《2019版高考物理一轮复习专题九电磁感应第3讲电磁感应定律的综合应用课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理一轮复习专题九电磁感应第3讲电磁感应定律的综合应用课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲,电磁感应定律的综合应用,1.内电路和外电路,电源,(1) 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈相当于,_.,内阻,外电阻,(2)产生电动势的那部分导体或线圈的电阻相当于电源的 _，其他部分的电阻相当于_.2.电磁感应现象产生的电动势 E_(B、l、v 三者两,两垂直)或 E_.,Blv,n,t,3.闭合电路的欧姆定律：闭合电路的电流与_成正,比，与_成反比.,电压,电阻,BIlsin ,4.通电导体棒在磁场中受到的安培力 F_.,k(k0).则(,【基础自测】1.(多选，2017 年江苏宿迁调研)用一根横截面积为 S、电阻 率为的硬质导线做成一个半径为 r 的圆环，ab 为圆环的一条
2、直 径.如图 9-3-1 所示，在 ab 的左侧存在一个匀强磁场，磁场垂直 圆环所在平面，方向如图所示，磁感应强度大小随时间的变化,率,Bt,),图 9-3-1,A.圆环中产生逆时针方向的感应电流B.圆环具有收缩的趋势,答案：CD,2.(多选)如图 9-3-2 所示，阻值为 R 的金属棒从图示 ab 位置分别以 v1、v2 的速度沿光滑导轨(电阻不计)匀速滑到 ab,),位置，若 v1v212，则在这两次过程中(A.回路电流 I1I212B.产生的热量 Q1Q214C.通过任一截面的电荷量 q1q212D.外力的功率 P1P214答案：AD,图 9-3-2,3.(多选)如图 9-3-3 所示，
3、金属棒 AB 垂直跨放在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，棒与导轨接触良好，棒 AB和导轨的电阻均忽略不计，导轨左端接有电阻 R，垂直于导轨平面的匀强磁场向下穿过平面，现以水平向右的恒力 F 拉着棒AB 向右移动，t 秒末棒 AB 的速度为 v，移动距离为 x，且在 t,),秒内速度大小一直在变化，则下列判断正确的是(图 9-3-3,D.t秒末外力 F 做功的功率为,A.t 秒内 AB 棒所受安培力方向水平向左且逐渐增大B.t 秒内 AB 棒做加速度逐渐减小的加速运动C.t 秒内 AB 棒做匀加速直线运动,2Fx,t,答案：AB,的过程中，不可能发生的情况是( ),4.如图 9-3-4 所
4、示，一金属方框 abcd 从离磁场区域上方高 h处自由下落，进入与线框平面垂直的匀强磁场中，在进入磁场,图 9-3-4,A.线框做加速运动，加速度 agB.线框做匀速运动C.线框做减速运动D.线框会反跳回原处答案：D,. . .,热点 1,电磁感应中的电路问题,热点归纳分析电磁感应电路问题的基本思路：,【典题 1】如图 9-3-5 甲所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距 l0.3 m，导轨左端连接 R0.6 的电阻，区域 abcd内存在垂直于导轨平面 B0.6 T 的匀强磁场，磁场区域宽 D0.2 m.细金属棒 A1 和 A2 用长为 2D0.4 m 的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与
5、导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电,阻均为 r0.3 .导轨电阻不计.使金属棒以恒定速度 v1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场.计算从金属棒 A1 进入磁场(t0)到 A2 离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻 R 的电流强度，并在图乙中画出.,甲,乙,图 9-3-5,的时间内，A2 上的感应电动势为 E20.18 V，其等效电路如图乙所示,甲,乙,图 9-3-6,图 9-3-7,由图乙知，电路总电阻 R总0.5 ，总电流 I0.36 A，流过 R 的电流 IR0.12 A，综合以上计算结果，绘制通过 R 的电流与时间关系如图 9-3-7 所示.,方法技巧：解决电磁感应中的电路问题的三步曲：(1)
6、确定电源.切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，利用 E ,Blvsin 或 En,t,求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次,定律判断电流方向.(2)分析电路结构(内、外电路及外电路的串、并联关系)，画出等效电路图.(3)利用电路规律求解.主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解.,【迁移拓展】如图 9-3-8 所示，由某种粗细均匀的总电阻为 3R 的金属条制成的矩形线框 abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场 B 中.一接入电路电阻为 R 的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿 ab、dc 以速度 v 匀速滑动，滑动过程 PQ
7、 始终与 ab 垂直，且与线框接触良好，不计摩擦.在 PQ 从,靠近 ad 处向 bc 滑动的过程中(,),A.PQ 中电流先增大后减小B.PQ 两端电压先减小后增大C.PQ 上拉力的功率先减小后增大,D.线框消耗的电功率先减小后增大,图 9-3-8,可知电流应先减小后增大，,解析：感应电动势 EBlv 保持不变，导体棒向右运动时电,路的总电阻先增大后减小，由 I,E R 总,A 错误；PQ 两端的电压为路端电压，由 U 外EIr 可知路端电压先增大后减小，B 错误；PQ 棒匀速运动，由平衡条件有拉力 FF 安BIl，拉力的功率 PFvBIlv，可见功率应先减小 后增大，C 正确；当 PQ 棒
8、位于 ab 正中央时线框的等效电阻(相当于外电阻)为 0.75R，小于导体棒的电阻(相当于内阻)，由如图 D48 所示的 P 出-R 外图象可知线框消耗的功率(相当于外电路的总功率，即电源的输出功率)应先增大后减小，D 错误.,答案：C,图 D48,热点 2,电磁感应中的动力学问题,热点归纳1.用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题：解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力”，具体思路如下：,2.动态分析的基本思路：,解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度最大或最小的条件.具体思路如下：,【典题 2】(2016 年新课标卷)如图 9-3-9 所示，
9、水平面(纸 面)内间距为 l 的平行金属导轨间接一电阻，质量为 m、长度为 l 的金属杆置于导轨上.t0 时，金属杆在水平向右、大小为 F 的恒定拉力作用下由静止开始运动.t0 时刻，金属杆进入磁感应 强度大小为 B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁 场中恰好能保持匀速运动.杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始 终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为.重力加速 度大小为 g.求：,图 9-3-9,(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小. (2)电阻的阻值.,解：(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为 a，由牛顿第,二定律得 maFmg,设金属杆到达磁场左边界时的速度为 v，由运
10、动学公式有,vat0,当金属杆以速度 v 在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定,律得，杆中的电动势为 EBlv,联立式解得 R,(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆中的电流为,I，根据欧姆定律 I,E R,式中 R 为电阻的阻值.金属杆所受的安培力为 F安BIl因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得,FmgF安0,B2l2t0m,.,【迁移拓展】(2016 年新课标卷)如图 9-3-10 所示，两固 定的绝缘斜面倾角均为，上沿相连.两细金属棒 ab(仅标出 a 端) 和 cd(仅标出 c 端)长度均为 l，质量分别为 2m 和 m；用两根不 可伸长的柔软轻质导线将它们连成闭合回路 abdc
11、a，并通过固 定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属 棒水平.右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度的大小为 B，方向 垂直于斜面向上，已知两根导线刚好不在磁场中，回路电阻为 R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为，重力加速度大小为 g，已知金属棒 ab 匀速下滑.求：,(1)作用在金属棒 ab 上的安培力的大小. (2)金属棒运动速度的大小.,图 9-3-10,解：(1)设导线的张力的大小为 T，右斜面对 ab 棒的支持力的大小为 FN1，作用在 ab 棒上的安培力的大小为 F，左斜面对cd 棒的支持力大小为 FN2，对于 ab 棒，由力的平衡条件得,2mgsin FN1FTF,FN
12、12mgcos ,对于 cd 棒，同理有,mgsin FN2TFN2mgcos ,联立式解得,Fmg(sin 3cos ).,I,(2)由安培力公式得,FBIl,这里 I 是回路 abdca 中的感应电流，ab 棒上的感应电动势为,EBlv,式中，v 是 ab 棒下滑速度的大小，由欧姆定律得,E R,联立式解得,热点 3,电磁感应中的能量问题,热点归纳1.过程分析：(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程实质上是能量转 化的过程.(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安 培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功.此过程中，其他形式的能转化为电能.“外力”
13、克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能.(3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能. 安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程.安培力 做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能.,2.求解思路：,(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及 WUIt 或 Q,I2Rt 直接进行计算.,(2)若电流变化，则：利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能.,【典题 3】(多选)如图 9-3-11 所示，光滑平行金属轨道平面与水平面成 角，两轨道上端用一电阻R 相连，该装
14、置处于匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上，质量为 m 的金属杆 ab以初速度 v0 从轨道底端向上滑行，滑行到某一高度 h 后又返回到底端.若运动过程中，金属杆始终保持与导轨垂直且接触良,),好，且轨道与金属杆的电阻均忽略不计，则(图 9-3-11,解析：金属杆从轨道底端滑上斜面到又返回到出发点时，,由于电阻 R 上产生热量，故返回时速度小于 v0，选项 A 错误；上滑到最高点时动能转化为重力势能和电阻 R 上产生的热量(即克服安培力所做的功)，选项 B、C 正确；金属杆两次通过轨道上同一位置时的速度大小不同，电路的电流不同，故电阻的热功率不同，选项 D 错误.,答案：BC,方法技巧：无论是
15、磁场变化、线圈面积变化或者闭合电路的部分导体切割磁感线，只要产生感应电动势，在闭合回路中产生感应电流，就会产生电能，最终消耗在回路中产生内能，从能量转化的角度遵循能量守恒定律即可解决问题.,电磁感应中的导体棒问题,这类问题的实质是不同形式的能量的转化过程，从功和能的观点入手，弄清导体切割磁感线运动过程中的能量转化关系，处理这类问题有三种观点，即：力学观点；图象观点；能量观点.单杆模型中常见的四种情况如下表所示：,(续表),(续表),考向 1,导体棒切割磁感线与含电阻电路的综合,【典题 4】(多选，2017 年福建宁德质检)如图 9-3-12 所示，固定在倾角为30的斜面内的两根平行长直光滑金属导轨的间距为 d1 m，其底端接有阻值为 R2 的电阻，整个装置处在垂直斜面向上、磁感应强度大小为 B2 T 的匀强磁场中.一质量为 m1 kg(质量分布均匀)的导体杆 ab 垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触.现杆在沿斜面向上、垂直于杆的恒力F10 N 的作用下从静止开始沿导轨向上运动距离 L6 m 时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直).设导体杆接入电路的电阻为 r2 ，导轨电阻不计，重力加速度大小,为 g10 m/s2.则此过程(,),图 9-3-12,A.杆的速度最大值为 5 m/sB.流过电阻 R 的电量为 6 C,
