第九章-第3講-專題-電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用課件

第3講專題電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用電源內(nèi)阻外電路BlvE－Ir圖9－3－1【即學(xué)即練】答案

AB2．安培力的方向 (1)先用_________確定感應(yīng)電流方向，再用_________確定安培力方向． (2)根據(jù)楞次定律，安培力方向一定和導(dǎo)體切割磁感線運動方向_____．BlvBIl右手定則左手定則相反2．(多選)如圖9－3－2所示，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長，且電阻不計．有一垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，寬度為L，ab是一根不但與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿．開始，將開關(guān)S斷開，讓ab由靜止開始自【即學(xué)即練】圖9－3－2由下落，過段時間后，再將S閉合，若從S閉合開始計時，則金屬桿ab的速度v隨時間t變化的圖象可能是 (

)．答案

ACD三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題1．能量的轉(zhuǎn)化：感應(yīng)電流在磁場中受安培力，外力克服安培力_____，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為_____，電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為_____．2．實質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)化，實質(zhì)是其他形式的能和_____之間的轉(zhuǎn)化．做功電能內(nèi)能電能3．(多選)如圖9－3－3所示，水平固定放置的足夠長的U形金屬導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強磁場中，在導(dǎo)軌上放著金屬棒ab，開始時ab棒以水平初速度v0向右運動，最后靜止在導(dǎo)軌上，就導(dǎo)軌光滑和導(dǎo)軌粗糙的兩種情況相比較，這個過程 (

)． A．安培力對ab棒所做的功不相等 B．電流所做的功相等 C．產(chǎn)生的總內(nèi)能相等 D．通過ab棒的電荷量相等【即學(xué)即練】圖9－3－3答案AC

【典例1】(2012·浙江卷，25)為了提高自行車夜間行駛的安全性，小明同學(xué)設(shè)計了一種“閃爍”裝置．如圖9－3－4所示，自行車后輪由半徑r1＝5.0×10－2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2＝0.40m的金屬外圈和絕緣輻條構(gòu)成．后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條，每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡．在支架上裝有磁鐵，題型一電磁感應(yīng)中的電路問題圖9－3－4(1)當(dāng)金屬條ab進入“扇形”磁場時，求感應(yīng)電動勢E，并指出ab上的電流方向；(2)當(dāng)金屬條ab進入“扇形”磁場時，畫出“閃爍”裝置的電路圖；(3)從金屬條ab進入“扇形”磁場時開始，經(jīng)計算畫出輪子轉(zhuǎn)一圈過程中，內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab隨時間t變化的Uab－t圖象；(4)若選擇的是“1.5V，0.3A”的小燈泡，該“閃爍”裝置能否正常工作？有同學(xué)提出，通過改變磁感應(yīng)強度B、后輪外圈半徑r2、角速度ω和張角θ等物理量的大小，優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計方案，請給出你的評價．(2)通過分析，可得電路圖為在T＝1s內(nèi)，金屬條有四次進出，后三次與第一次相同．⑩由⑥、⑦、⑧、⑨、⑩可畫出如下Uab－t圖象．(4)“閃爍”裝置不能正常工作．(金屬條的感應(yīng)電動勢只有4.9×10－2V，遠(yuǎn)小于小燈泡的額定電壓，因此無法正常工作．)B增大，E增大，但有限度；r2增大，E增大，但有限度；ω增大，E增大，但有限度；θ增大，E不變．答案

(1)4.9×10－2V電流方向為b→a

(2)(3)(4)見解析【變式跟蹤1】如圖9－3－5所示，在傾角為θ＝37°的斜面內(nèi)，放置MN和PQ兩根不等間距的光滑金屬導(dǎo)軌，該裝置放置在垂直斜面向下的勻強磁場中．導(dǎo)軌M、P端間接入阻值R1＝30Ω的電阻和理想電流表，N、Q端間接阻值為R2＝6Ω的電阻．圖9－3－5質(zhì)量為m＝0.6kg、長為L＝1.5m的金屬棒放在導(dǎo)軌上以v0＝5m/s的初速度從ab處向右上方滑到a′b′處的時間為t＝0.5s，滑過的距離l＝0.5m．a(chǎn)b處導(dǎo)軌間距Lab＝0.8m，a′b′處導(dǎo)軌間距La′b′＝1m．若金屬棒滑動時電流表的讀數(shù)始終保持不變，不計金屬棒和導(dǎo)軌的電阻．sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，求：(1)此過程中電阻R1上產(chǎn)生的熱量；(2)此過程中電流表上的讀數(shù)；(3)勻強磁場的磁感應(yīng)強度．答案

(1)0.15J

(2)0.1A

(3)0.75T1．電磁感應(yīng)中電路知識的關(guān)系圖借題發(fā)揮2．電磁感應(yīng)中電路問題的解題思路對于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路結(jié)構(gòu)分析有兩個方面容易出錯：(1)電源分析錯誤，不能正確地應(yīng)用右手定則或楞次定律判斷電源的正負(fù)極，不能選擇恰當(dāng)?shù)墓接嬎愀袘?yīng)電動勢的大?。?2)外電路分析錯誤，不能正確判斷電路結(jié)構(gòu)的串并聯(lián)關(guān)系．3．易錯總結(jié)4．求解電磁感應(yīng)中的電路問題的關(guān)鍵：【典例2】

如圖9－3－6甲所示，光滑斜面的傾角α＝30°，在斜面上放置題型二電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題一矩形線框abcd，ab邊的邊長l1＝1m，bc邊的邊長l2＝0.6m，線框的質(zhì)量m＝1kg，電阻R＝0.1Ω，線框受到沿光滑斜面向上的恒力F的作用，已知F＝10N．斜面上ef線(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的均勻磁場，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化情況如圖乙的B－t圖象所示，時間t是從線框由靜止開始運動時刻起計時的．如果線框從靜止開始運動，進入磁場最初一段時間是勻速的，ef線和gh線的距離x＝5.1m，取g＝10m/s2.求：(1)線框進入磁場前的加速度；(2)線框進入磁場時勻速運動的速度v；(3)線框整體進入磁場后，ab邊運動到gh線的過程中產(chǎn)生的焦耳熱．圖9－3－6審題提示答案

(1)5m/s2

(2)2m/s

(3)0.5J【變式跟蹤2】(2012·廣東卷，35)如圖9－3－7所示，質(zhì)量為M的導(dǎo)體棒ab，垂直放在相距為l的平行光滑金屬導(dǎo)軌上．導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ，并處于磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中．左側(cè)是水平放置、間距為d的平行金屬板．R和Rx分別表示定值電阻和滑動變阻器的阻值，不計其他電阻．圖9－3－7(1)調(diào)節(jié)Rx＝R，釋放導(dǎo)體棒，當(dāng)棒沿導(dǎo)軌勻速下滑時，求通過棒的電流I及棒的速率v.(2)改變Rx，待棒沿導(dǎo)軌再次勻速下滑后，將質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的微粒水平射入金屬板間，若它能勻速通過，求此時的Rx.圖甲圖乙1．安培力的方向判斷借題發(fā)揮2．兩種狀態(tài)處理 (1)導(dǎo)體處于平衡態(tài)——靜止或勻速直線運動狀態(tài)．

處理方法：根據(jù)平衡條件列式分析． (2)導(dǎo)體處于非平衡態(tài)——加速度不為零．

處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析．3．解題步驟 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、右手定則確定感應(yīng)電動勢的大小和方向． (2)應(yīng)用閉合電路歐姆定律求出電路中的感應(yīng)電流的大?。?(3)分析研究導(dǎo)體的受力情況，特別要注意安培力方向的確定． (4)列出動力學(xué)方程或平衡方程求解．4．電磁感應(yīng)中的動力學(xué)臨界問題 (1)解決這類問題的關(guān)鍵是通過運動狀態(tài)的分析，尋找過程中的臨界狀態(tài)． (2)基本思路是：【典例3】如圖9－3－8所示，兩根足夠長、電阻不計、間距為d的光滑平行金屬導(dǎo)軌，其所在平面與水平面夾角為θ，導(dǎo)軌平面內(nèi)的矩形區(qū)域abcd內(nèi)存在有界勻強磁場，

磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于斜面向上，ab與cd之間相距為L，金題型三電磁感應(yīng)中的能量問題圖9－3－8屬桿甲、乙的阻值相同，質(zhì)量均為m.甲桿在磁場區(qū)域的上邊界ab處，乙桿在甲桿上方與甲相距L處，甲、乙兩桿都與導(dǎo)軌垂直且接觸良好．由靜止釋放兩桿的同時，在甲桿上施加一個垂直于桿平行于導(dǎo)軌的外力F，使甲桿在有磁場的矩形區(qū)域內(nèi)向下做勻加速直線運動，加速度大小a＝2gsinθ，甲離開磁場時撤去F，乙桿進入磁場后恰好做勻速運動，然后離開磁場．(1)求每根金屬桿的電阻R是多大？(2)從釋放金屬桿開始計時，求外力F隨時間t的變化關(guān)系式，并說明F的方向．(3)若整個過程中，乙金屬桿共產(chǎn)生熱量Q，求外力F對甲金屬桿做的功W是多少？審題提示【變式跟蹤3】(多選)如圖9－3－9所示，足夠長的光滑斜面上中間虛線區(qū)域內(nèi)有一垂直于斜面向上的勻強磁場，一正方形線框從斜面底端以一定初速度上滑，線框越過虛線進入磁場，最后又回到斜面底端，則下列說法中正確的是(

)．圖9－3－9A．上滑過程線框中產(chǎn)生的焦耳熱等于下滑過程線框中產(chǎn)生的焦耳熱B．上滑過程線框中產(chǎn)生的焦耳熱大于下滑過程線框中產(chǎn)生的焦耳熱C．上滑過程線框克服重力做功的平均功率等于下滑過程中重力的平均功率D．上滑過程線框克服重力做功的平均功率大于下滑過程中重力的平均功率答案

BD1．能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法(1)能量轉(zhuǎn)化借題發(fā)揮(2)求解焦耳熱Q的幾種方法2．用能量觀點解答電磁感應(yīng)問題的一般步驟模型特點

“桿＋導(dǎo)軌”模型是電磁感應(yīng)問題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點，考查的知識點多，題目的綜合性強，物理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點．“桿＋導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點)；導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運動狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運動等．物理建模7電磁感應(yīng)中的“桿+導(dǎo)軌”模型Ⅰ.單桿水平式(如典例1)物理模型動態(tài)分析收尾狀態(tài)運動形式勻速直線運動力學(xué)特征a＝0v恒定不變電學(xué)特征I恒定Ⅱ.單桿傾斜式(如典例2)物理模型動態(tài)分析收尾狀態(tài)運動形式勻速直線運動力學(xué)特征電學(xué)特征I恒定建模指導(dǎo)解決電磁感應(yīng)中綜合問題的一般思路是“先電后力再能量”．―→分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源，求出電源參數(shù)E和r―→分析電路結(jié)構(gòu)，弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，以便求解安培力―→分析研究對象(常是金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力―→根據(jù)力和運動的關(guān)系，判斷出正確的運動模型及能量轉(zhuǎn)化關(guān)系(2012·天津卷，11)如圖9－3－10所示，一對光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝0.5m，左端接有阻值R＝0.3Ω的電阻．一質(zhì)量m＝0.1kg，電阻r＝0.1Ω的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，典例1圖9－3－10整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.4T．棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a＝2m/s2的加速度做勻加速運動，當(dāng)棒的位移x＝9m時撤去外力，棒繼續(xù)運動一段距離后停下來，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2＝2∶1.導(dǎo)軌足夠長且電阻不計，棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸．求(1)棒在勻加速運動過程中，通過電阻R的電荷量q；(2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2；(3)外力做的功WF.(3)由題意知，撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2＝2∶1，可得Q1＝3.6J⑩在棒運動的整個過程中，由功能關(guān)系可知WF＝Q1＋Q2?由⑨⑩?式得WF＝5.4J.答案

(1)4.5C

(2)1.8J

(3)5.4J(多選)(2012·山東卷，20)如圖9－3－11所示，相距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為θ，上端接有定值電阻R，勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放，當(dāng)速度達到v時開始勻速運動，典例2圖9－3－11此時對導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力，并保持拉力的功率恒為P，導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運動．導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻，重力加速度為g.下列選項正確的是 (

)．答案

AC一、電磁感應(yīng)中的電路問題1．(單選)粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行．現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場，如圖所示，則在移出過程中線框一邊a、b兩點間的電勢差絕對值最大的是 (

)．答案

B2．(單選)兩根平行的長直金屬導(dǎo)軌，其電阻不計，導(dǎo)線ab、cd跨在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌接觸良好，如圖9－3－12所示，ab的電阻大于cd的電阻，當(dāng)cd在外力F1(大小)的作用下，勻速向右運動時，ab在外力F2(大小)的作用下保持靜止，那么在不計摩擦力的情況下(Uab、Ucd是導(dǎo)線與導(dǎo)軌接觸間的電勢差)(

)．圖9－3－12A．F1>F2，Uab>Ucd B．F1<F2，Uab＝UcdC．F1＝F2，Uab>Ucd D．F1＝F2，Uab＝Ucd解析通過兩導(dǎo)線電流強度一樣，兩導(dǎo)線都處于平衡狀態(tài)，則F1＝BIL，F(xiàn)2＝BIL，所以F1＝F2，A、B錯誤；Uab＝IRab，這里cd導(dǎo)線相當(dāng)于電源，所以Ucd是路端電壓，Ucd＝IRab即Uab＝Ucd.答案

D二、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題3．(多選)如圖9－3－13所示，兩光滑平行導(dǎo)軌水平放置在勻強磁場中，磁場垂直導(dǎo)軌所在平面，金屬棒ab可沿導(dǎo)軌自由滑動，導(dǎo)軌一端連接一個定值電阻R，金屬棒和導(dǎo)軌電阻不計．圖9－3－13現(xiàn)將金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止向右拉，若保持拉力F恒定，經(jīng)時間t1后速度為v，加速度為a1，最終以速度2v做勻速運動；若保持拉力的功率P恒定，棒由靜止經(jīng)時間t2后速度為v，加速度為a2，最終也以速度2v做勻速運動，則 (

)．A．t2＝t1 B．t1>t2 C．a(chǎn)2＝2a1 D．a(chǎn)2＝3a1答案

BD