《高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題九 電磁感應(yīng) 第3講 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題九 電磁感應(yīng) 第3講 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件（44頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第3講電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用1.內(nèi)電路和外電路電源(1) 切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈相當(dāng)于_.內(nèi)阻外電阻(2)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體或線圈的電阻相當(dāng)于電源的_，其他部分的電阻相當(dāng)于_.2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) E_(B、l、v 三者兩兩垂直)或 E_.Blvnt3.閉合電路的歐姆定律：閉合電路的電流與_成正比，與_成反比.電壓電阻BIlsin 4.通電導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中受到的安培力 F_.k(k0).則(【基礎(chǔ)自測(cè)】1.(多選，2017 年江蘇宿遷調(diào)研)用一根橫截面積為 S、電阻率為的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個(gè)半徑為 r 的圓環(huán)，ab 為圓環(huán)的一條直徑.如圖 9-3-1 所示，在 ab 的左
2、側(cè)存在一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)垂直圓環(huán)所在平面，方向如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率Bt)圖 9-3-1A.圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流B.圓環(huán)具有收縮的趨勢(shì)答案：CD2.(多選)如圖 9-3-2 所示，阻值為 R 的金屬棒從圖示 ab 位置分別以 v1、v2 的速度沿光滑導(dǎo)軌(電阻不計(jì))勻速滑到 ab)位置，若 v1 v21 2，則在這兩次過程中(A.回路電流 I1 I21 2B.產(chǎn)生的熱量 Q1 Q21 4C.通過任一截面的電荷量 q1 q21 2D.外力的功率 P1 P21 4答案：AD圖 9-3-23.(多選)如圖 9-3-3 所示，金屬棒 AB 垂直跨放在位于水平面上的兩條平行光滑
3、金屬導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌接觸良好，棒 AB和導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)，導(dǎo)軌左端接有電阻 R，垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)向下穿過平面，現(xiàn)以水平向右的恒力 F 拉著棒AB 向右移動(dòng)，t 秒末棒 AB 的速度為 v，移動(dòng)距離為 x，且在 t)秒內(nèi)速度大小一直在變化，則下列判斷正確的是(圖 9-3-3D.t秒末外力 F 做功的功率為A.t 秒內(nèi) AB 棒所受安培力方向水平向左且逐漸增大B.t 秒內(nèi) AB 棒做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)C.t 秒內(nèi) AB 棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)2Fxt答案：AB的過程中，不可能發(fā)生的情況是( )4.如圖 9-3-4 所示，一金屬方框 abcd 從離磁場(chǎng)區(qū)域上方高 h處自由下落，進(jìn)入與線
4、框平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在進(jìn)入磁場(chǎng)圖 9-3-4A.線框做加速運(yùn)動(dòng)，加速度 agB.線框做勻速運(yùn)動(dòng)C.線框做減速運(yùn)動(dòng)D.線框會(huì)反跳回原處答案：D. . . 熱點(diǎn) 1電磁感應(yīng)中的電路問題熱點(diǎn)歸納分析電磁感應(yīng)電路問題的基本思路：【典題 1】如圖 9-3-5 甲所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距 l0.3 m，導(dǎo)軌左端連接 R0.6 的電阻，區(qū)域 abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面 B0.6 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)?D0.2 m.細(xì)金屬棒 A1 和 A2 用長(zhǎng)為 2D0.4 m 的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為 r0.3 .導(dǎo)軌電阻不計(jì).使金屬棒以恒定
5、速度 v1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場(chǎng).計(jì)算從金屬棒 A1 進(jìn)入磁場(chǎng)(t0)到 A2 離開磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過電阻 R 的電流強(qiáng)度，并在圖乙中畫出.甲乙圖 9-3-5的時(shí)間內(nèi)，A2 上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 E20.18 V，其等效電路如圖乙所示甲乙圖 9-3-6圖 9-3-7由圖乙知，電路總電阻 R總0.5 ，總電流 I0.36 A，流過 R 的電流 IR0.12 A，綜合以上計(jì)算結(jié)果，繪制通過 R 的電流與時(shí)間關(guān)系如圖 9-3-7 所示.方法技巧：解決電磁感應(yīng)中的電路問題的三步曲：(1)確定電源.切割磁感線的導(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，利用 E
6、Blvsin 或 Ent求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向.(2)分析電路結(jié)構(gòu)(內(nèi)、外電路及外電路的串、并聯(lián)關(guān)系)，畫出等效電路圖.(3)利用電路規(guī)律求解.主要應(yīng)用歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解.【遷移拓展】如圖 9-3-8 所示，由某種粗細(xì)均勻的總電阻為 3R 的金屬條制成的矩形線框 abcd，固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng) B 中.一接入電路電阻為 R 的導(dǎo)體棒PQ，在水平拉力作用下沿 ab、dc 以速度 v 勻速滑動(dòng)，滑動(dòng)過程 PQ 始終與 ab 垂直，且與線框接觸良好，不計(jì)摩擦.在 PQ 從靠近 ad 處向 bc 滑動(dòng)的過程中()A.PQ
7、中電流先增大后減小B.PQ 兩端電壓先減小后增大C.PQ 上拉力的功率先減小后增大D.線框消耗的電功率先減小后增大圖 9-3-8可知電流應(yīng)先減小后增大，解析：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) EBlv 保持不變，導(dǎo)體棒向右運(yùn)動(dòng)時(shí)電路的總電阻先增大后減小，由 IER 總A 錯(cuò)誤；PQ 兩端的電壓為路端電壓，由 U 外EIr 可知路端電壓先增大后減小，B 錯(cuò)誤；PQ 棒勻速運(yùn)動(dòng)，由平衡條件有拉力 FF 安BIl，拉力的功率 PFvBIlv，可見功率應(yīng)先減小后增大，C 正確；當(dāng) PQ 棒位于 ab 正中央時(shí)線框的等效電阻(相當(dāng)于外電阻)為 0.75R，小于導(dǎo)體棒的電阻(相當(dāng)于內(nèi)阻)，由如圖 D48 所示的 P 出-R 外
8、圖象可知線框消耗的功率(相當(dāng)于外電路的總功率，即電源的輸出功率)應(yīng)先增大后減小，D 錯(cuò)誤.答案：C圖 D48熱點(diǎn) 2電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題熱點(diǎn)歸納1.用“四步法”分析電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題：解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的一般思路是“先電后力”，具體思路如下：2.動(dòng)態(tài)分析的基本思路：解決這類問題的關(guān)鍵是通過運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析，尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度最大或最小的條件.具體思路如下：【典題 2】(2016 年新課標(biāo)卷)如圖 9-3-9 所示，水平面(紙面)內(nèi)間距為 l 的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻，質(zhì)量為 m、長(zhǎng)度為l 的金屬桿置于導(dǎo)軌上.t0 時(shí)，金屬桿在水平向右、大小為 F的恒定拉力作用下由
9、靜止開始運(yùn)動(dòng).t0 時(shí)刻，金屬桿進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，且在磁場(chǎng)中恰好能保持勻速運(yùn)動(dòng).桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)，兩者始終保持垂直且接觸良好，兩者之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為.重力加速度大小為 g.求：圖 9-3-9(1)金屬桿在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小.(2)電阻的阻值.解：(1)設(shè)金屬桿進(jìn)入磁場(chǎng)前的加速度大小為 a，由牛頓第二定律得 maFmg設(shè)金屬桿到達(dá)磁場(chǎng)左邊界時(shí)的速度為 v，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有vat0當(dāng)金屬桿以速度 v 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由法拉第電磁感應(yīng)定律得，桿中的電動(dòng)勢(shì)為 EBlv聯(lián)立式解得 R(2)設(shè)金屬桿在磁場(chǎng)區(qū)域中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬桿中的電流為I，根據(jù)
10、歐姆定律 IER式中 R 為電阻的阻值.金屬桿所受的安培力為 F安BIl因金屬桿做勻速運(yùn)動(dòng)，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得FmgF安0B2l2t0m.【遷移拓展】(2016 年新課標(biāo)卷)如圖 9-3-10 所示，兩固定的絕緣斜面傾角均為，上沿相連.兩細(xì)金屬棒 ab(僅標(biāo)出 a 端)和 cd(僅標(biāo)出 c 端)長(zhǎng)度均為 l，質(zhì)量分別為 2m 和 m；用兩根不可伸長(zhǎng)的柔軟輕質(zhì)導(dǎo)線將它們連成閉合回路 abdca，并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上，使兩金屬棒水平.右斜面上存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 B，方向垂直于斜面向上，已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場(chǎng)中，回路電阻為R，兩金屬棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)
11、均為，重力加速度大小為g，已知金屬棒 ab 勻速下滑.求：(1)作用在金屬棒 ab 上的安培力的大小.(2)金屬棒運(yùn)動(dòng)速度的大小.圖 9-3-10解：(1)設(shè)導(dǎo)線的張力的大小為 T，右斜面對(duì) ab 棒的支持力的大小為 FN1，作用在 ab 棒上的安培力的大小為 F，左斜面對(duì)cd 棒的支持力大小為 FN2，對(duì)于 ab 棒，由力的平衡條件得2mgsin FN1FTF FN12mgcos 對(duì)于 cd 棒，同理有mgsin FN2TFN2mgcos 聯(lián)立式解得Fmg(sin 3cos ).I(2)由安培力公式得FBIl這里 I 是回路 abdca 中的感應(yīng)電流，ab 棒上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為EBlv式中，v
12、 是 ab 棒下滑速度的大小，由歐姆定律得ER聯(lián)立式解得熱點(diǎn) 3電磁感應(yīng)中的能量問題熱點(diǎn)歸納1.過程分析：(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程實(shí)質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化的過程.(2)電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應(yīng)電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功.此過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.“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.(3)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.安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程.安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.2.求解思路：(1)若回路中電流恒定，可以利用電路結(jié)構(gòu)及
13、WUIt 或 QI2Rt 直接進(jìn)行計(jì)算.(2)若電流變化，則：利用安培力做的功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若只有電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，則機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能.【典題 3】(多選)如圖 9-3-11 所示，光滑平行金屬軌道平面與水平面成 角，兩軌道上端用一電阻R 相連，該裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直軌道平面向上，質(zhì)量為 m 的金屬桿 ab以初速度 v0 從軌道底端向上滑行，滑行到某一高度 h 后又返回到底端.若運(yùn)動(dòng)過程中，金屬桿始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良)好，且軌道與金屬桿的電阻均忽略不計(jì)，則(圖 9-3-11解析：金屬桿從軌道底端滑上斜面到又返
14、回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)，由于電阻 R 上產(chǎn)生熱量，故返回時(shí)速度小于 v0，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤；上滑到最高點(diǎn)時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能和電阻 R 上產(chǎn)生的熱量(即克服安培力所做的功)，選項(xiàng) B、C 正確；金屬桿兩次通過軌道上同一位置時(shí)的速度大小不同，電路的電流不同，故電阻的熱功率不同，選項(xiàng) D 錯(cuò)誤.答案：BC方法技巧：無論是磁場(chǎng)變化、線圈面積變化或者閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線，只要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，就會(huì)產(chǎn)生電能，最終消耗在回路中產(chǎn)生內(nèi)能，從能量轉(zhuǎn)化的角度遵循能量守恒定律即可解決問題.電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題這類問題的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量的轉(zhuǎn)化過程，從功和能的觀點(diǎn)入手，弄清導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)
15、過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，處理這類問題有三種觀點(diǎn)，即：力學(xué)觀點(diǎn)；圖象觀點(diǎn)；能量觀點(diǎn).單桿模型中常見的四種情況如下表所示：(續(xù)表)(續(xù)表)考向 1導(dǎo)體棒切割磁感線與含電阻電路的綜合【典題 4】(多選，2017 年福建寧德質(zhì)檢)如圖 9-3-12 所示，固定在傾角為30的斜面內(nèi)的兩根平行長(zhǎng)直光滑金屬導(dǎo)軌的間距為 d1 m，其底端接有阻值為 R2 的電阻，整個(gè)裝置處在垂直斜面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B2 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.一質(zhì)量為 m1 kg(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿 ab 垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸.現(xiàn)桿在沿斜面向上、垂直于桿的恒力F10 N 的作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)距離 L6 m
16、時(shí)，速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動(dòng)過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直).設(shè)導(dǎo)體桿接入電路的電阻為 r2 ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度大小為 g10 m/s2.則此過程()圖 9-3-12A.桿的速度最大值為 5 m/sB.流過電阻 R 的電量為 6 CC.在這一過程中，整個(gè)回路產(chǎn)生的焦耳熱為 17.5 JD.流過電阻 R 電流方向?yàn)橛?c 到 d答案：AC考向 2導(dǎo)體棒切割磁感線與含電源電路的綜合【典題 5】如圖 9-3-13 所示，長(zhǎng)直平行導(dǎo)軌 PQ、MN 光滑，相距 l0.5 m，處在同一水平面中，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.8 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下穿過導(dǎo)軌面.橫跨在導(dǎo)軌上的直導(dǎo)線 ab 的質(zhì)量m0.1 kg、電阻
17、 R0.8 ，導(dǎo)軌電阻不計(jì).導(dǎo)軌間通過開關(guān) S將電動(dòng)勢(shì) E1.5 V、內(nèi)電阻 r0.2 的電池接在 M、P 兩端，試計(jì)算分析：圖 9-3-13感應(yīng)現(xiàn)象，由 a 到 b 的電流 I0(1)導(dǎo)線 ab 的加速度的最大值和速度的最大值是多少？(2)在閉合開關(guān) S 后，怎樣才能使 ab 以恒定的速度 v7.5 m/s 沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)？試描述這時(shí)電路中的能量轉(zhuǎn)化情況(通過具體的數(shù)據(jù)計(jì)算說明).解：(1)在 S 剛閉合的瞬間，導(dǎo)線 ab 速度為零，沒有電磁ERr1.5 A，ab 受安培力水平向右，此時(shí) ab 瞬時(shí)加速度最大，加速度為所以 vm EE當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E與電池電動(dòng)勢(shì) E 相等時(shí)，ab 的速度達(dá)到
18、最大值.設(shè)最終達(dá)到的最大速度為 vm，根據(jù)上述分析可知：EBlvm0E 1.5Bl 0.80.5m/s3.75 m/s.(2)如果 ab 以恒定速度 v7.5 m/s 向右沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，則 ab中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) EBlv0.80.57.5 V3 V由于 EE，這時(shí)閉合電路中電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，大小為：IRr31.50.80.2A1.5 A直導(dǎo)線 ab 中的電流由 b 到 a，根據(jù)左手定則，磁場(chǎng)對(duì) ab有水平向左的安培力作用，大小為FBlI0.80.51.5 N0.6 N所以要使 ab 以恒定速度 v7.5 m/s 向右運(yùn)動(dòng)，必須有水平向右的恒力 F0.6 N 作用于 ab.上述物理過程的能量轉(zhuǎn)化情
19、況，可以概括為下列三點(diǎn)：作用于 ab 的恒力(F)的功率PFv0.67.5 W4.5 W電阻(Rr)產(chǎn)生焦耳熱的功率PI2(Rr)1.52(0.80.2) W2.25 W逆時(shí)針方向的電流 I，從電池的正極流入，負(fù)極流出，電池處于“充電”狀態(tài)，吸收能量，以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存起來.電池吸收能量的功率PIE1.51.5 W2.25 W由上看出，PPP，符合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律(沿水平面勻速運(yùn)動(dòng)機(jī)械能不變).考向 3導(dǎo)體棒切割磁感線與含電容器電路的綜合【典題 6】如圖 9-3-14 所示，水平面內(nèi)有兩根足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌 L1、L2，其間距 d0.5 m，左端接有電容量 C2000 F的電容.質(zhì)量 m20
20、g 的導(dǎo)體棒可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動(dòng)，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì).整個(gè)空間存在著垂直導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B2 T.現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力 F0.22 N 作用于導(dǎo)體棒，使導(dǎo)體棒從靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間 t，速度達(dá)到 v5 m/s.則()圖 9-3-14A.此時(shí)電容器兩端電壓為 10 VB.此時(shí)電容 C 上的電量為 1102 CC.導(dǎo)體棒做勻加速運(yùn)動(dòng)，且加速度為 20 m/s2D.時(shí)間 t0.4 s解析：當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到 v5 m/s 時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) EBdv5 V，電容器兩端電壓 UE5 V，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤.此時(shí)電容器的帶電量 qCU1 102 C，選項(xiàng) B 正確.導(dǎo)體棒在力 F 作用下，有 FBIdma，又 Iqt，qCU，U0.5 s.選項(xiàng) C、D 錯(cuò)誤.答案：B
高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題九 電磁感應(yīng) 第3講 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件
