【紅對(duì)勾】2012高考物理 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用課件.ppt

1、課時(shí)3電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用,知識(shí)點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問題 知識(shí)回顧 在電磁感應(yīng)中， 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，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于 ，與其他導(dǎo)體構(gòu)成閉合的電路因此，電磁感應(yīng)問題往往又和電路問題聯(lián)系在一起,切割磁感線,電源,要點(diǎn)深化 解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向； (2)畫出等效電路圖； (3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等公式聯(lián)立求解,基礎(chǔ)自測 如圖1所示，兩個(gè)互連的金屬圓環(huán)，粗金屬環(huán)的電阻是細(xì)金屬環(huán)電阻的二分之一，磁場垂直穿過粗金屬環(huán)所在區(qū)域，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化時(shí)，在粗環(huán)

2、內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E，則a、b兩點(diǎn)間的電勢差為(),圖1,答案：C,知識(shí)點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的圖象問題 知識(shí)回顧 電磁感應(yīng)中常涉及 、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢E、感應(yīng)電流I、安培力F安或外力F外隨時(shí)間t變化的圖象，即 、t圖、Et圖、It圖、Ft圖對(duì)于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的情況，還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢E和感應(yīng)電流I隨位移x變化的圖象，即Ex圖、Ix圖等,磁感應(yīng)強(qiáng)度B,Bt圖,要點(diǎn)深化 電磁感應(yīng)中的圖象問題大體上可分為兩類 (1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象 (2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量不管是何種類型，電磁感應(yīng)中的圖象問題常需利用左手定則、右手定則、楞次定

3、律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決,基礎(chǔ)自測 (2010廣東高考)如圖2所示，平行導(dǎo)軌間有一矩形的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，細(xì)金屬棒PQ沿導(dǎo)軌從MN處勻速運(yùn)動(dòng)到MN的過程中，棒上感應(yīng)電動(dòng)勢E隨時(shí)間t變化的圖示，可能正確的是(),圖2,解析：由EBlv可以直接判斷選項(xiàng)A正確 答案：A,知識(shí)點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 知識(shí)回顧 通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在 中將受到安培力作用，電磁感應(yīng)往往和力學(xué)問題結(jié)合在一起解決這類問題需要綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律(法拉第電磁感應(yīng)定律、 )及力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律( 、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理等),磁場1,楞次定律11,牛頓定律,要點(diǎn)深化 1解決電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題的方法 (1)選擇

4、研究對(duì)象，即是哪一根導(dǎo)體棒或哪幾根導(dǎo)體棒組成的系統(tǒng)； (2)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向； (3)求回路中的電流大??； (4)分析其受力情況；,(5)分析研究對(duì)象所受各力的做功情況和合外力做功情況，選定所要應(yīng)用的物理規(guī)律； (6)選擇合適的物理規(guī)律列方程，求解 2明確兩大研究對(duì)象及其之間相互制約的關(guān)系,基礎(chǔ)自測 如圖3甲所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L.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)磁場中，磁場方向垂直斜面向下導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽

5、略讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦,圖3 (1)由b向a方向看到的裝置如圖3乙所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖 (2)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小 (3)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值,解析：(1)如圖4所示 重力mg，豎直向下 支持力FN，垂直斜面向上 安培力F安，平行斜面向上,圖4,知識(shí)點(diǎn)四電磁感應(yīng)中的能量問題 知識(shí)回顧 產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，就是能量轉(zhuǎn)化的過程 電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到 的作用，因此，要維持 的存在，必須有“外力”克服安培力做功，此

6、過程中，其他形式的能量轉(zhuǎn)化為 ，“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時(shí)，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能量安培力做功的過程，就是 .轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,安培力,感應(yīng)電流,電能,電能,基礎(chǔ)自測 如圖5所示，邊長為L的正方形導(dǎo)線框質(zhì)量為m，由距磁場H高處自由下落，其下邊ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，線圈開始做減速運(yùn)動(dòng)，直到其上邊cd剛剛穿出磁場時(shí)，速度減為ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí)的一半，磁場的寬度也為L，則線框穿越勻強(qiáng)磁場過程中發(fā)出的焦耳熱為(),圖5,答案：C,題型一電磁感應(yīng)中的電路問題 例1兩根光滑的長直金屬導(dǎo)軌MN、MN

7、平行置于同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)，M、M處接有如圖6所示的電路，電路中各電阻的阻值均為R，電容器的電容為C.長度也為l、阻值同為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中ab在外力作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)且與導(dǎo)軌保持良好接觸，在ab運(yùn)動(dòng)距離為s的過程中，整個(gè)回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求：,(1)ab運(yùn)動(dòng)速度v的大?。?(2)電容器所帶的電荷量q.,圖6,題后反思 解決此類題目要分清電路的組成誰產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，則誰為電源，其電路部分為內(nèi)電路，其余則為外電路，然后畫出等效電路圖，再結(jié)合電磁感應(yīng)定律，閉合(或部分)電路歐姆定律，電功、電功率、電量計(jì)算等公式求解

8、,變式11(2010海淀模擬)如圖7所示，邊長L0.20 m的正方形導(dǎo)線框ABCD由粗細(xì)均勻的同種材料制成， 正方形導(dǎo)線框每邊的電阻R01.0 ，金屬棒MN與正方形導(dǎo)線框的對(duì)角線長度恰好相等，金屬棒MN的電阻r0.20 .導(dǎo)線框放置在勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.50 T，方向垂直導(dǎo)線框所在平面向里金屬棒MN與導(dǎo)線框接觸良好，且與導(dǎo)線框的對(duì)角線BD垂直放置在導(dǎo)線框上，金屬棒的中點(diǎn)始終在BD連線上若金屬棒以v4.0 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒運(yùn)動(dòng)至AC的位置時(shí)，求(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)：,圖7 (1)金屬棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢大??； (2)金屬棒MN上通過的電流大小和方向； (3)導(dǎo)線

9、框消耗的電功率,答案：(1)0.56 V(2)0.47 A從N到M(3)0.22 W,題型二電磁感應(yīng)中的圖象問題 例2如圖8所示，在豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，金屬框架ABCD固定在水平面內(nèi)，AB與CD平行且足夠長，BC與CD夾角(90)，光滑導(dǎo)體棒EF(垂直于CD)在外力作用下以垂直于自身的速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，框架中的BC部分與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為R，AB與CD的電阻不計(jì)，導(dǎo)體棒在滑動(dòng)過程中始終保持與導(dǎo)軌良好接觸，經(jīng)過C點(diǎn)瞬間作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，下列關(guān)于電路中電流大小I與時(shí)間t、消耗的電功率P與導(dǎo)體棒水平移動(dòng)的距離x變化規(guī)律的圖象中正確的是(),圖8,答案AD,題后反思 解決圖象問題

10、的一般步驟 (1)明確圖象的種類，即是Bt圖還是t圖，或者Et圖、It圖等 (2)分析電磁感應(yīng)的具體過程 (3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系 (4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式 (5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等,變式21如圖9所示，平行于y軸的導(dǎo)體棒以速度v向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過半徑為R、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，導(dǎo)體棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢與導(dǎo)體棒位置x關(guān)系的圖象是(),圖9,解析：設(shè)導(dǎo)體棒與圓的交點(diǎn)和圓心的連線與x軸正方向成角，導(dǎo)體棒切割的有效長度為L2Rsin，故在xR范圍內(nèi)，EBLv2BRvsin，故電動(dòng)勢與x為正

11、弦圖象關(guān)系，由對(duì)稱性可知，xR右側(cè)與左側(cè)對(duì)稱，故選項(xiàng)A正確 答案：A,題型三電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 例3 如圖10所示，兩根相距L平行放置的光滑導(dǎo)電軌道，與水平面的夾角均為，軌道間有電阻R，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，一根質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿ab，由靜止開始沿導(dǎo)電軌道下滑設(shè)下滑中ab桿始終與軌道保持垂直，且接觸良好，導(dǎo)電軌道有足夠的長度，且電阻不計(jì),圖10 (1)ab桿將做什么運(yùn)動(dòng)？ (2)若開始時(shí)就給ab沿軌道向下的拉力F使其由靜止開始向下做加速度為a的勻加速運(yùn)動(dòng)(agsin)求拉力F與時(shí)間t的關(guān)系式,圖11 解析(1)金屬桿受力如圖11所示，當(dāng)金屬桿向下滑動(dòng)時(shí)，速度

12、越來越大，安培力F安變大，金屬桿加速度變小隨著速度的變大，加速度越來越小ab做加速度越來越小的加速運(yùn)動(dòng)，最終加速度變?yōu)榱?，金屬桿做勻速運(yùn)動(dòng),題后反思 首先在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行受力分析，然后分析物體的運(yùn)動(dòng)，由于安培力隨速度變化而變化，這個(gè)運(yùn)動(dòng)開始通常是變加速運(yùn)動(dòng)的，然后做穩(wěn)定的勻速直線運(yùn)動(dòng)，最后使用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量關(guān)系解題,變式31(2010江蘇海門)如圖12所示，兩根光滑的平行金屬導(dǎo)軌處于同一水平面內(nèi)，相距L0.3 m， 導(dǎo)軌的左端M、N用R0.2 的電阻相連，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌上跨接一電阻r0.1 的金屬桿，質(zhì)量m0.1 kg，整個(gè)裝置放在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T

13、，現(xiàn)對(duì)桿施一水平向右的拉力F1.5 N，使它由靜止開始運(yùn)動(dòng)，求： (1)桿能達(dá)到的最大的速度為多大？此時(shí)拉力的瞬時(shí)功率多大？ (2)當(dāng)桿的速度為最大速度的一半時(shí)，桿的加速度多大？,圖12,答案：(1)5 m/s7.5 W(2)7.5 m/s2,題型四電磁感應(yīng)中的能量問題 例4如圖13所示，將邊長為a、質(zhì)量為m、電阻為R的正方形導(dǎo)線框豎直向上拋出，穿過寬度為b、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場的方向垂直紙面向里，線框向上離開磁場時(shí)的速度剛好是進(jìn)入磁場時(shí)速度的一半，線框離開磁場后繼續(xù)上升一段高度，然后落下并勻速進(jìn)入磁場整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中始終存在著大小恒定的空氣阻力F阻且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)求：,圖13 (1)

14、線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場時(shí)的速度v2； (2)線框在上升階段剛離開磁場時(shí)的速度v1； (3)線框在上升階段通過磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.,題后反思 解答此類題目要抓住各個(gè)物理過程中的功能轉(zhuǎn)化關(guān)系，特別是每個(gè)力做功對(duì)應(yīng)著什么樣的能量轉(zhuǎn)化，如重力做功是線框動(dòng)能和重力勢能間的轉(zhuǎn)化，空氣阻力做功是機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，安培力做負(fù)功是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱，安培力做正功是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后由能量守恒定律(或動(dòng)能定理)列式解答,變式41(2010泰安模擬)如圖14所示，兩根足夠長固定平行金屬導(dǎo)軌位于傾角30的斜面上，導(dǎo)軌上、 下端各接有阻值R20 的電阻，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，導(dǎo)軌寬度L2 m，

15、在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T質(zhì)量m0.1 kg，連入電路的電阻r10 的金屬棒ab在較高處由靜止釋放，當(dāng)金屬棒ab下滑高度h3 m時(shí)，速度恰好達(dá)到最大值v2 m/s.金屬棒ab在下滑過程中始終與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌良好接觸g取10 m/s2，求：,(1)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3 m的運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能的減少量 (2)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3 m的運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)軌上端電阻R中產(chǎn)生的熱量,圖14,答案：(1)2.8 J(2)0.55 J,1(2010新課標(biāo)全國卷)如圖15所示，兩個(gè)端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置，相對(duì)的端面之間有一縫隙，鐵芯上繞導(dǎo)

16、線并與電源連接，在縫隙中形成一勻強(qiáng)磁場一銅質(zhì)細(xì)直棒ab水平置于縫隙中，且與圓柱軸線等高、垂直讓銅棒從靜止開始自由下落，銅棒下落距離為0.2R時(shí)銅棒中電動(dòng)勢大小為E1，下落距離為0.8R時(shí)電動(dòng)勢大小為E2.忽略渦流損耗和邊緣效應(yīng)關(guān)于E1、E2的大小和銅棒離開磁場前兩端的極性，下列判斷正確的是(),圖15 A. E1E2，a端為正B. E1E2，b端為正 C. E1E2，a端為正 D. E1E2，b端為正,解析：由右手螺旋定則可知，縫隙間磁場方向水平向左，由右手定則可判斷b端電勢高，相當(dāng)于電源正極；由EBlv可知，因?yàn)関2v1，故E2E1，選項(xiàng)D正確 答案：D,2(2009寧夏、遼寧高考)如圖16

17、所示，一導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強(qiáng)磁場，兩磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，M端通過滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以勻角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，t0時(shí)恰好在圖示位置規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向?yàn)檎?，圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻忽略不計(jì)，則桿從t0開始轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，電流隨t變化的圖象是 (),圖16,答案：C,3(2009天津高考) 如圖17所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方

18、向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于(),圖17 A棒的機(jī)械能增加量 B棒的動(dòng)能增加量 C棒的重力勢能增加量 D電阻R上放出的熱量,解析：本題考查了能量守恒及電磁感應(yīng)相關(guān)知識(shí)，意在考查考生的綜合運(yùn)用物理知識(shí)解決物理問題的能力對(duì)金屬棒受力分析可知，設(shè)金屬棒重為G、上升高度h，則根據(jù)能量守恒可得：FhW安GhE，即拉力及安培力所做的功的代數(shù)和等于金屬棒機(jī)械能的增加量，選項(xiàng)A正確 答案：A,4如圖18，一直導(dǎo)體棒質(zhì)量為m、長為l、電阻為r，其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導(dǎo)軌上，并與之密接，棒左側(cè)兩導(dǎo)軌之間連接一可控制的負(fù)載電阻(圖中未畫出)；導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面開始時(shí)，給導(dǎo)體棒一個(gè)平行于導(dǎo)軌的初速度v0.在棒的運(yùn)動(dòng)速度由v0減小至v1的過程中，通過控制負(fù)載電阻的阻值使棒中的電流強(qiáng)