2011高三物理一轮复习 12.3电磁感应定律的综合应用精品课件.ppt
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1、第第3课时电磁感应定律的课时电磁感应定律的 综合应用综合应用1电磁感应与力学问题的综合,其联系的电磁感应与力学问题的综合,其联系的桥梁是磁场对感应电流的桥梁是磁场对感应电流的_2在电磁感应现象中,切割磁感线的导体在电磁感应现象中,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,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该导体或回路就相当于_,其余部分,其余部分相当于相当于_安培力安培力电源电源外电路外电路3无论是使闭合回路的磁通量发生变化,无论是使闭合回路的磁通量发生变化,还是使闭合回路的部分导体切割磁感线,还是使闭合回路的部分导体切割磁感线,都要消耗其他形式的能量,
2、转化为回路中都要消耗其他形式的能量,转化为回路中的的_这个过程不仅体现了能量的转化,这个过程不仅体现了能量的转化,而且转化过程中能量而且转化过程中能量_守恒守恒电能电能一、电磁感应与电路综合一、电磁感应与电路综合在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量在电磁感应中,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,将它们接上电容器,或回路就相当于电源,将它们接上电容器,便可使电容器充电;便可使电容器充电;将它们接上用电器,便可对用电器供电,在将它们接上用电器,便可对用电器供电,在回路中形成电流回路中形成电流. 因此,电磁感应问
3、题往往因此,电磁感应问题往往跟电路问题联系在一起解决电磁感应电路跟电路问题联系在一起解决电磁感应电路问题的关键是把电磁感应的问题等效转换成问题的关键是把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路具体讲有这样的三步:稳恒直流电路具体讲有这样的三步:1确定电源切割磁感线的导体或磁通量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,则该导发生变化的回路将产生感应电动势,则该导体或回路就相当于电源,利用法拉第电磁感体或回路就相当于电源,利用法拉第电磁感应定律求感应电动势的大小,利用右手定则应定律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如果在一个电路或楞次定律判断电流方向如果在一
4、个电路中切割磁感线的有几个部分但又相互联系,中切割磁感线的有几个部分但又相互联系,可等效成电源的串、并联可等效成电源的串、并联2. 分析电路结构分析电路结构(内、外电路及外电路的串内、外电路及外电路的串并联关系并联关系),画等效电路图应特别注意产生,画等效电路图应特别注意产生感应电动势的那部分导体相当于电路中的电感应电动势的那部分导体相当于电路中的电源,其电阻相当于电源内阻,其电流流出的源,其电阻相当于电源内阻,其电流流出的一端为正极一端为正极3利用电路规律求解主要应用欧姆定律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值及串并联电路的基本性质等列方程求解值得注意的是电磁
5、感应现象中,有时导体两端得注意的是电磁感应现象中,有时导体两端有电压,但没有电流流过,这类似电源两端有电压,但没有电流流过,这类似电源两端有电势差但没有接入电路时,电流为零有电势差但没有接入电路时,电流为零二、与力学综合二、与力学综合1方法:从运动和力的关系着手,运用牛方法:从运动和力的关系着手,运用牛顿第二定律和电磁感应规律求解顿第二定律和电磁感应规律求解2基本思路:受力分析基本思路:受力分析运动分析运动分析变化变化趋向趋向确定运动过程和最终的稳定状态确定运动过程和最终的稳定状态由由牛顿第二定律列方程求解牛顿第二定律列方程求解3注意安培力的特点注意安培力的特点实际上,纯力学问题中只有重力、弹
6、力、摩实际上,纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力,电磁感应中多一个安培力,安培力随擦力,电磁感应中多一个安培力,安培力随速度变化,部分弹力及相应的摩擦力也随之速度变化,部分弹力及相应的摩擦力也随之而变,导致物体的运动状态发生变化,在分而变,导致物体的运动状态发生变化,在分析问题时要注意上述联系析问题时要注意上述联系4从能量转化和守恒着手,运用动能定律从能量转化和守恒着手,运用动能定律或能量守恒定律或能量守恒定律(1)基本思路:受力分析基本思路:受力分析弄清哪些力做功,弄清哪些力做功,正功还是负功正功还是负功明确有哪些形式的能量参与明确有哪些形式的能量参与转化,哪增哪减如有滑动摩擦力做功,必然转
7、化,哪增哪减如有滑动摩擦力做功,必然有内能出现;重力做功,就可能有机械能参有内能出现;重力做功,就可能有机械能参与转化;安培力做负功就将其它形式能转化与转化;安培力做负功就将其它形式能转化为电能,做正功将电能转化为其它形式的能;为电能,做正功将电能转化为其它形式的能;由动能定理或能量守恒定律列方程求解由动能定理或能量守恒定律列方程求解三、图象问题三、图象问题1定性或定量地表示出所研究问题的函数定性或定量地表示出所研究问题的函数关系关系2在图象中在图象中E、I、B等物理量的方向是通过等物理量的方向是通过正负值来反映正负值来反映3画图象时要注意横、纵坐标的单位长度画图象时要注意横、纵坐标的单位长度
8、定义或表达定义或表达一、电磁感应与电路综合一、电磁感应与电路综合如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为相距为L,导轨平面与水平面夹角,导轨平面与水平面夹角30,导轨电阻不计,导轨电阻不计磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向的匀强磁场垂直导轨平面向上,长为上,长为L的金属棒的金属棒ab垂直于垂直于MN、PQ放置放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为的质量为m、电阻为、电阻为R.两金属导轨的上端连两金属导轨的上端连接右端电路,灯泡的电阻接右端电路,灯泡的电阻RL4R,定值电阻,定值电阻
9、R12R,电阻箱电阻调到使,电阻箱电阻调到使R212R,重力,重力加速度为加速度为g,现将金属棒由静止释放,试求:,现将金属棒由静止释放,试求:(1)金属棒下滑的最大速度为多大?金属棒下滑的最大速度为多大?(2)当金属棒下滑距离为当金属棒下滑距离为s0时速度恰达到最大,时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始下滑到求金属棒由静止开始下滑到2s0的过程中,整的过程中,整个电路产生的电热个电路产生的电热(3)R2为何值时,其消耗的功率最大?消耗的为何值时,其消耗的功率最大?消耗的最大功率为多少?最大功率为多少?1如右图所示半径为如右图所示半径为a的圆形区域内有均匀的圆形区域内有均匀磁场,磁感强度为磁场
10、,磁感强度为B0.2 T,磁场方向垂直,磁场方向垂直纸面向里,半径为纸面向里,半径为b的金属圆环与磁场同心的金属圆环与磁场同心地放置,磁场与环面垂直,其中地放置,磁场与环面垂直,其中a0.4 m,b0.6 m,金属环上分别接有灯,金属环上分别接有灯L1、L2,两,两灯的电阻均为灯的电阻均为R20 ,一金属棒,一金属棒MN与金与金属环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计如属环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计如右图右图(1)若棒以若棒以v05 m/s的速率在环上向右匀速的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径滑动,求棒滑过圆环直径OO的瞬时的瞬时MN中中的电动势和流过灯的电动势和流过灯L1的电流的电
11、流(2)撤去中间的金属棒撤去中间的金属棒MN,将右面的半圆环,将右面的半圆环OL2O以以OO为轴向上翻转为轴向上翻转90,若此时磁,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为场随时间均匀变化,其变化率为B/t4 T/s,求,求L1的功率的功率【解析】【解析】(1)棒滑过圆环直径棒滑过圆环直径OO的瞬时,的瞬时,MN中的中的电动势电动势E1B2av0.20.850.8 V等效电路如右图所示,流过灯等效电路如右图所示,流过灯L1的电流的电流I1E1/R0.8/20.4 A.(2)撒去中间的金属棒撒去中间的金属棒MN,将右面的半圆环将右面的半圆环OL2O以以OO为轴向上翻转为轴向上翻转90,半圆环半圆环O
12、L1O中产生感应电动势,相当于电中产生感应电动势,相当于电源,灯源,灯L2为外电路,等效电路如右图所示,为外电路,等效电路如右图所示,感应电动势感应电动势E2/t0.5a2B/t0.32 VL1的功率的功率P1(E2/2)2/R1.28102 W.【答案】【答案】0.4 A1.28102 W二、与力学综合二、与力学综合如图甲所示的轮轴,它可以绕垂直于纸面的如图甲所示的轮轴,它可以绕垂直于纸面的光滑固定水平轴光滑固定水平轴O转动轮上绕有轻质柔软转动轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一重物,另一端系一质量细线,线的一端系一重物,另一端系一质量为为m的金属杆的金属杆在竖直平面内有间距为在竖直平面内有间
13、距为L的足够长的平行金的足够长的平行金属导轨属导轨PO、EF,在,在QF之间连接有阻值为之间连接有阻值为R的电阻,其余电阻不计磁感应强度为的电阻,其余电阻不计磁感应强度为B的的匀强磁场与导轨平面垂直开始时金属杆置匀强磁场与导轨平面垂直开始时金属杆置于导轨下端,将重物由静止释放,重物最终于导轨下端,将重物由静止释放,重物最终能匀速下降运动过程中金属杆始终与导轨能匀速下降运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,忽略所有摩擦垂直且接触良好,忽略所有摩擦(1)若重物的质量为若重物的质量为M,则重物匀速下降的速,则重物匀速下降的速度度v为多大?为多大?(2)对一定的磁感应强度对一定的磁感应强度B,重物
14、的质量,重物的质量M取取不同的值,测出相应的重物做匀速运动时的不同的值,测出相应的重物做匀速运动时的速度,可得出速度,可得出vM实验图线,图乙中画出实验图线,图乙中画出了磁感应强度分别为了磁感应强度分别为B1和和B2时的两条实验图时的两条实验图线,试根据实验结果计算线,试根据实验结果计算B1与与B2的比值的比值2如右图所示,在磁感应强度为如右图所示,在磁感应强度为B的水平方的水平方向的匀强磁场中竖直放置两平行导轨,磁场向的匀强磁场中竖直放置两平行导轨,磁场方向与导轨所在平面垂直导轨上端跨接一方向与导轨所在平面垂直导轨上端跨接一阻值为阻值为R的电阻的电阻(导轨电阻不计导轨电阻不计)两金属棒两金属
15、棒a和和b的电阻均为的电阻均为R,质量分别为,质量分别为ma2102 kg和和mb1102 kg,它们与导轨相连,如,它们与导轨相连,如右图并可沿导轨无摩擦滑动闭合开关右图并可沿导轨无摩擦滑动闭合开关S,先固定先固定b,用一恒力,用一恒力F向上拉向上拉a,稳定后,稳定后a以以v110 m/s的速度匀速运动,此时再释放的速度匀速运动,此时再释放b,b恰好能保持静止,设导轨足够长,取恰好能保持静止,设导轨足够长,取g10 m/s2.(1)求拉力求拉力F的大小;的大小;(2)若将金属棒若将金属棒a固定,让金属棒固定,让金属棒b自由下滑自由下滑(开关仍闭合开关仍闭合),求,求b滑行的最大速度滑行的最大
16、速度v2;(3)若断开开关,将金属棒若断开开关,将金属棒a和和b都固定,使磁都固定,使磁感应强度从感应强度从B随时间均匀增加,经随时间均匀增加,经0.1 s后磁后磁感应强度增到感应强度增到2B时,时,a棒受到的安培力正好棒受到的安培力正好等于等于a棒的重力,求两金属棒间的距离棒的重力,求两金属棒间的距离h. 三、电磁感应中的图象问题三、电磁感应中的图象问题如下图甲所示,垂直于水平桌面向上的有界如下图甲所示,垂直于水平桌面向上的有界匀强磁场,磁感应强度匀强磁场,磁感应强度B0.8 T,宽度,宽度L2.5 m光滑金属导轨光滑金属导轨OM、ON固定在桌面固定在桌面上,上,O点位于磁场的左边界,且点位
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