《高考物理全国通用总复习教师用书配套课件9.3电磁感应规律的综合应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理全国通用总复习教师用书配套课件9.3电磁感应规律的综合应用（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲 电磁感应规律的综合应用,【知识梳理】 知识点1 电磁感应中的电路问题 1.电源：切割磁感线运动的导体或_量发生变化的回路相当于电源。 2.电流：电路闭合时的电流I可由欧姆定律求出,I=_,路端电压 U=_=E-Ir。 3.电势：在外电路中,电流由_电势流向_电势;在内电路中,电流由 _电势流向_电势。,磁通,IR,高,低,低,高,知识点2 电磁感应中的动力学问题 1.安培力的大小：,2.安培力的方向： (1)用左手定则判断：先用_定则判断感应电流的方向,再用左手 定则判定安培力的方向。 (2)用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方 向_(选填“相同”或“相反”)。,右
2、手,相反,3.安培力参与物体的运动：导体棒(或线框)在安培力和其他力的作用下,可以做加速运动、减速运动、匀速运动、静止或做其他类型的运动,可应用动能定理、牛顿运动定律等规律解题。,知识点3 电磁感应中的能量问题 1.能量转化：感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力做功,将 _转化为_,电流做功再将电能转化为_的能。 2.转化实质：电磁感应现象的能量转化,实质是其他形式的能与_ 之间的转化。,机械能,电能,其他形式,电能,3.计算方法： (1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。 (2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于电能的增加量。 (3)利用电路特征求解：
3、通过电路中所产生的电能来计算。,【思维诊断】 (1)闭合电路的欧姆定律同样适用于电磁感应电路。() (2)“相当于电源”的导体棒两端的电压一定等于电源的电动势。 () (3)电流一定从高电势流向低电势。() (4)在有安培力的作用下,导体棒不能做加速运动。() (5)电磁感应中求焦耳热时,均可直接用公式Q=I2Rt。() (6)电路中的电能增加,外力一定克服安培力做了功。(),提示：(1)。在电磁感应现象中,I= ,其中r为导体棒的电阻, R为外电路电阻。 (2)。当导体棒的电阻r不为零时,产生内压降,它两端的电压小于电 动势。 (3)。在电源内部,电流从低电势流向高电势。 (4)。在外力作用
4、下,导体棒可以做加速运动。,(5)。在电流I恒定时,可用Q=I2Rt求焦耳热,当I不恒定时,要应用能量转化与守恒求解。 (6)。外力克服安培力做功,其他形式的能转化成电能,外力克服安培力做多少功,就有多少电能产生。,【小题快练】 1.如图所示,一个半径为L的半圆形硬导体AB以速度v在水平U形框架上向右匀速滑动,匀强磁场的磁感应强度为B,回路电阻为R,半圆形硬导体AB的电阻也为R,其余电阻不计,则半圆形导体AB切割磁感线产生的感应电动势大小及AB之间的电势差分别为() A.BLvBLv B.2BLv2BLv C.2BLvBLv D.BLv2BLv,【解析】选C。半圆形导体AB切割磁感线的有效长度
5、为2L,故电动势 E=2BLv,故A、D均不正确。A、B之间的电势差UAB= R=BLv,故 选C。,2.(多选)用均匀导线做成的正方形线圈边长为l,正方形的一半放在垂 直于纸面向里的匀强磁场中,如图所示,当磁场以的变化率增强时,则 () A.线圈中感应电流方向为acbda B.线圈中产生的电动势E= C.线圈中a点电势高于b点电势 D.线圈中a、b两点间的电势差为,【解析】选A、B。由楞次定律可知A对;由法拉第电磁感应定律得：E= B对;acb部分等效为电源,其等效电路如图所示, 故C错;而Uab= D错。,3.水平放置的金属框架cdef处于如图所示的匀强磁场中,金属棒ab置于粗糙的框架上且
6、接触良好。从某时刻开始,磁感应强度均匀增大,金属棒ab始终保持静止,则(),A.ab中电流增大,ab棒所受摩擦力增大 B.ab中电流不变,ab棒所受摩擦力不变 C.ab中电流不变,ab棒所受摩擦力增大 D.ab中电流增大,ab棒所受摩擦力不变,【解析】选C。磁感应强度均匀增大,则 =定值,由E= S, I= ,知I一定,f=F安=BIL,因B增大,所以f变大。故选C。,4.如图所示,水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab,导轨的一端连接电阻R,其他电阻均不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下,ab在一水平恒力F作用下由静止开始向右运动的过程中(),A.随着ab运动速度的
7、增大,其加速度也增大 B.外力F对ab做的功等于电路中产生的电能 C.外力F做功的功率始终等于电路中的电功率 D.克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能,【解析】选D。由牛顿第二定律可得F- =ma,棒向右做加速度减 小的加速运动,A错。由于在达到最终速度前F ,力F做的功等 于电路中获得的电能与金属棒的动能之和,则F的功率大于克服安培力 做功的功率,即电功率,电路中获得的电能等于克服安培力所做的功。 B、C错,D正确。,考点1 电磁感应中的电路问题 1.电磁感应中物理量的关系图：,2.处理电磁感应电路问题的一般思路： (1)确定电路电源：用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动
8、势的大小和方向,电源内部电流的方向是从低电势流向高电势。,(2)分析电路结构：根据“等效电源”和电路中其他元件的连接方式 画出等效电路。注意区别内、外电路,区别路端电压、电动势。 (3)选用规律求解：根据E=BLv或E= 结合闭合电路欧姆定律、 串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解。,【典例1】(2013广东高考)如图甲所示,在垂直于匀强磁场B的平面内,半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴转动,圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接。电路中的P是加上一定正向电压才能导通的电子元件。流过电流表的电流I与圆盘角速度的关系如图乙所示,其中ab段和bc段均为直线,且ab段过坐标原点。0代表圆盘逆
9、时针转动。已知：R=3.0,B=1.0T,r=0.2m。忽略圆盘、电流表和导线的电阻。,(1)根据图乙写出ab、bc段对应的I与的关系式。 (2)求出图乙中b、c两点对应的P两端的电压Ub、Uc。 (3)分别求出ab、bc段流过P的电流IP与其两端电压UP的关系式。,【解题探究】 (1)如何求出ab、bc段的斜率? 提示： (2)圆盘产生的感应电动势为_。 (3)ab段电子元件P是否处于导通状态? 提示：由右手定则可知P加的是反向电压,故IP=0。,【解析】(1)根据题图乙可求得ab段斜率kab= 故ab段：I= A(-45rad/s15rad/s) bc段斜率kbc= 故bc段：I=I0+
10、,把b点的坐标=15rad/s,I=0.1A 代入可求得I0=-0.05A 故bc段有： I=(-0.05+ )A(15rad/s45rad/s),(2)圆盘逆时针转动切割磁感线产生感应电动势E= Br2,得 E=0.02 当=15rad/s时,E=0.3V; 当=45rad/s时,E=0.9V。 由于圆盘电阻忽略不计,故Ub=0.3V,Uc=0.9V。,(3)ab段：由右手定则,可判断加在P的电压是反向电压,故IP=0, 对应于c点P导通,通过电流表的电流 I= =0.4 A 解得：RP=9 所以对应bc段流过P的电流IP= A。,答案：(1)ab段：I= A(-45rad/s15rad/s
11、) bc段：I=(-0.05+ )A(15rad/s45rad/s) (2)0.3V0.9V(3)ab段：IP=0bc段：IP= A,【总结提升】电磁感应电路的五个等效问题,【变式训练】(多选)如图所示,PN与QM两平行金属导轨相距1m,电阻不计,两端分别接有电阻R1和R2,且R1=6,ab杆的电阻为2,在导轨上可无摩擦地滑动,垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1T。现ab以恒定速度v=3m/s匀速向右移动,这时ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等。则(),A.R2=6 B.R1上消耗的电功率为0.375W C.a、b间电压为3V D.拉ab杆水平向右的拉力为0.75N,
12、【解析】选B、D。由于ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之 和相等,则内、外电阻相等, =2,解得R2=3,因此A错。E=Blv= 3V,总电流I= ,路端电压Uab=IR外= 2V=1.5 V,因此C错。 P1= =0.375W,B正确;ab杆所受安培力F=BIl=0.75N,因此拉力大小 为0.75N,D正确。,【加固训练】如图所示,匀强磁场B=0.1T,金属棒AB长0.4m,与框架宽 度相同,电阻为 ,框架电阻不计,电阻R1=2,R2=1,当金属棒以 5m/s的速度匀速向左运动时,求： (1)流过金属棒的感应电流多大? (2)若图中电容器C为0.3F,则充电量为多少?,【解析】
13、(1)由E=Blv得E=0.10.45V=0.2 V (2)路端电压U=IR=0.2 V= V Q=CU2=CU=0.310-6 C=410-8C 答案：(1)0.2A(2)410-8C,考点2 电磁感应中的动力学问题 1.导体的两种运动状态： (1)平衡状态：静止或匀速直线运动,F合=0。 (2)非平衡状态：加速度不为零,F合=ma。,2.电学对象与力学对象的转换及关系：,【典例2】(2014上海高考)如图,水平面内有一光滑金 属导轨,其MN、PQ边的电阻不计,MP边的电阻阻值R=1.5, MN与MP的夹角为135,PQ与MP垂直,MP边长度小于1m。将 质量m=2kg,电阻不计的足够长直导
14、体棒搁在导轨上,并与MP平行。棒与MN、PQ交点G、H间的距离L=4m。空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T。在外力作用下,棒由GH处以一定的初速度向左做直线运动,运动时回路中的电流强度始终与初始时的电流强度相等。,(1)若初速度v1=3m/s,求棒在GH处所受的安培力大小FA。 (2)若初速度v2=1.5m/s,求棒向左移动距离2m到达EF所需时间t。 (3)在棒由GH处向左移动2m到达EF处的过程中,外力做功W=7J,求初速度v3。,【破题关键】,【解析】(1)棒在GH处速度为v1=3m/s,则据E=BLv1, 而I= 、FA=BIL,解得FA= =8N。,(2)设棒移
15、动距离为a(a=2m),由几何关系知EF间距也为a,磁通量变化 = a(a+L)B。 题设运动时回路中电流保持不变,即感应电动势不变, 有E=BLv2, 因此E= 解得t= =1s。,(3)设克服安培力做功为WA,导体棒在EF处的速度为v3。 由动能定理W-WA=Ek 得W= 克服安培力做功WA=I32Rt, 式中 代入WA=I32Rt得WA=,由于电流始终不变,有Bav3=BLv3, 因此W= 代入数值得3v32+4v3-7=0, 解得v3=1m/s或v3=- m/s(舍去)。 答案：(1)8N(2)1 s(3)1 m/s,【易错提醒】(1)没有很好地利用“MN与MP的夹角为135”而不能确
16、定EF的长度。 (2)在第(3)问中,容易漏掉克服安培力做功而计算错误。,【典例3】两足够长的平行金属导轨间的距离为L,导轨光滑且电阻不计,导轨所在的平面与水平面夹角为,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度为B、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。把一个质量为m的导体棒ab放在金属导轨上,在外力作用下保持静止,导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻为R1。完成下列问题：,(1)如图甲,金属导轨的一端接一个内阻为r的直流电源。撤去外力后导体棒仍能静止,求直流电源电动势。 (2)如图乙,金属导轨的一端接一个阻值为R2的定值电阻,撤去外力让导体棒由静止开始下滑。在加速下滑的过程中,当导体棒的速度达到v时,求此时导体棒的加速度。 (3)求(2)问中导体棒所能达到的最大速度。,【解题探究】 (1)撤去外力后,导体棒静止在导轨上的条件是什么? 提示：安培
