《名師同步導(dǎo)學(xué)》2014高考物理一輪復(fù)習(xí)課件 人教版選修3-2 專(zhuān)題2 法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用

第四章電磁感應(yīng)同步導(dǎo)學(xué)方案課后強(qiáng)化演練專(zhuān)題二法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用教材要點(diǎn)解讀對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P19圖象類(lèi)型(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量Φ、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象，即B-t圖象、Φ-t圖象、E-t圖象和I-t圖象(2)對(duì)于切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況，還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨線(xiàn)圈位移x變化的圖象，即E-x圖象和I-x圖象問(wèn)題類(lèi)型(1)由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程，求解相應(yīng)的物理量應(yīng)用知識(shí)左手定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓定律、相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)等不管是何種類(lèi)型的圖象，電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題常需利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律進(jìn)行分析解決.1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒：能量守恒定律是自然界中的一條基本規(guī)律，電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)然也不例外．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，從磁通量變化的角度來(lái)看，感應(yīng)電流總要阻礙原磁通量的變化；從導(dǎo)體和磁體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)看，感應(yīng)電流總要阻礙它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“阻礙”正是能量守恒的具體體現(xiàn)，在這種“阻礙”的過(guò)程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．2．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化：(1)與感生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能將全部轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能；(2)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，通過(guò)克服安培力做功，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能．若電路是純電阻電路，轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能將全部轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能．電能的三種求解思路(1)利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功．(2)利用能量守恒求解：相應(yīng)的其他能量的減少量等于產(chǎn)生的電能．(3)利用電路特征求解：通過(guò)電路中所消耗的電能來(lái)計(jì)算．由于通過(guò)導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，因此電磁感應(yīng)問(wèn)題往往和力學(xué)問(wèn)題綜合在一起考查．1．理解電磁感應(yīng)問(wèn)題中的兩個(gè)研究對(duì)象及其之間的相互制約關(guān)系2．領(lǐng)會(huì)力和運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)關(guān)系3．解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題的思路(1)對(duì)電學(xué)對(duì)象要畫(huà)好必要的等效電路圖．(2)對(duì)力學(xué)對(duì)象要畫(huà)好必要的受力分析圖和過(guò)程示意圖．(3)電磁感應(yīng)中切割磁感線(xiàn)的導(dǎo)體要運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流又要受到安培力的作用．在安培力作用下，導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，這就可能需要應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律．對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題，要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析，導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→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(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．要抓住a＝0時(shí)，速度v達(dá)最大值的特點(diǎn)．

解題方法指導(dǎo)對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P20 如圖甲所示，空間有一寬為2L的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外．a(chǎn)bcd是由均勻電阻絲做成的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線(xiàn)框，總電阻為R.線(xiàn)框以垂直磁場(chǎng)邊界的速度v勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域．在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，線(xiàn)框ab、cd兩邊始終與磁場(chǎng)邊界平行．線(xiàn)框剛進(jìn)入磁場(chǎng)的位置x＝0，x軸沿水平方向向右．求：(1)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，ab兩端的電勢(shì)差，并指明哪端電勢(shì)高；(2)線(xiàn)框穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中，線(xiàn)框中產(chǎn)生的焦耳熱；(3)在圖乙中，畫(huà)出ab兩端電勢(shì)差Uab隨距離變化的圖象．其中U0＝BLv.【方法總結(jié)】解決此類(lèi)問(wèn)題的一般步驟①明確圖象的種類(lèi)，是B-t圖，Φ-t圖、E-t圖還是I-t圖等；②分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程；③結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫(xiě)出函數(shù)方程；④根據(jù)函數(shù)方程進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，例如分析斜率的變化、截距等；⑤畫(huà)圖象或判斷圖象． 矩形導(dǎo)線(xiàn)框abcd固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線(xiàn)的方向與導(dǎo)線(xiàn)框所在平面垂直．規(guī)定磁場(chǎng)的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示．若規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)楦袘?yīng)電流i的正方向，圖中的i-t圖象正確的是(

)解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化，產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，A錯(cuò)誤．第1s內(nèi)，磁場(chǎng)垂直于紙面向里均勻增強(qiáng)，由楞次定律可以判定感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，為負(fù)，C錯(cuò)誤．同理可判定，第4s內(nèi)感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，為負(fù)，故B錯(cuò)誤，D正確．答案：D

(2013·吉林一中高二上學(xué)期期末)在傾角為θ的兩平行光滑長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌的下端，接有一電阻R，導(dǎo)軌自身的電阻可忽略不計(jì)，有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)與兩金屬導(dǎo)軌平面垂直，方向垂直于導(dǎo)軌平面向上．質(zhì)量為m，電阻可不計(jì)的金屬棒ab，在沿著導(dǎo)軌平面且與棒垂直的恒力F作用下由導(dǎo)軌下端沿導(dǎo)軌勻速上滑，上升高度為h，如圖所示．則在此過(guò)程中(

)A．恒力F在數(shù)值上等于mgsinθB．恒力F對(duì)金屬棒ab所做的功等于mghC．恒力F與重力的合力對(duì)金屬棒ab所做的功等于電阻R上釋放的焦耳熱D．恒力F與重力的合力對(duì)金屬棒ab所做的功等于零【解析】

逐項(xiàng)分析如下：故選C.【答案】

C選項(xiàng)診斷結(jié)論A金屬棒ab沿導(dǎo)軌勻速上滑，合外力為零，恒力F在數(shù)值上等于重力沿導(dǎo)軌方向的分力與安培力之和×B動(dòng)能不變，拉力做功等于克服重力和安培力做功，克服重力做的功等于重力勢(shì)能的增加，克服安培力做的功最終轉(zhuǎn)化為電阻R上釋放的焦耳熱×C恒力與重力的合力對(duì)金屬棒做的功等于克服安培力做的功，大小等于電阻R上釋放的焦耳熱√D×【方法總結(jié)】求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問(wèn)題的一般思路(1)分析回路，分清電源和外電路：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線(xiàn)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(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，其余部分相當(dāng)于外電路．(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化．如：做功情況能量變化特點(diǎn)滑動(dòng)摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生重力做功重力勢(shì)能必然發(fā)生變化克服安培力做功必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能安培力做正功電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(3)根據(jù)能量守恒方程求解．

(2013·邯鄲高二檢測(cè))如圖所示，豎直固定的光滑U形金屬導(dǎo)軌MNOP每米長(zhǎng)度的電阻為r，MN平行于OP，且相距為l，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌所在平面垂直．有一質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的水平金屬桿ab可在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)，滑動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)軌接觸良好且保持垂直．將ab從某一位置由靜止開(kāi)始釋放后，下滑h高度時(shí)速度達(dá)最大，在此過(guò)程中，電路中產(chǎn)生的熱量為Q，以后設(shè)法讓桿ab保持這個(gè)速度勻速下滑，直到離開(kāi)導(dǎo)軌為止．求：(1)金屬桿勻速下滑時(shí)的速度；(2)勻速下滑過(guò)程中通過(guò)金屬桿的電流I與時(shí)間t的關(guān)系． 如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng).M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻．一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿AB放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直．整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直斜面向下．導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略．讓AB桿沿導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦．(1)由B向A方向看到的裝置如圖乙所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫(huà)出AB桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖；(2)在加速下滑過(guò)程中，當(dāng)AB桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)AB桿中的電流大小及其加速度的大??；(3)求在下滑過(guò)程中，AB桿可以達(dá)到的最大速度值．【答案】

見(jiàn)解析【方法總結(jié)】解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題的基本步驟：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向；(2)求回路中的電流；(3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向)；(4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解． 如圖所示，兩金屬桿ab和cd長(zhǎng)均為L(zhǎng)，電阻均為R，質(zhì)量分別為M和m.現(xiàn)用兩根質(zhì)量和電阻均可忽略不計(jì)且不可伸長(zhǎng)的柔軟導(dǎo)線(xiàn)將它們連接成閉合回路，并懸掛于水平、光滑、不導(dǎo)電的圓棒兩側(cè)．已知兩金屬桿都處于水平位置，整個(gè)裝置處在一個(gè)與回路平面垂直且磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，求金屬桿ab向下做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度．解析：當(dāng)金屬桿ab以速度v向下做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也將以速度v向上做勻速運(yùn)動(dòng)，兩桿同時(shí)做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝2BLv.分別以ab桿和cd桿為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，畫(huà)出受力分析圖，如圖甲、乙所示，課堂鞏固訓(xùn)練對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P221．如圖所示，阻值為R的金屬棒從圖示位置ab分別以v1、v2的速度沿光滑導(dǎo)軌(電阻不計(jì))勻速滑動(dòng)到a′b′位置，若v1∶v2＝1∶2，則在這兩次過(guò)程中(

)A．回路電流I1∶I2＝1∶2B．產(chǎn)生的熱量Q1∶Q2＝1∶2C．通過(guò)任一截面的電荷量q1∶q2＝1∶2D．外力的功率P1∶P2＝1∶2答案：AB2.如圖所示，有兩根和水平方向成α角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，金屬桿的速度會(huì)趨近于一個(gè)最大速度vm，則(

)A．如果B變大，vm將變大B．如果α變大，vm將變大C．如果R變大，vm將變大D．如果m變小，vm將變大答案：BC3．如圖(a)所示，面積為0.01m2、電阻為0.1Ω的正方形導(dǎo)線(xiàn)框放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線(xiàn)框平面垂直．磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化圖線(xiàn)如圖(b)．t＝0時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向里．在1s末線(xiàn)框中感應(yīng)電流的大小為_(kāi)_______A．若規(guī)定水平向左為正方向，請(qǐng)?jiān)趫D(c)中定性畫(huà)出前4s內(nèi)ab邊所受的安培力F隨時(shí)間t的變化圖線(xiàn)．但由于磁感應(yīng)強(qiáng)度是變化的，所以ab邊受的安培力是變化的．若規(guī)定向左為正方向，根據(jù)F＝BIL，安培力與B成正比，0～1s安培力為正向減小，1～2s安培力為反向增大，2～3s為正向減小，3～4s為反向增大，如圖所示．答案：0.2圖見(jiàn)解析4.(2013·合肥市質(zhì)量檢測(cè))如圖所示，光滑的金屬導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌平面與水平面成α角，導(dǎo)軌下端接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的金屬桿與絕緣輕質(zhì)彈簧相連靜止在導(dǎo)軌上，彈簧勁度系數(shù)為k，上端固定，彈簧與導(dǎo)軌平面平行，整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面斜向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.

現(xiàn)給桿一沿軌道向下的初速度v0，