《2019版高考物理一輪復(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.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019版高考物理一輪復(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.ppt（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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 Blv n t 3 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 k 0 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 B t 圖9 3 1 A 圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流B 圓環(huán)具有收縮的趨勢(shì) 答案 CD 2 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a b 位置 若v1 v2 1 2 則在這兩次過(guò)程中 A 回路電流I1 I2 1 2B 產(chǎn)生的熱量Q1 Q2 1 4C 通過(guò)任一截面的電荷量q1 q2 1 2D 外力的功率P1 P2 1 4答案 AD 圖9 3 2 3 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(guò)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 3 D 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) 2Fx t 答案 AB 的過(guò)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(yuǎn)處自由下落 進(jìn)入與線框平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 在進(jìn)入磁場(chǎng) 圖9 3 4 A 線框做加速運(yùn)動(dòng) 加速度a gB 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(wèn)題 熱點(diǎn)歸納 分析電磁感應(yīng)電路問(wèn)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l(xiāng) 0 3m 導(dǎo)軌左端連接R 0 6 的電阻 區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面B 0 6T的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)區(qū)域?qū)扗 0 2m 細(xì)金屬棒A1和A2用長(zhǎng)為2D 0 4m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r 0 3 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 使金屬棒以恒定速度v 1 0m 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) t 0 到A2離開磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi) 不同時(shí)間段通過(guò)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E2 0 18V 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I 0 36A 流過(guò)R的電流IR 0 12A 綜合以上計(jì)算結(jié)果 繪制通過(guò)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(wèn)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 Blvsin 或E n t 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(guò)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(guò)程中 A PQ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)E Blv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I ER總 A錯(cuò)誤 PQ兩端的電壓為路端電壓 由U外 E Ir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F F安 BIl 拉力的功率P Fv BIlv 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(wèn)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(wèn)題 解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)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(wèn)題的關(guān)鍵是通過(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析 尋找過(guò)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 t 0時(shí) 金屬桿在水平向右 大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運(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ma F mg 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 v at0 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E Blv 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)歐姆定律I ER 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 F mg F安 0 B2l2t0m 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(guò)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)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 FN1 FT F FN1 2mgcos 對(duì)于cd棒 同理有 mgsin FN2 TFN2 mgcos 聯(lián)立 式解得 F mg sin 3 cos I 2 由安培力公式得 F BIl 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 E Blv 式中 v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(wèn)題 熱點(diǎn)歸納 1 過(guò)程分析 1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程 2 電磁感應(yīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程 是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)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W UIt或Q I2Rt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(guò)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(guò)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(wú)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(wèn)題 電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問(wèn)題 這類問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量的轉(zhuǎn)化過(guò)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)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系 處理這類問(wèn)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d 1m 其底端接有阻值為R 2 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B 2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 一質(zhì)量為m 1kg 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F 10N的作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)距離L 6m時(shí) 速度恰好達(dá)到最大 運(yùn)動(dòng)過(guò)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r 2 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 重力加速度大小 為g 10m s2 則此過(guò)程 圖9 3 12 A 桿的速度最大值為5m sB 流過(guò)電阻R的電量為6C C 在這一過(guò)程中 整個(gè)回路產(chǎn)生的焦耳熱為17 5JD 流過(guò)電阻R電流方向?yàn)橛蒫到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l(xiāng) 0 5m 處在同一水平面中 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 8T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下穿過(guò)導(dǎo)軌面 橫跨在導(dǎo)軌上的直導(dǎo)線ab的質(zhì)量m 0 1kg 電阻R 0 8 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 導(dǎo)軌間通過(guò)開關(guān)S將電動(dòng)勢(shì)E 1 5V 內(nèi)電阻r 0 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v 7 5m 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(guò)具體的數(shù)據(jù)計(jì)算說(shuō)明 解 1 在S剛閉合的瞬間 導(dǎo)線ab速度為零 沒(méi)有電磁 ER r 1 5A 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 E E 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 E Blvm 0 E1 5Bl0 8 0 5 m s 3 75m s 2 如果ab以恒定速度v 7 5m s向右沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng) 則ab中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E Blv 0 8 0 5 7 5V 3V由于E E 這時(shí)閉合電路中電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?大 小為 I R r 3 1 50 8 0 2 A 1 5A 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F BlI 0 8 0 5 1 5N 0 6N 所以要使ab以恒定速度v 7 5m s向右運(yùn)動(dòng) 必須有水平向右的恒力F 0 6N作用于ab 上述物理過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化情況 可以概括為下列三點(diǎn) 作用于ab的恒力 F 的功率P Fv 0 6 7 5W 4 5W 電阻 R r 產(chǎn)生焦耳熱的功率 P I 2 R r 1 52 0 8 0 2 W 2 25W 逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鱅 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(lái) 電池吸收能量的功率 P I E 1 5 1 5W 2 25W 由上看出 P P P 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d 0 5m 左端接有電容量C 2000 F的電容 質(zhì)量m 20g的導(dǎo)體棒可在導(dǎo)軌上無(wú)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B 2T 現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力F 0 22N作用于導(dǎo)體棒 使導(dǎo)體棒從靜止開始運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)一段時(shí) 間t 速度達(dá)到v 5m s 則 圖9 3 14 A 此時(shí)電容器兩端電壓為10V B 此時(shí)電容C上的電量為1 10 2C C 導(dǎo)體棒做勻加速運(yùn)動(dòng) 且加速度為20m s2D 時(shí)間t 0 4s 解析 當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到v 5m s時(shí) 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E Bdv 5V 電容器兩端電壓U E 5V 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 此時(shí)電容器的帶電量q CU 1 10 2C 選項(xiàng)B正確 導(dǎo)體棒 在力F作用下 有F BId ma 又I q t q C U U 0 5s 選項(xiàng)C D錯(cuò)誤 答案 B