高中物理电磁感应选修3-2第9章第3讲电磁感应规律的综合应用.ppt

第第3讲讲电电磁感磁感应规应规律的律的综综合合应应用用本节目录本节目录基基础础再再现现对对点点自自测测知知能能演演练练轻轻巧巧夺夺冠冠考考点点探探究究讲讲练练互互动动技技法法提提炼炼思思维维升升华华要要点点透透析析直直击击高高考考基础再现对点自测基础再现对点自测知知识识清清单单电电源源内阻内阻外阻外阻Blv二、二、电电磁感磁感应应中的中的图图象象问题问题图图象象类类型型(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随随导导体位体位移移x变变化的化的图图象，即象，即Ex图图象和象和Ix图图象象问题问题类类型型(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应应用用知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、法拉、法拉第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、相关定律、相关数学知数学知识识等等特特别别提提示示：图图象象的的初初始始条条件件，方方向向与与正正、负负的的对对应应，物物理理量量的的变变化化趋趋势势，物物理理量量的的增增、减减或或方方向向正正、负负的的转转折折点点都都是判断是判断图图象的关象的关键键Blv右手定右手定则则左手定左手定则则相反相反四、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感感应应电电流流在在磁磁场场中中受受安安培培力力，外外力力克克服服安安培培力力_，将将其他形式的能其他形式的能转转化化为为_,电电流做功再将流做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_.电电能能做功做功电电能能内能内能QI2Rt热热身体身体验验1.粗粗细细均均匀匀的的电电阻阻丝丝围围成成的的正正方方形形线线框框置置于于有有界界匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直于于线线框框平平面面，其其边边界界与与正正方方形形线线框框的的边边平平行行现现使使线线框框以以同同样样大大小小的的速速度度沿沿四四个个不不同同方方向向平平移移出出磁磁场场，如如图图所所示示，则则在在移移出出过过程程中中线线框框一一边边a、b两两点点间间的的电势电势差差绝对值绝对值最大的是最大的是()2(2013哈哈尔尔滨滨一一模模)有有一一个个匀匀强强磁磁场场，它它的的边边界界是是MN，在在MN左左侧侧是是无无场场区区域域，右右侧侧是是匀匀强强磁磁场场区区域域，如如图图甲甲所所示示现现在在有有一一个个金金属属线线框框以以恒恒定定速速度度从从MN左左侧侧进进入入匀匀强强磁磁场场区区域域，线线框框中中的的电电流流随随时时间间变变化化的的it图图象象如如图图乙乙所示所示则则可能的可能的线线框是框是()3如如图图所示，在一匀所示，在一匀强强磁磁场场中有一中有一U形形导导体框体框bacd，线线框框处处于水平面内，磁于水平面内，磁场场与与线线框平面垂直框平面垂直,R为为一一电电阻，阻，ef为为垂垂直于直于ab的一根的一根导导体杆体杆,它可以在它可以在ab、cd上无摩擦地滑上无摩擦地滑动动,杆杆ef及及线线框中框中导导体的体的电电阻都可不阻都可不计计开始开始时时，给给ef一个向右一个向右的初速度，的初速度，则则()Aef将减速向右运将减速向右运动动，但不是匀减速，但不是匀减速Bef将匀速向右运将匀速向右运动动Cef将加速向右运将加速向右运动动Def将做往复运将做往复运动动4(2013福州高三福州高三统统考考)如如图图所示，固定在水平所示，固定在水平绝缘绝缘平面上平面上足足够长够长的金属的金属导轨导轨不不计电计电阻，但表面粗糙，阻，但表面粗糙，导轨导轨左端左端连连接接一个一个电电阻阻R，质质量量为为m的金属棒的金属棒(电电阻也不阻也不计计)放在放在导轨导轨上，上，并并 与与导轨导轨垂直，整个装置放在匀垂直，整个装置放在匀强强磁磁场场中，磁中，磁场场方向与方向与导轨导轨平面垂直用水平恒力平面垂直用水平恒力F把把ab棒从静止起向右拉棒从静止起向右拉动动的的过过程中，下列程中，下列说说法正确的是法正确的是()A恒力恒力F做的功等于做的功等于电电路路产产生的生的电电能能B恒力恒力F和摩擦力的合力做的功等于和摩擦力的合力做的功等于电电路中路中产产生的生的电电能能C克服安培力做的功等于克服安培力做的功等于电电路中路中产产生的生的电电能能D恒力恒力F和摩擦力的合力做的功小于和摩擦力的合力做的功小于电电路中路中产产生的生的电电能和能和棒棒获获得的得的动动能之和能之和热热身体身体验验答案与解析答案与解析要点透析直击高考要点透析直击高考特特别别提醒：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，都是利用的方向，都是利用“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定律判定的或楞次定律判定的.实际实际问题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”的的导导体两端的体两端的电压电压等等于路端于路端电压电压.即即时时应应用用2如如图图所所示示，等等腰腰三三角角形形内内分分布布有有垂垂直直于于纸纸面面向向外外的的匀匀强强磁磁场场，它它的的底底边边在在x轴轴上上且且长长为为2L，高高为为L.纸纸面面内内一一边边长长为为L的的正正方方形形导导线线框框沿沿x轴轴正正方方向向做做匀匀速速直直线线运运动动穿穿过过匀匀强强磁磁场场区区域域，在在t0时时刻刻恰恰好好位位于于图图中中所所示示的的位位置置以以顺顺时时针针方方向向为为导导线线框框中中电电流流的的正正方方向向，下下面面四四幅幅图图中中能能够够正确表示正确表示电电流流位移位移(Ix)关系的是关系的是()解解析析：选选A.因因题题中中线线框框在在磁磁场场中中切切割割磁磁感感线线的的有有效效长长度度随随时时间间发发生生变变化化，故故应应分分段段对对其其有有效效长长度度进进行行分分析析，并并根根据据有有效效长长度度的的变变化化确确定定感感应应电电动动势势大大小小的的变变化化，从从而而确定感确定感应电应电流大小的流大小的变变化化(1)线线框框前前进进L过过程程中中，由由楞楞次次定定律律可可知知，电电流流方方向向为为正正，线线框右框右边边的有效切割的有效切割长长度增大，感度增大，感应电应电流正向增大；流正向增大；(2)线线框框前前进进L1.5L过过程程中中，左左、右右两两边边均均切切割割磁磁感感线线，但但右右边边产产生生的的感感应应电电流流大大于于左左边边，电电流流仍仍为为正正有有效效切切割割长长度减小，感度减小，感应电应电流减小；流减小；(3)线线框框前前进进1.5L2L过过程程中中，左左、右右两两边边均均切切割割磁磁感感线线，但但左左边边产产生生的的感感应应电电流流大大于于右右边边，电电流流为为负负有有效效切切割割长长度增大，感度增大，感应电应电流增大；流增大；(4)线线框框前前进进2L3L过过程程中中,左左边边切切割割磁磁感感线线，电电流流仍仍为为负负.有效切割有效切割长长度减小，感度减小，感应电应电流减小流减小三、三、电电磁感磁感应应中的中的动动力学力学问题问题导导体的两种状体的两种状态态及及处处理方法理方法(1)导导体的平衡体的平衡态态静止或匀速直静止或匀速直线线运运动动状状态态处处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析(2)导导体的非平衡体的非平衡态态加速度不加速度不为为零零处处理理方方法法：根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律进进行行动动态态分分析析或或结结合合功功能能关关系分析系分析即即时应时应用用3一个一个刚刚性矩形性矩形铜铜制制线线圈从高圈从高处处自由下落，自由下落，进进入入一水平的匀一水平的匀强强磁磁场场区域，然后穿出磁区域，然后穿出磁场场区域区域继续继续下落，如下落，如图图所示，所示，则则()A若若线线圈圈进进入磁入磁场过场过程是匀速运程是匀速运动动，则则离开磁离开磁场过场过程一定是匀速运程一定是匀速运动动B若若线线圈圈进进入磁入磁场过场过程是加速运程是加速运动动，则则离开磁离开磁场过场过程一定是加速运程一定是加速运动动C若若线线圈圈进进入磁入磁场过场过程是减速运程是减速运动动，则则离开磁离开磁场过场过程一定是减速运程一定是减速运动动D若若线线圈圈进进入磁入磁场过场过程是减速运程是减速运动动，则则离开磁离开磁场过场过程一定是加速运程一定是加速运动动解解析析：选选C.由由题题图图可可知知，线线圈圈的的宽宽度度远远小小于于磁磁场场边边界界的的宽宽度度，所所以以当当线线圈圈匀匀速速进进入入时时，速速度度恒恒定定，但但线线圈圈完完全全进进入入磁磁场场后后，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量不不发发生生变变化化，没没有有感感应应电电流流，线线圈圈只只受受重重力力，做做加加速速度度为为g的的匀匀加加速速运运动动，所所以以离离开开磁磁场场时时速速度度大大于于进进入入磁磁场场时时的的速速度度，安安培培力力一一定定大大于于重重力力，线线圈圈一一定定做做减减速速运运动动，所所以以选选项项A错错误误；同同理理，如如果果进进入入的的过过程程是是加加速速运运动动，速速度度增增大大，完完全全进进入入后后又又做做加加速速度度为为g的的匀匀加加速速运运动动，速速度度也也增增大大，所所以以离离开开时时应应该该有有三三种种可可能能，仍仍然然加加速速离离开开、匀匀速速离离开开或或减减速速离离开开，故故选选项项B错错误误；如如果果线线圈圈进进入入的的过过程程是是减减速速运运动动，速速度度减减小小，但但完完全全进进入入后后又又是是做做加加速速度度为为g的的匀匀加加速速运运动动，由由图图中中的的磁磁场场宽宽度度可可知知，离离开开时时的的速速度度一一定定会会大大于于进进入入时时的的速速度度，所所以以离离开开时时一一定定是做减速运是做减速运动动，所以，所以选项选项C正确、正确、D错误错误四、四、电电磁感磁感应应中的能量中的能量问题问题分析分析1过过程分析程分析(1)电电磁磁感感应应现现象象中中产产生生感感应应电电流流的的过过程程，实实质质上上是是能能量量的的转转化化过过程程(2)电电磁磁感感应应过过程程中中产产生生的的感感应应电电流流在在磁磁场场中中必必定定受受到到安安培培力力的的作作用用，因因此此，要要维维持持感感应应电电流流的的存存在在,必必须须有有“外外力力”克克服服安安培培力力做做功功此此过过程程中中，其其他他形形式式的的能能转转化化为为电电能能“外外力力”克克服服安安培培力力做做了了多多少少功功，就就有有多多少少其其他他形形式式的的能能转转化化为为电电能能(3)当当感感应应电电流流通通过过用用电电器器时时，电电能能又又转转化化为为其其他他形形式式的的能能.安安培培力力做做功功的的过过程程，是是电电能能转转化化为为其其他他形形式式能能的的过过程程安安培力做了多少功，就有多少培力做了多少功，就有多少电电能能转转化化为为其他形式的能其他形式的能2求解思路求解思路(1)若若回回路路中中电电流流恒恒定定，可可以以利利用用电电路路结结构构及及WUIt或或QI2Rt直接直接进进行行计计算算(2)若若电电流流变变化化，则则：利利用用安安培培力力做做的的功功求求解解：电电磁磁感感应应中中产产生生的的电电能能等等于于克克服服安安培培力力所所做做的的功功；利利用用能能量量守守恒恒求求解解：若若只只有有电电能能与与机机械械能能的的转转化化，则则机机械械能能的的减减少少量量等于等于产产生的生的电电能能考点探究讲练互动考点探究讲练互动例例例例1 1(1)从从金金属属条条ab进进入入“扇扇形形”磁磁场场时时，求求感感应应电电动动势势E，并并指出指出ab上的上的电电流方向；流方向；(2)从从金金属属条条ab进进入入“扇扇形形”磁磁场场时时，画画出出“闪闪烁烁”装装置置的的电电路路图图；(3)从从金金属属条条ab进进入入“扇扇形形”磁磁场场时时开开始始，经经计计算算画画出出轮轮子子转转一一圈圈过过程程中中，内内圈圈与与外外圈圈之之间间电电势势差差Uab随随时时间间t变变化化的的Uabt图图象象【答案答案】见见解析解析跟踪跟踪训练训练 如如图图所示，半径所示，半径为为a的的圆圆形区域内有匀形区域内有匀强强磁磁场场,磁感磁感强强度度B0.2 T，磁，磁场场方向垂直于方向垂直于纸纸面向里，半径面向里，半径为为b的的金属金属圆环圆环与磁与磁场场同心放置，磁同心放置，磁场场与与环环面垂直，其中面垂直，其中a0.4 m，b0.6 m金属金属环环上分上分别别接有灯接有灯L1、L2，两灯的，两灯的电电阻均阻均为为R02.一金属棒一金属棒MN与金属与金属环环接触良好，棒与接触良好，棒与环环的的电电阻阻均不均不计计答案：答案：见见解析解析考点考点2电电磁感磁感应应中的中的图图象象问题问题 (2012高考重高考重庆庆卷卷)如如图图所示所示,正方形正方形区域区域MNPQ内有垂直内有垂直纸纸面向里的匀面向里的匀强强磁磁场场在外力作用下，一正方形在外力作用下，一正方形闭闭合合刚刚性性导线导线框框沿沿QN方向匀速运方向匀速运动动，t0时时刻，其四个刻，其四个顶顶点点M、N、P、Q恰好在磁恰好在磁场边场边界中点下列界中点下列图图象中能反象中能反映映线线框所受安培力框所受安培力F的大小随的大小随时间时间t变变化化规规律的是律的是()例例例例2 2【答案答案】B【方方法法总总结结】解解题题时时一一定定要要分分析析清清楚楚运运动动过过程程，找找出出切切割割磁磁感感线线的的有有效效长长度度，同同时时搞搞清清切切割割磁磁感感线线的的有有几几部部分分导导体有一些体有一些题题目根据方向排除目根据方向排除错误选项较为简单错误选项较为简单考点考点3电电磁感磁感应应中的中的动动力学力学问题问题 (2011高高考考四四川川卷卷)如如图图所所示示，间间距距l0.3 m的的平平行行金金属属导导轨轨a1b1c1和和a2b2c2分分别别固固定定在在两两个个竖竖直直面面内内在在水水平平面面a1b1b2a2区区域域内内和和倾倾角角37的的斜斜面面c1b1b2c2区区域域内内分分别别有有磁磁感感应应强强度度B10.4 T、方方向向竖竖直直向向上上和和B21 T、方方向向垂垂直直于于斜斜面面向向上上的的匀匀强强磁磁场场电电阻阻R0.3、质质量量m10.1 kg、长长为为l的的相相同同导导体体杆杆K、S、Q分分别别放放置置在在导导轨轨上上，S杆杆的的两两端端固固定定在在b1、b2点点，K、Q杆杆可可沿沿导导轨轨无无摩摩擦擦滑滑动动且且始始终终接接触触良良好好一一端端系系于于K杆杆中中点点的的轻轻绳绳平平行行于于导导轨轨绕绕过过轻轻质质定定滑滑轮轮自自然然下垂，下垂，绳绳上穿有上穿有质质量量m20.05 kg的小的小环环例例3已已知知小小环环以以a6 m/s2的的加加速速度度沿沿绳绳下下滑滑，K杆杆保保持持静静止止，Q杆杆在在垂垂直直于于杆杆且且沿沿斜斜面面向向下下的的拉拉力力F作作用用下下匀匀速速运运动动不不计计导导轨轨电电阻阻和和滑滑轮轮摩摩擦擦，绳绳不不可可伸伸长长取取g10 m/s2，sin370.6，cos370.8.求：求：(1)小小环环所受摩擦力的大小；所受摩擦力的大小；(2)Q杆所受拉力的瞬杆所受拉力的瞬时时功率功率【答案答案】(1)0.2 N(2)2 W考点考点4电电磁感磁感应应中的能量中的能量问题问题 (2012高考天津卷高考天津卷)如如图图所示，一所示，一对对光光滑的平行金属滑的平行金属导轨导轨固定在同一水平面内固定在同一水平面内,导轨导轨间间距距l0.5 m,左端接有阻左端接有阻值值R0.3 的的电电阻阻一一质质量量m0.1 kg,电电阻阻r0.1 的金属棒的金属棒MN放置在放置在导轨导轨上，整个装置置于上，整个装置置于竖竖直向上的匀直向上的匀强强磁磁场场中，磁中，磁场场的磁感的磁感应应强强度度B0.4 T棒在水平向右的外力作用下，由静棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以止开始以a2 m/s2的加速度做匀加速运的加速度做匀加速运动动，当棒的位移，当棒的位移s9 m时时撤去外力，棒撤去外力，棒继续继续运运动动一段距离后停下来，已知撤去外一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中力前后回路中产产生的焦耳生的焦耳热热之比之比Q1 Q22 1.导轨导轨足足够长够长且且电电阻不阻不计计，棒在运，棒在运动过动过程中始程中始终终与与导轨导轨垂直且两端与垂直且两端与导轨导轨保持保持良好接触求：良好接触求：例例4(1)棒在匀加速运棒在匀加速运动过动过程中，通程中，通过电过电阻阻R的的电电荷量荷量q；(2)撤去外力后回路中撤去外力后回路中产产生的焦耳生的焦耳热热Q2；(3)外力做的功外力做的功WF.【答案答案】(1)4.5 C(2)1.8 J(3)5.4 J【方法方法总结总结】求解求解电电磁感磁感应应中的能量中的能量问题问题的一般步的一般步骤骤：(1)用用法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律和和楞楞次次定定律律确确定定感感应应电电动动势势的的大小和方向大小和方向(2)画画出出等等效效电电路路，求求出出回回路路中中电电阻阻消消耗耗电电功功率率的的表表达达式式(3)分分析析导导体体机机械械能能的的变变化化，用用动动能能定定理理或或能能量量守守恒恒关关系系，得到机械功率的改得到机械功率的改变变所所满满足的方程足的方程思思维维建模建模 电电磁感磁感应应中中“杆杆导轨导轨”模型模型【范范例例】(14分分)(2011高高考考天天津津卷卷)如如图图所所示示，两两根根足足够够长长的的光光滑滑平平行行金金属属导导轨轨MN、PQ间间距距为为l0.5 m,其其电电阻阻不不计计,两两导导轨轨及及其其构构成成的的平平面面均均与与水水平平面面成成30角角完完全全相相同同的的两两金金属属棒棒ab、cd分分别别垂垂直直导导轨轨放放置置，每每棒棒两两端端都都与与导导轨轨始始终终有有良良好好接接触触，已已知知两两棒棒质质量量均均为为m0.02 kg，电电阻阻均均为为R0.1,整整个个装装置置处处在在垂垂直直于于导导轨轨平平面面向向上上的的匀匀强强磁磁场场中中，磁磁感感应应强强度度B0.2 T，棒棒ab在在平平行行于于导导轨轨向向上上的的力力F作作用用下下,沿沿导导轨轨向向上上匀匀速速运运动动，而而棒棒cd恰恰好好能能够够保保持持静静止止，取取g10 m/s2，问问：技法提炼思维升华技法提炼思维升华(1)通通过过棒棒cd的的电电流流I是多少，方向如何？是多少，方向如何？(2)棒棒ab受到的力受到的力F多大？多大？(3)棒棒cd每每产产生生Q0.1 J的的热热量，力量，力F做的功做的功W是多少？是多少？寻规寻规探法探法批批注注：棒棒均均处处于于受受力力平平衡衡状状态态，这这是是解解题题的的关关键键条条件件，由由此此可可求求出出回回路路中中的的电电流流大大小小，据据楞楞次次定定律律可可知知cd棒棒中中电电流方向；流方向；批批注注：还还可可求求出出ab棒棒所所受受的的安安培培力力，进进而而求求出出ab棒棒受受到到的外力的外力F；批注批注：涉及能量：涉及能量问题问题，先由焦耳定律列方程，再，先由焦耳定律列方程，再对对棒棒cd的运的运动过动过程程进进行分析，明确行分析，明确电电路路结结构，构，结结合运合运动动学公式求学公式求出位移，出位移，进进而求出功而求出功【答答案案】(1)1 A方方向向由由d至至c(2)0.2 N(3)0.4 J【建建模模感感悟悟】在在电电磁磁感感应应中中的的综综合合问问题题中中有有两两类类常常见见的的模型模型.类类型型“电电动动电电”型型“动动电电动动”型型示意示意图图已知已知棒棒ab长长L，质质量量m，电电阻阻R；导轨导轨光滑水平，光滑水平，电电阻不阻不计计棒棒ab长长L，质质量量m，电电阻阻R；导轨导轨光滑，光滑，电电阻阻不不计计知能演练轻巧夺冠知能演练轻巧夺冠本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放