浙江省高考物理总复习 第9章第三节 电磁感应规律的综合应用 大纲人教

第三节电磁感应规律的综合应用第三节电磁感应规律的综合应用 课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练第第三三节节电电磁磁感感应应规规律律的的综综合合应应用用基础知识梳理基础知识梳理基础知识梳理基础知识梳理一、电磁感应中的电路问题一、电磁感应中的电路问题1内电路和外电路内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于线圈都相当于_(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的的_，其余部分是，其余部分是_电源电源内阻内阻外阻外阻BLv特特别别提提示示：电电磁磁感感应应电电路路中中的的电电源源与与恒恒定定电电流流的的电电路路中中的的电电源源不不同同，前前者者是是由由于于导导体体切切割割磁磁感感线线产产生生的的，公公式式为为EBLv，其其大大小小可可能能变变化化，变变化化情情况况可可根根据据其其运运动动情情况况判判断断；而而后后者者的的电电源源电电动动势在电路分析中认为是不变的势在电路分析中认为是不变的二、二、电电磁感磁感应应中的中的图图象象问题问题1图图象象类类型型(1)磁感磁感应应强强度度B、磁通量、磁通量、感、感应电动势应电动势E和感和感应应电电流流I随随时间时间t变变化的化的图图象，即象，即Bt图图象、象、t图图象、象、Et图图象和象和It图图象象(2)对对于切割磁感于切割磁感线产线产生感生感应电动势应电动势和感和感应电应电流的流的情况，情况，还还常涉及感常涉及感应电动势应电动势E和感和感应电应电流流I随随导导体体位移位移x变变化的化的图图象，即象，即Ex图图象和象和Ix图图象象2问题类问题类型型(1)由由给给定的定的电电磁感磁感应过应过程程选选出或画出正确的出或画出正确的图图象象(2)由由给给定的有关定的有关图图象分析象分析电电磁感磁感应过应过程，求解相程，求解相应应的物理量的物理量3应应用知用知识识左手定左手定则则、安培定、安培定则则、楞次定律、右手定、楞次定律、右手定则则、法、法拉第拉第电电磁感磁感应应定律、欧姆定律、牛定律、欧姆定律、牛顿顿运运动动定律、定律、相关数学知相关数学知识识等等特特别别提示：提示：图图象的初始条件，方向与正、象的初始条件，方向与正、负负的的对对应应，物理量的，物理量的变变化化趋势趋势，物理量的增、减或方向，物理量的增、减或方向正、正、负负的的转转折点都是判断折点都是判断图图象的关象的关键键三、三、电电磁感磁感应应中的中的动动力学力学问题问题1安培力的大小：由感安培力的大小：由感应电动势应电动势E_，感，感应电应电流流I 和安培力公式和安培力公式FBIl得得F_.2安培力的方向判断安培力的方向判断(1)右手定右手定则则和左手定和左手定则则相相结结合，先用合，先用_确确定感定感应电应电流方向，再用流方向，再用_判断感判断感应电应电流所流所受安培力方向受安培力方向Blv右手定则右手定则左手定则左手定则(2)用楞次定律判断，感用楞次定律判断，感应电应电流所受安培力的方向流所受安培力的方向一定和一定和导导体切割磁感体切割磁感线线运运动动的方向的方向_3分析分析导导体受力情况体受力情况(包含安培力在内的全面受包含安培力在内的全面受力分析力分析)4根据平衡条件或牛根据平衡条件或牛顿顿第二定律列方程第二定律列方程垂直垂直四、四、电电磁感磁感应应中的能量中的能量转转化化1电电磁感磁感应现应现象的象的实质实质是其他形式的能是其他形式的能转转化化为为_2感感应电应电流在磁流在磁场场中受安培力，外力克服安培力中受安培力，外力克服安培力_，将其他形式的能，将其他形式的能转转化化为为_，电电流做流做功再将功再将电电能能转转化化为为_3电电流做功流做功产产生的生的热热量用焦耳定律量用焦耳定律计计算，公式算，公式为为_.电能电能做功做功电能电能内能内能QI2Rt特特别别提示：提示：电电磁感磁感应应的能量的能量转转化符合能量守恒化符合能量守恒定律，克服安培力做功是把其他形式的能定律，克服安培力做功是把其他形式的能转转化化为电为电能，能，电电能最能最终转终转化化为为焦耳焦耳热热因此同一方因此同一方程中，克服安培力做功，程中，克服安培力做功，转转化成的化成的电电能及能及产产生生的焦耳的焦耳热热不能同不能同时时出出现现课堂互动讲练课堂互动讲练一、一、电电磁感磁感应电应电路路问题问题的求解的求解1对电对电源的理解：源的理解：电电源是将其他形式的能源是将其他形式的能转转化化为为电电能的装置在能的装置在电电磁感磁感应现应现象中，通象中，通过导过导体切割体切割磁感磁感线线和和线线圈磁通量的圈磁通量的变变化而将其他形式的能化而将其他形式的能转转化化为电为电能能2对电对电路的理解：内路的理解：内电电路是切割磁感路是切割磁感线线的的导导体或体或磁通量磁通量发发生生变变化的化的线线圈，外圈，外电电路由路由电电阻、阻、电电容等容等电电学元件学元件组组成成4解决解决电电磁感磁感应电应电路路问题问题的基本方法的基本方法(1)用法拉第用法拉第电电磁感磁感应应定律和楞次定律确定感定律和楞次定律确定感应电应电动势动势的大小和方向；的大小和方向；(2)画等效画等效电电路路图图；(3)运用运用闭闭合合电电路欧姆定律，串并路欧姆定律，串并联电联电路性路性质质，电电功率等公式功率等公式联联立求解立求解特特别别提醒：提醒：(1)判断感判断感应电应电流和流和电动势电动势的方向，都的方向，都是利用是利用“相当于相当于电电源源”的部分根据右手定的部分根据右手定则则或楞次或楞次定律判定的定律判定的实际问题实际问题中中应应注意外注意外电电路路电电流由高流由高电势电势流向低流向低电势电势，而内，而内电电路路则则相反相反(2)在在电电磁感磁感应电应电路中，路中，“相当于相当于电电源源”的的导导体两端体两端的的电压电压等于路端等于路端电压电压即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1(2011年广年广东东惠州惠州调调研研)如如图图931所示，所示，MN、PQ是是间间距距为为L的平行金属的平行金属导轨导轨，置于磁感，置于磁感应应强强度度为为B，方向垂直，方向垂直导轨导轨所在平面向里的匀所在平面向里的匀强强磁磁场场中，中，M、P间间接有一阻接有一阻值为值为R的的电电阻一根与阻一根与导轨导轨接触接触良好、有效阻良好、有效阻值为值为 的金属的金属导线导线ab垂直垂直导轨导轨放置，放置，并在水平外力并在水平外力F的作用下以速度的作用下以速度v向右匀速运向右匀速运动动，则则(不不计导轨电计导轨电阻阻)()图图931A通通过电过电阻阻R的的电电流方向流方向为为PRMBa、b两点两点间间的的电压为电压为BLvCa端端电势电势比比b端高端高D外力外力F做的功等于做的功等于电电阻阻R上上发发出的焦耳出的焦耳热热二、二、电电磁感磁感应图应图象象问题问题分析分析1图图象象问题问题可以可以综综合法拉第合法拉第电电磁感磁感应应定律、楞次定律、楞次定律或右手定定律或右手定则则，安培定，安培定则则和左手定和左手定则则，还还有与有与之相关的之相关的电电路知路知识识和力学知和力学知识识等等2图图象象问题问题的特点：考的特点：考查查方式比方式比较较灵活，有灵活，有时时根根据据电电磁感磁感应现应现象象发发生的生的过过程，确定程，确定图图象的正确与象的正确与否，有否，有时时依据不同的依据不同的图图象，象，进进行行综综合合计计算算3解解题题关关键键：弄清初始条件，正、：弄清初始条件，正、负负方向的方向的对应对应，变变化范化范围围，所研究物理量的函数表达式，所研究物理量的函数表达式，进进出磁出磁场场的的转转折点是解决折点是解决问题问题的关的关键键4解决解决图图象象问题问题的一般步的一般步骤骤(1)明确明确图图象的种象的种类类，即是，即是Bt图还图还是是t图图，或，或者者Et图图、It图图等等(2)分析分析电电磁感磁感应应的具体的具体过过程程(3)用右手定用右手定则则或楞次定律确定方向或楞次定律确定方向对应对应关系关系(4)结结合法拉第合法拉第电电磁感磁感应应定律、欧姆定律、牛定律、欧姆定律、牛顿顿定定律等律等规规律写出函数关系式律写出函数关系式(5)根据函数关系式，根据函数关系式，进进行数学分析，如分析斜率行数学分析，如分析斜率的的变变化、截距等化、截距等(6)画画图图象或判断象或判断图图象象即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2(2011年温州八校年温州八校联联考考)如如图图932所示，一所示，一个正方形个正方形单单匝匝线线圈圈abcd，边长为边长为L，线线圈每圈每边边的的电电阻均阻均为为R，以恒定速度，以恒定速度v通通过过一个一个宽宽度度为为2L的匀的匀强强磁磁场场区，磁感区，磁感应应强强度度为为B，方向垂直，方向垂直纸纸面向里面向里下列下列图图中能正确反映中能正确反映ab两端两端电压电压Uab随随时间时间t变变化化关系的是关系的是()图图932图图933解析：解析：选选B.进进入磁入磁场时场时，Uab应该应该是路端是路端电压电压，大，大小等于小等于电动势电动势E的四分之三，此的四分之三，此时时EBLv，所以，所以Uab3BLv/4，完全，完全进进入磁入磁场场后，没有感后，没有感应电应电流，流，但有感但有感应电动势应电动势，大小，大小为为BLv，出来，出来时电压应该时电压应该是是电动势电动势E的四分之一，的四分之一，UabBLv/4，方向始，方向始终终是是相同的，即相同的，即UaUb.由以上分析可知由以上分析可知选选B.三、三、电电磁感磁感应现应现象中的象中的动动力学力学问题问题1动态动态分析：分析：导导体受力运体受力运动产动产生感生感应电动势应电动势感感应电应电流流通通电导电导体受安培力体受安培力合外力合外力变变化化加速加速度度变变化化速度速度变变化化感感应电动势变应电动势变化化，周而，周而复始地循复始地循环环，直至最，直至最终终达到达到稳稳定状定状态态，此，此时时加速加速度度为为零，而速度零，而速度v通通过过加速达到最大加速达到最大值值，做匀速直，做匀速直线线运运动动或通或通过过减速达到减速达到稳稳定定值值做匀速直做匀速直线线运运动动2两大研究两大研究对对象的制象的制约约关系关系3电电磁感磁感应应中的中的动动力学力学临临界界问题问题(1)解决解决这类问题这类问题的关的关键键是通是通过过运运动动状状态态的分析，的分析，寻寻找找过过程中的程中的临临界状界状态态，如速度、加速度求最大，如速度、加速度求最大值值或最小或最小值值的条件的条件4解决此解决此类问题类问题的基本步的基本步骤骤(1)用法拉第用法拉第电电磁感磁感应应定律和楞次定律定律和楞次定律(包括右手定包括右手定则则)，求出感，求出感应电动势应电动势的大小和方向的大小和方向(2)依据依据闭闭合合电电路欧姆定律，求出回路中的路欧姆定律，求出回路中的电电流流(3)分析分析导导体受力情况体受力情况(包含安培力，可利用左手定包含安培力，可利用左手定则则确定所受安培力的方向确定所受安培力的方向)(4)依据牛依据牛顿顿第二定律列出力学方程或平衡方程，第二定律列出力学方程或平衡方程，以及运以及运动动学方程，学方程，联联立求解立求解即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3(2011年年苏苏北四市北四市调调研研)如如图图934所示，两根所示，两根足足够长够长的平行金属的平行金属导轨导轨水平放置，水平放置，导轨导轨的一端接有的一端接有电电阻和开关，阻和开关，导轨导轨光滑且光滑且电电阻不阻不计计，匀，匀强强磁磁场场的方的方向与向与导轨导轨平面垂直，金属杆平面垂直，金属杆ab置于置于导轨导轨上当开关上当开关S断开断开时时，在金属杆，在金属杆ab上作用一水平向右的恒力上作用一水平向右的恒力F，使金属杆使金属杆ab向右运向右运动进动进入磁入磁场场一段一段时间时间后后闭闭合开合开关并开始关并开始计时计时，金属杆在运，金属杆在运动过动过程中始程中始终终与与导轨导轨垂垂直且接触良好下列关于金属杆直且接触良好下