高考歷史 第9章 第3節(jié) 電磁感應定律的綜合應用知識研習課件 魯科版選修32

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1、電磁感應定律的綜合應用電磁感應與力學問題的綜合，其聯(lián)系的橋梁是磁場對感應電流的在電磁感應現(xiàn)象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路產(chǎn)生感應電動勢，該導體或回路相當于，其余部分相當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體切割磁感線，都要消耗其他形式的能量，轉化為回路中的 這個過程不僅體現(xiàn)了能量的轉化，而且轉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一電磁感應中的電路問題1求解電磁感應中電路問題的關鍵求解電磁感應中電路問題的關鍵是分析清楚內電路和外電路“切割”磁感線的導體和磁通量變化的線圈都相當于“電源”，該部分導體的電阻相當于內電阻，而其余部分的電路

2、則是外電路 2幾個概念 (2)電源內電路的電壓降：UrIr，r是發(fā)生電磁感應現(xiàn)象的導體上的電阻(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)用法拉第電磁感應定律計算感應電動勢的大小，用楞次定律或右手定則確定感應電動勢方向 (2)畫等效電路：感應電流的方向是電源內部電流的方向(3)運用閉合電路歐姆定律，結合串、并聯(lián)電路規(guī)律以及電功率計算公式等各關系式聯(lián)立求解【技巧提示】某電阻兩端的電壓、路端電壓和電動勢三者的區(qū)別：(1)某段導體作為外電路時，它兩端的電壓就是電流與其電阻的乘積(2)某段導體作為電源時，它兩端的電壓就是

3、路端電壓，等于電流與外電阻的乘積，或等于電動勢減去內壓當其電阻不計時，路端電壓等于電源電動勢(3)某段導體作為電源，斷路時電壓等于電動勢 【案例1】（2011重慶理綜）有人設計了一種可測速的跑步機，測速原理如圖所示.該機底面固定有間距為L、長度為d的平行金屬電極，電極間充滿磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場，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，不計金屬電阻.若橡膠帶勻速運動時，電壓表讀數(shù)為U.求： （1）橡膠帶勻速運動的速率； （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”型導軌，在“U”型導軌右側l=0.5 m范圍內存在垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示.在t=0時刻，質量為m=0.1 kg的導體棒以v0=1 m/s的初速度從導軌的左端開始向右運動，導體棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為=0.1,導軌與導體棒單位長度的電阻均為=0.1 /m,不計導體棒與導軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響（取g=10 m/s2）. （1）通過計算分析4 s內導體棒的運動情況; （2）計算4 s內回路中電流的大小，并判斷電流方向； （3）計算4 s內回路產(chǎn)生的焦耳熱.

5、【答案【答案】（1）前）前1 s導體棒做勻減速直線運動，導體棒做勻減速直線運動，14 s內一直保持靜止內一直保持靜止.（2）0.2 A,沿順時針方向（沿順時針方向（3）0.04 J考點二電磁感應與力學綜合問題中運動的動態(tài)結構和能量轉化特點1運動的動態(tài)結構2能量轉化特點 3安培力在不同情況下的作用 (1)若磁場不動，導體做切割磁感線的運動，導體所受安培力與導體運動方向相反，此即電磁阻尼在這種情況下，安培力對導體做負功，即導體克服安培力做功，將機械能轉化為電能，進而轉化為焦耳熱 (2)若導體開始時靜止，磁場(磁體)運動，由于導體相對磁場向相反方向做切割磁感線運動而產(chǎn)生感應電流，進而受到安培力作用，

6、這時安培力成為導體運動的動力，此即電磁驅動在這種情況下，安培力做正功，電能轉化為導體的機械能【技巧提示】在利用能量的轉化和守恒解決電磁感應中的問題時，要分析安培力的做功情況，即安培力在導體運動過程中是做正功還是做負功另外，參與能量轉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確 4電磁感應綜合問題中的兩個研究對象及其相互制約關系【技巧提示】電磁感應中切割磁感線的導體要運動，產(chǎn)生的感應電流又要受到安培力的作用在安培力作用下，導體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，這就可能需要應用牛頓運動定律電磁感應的過程也是能量相互轉化的過程所以，在分析解決電磁感應問題時，經(jīng)常要用到動能定理、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軌MN、PQ間距為l=0.5 m，其電阻不計，兩導軌及其構成的平面均與水平面成30角.完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導軌放置，每棒兩端都與導軌始終有良好接觸，已知兩棒質量均為m=0.02 kg，電阻均為R=0.1 ，整個裝置處在垂直于導軌平面向上的勻強磁場中，磁感應強度B=0.2 T,棒ab在平行于導軌向上的力F作用下，沿導軌向上勻速運動，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,由共點力平衡知F=mgsin30+IlB. 代入數(shù)據(jù)解得F=0.2 N. （3）設在時間t內棒cd產(chǎn)生Q=0.1 J的熱量，由焦耳定律知Q=I2Rt. 設棒ab勻速運動的速度大小為v,其產(chǎn)生的感應電動勢 E=Blv. 由閉合電路歐姆定律知I= . 由運動學公式知在時間t內，棒ab沿導軌的位移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【即時鞏固2】(2010天津理綜)如圖所示，質量m10.1 kg，電阻R10.3 ，長度l0.4 m的導體棒ab橫放在U形金屬框架上框架質量m20.2 kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)0.2.相距0.4 m的MM、NN相互平行，電阻不計且足夠長電阻R20.1 的MN垂直于MM.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度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動，始終與MM、NN保持良好接觸當ab運動到某處時，框架開始運動設框架與水平面間最大

10、靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10 m/s2.(1)求框架開始運動時ab速度v的大??；(2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中，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摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力F2N，ab中的感應電動勢EBlv，MN受到的安培力F安IlB，框架開始運動時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考點三 電磁感應中的圖象問題這些圖象問題大體可分為兩類：由給出的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象；由給定的有關圖

11、象分析電磁感應過程，求解相應物理量不管是哪種類型，電磁感應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定律等規(guī)律分析解決電磁感應現(xiàn)象中圖象問題分析的關鍵是：抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應電動勢(電流)是否大小恒定；用楞次定律判斷出感應電動勢(或電流)的方向，從而確定其正負以及在坐標中的范圍 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)分析電磁感應現(xiàn)象的具體過程 (3)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)方程 (4)根據(jù)函數(shù)方程，進行數(shù)學分析，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，存在著磁感應強度大小均為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，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應電流變化規(guī)律的是圖()【答案】【答案】A、C 【即時鞏固3】（2011海南高考）如圖，EOF和EOF為空間一勻強磁場的邊界，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的正方形導線框沿OO方向勻速通過磁場，t=0時刻恰好位于圖示位置.規(guī)定導線框中感應電流沿逆時針方向時為正，則感應電流i與時間t的關系圖線可能正確的是（ ） 【解析】本題中四個選項都是i-t關系圖線，故可用排除法.因在第一個階段內通過導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針方向，故C、D錯誤.由于在穿過整個磁場區(qū)域的磁通量變化量=0，由q=/R可知整個過程中通過導線框的總電荷量也應為零，而在i-t圖象中圖線與時間軸所圍總面積為零，即時間軸的上下圖形面積的絕對值應相等.故A錯誤，B正確. 【答案】B