用左手定則確定其方向)； (4)列

13、動力學方程或平衡方程求解。列動力學方程或平衡方程求解。 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，導體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，導體受力運動產(chǎn)生感應電動勢受力運動產(chǎn)生感應電動勢感應電流感應電流通電導體受安培力通電導體受安培力合外力變化合外力變化加速度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，速度變化，周而復始地循環(huán)，循環(huán)結束時，加速度等于零，導體達穩(wěn)定狀態(tài)，抓住導體達穩(wěn)定狀態(tài)，抓住a=0時，速度時，速度v達最大值。達最大值。 2.導體切割磁感線運動時的各種運動情形導體切割磁感線運動時的各種運動情形 當導體切割磁感線運動存在著臨

14、界條件時：當導體切割磁感線運動存在著臨界條件時： (1)導體初速度等于臨界速度時，導體勻速切割磁感線運動。導體初速度等于臨界速度時，導體勻速切割磁感線運動。 (2)初速度大于臨界速度時，導體先減速，后勻速運動。初速度大于臨界速度時，導體先減速，后勻速運動。 (3)初速度小于臨界速度時，導體先加速，后勻速運動。初速度小于臨界速度時，導體先加速，后勻速運動。電磁感應中的力學問題電磁感應中的力學問題【例例3】如圖所示，兩足夠長的光滑金屬導軌豎直放置，相距為如圖所示，兩足夠長的光滑金屬導軌豎直放置，相距為 L，一理想電流表與兩導軌相連，勻強磁場與導軌平面垂直。，一理想電流表與兩導軌相連，勻強磁場與導軌

15、平面垂直。 一質(zhì)量為一質(zhì)量為m、有效電阻為、有效電阻為R的導體棒在距磁場上邊界的導體棒在距磁場上邊界h處靜止處靜止 釋放。導體棒進入磁場后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最釋放。導體棒進入磁場后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最 終穩(wěn)定為終穩(wěn)定為I。整個運動過程中，導體棒與導軌接觸良好，且。整個運動過程中，導體棒與導軌接觸良好，且 始終保持水平，不計導軌的電阻。求：始終保持水平，不計導軌的電阻。求： (1)磁感應強度的大小磁感應強度的大小B； (2)電流穩(wěn)定后，導體棒運動速度的大小電流穩(wěn)定后，導體棒運動速度的大小v； (3)流經(jīng)電流表電流的最大值流經(jīng)電流表電流的最大值Im。 【解析解析】 (1)電流穩(wěn)

16、定后，導體棒做勻速運動，則有電流穩(wěn)定后，導體棒做勻速運動，則有BIL=mg 解得解得B=mg/(IL) (2)感應電動勢感應電動勢E=BLv 感應電流感應電流I=E/R 由式解得由式解得v=I2R/(mg)。 (3)由題意知，導體棒剛進入磁場時的速度最大，設為由題意知，導體棒剛進入磁場時的速度最大，設為vm 由機械能守恒定律得由機械能守恒定律得(1/2)mvm2=mgh 感應電動勢的最大值感應電動勢的最大值Em=BLvm 感應電流的最大值感應電流的最大值Im=Em/R 解得解得 。 由電流穩(wěn)定可知，導體棒的速度達到最大而做勻速運動，由電流穩(wěn)定可知，導體棒的速度達到最大而做勻速運動，從而得出安培

17、力與重力平衡是求解此題的關鍵。從而得出安培力與重力平衡是求解此題的關鍵。IRghmgI2m 如圖所示，在一對平行光滑的金屬導軌的上端連如圖所示，在一對平行光滑的金屬導軌的上端連接一阻值為接一阻值為R的固定電阻，兩導軌所決定的平面與的固定電阻，兩導軌所決定的平面與水平面成水平面成30角。今將一質(zhì)量為角。今將一質(zhì)量為m、長為、長為l的導體的導體棒棒ab垂直放于導軌上，并使其由靜止開始下滑。垂直放于導軌上，并使其由靜止開始下滑。已知導體棒電阻為已知導體棒電阻為r，整個裝置處于垂直于導軌平，整個裝置處于垂直于導軌平面的勻強磁場中，磁感應強度為面的勻強磁場中，磁感應強度為B。求導體棒最終。求導體棒最終下

18、滑的速度及電阻下滑的速度及電阻R最終發(fā)熱功率分別為多少？最終發(fā)熱功率分別為多少？【答案答案】 2 22mg RrB l222 24m g RB l 1.運動的動態(tài)分析運動的動態(tài)分析其他形式的能其他形式的能(如：內(nèi)能如：內(nèi)能)其他形式的能其他形式的能(如：機械能如：機械能)安培力做負功安培力做負功電能電能電流做功電流做功 2.能量轉化特點能量轉化特點考點考點4 4 電磁感應現(xiàn)象中的能量問題電磁感應現(xiàn)象中的能量問題 在利用能的轉化和守恒定律解決電磁感應的問題時在利用能的轉化和守恒定律解決電磁感應的問題時,要注意分析安培力做功的情況要注意分析安培力做功的情況,因為因為安培力的功是電能和其他形式的能之

19、間相互轉化的安培力的功是電能和其他形式的能之間相互轉化的“橋梁橋梁”。簡單表示如。簡單表示如下：電能下：電能 其他形式能。其他形式能。W安安0W安安0 電磁感應與力學綜合問題中的運動的動態(tài)分析和能量轉化特點電磁感應與力學綜合問題中的運動的動態(tài)分析和能量轉化特點電磁感應中的能量問題電磁感應中的能量問題【例例4】如圖所示，固定在水平絕緣平面上足夠長的金如圖所示，固定在水平絕緣平面上足夠長的金 屬導軌屬導軌 不計電阻，但表面粗糙，導軌左端連接一個電阻不計電阻，但表面粗糙，導軌左端連接一個電阻R，質(zhì)量，質(zhì)量 為為m的金屬棒的金屬棒(電阻也不計電阻也不計)放在導軌上，并與導軌垂直，放在導軌上，并與導軌垂

20、直， 整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導軌平面垂直。用整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導軌平面垂直。用 水平恒力水平恒力F把把ab棒從靜止起向右拉動的過程中，下列說法棒從靜止起向右拉動的過程中，下列說法 正確的是正確的是( ) A.恒力恒力F做的功等于電路產(chǎn)生的電能做的功等于電路產(chǎn)生的電能 B.恒力恒力F和摩擦力的合力做的功等于和摩擦力的合力做的功等于 電路中產(chǎn)生的電能電路中產(chǎn)生的電能 C.克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生 的電能的電能 D.恒力恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能和和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能和 棒獲得的動能之和棒獲得的動

21、能之和 【解析解析】物體克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，且功的物體克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，且功的數(shù)值等于電路中產(chǎn)生的電能，數(shù)值等于電路中產(chǎn)生的電能，C正確；由動能定理知，恒力正確；由動能定理知，恒力F、安培力、安培力和摩擦力三者的合力做的功等于物體動能的增加量，故和摩擦力三者的合力做的功等于物體動能的增加量，故A、B錯誤，錯誤，D正正確，也可從能量守恒角度進行判定，即恒力確，也可從能量守恒角度進行判定，即恒力F做的功等于電路中產(chǎn)生的做的功等于電路中產(chǎn)生的電能、因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能及棒動能的增加。電能、因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能及棒動能的增加。 (1)克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能，同克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能，同理，安培力做功的過程，是電能轉化為內(nèi)能的過程，安培力做多少功，理，安培力做功的過程，是電能轉化為內(nèi)能的過程，安培力做多少功，就有多少電能轉化為內(nèi)能。就有多少電能轉化為內(nèi)能。 (2)分清物體的運動過程和受力情況，判斷不同過程的特點