高考?xì)v史 第9章 第3節(jié) 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用知識(shí)研習(xí)課件 魯科版選修32

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1、電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)與力學(xué)問題的綜合，其聯(lián)系的橋梁是磁場對感應(yīng)電流的在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于，其余部分相當(dāng)于無論是使閉合回路的磁通量發(fā)生變化，還是使閉合回路的部分導(dǎo)體切割磁感線，都要消耗其他形式的能量，轉(zhuǎn)化為回路中的 這個(gè)過程不僅體現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化，而且轉(zhuǎn)化過程中能量安培力安培力電源電源外電路外電路電能電能守恒守恒考點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問題1求解電磁感應(yīng)中電路問題的關(guān)鍵求解電磁感應(yīng)中電路問題的關(guān)鍵是分析清楚內(nèi)電路和外電路“切割”磁感線的導(dǎo)體和磁通量變化的線圈都相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于內(nèi)電阻，而其余部分的電路

2、則是外電路 2幾個(gè)概念 (2)電源內(nèi)電路的電壓降：UrIr，r是發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的導(dǎo)體上的電阻(解題中常常涉及r的穩(wěn)定性) (3)電源的路端電壓U：UIREUrEIr(R是外電路的電阻) 3解決此類問題的基本步驟 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢方向 (2)畫等效電路：感應(yīng)電流的方向是電源內(nèi)部電流的方向(3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律，結(jié)合串、并聯(lián)電路規(guī)律以及電功率計(jì)算公式等各關(guān)系式聯(lián)立求解【技巧提示】某電阻兩端的電壓、路端電壓和電動(dòng)勢三者的區(qū)別：(1)某段導(dǎo)體作為外電路時(shí)，它兩端的電壓就是電流與其電阻的乘積(2)某段導(dǎo)體作為電源時(shí)，它兩端的電壓就是

3、路端電壓，等于電流與外電阻的乘積，或等于電動(dòng)勢減去內(nèi)壓當(dāng)其電阻不計(jì)時(shí)，路端電壓等于電源電動(dòng)勢(3)某段導(dǎo)體作為電源，斷路時(shí)電壓等于電動(dòng)勢 【案例1】（2011重慶理綜）有人設(shè)計(jì)了一種可測速的跑步機(jī)，測速原理如圖所示.該機(jī)底面固定有間距為L、長度為d的平行金屬電極，電極間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且接有電壓表和電阻R.絕緣橡膠帶上鍍有間距為d的平行細(xì)金屬條，磁場中始終僅有一根金屬條，且與電極接觸良好，不計(jì)金屬電阻.若橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表讀數(shù)為U.求： （1）橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)的速率； （2）電阻R消耗的電功率; （3）一根金屬條每次經(jīng)過磁場區(qū)域克服安培力做的功. 【即時(shí)鞏固

4、1】（2011浙江理綜）如圖甲所示，在水平面上固定有長為L=2 m、寬為d=1 m的金屬“U”型導(dǎo)軌，在“U”型導(dǎo)軌右側(cè)l=0.5 m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示.在t=0時(shí)刻，質(zhì)量為m=0.1 kg的導(dǎo)體棒以v0=1 m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.1,導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為=0.1 /m,不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響（取g=10 m/s2）. （1）通過計(jì)算分析4 s內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況; （2）計(jì)算4 s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向； （3）計(jì)算4 s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱.

5、【答案【答案】（1）前）前1 s導(dǎo)體棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，14 s內(nèi)一直保持靜止內(nèi)一直保持靜止.（2）0.2 A,沿順時(shí)針方向（沿順時(shí)針方向（3）0.04 J考點(diǎn)二電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn)1運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)2能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn) 3安培力在不同情況下的作用 (1)若磁場不動(dòng)，導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，此即電磁阻尼在這種情況下，安培力對導(dǎo)體做負(fù)功，即導(dǎo)體克服安培力做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱 (2)若導(dǎo)體開始時(shí)靜止，磁場(磁體)運(yùn)動(dòng)，由于導(dǎo)體相對磁場向相反方向做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而受到安培力作用，

6、這時(shí)安培力成為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，此即電磁驅(qū)動(dòng)在這種情況下，安培力做正功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能【技巧提示】在利用能量的轉(zhuǎn)化和守恒解決電磁感應(yīng)中的問題時(shí)，要分析安培力的做功情況，即安培力在導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)過程中是做正功還是做負(fù)功另外，參與能量轉(zhuǎn)化的能量形式要考慮周全，哪些能量增加哪些能量減少也要考慮準(zhǔn)確 4電磁感應(yīng)綜合問題中的兩個(gè)研究對象及其相互制約關(guān)系【技巧提示】電磁感應(yīng)中切割磁感線的導(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)定律電磁感應(yīng)的過程也是能量相互轉(zhuǎn)化的過程所以，在分析解決電磁感應(yīng)問題時(shí)，經(jīng)常要用到動(dòng)能定理、能量守恒定律 【案例

7、2】（2011天津理綜）如圖所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l=0.5 m，其電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30角.完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量均為m=0.02 kg，電阻均為R=0.1 ，整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T,棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng)，而棒cd恰好能夠保持靜止.取g=10 m/s2，問 （1）通過棒cd的電流I是多少，方向如何？ （2）棒ab受到的力F多大？ （3）棒cd每產(chǎn)生Q=0.1 J的熱量，力F做的功W是多少？ 【解

8、析】（1）棒cd受到的安培力Fcd=IlB. 棒cd在共點(diǎn)力作用下平衡，則Fcd=mgsin30. 由式，代入數(shù)據(jù)解得I=1 A. 根據(jù)楞次定律可知，棒cd中的電流方向由d至c. （2）棒ab與棒cd受到的安培力大小相等Fa b=Fc d 對棒ab,由共點(diǎn)力平衡知F=mgsin30+IlB. 代入數(shù)據(jù)解得F=0.2 N. （3）設(shè)在時(shí)間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q=0.1 J的熱量，由焦耳定律知Q=I2Rt. 設(shè)棒ab勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為v,其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 E=Blv. 由閉合電路歐姆定律知I= . 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知在時(shí)間t內(nèi)，棒ab沿導(dǎo)軌的位移x=vt. 力F做的功W=Fx.綜合上述各式， 代入數(shù)據(jù)解

9、得W=0.4 J.RE2【答案【答案】（1）1 A，方向由，方向由d至至c （2）0.2 N （3）0.4 J【即時(shí)鞏固2】(2010天津理綜)如圖所示，質(zhì)量m10.1 kg，電阻R10.3 ，長度l0.4 m的導(dǎo)體棒ab橫放在U形金屬框架上框架質(zhì)量m20.2 kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2.相距0.4 m的MM、NN相互平行，電阻不計(jì)且足夠長電阻R20.1 的MN垂直于MM.整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T垂直于ab施加F2 N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運(yùn)動(dòng)，始終與MM、NN保持良好接觸當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí)，框架開始運(yùn)動(dòng)設(shè)框架與水平面間最大

10、靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，g取10 m/s2.(1)求框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大??；(2)從ab開始運(yùn)動(dòng)到框架開始運(yùn)動(dòng)的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q0.1 J，求該過程ab位移s的大小【解析】(1)ab對框架的壓力F1m1g，框架受水平面的支持力Nm2gF1，依題意，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力F2N，ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢EBlv，MN受到的安培力F安IlB，框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)F安F2，由上述各式代入數(shù)據(jù)解得v6 m/s.【答案】【答案】(1)6 m/s(2)1.1 m考點(diǎn)三 電磁感應(yīng)中的圖象問題這些圖象問題大體可分為兩類：由給出的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象；由給定的有關(guān)圖

11、象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)物理量不管是哪種類型，電磁感應(yīng)中的圖象問題常利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中圖象問題分析的關(guān)鍵是：抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應(yīng)電動(dòng)勢(電流)是否大小恒定；用楞次定律判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(或電流)的方向，從而確定其正負(fù)以及在坐標(biāo)中的范圍 解決此類問題的一般步驟： (1)明確圖象的種類，看是B t圖還是t圖，或是E t圖、I t圖等 (2)分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象的具體過程 (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)律寫出函數(shù)方程 (4)根據(jù)函數(shù)方程，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等 (5)畫圖象或判斷圖象【案例3

12、】(2010上海高考)如右圖，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場，磁場寬度均為L.邊長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場邊緣置于桌面上使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖()【答案】【答案】A、C 【即時(shí)鞏固3】（2011海南高考）如圖，EOF和EOF為空間一勻強(qiáng)磁場的邊界，其中EOEO，F(xiàn)OFO,且EOOF;OO為EOF的角平分線，OO間的距離為l;磁場方向垂直于紙面向里.一邊長為l的正方形導(dǎo)線框沿OO方向勻速通過磁場，t=0時(shí)刻恰好位于圖示位置.規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)為正，則感應(yīng)電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線可能正確的是（ ） 【解析】本題中四個(gè)選項(xiàng)都是i-t關(guān)系圖線，故可用排除法.因在第一個(gè)階段內(nèi)通過導(dǎo)線框的磁通量向里增大，由楞次定律可判定此過程中電流沿逆時(shí)針方向，故C、D錯(cuò)誤.由于在穿過整個(gè)磁場區(qū)域的磁通量變化量=0，由q=/R可知整個(gè)過程中通過導(dǎo)線框的總電荷量也應(yīng)為零，而在i-t圖象中圖線與時(shí)間軸所圍總面積為零，即時(shí)間軸的上下圖形面積的絕對值應(yīng)相等.故A錯(cuò)誤，B正確. 【答案】B