电磁感应现象的综合应用课件

一、一、电磁感磁感应中的中的电路路问题1在在电磁感磁感应现象中，切割磁感象中，切割磁感线的的导体或磁通量体或磁通量发生生变化的回路将化的回路将产生感生感应电动势，该导体或回路相当于体或回路相当于电源因此，源因此，电磁感磁感应问题往往与往往与电路路问题联系在一系在一起起整理ppt2解决与解决与电路相路相联系的系的电磁感磁感应问题的基本方法的基本方法(1)用法拉第用法拉第电磁感磁感应定律和楞次定律定律和楞次定律(右手定右手定则)确定感确定感应 电动势的大小和方向；的大小和方向；(2)画等效画等效电路；路；(3)运用运用闭合合电路欧姆定律、串并路欧姆定律、串并联电路的性路的性质、电功率等功率等 公式求解公式求解整理ppt整理ppt(1)某段某段导体作体作为外外电路路时，它两端的，它两端的电压就是就是电流与其流与其 电阻的乘阻的乘积(2)某段某段导体作体作为电源源时，它两端的，它两端的电压就是路端就是路端电压，等于等于电流与外流与外电阻的乘阻的乘积，或等于，或等于电动势减去内减去内电 压当其当其电阻不阻不计时，路端，路端电压等于等于电源源电动势(3)某段某段导体做体做电源，断路源，断路时电压等于等于电动势整理ppt二、二、电磁感磁感应中的中的动力学力学问题1通通电导体在磁体在磁场中将受到安培力作用，中将受到安培力作用，电磁感磁感应问 题往往和力学往往和力学问题联系在一起解决的基本方法如下：系在一起解决的基本方法如下：(1)用法拉第用法拉第电磁感磁感应定律和楞次定律求感定律和楞次定律求感应电动势的大小的大小 和方向；和方向；(2)求回路中的求回路中的电流；流；(3)分析分析导体受力情况体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析包含安培力在内的全面受力分析)；(4)根据平衡条件或牛根据平衡条件或牛顿第二定律列方程第二定律列方程整理ppt2两种状两种状态处理理(1)导体体处于平衡于平衡态静止或匀速直静止或匀速直线运运动状状态 处理方法：根据平衡条件理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析合外力等于零列式分析(2)导体体处于非平衡于非平衡态加速度不等于零加速度不等于零处理方法：根据牛理方法：根据牛顿第二定律第二定律进行行动态分析，或分析，或结合功合功能关系分析能关系分析整理ppt整理ppt三、三、电磁感磁感应中的能量中的能量转化化问题1 1电磁感磁感应过程程实质是不同形式的能量是不同形式的能量转化的化的过程程电磁感磁感应过程中程中产生的感生的感应电流在磁流在磁场中必定受到安培力作用，中必定受到安培力作用，因此要因此要维持感持感应电流的存在，必流的存在，必须有有“外力外力”克服安培力做克服安培力做功此功此过程中，其他形式的能程中，其他形式的能转化化为电能安培力做功的能安培力做功的过程是程是电能能转化化为其他形式的能的其他形式的能的过程，安培力做多少功，就程，安培力做多少功，就有多少有多少电能能转化化为其他形式的能其他形式的能整理ppt2求解求解电能的主要思路能的主要思路(1)利用克服安培力做功求解：利用克服安培力做功求解：电磁感磁感应中中产生的生的电能等于克能等于克 服安培力所做的功；服安培力所做的功；(2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的生的电能；能；(3)利用利用电路特征来求解：通路特征来求解：通过电路中所路中所产生的生的电能来能来计算算3解决解决电磁感磁感应现象中的能量象中的能量问题的一般步的一般步骤(1)确定等效确定等效电源源(2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发 生了相互生了相互转化化(3)根据能量守恒列方程求解根据能量守恒列方程求解整理ppt四、四、电磁感磁感应中的中的图象象问题图 象象 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随随线线圈圈位移位移x变变化的化的图图象，即象，即Ex图图象和象和Ix图图象象整理ppt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，求程，求解相解相应应的物理量的物理量应 用用 知知 识左手定左手定则、安培定、安培定则、楞次定律、法拉第、楞次定律、法拉第电磁磁感感应定律、欧姆定律、牛定律、欧姆定律、牛顿定律、相关数学知定律、相关数学知识等等整理ppt1用均匀用均匀导线做成的正方形做成的正方形线框框边长为0.2 m，正方形的一半放在垂，正方形的一半放在垂直直纸面向里的匀面向里的匀强磁磁场中，如中，如图931所示当磁所示当磁场以以10 T/s的的变化率增化率增强时，线框中框中a，b两点两点间的的电势差是差是 ()图931AUab0.1 VBUab0.1 VCUab0.2 V DUab0.2 V整理ppt答案：答案：B整理ppt2如如图932所示，所示，竖直放置的两根平行金属直放置的两根平行金属导轨之之间接接有定有定值电阻阻R，质量不能忽略的金属棒与两量不能忽略的金属棒与两导轨始始终保持保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的的电阻均不阻均不计，整个，整个装置放在匀装置放在匀强磁磁场中，磁中，磁场方向与方向与导轨平面垂直，棒在平面垂直，棒在竖直向上的恒力直向上的恒力F作用下加速上升的一段作用下加速上升的一段时间内，力内，力F做的功做的功与安培力做的功的代数和等于与安培力做的功的代数和等于 ()整理pptA棒的机械能增加量棒的机械能增加量B棒的棒的动能增加量能增加量C棒的重力棒的重力势能增加量能增加量D电阻阻R上放出的上放出的热量量图932整理ppt解析：解析：棒加速上升棒加速上升时受到重力、拉力受到重力、拉力F及安培力根据功能原及安培力根据功能原理可知力理可知力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，A正确正确答案：答案：A整理ppt3物理物理实验中，中，常用一种叫做常用一种叫做“冲冲击电流流计”的的仪器器测定通定通过电路的路的电量如量如图933所示，探所示，探测线圈与圈与冲冲击电流流计串串联后可用来后可用来测定磁定磁场的的磁感磁感应强度已知度已知线圈的匝数圈的匝数为n，图933面面积为S，线圈与冲圈与冲击电流流计组成的回路成的回路电阻阻为R.若将若将线圈圈放在被放在被测匀匀强磁磁场中，开始中，开始线圈平面与磁圈平面与磁场垂直，垂直，现把探把探测线圈翻圈翻转180，冲，冲击电流流计测出通出通过线圈的圈的电量量为q，由，由上述数据可上述数据可测出被出被测磁磁场的磁感的磁感应强度度为 ()整理ppt整理ppt答案：答案：C整理ppt4如如图934所示，一所示，一闭合直合直角三角形角三角形线框以速度框以速度v匀速穿匀速穿过匀匀强磁磁场区域从区域从BC边进入入磁磁场区开始区开始计时，到，到A点离开点离开 图934磁磁场区区为止的止的过程中，程中，线框内感框内感应电流的情况流的情况(以逆以逆时针方向方向为电流的正方向流的正方向)是是图935中的中的 ()图935整理ppt解析：解析：BC边刚进入磁入磁场时，产生的感生的感应电动势最大，由最大，由右手定右手定则可判定可判定电流方向流方向为逆逆时针方向，是正方向，是正值，随，随线框框进入磁入磁场，有效，有效长度度l逐逐渐减小，由减小，由EBlv得得电动势均均匀减小，即匀减小，即电流均匀减小；当流均匀减小；当线框框刚出磁出磁场时，切割磁，切割磁感感线的有效的有效长度度l最大，故最大，故电流最大，且流最大，且为顺时针方向，方向，是是负值，此后，此后电流均匀减小，故只有流均匀减小，故只有A图象符合要求象符合要求答案：答案：A整理ppt5如如图936所示，平行所示，平行长直金属直金属导轨置于水平面内，置于水平面内，间距距为L，导轨左端接有阻左端接有阻值为R的的电阻，阻，质量量为m的的导体棒垂直跨接在体棒垂直跨接在导轨上，上，导轨和和导体棒的体棒的电阻均不阻均不计，且接触良好，且接触良好，图936在在导轨平面上有一矩形区域内存在着平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀直向下的匀强磁磁场，磁感磁感应强度大小度大小为B，开始，开始时，导体棒静止于磁体棒静止于磁场区域的右区域的右端，当磁端，当磁场以速度以速度v匀速向右移匀速向右移动时，导体棒随之开始运体棒随之开始运动，同同时受到水平向左，大小受到水平向左，大小为Ff的摩擦阻力作用，并很快达到的摩擦阻力作用，并很快达到恒定速度，此恒定速度，此时导体棒仍体棒仍处于磁于磁场区域内求：区域内求：整理ppt(1)导体棒在达到恒定速度前做什么运体棒在达到恒定速度前做什么运动？(2)导体棒所达到的恒定速度体棒所达到的恒定速度vt的大小的大小(3)若要使若要使导体棒不体棒不动，摩擦阻力至少要多大？，摩擦阻力至少要多大？整理ppt整理ppt整理ppt对电磁感磁感应电路路问题的理解的理解师 之之 说1对电源的理解源的理解电源是将其他形式的能源是将其他形式的能转化化为电能的装置在能的装置在电磁感磁感应现象里，通象里，通过导体切割磁感体切割磁感线和和线圈磁通量的圈磁通量的变化而将化而将其他形式的能其他形式的能转化化为电能能2对电路的理解路的理解 内内电路是切割磁感路是切割磁感线的的导体或磁通量体或磁通量发生生变化的化的线圈，圈，外外电路由路由电阻、阻、电容等容等电学元件学元件组成成整理ppt整理ppt关关键一点一点(1)求解一段求解一段时间内的内的电量用量用电流平均流平均值(2)求一段求一段时间内的内的热量用量用电流的有效流的有效值(3)求瞬求瞬时功率要用瞬功率要用瞬时值，求解平均功率要用有效，求解平均功率要用有效值整理ppt 两根光滑的两根光滑的长直金属直金属导轨MN、MN平行置于同一水平面内，平行置于同一水平面内，导轨间距距为l，电阻不阻不计，M、M处接有如接有如图937所示的所示的电路，路，电路中路中各各电阻的阻阻的阻值均均为R，电容器的容器的电容容为 图937C.长度也度也为l、阻、阻值同同为R的金属棒的金属棒ab垂直于垂直于导轨放置，放置，导轨处于于磁感磁感应强度度为B、方向、方向竖直向下的匀直向下的匀强磁磁场中中ab在外力作用下在外力作用下向右匀速运向右匀速运动且与且与导轨保持良好接触，在保持良好接触，在ab运运动距离距离为x的的过程中，程中，整个回路中整个回路中产生的焦耳生的焦耳热为Q.求：求：(1)ab运运动速度速度v的大小；的大小；(2)电容器所容器所带的的电荷量荷量q.整理ppt思路点思路点拨ab切割磁感切割磁感线产生感生感应电动势为电源源电动势，可由可由EBlv计算，其中算，其中v为所求，再所求，再结合欧姆定律、焦耳定合欧姆定律、焦耳定律、律、电容器及运容器及运动学知学知识列方程可解得列方程可解得整理ppt整理ppt整理ppt 解决此解决此类问题要分清要分清电路的路的组成，成，产生感生感应电动势的部分的部分为电源，其源，其电路部分路部分为内内电路，其余路，其余则为外外电路，然后画出等效路，然后画出等效电路路图，再，再结合合电磁感磁感应定律及直流定律及直流电路的知路的知识即即可求解可求解.整理ppt学学 之之 用用整理ppt整理ppt整理ppt电磁感磁感应图象象问题分析分析师 之之 说1图象象问题的特点的特点考考查方式比方式比较灵活，有灵活，有时根据根据电磁感磁感应现象象发生的生的过程，确定程，确定图象的正确与否，有象的正确与否，有时依据不同的依据不同的图象，象，进行行综合合计算算2解解题关关键弄清初始条件，正、弄清初始条件，正、负方向的方向的对应，变化范化范围，所研，所研究物理量的函数表达式，究物理量的函数表达式，进出磁出磁场的的转折点是解决折点是解决问题的关的关键整理ppt3解决解决图象象问题的一般步的一般步骤(1)明确明确图象的种象的种类，即是，即是Bt图还是是t图，或者，或者Et图、It图等等(2)分析分析电磁感磁感应的具体的具体过程程(3)用右手定用右手定则或楞次定律确定方向或楞次定律确定方向对应关系关系(4)结合法拉第合法拉第电磁感磁感应定律、欧姆定律、牛定律、欧姆定律、牛顿定律等定律等规律律 写出函数关系式写出函数关系式(5)根据函数关系式，根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的行数学分析，如分析斜率的变化、化、截距等截距等(6)画画图象或判断象或判断图象象整理ppt整理ppt 一矩形一矩形线圈位于一随圈位于一随时间t变化的磁化的磁场内，磁内，磁场方向垂直方向垂直线圈所在的平面圈所在的平面(纸面面)向里，如向里，如图939甲所示甲所示磁感磁感应强度度B随随时间t的的变化化规律如律如图939乙所示以乙所示以I表示表示线圈中的感圈中的感应电流，以流，以图939甲中甲中线圈上箭圈上箭头所所示方向的示方向的电流流为正，正，则图9310所示的所示的It图中正确的是中正确的是 ()整理ppt图939图9310整理ppt思路点思路点拨先由楞次定律判定感先由楞次定律判定感应电流的方向，再根流的方向，再根据法拉第据法拉第电磁感磁感应定律确定感定律确定感应电动势和感和感应电流的大流的大小情况小情况整理ppt答案答案A整理ppt 电磁感磁感应图象象问题，也与其他部分的，也与其他部分的图象象问题一一样，要从要从图象的坐象的坐标轴、点、点、线、截距、斜率、面、截距、斜率、面积等方面等方面挖掘解挖掘解题信息不同的是，信息不同的是，这部分的部分的图象象问题，除从，除从图象挖掘信息之外，象挖掘信息之外，还要用楞次定律、法拉第要用楞次定律、法拉第电磁感磁感应定定律、右手定律、右手定则、左手定、左手定则等加以分析判断等加以分析判断.整理ppt学学 之之 用用2(2010上海高考上海高考)如如图9311，一有界区域内，存在着磁感一有界区域内，存在着磁感应强度大小均度大小均为B，方向分，方向分别垂直垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁磁场，磁，磁场宽度均度均为L.边长为L 图9311的正方形的正方形线框框abcd的的bc边紧靠磁靠磁场边缘置于桌面上使置于桌面上使线框从框从静止开始沿静止开始沿x轴正方向匀加速通正方向匀加速通过磁磁场区域，若以逆区域，若以逆时针方向方向为电流的正方向，能反映流的正方向，能反映线框中感框中感应电流流变化化规律的是律的是图9312的的 ()整理ppt图9312整理ppt答案：答案：A整理ppt电磁感磁感应中的力与能的分析中的力与能的分析1运运动的的动态结构构师 之之 说整理ppt2能量能量转化特点化特点整理ppt3安培力在不同情况下的作用安培力在不同情况下的作用(1)当磁当磁场不不动、导体做切割磁感体做切割磁感线的运的运动时，导体所受安体所受安培力与培力与导体运体运动方向相反，此即方向相反，此即电磁阻尼在磁阻尼在这种情种情况下，安培力况下，安培力对导体做体做负功，即功，即导体克服安培力做功，体克服安培力做功，将机械能将机械能转化化为电能，能，进而而转化化为焦耳焦耳热(2)当当导体开始体开始时静止、磁静止、磁场(磁体磁体)运运动时，由于，由于导体相体相对磁磁场向相反方向做切割磁感向相反方向做切割磁感线运运动而而产生感生感应电流，流，进而受到安培力作用，而受到安培力作用，这时安培力成安培力成为导体运体运动的的动力，此即力，此即电磁磁驱动在在这种情况下，安培力做正功，种情况下，安培力做正功，电能能转化化为导体的机械能体的机械能整理ppt 在利用能量守恒解决在利用能量守恒解决电磁感磁感应中的中的问题时，要分析安，要分析安培力的做功情况，即安培力在培力的做功情况，即安培力在导体运体运动过程中是做正功程中是做正功还是做是做负功另外，参与能量功另外，参与能量转化的形式要考化的形式要考虑周全，要考周全，要考虑准确哪些形式的能量增加，哪些形式的能量减少准确哪些形式的能量增加，哪些形式的能量减少整理ppt (2011镇江模江模拟)如如图9313所示，一根所示，一根电阻阻为R12 的的电阻阻丝做成一个半径做成一个半径为r1 m的的圆形形导线框，框，竖直放置在水直放置在水平匀平匀强磁磁场中，中，线框平面与磁框平面与磁场方方向垂直，磁感向垂直，磁感应强度度为B0.2 T，图9313现有一根有一根质量量为m0.1 kg、电阻不阻不计的的导体棒，自体棒，自圆形形导线框最高点静止起沿框最高点静止起沿线框下落，在下落框下落，在下落过程中始程中始终与与线框框整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt答案答案(1)8.8 m/s2(2)0.44 J整理ppt3如如图9314所示，两根相距所示，两根相距L平行放置的光滑平行放置的光滑导电轨道，与道，与水平面的水平面的夹角均角均为，轨道道间有有电阻阻R，处于磁感于磁感应强度度为B、方、方向向竖直向上的匀直向上的匀强磁磁场中，一根中，一根 图9314质量量为m、电阻阻为r的金属杆的金属杆ab，由静止开始沿，由静止开始沿导电轨道下滑道下滑设下滑下滑过程中杆程中杆ab始始终与与轨道保持垂直，且接触良好，道保持垂直，且接触良好，导电轨道有足道有足够的的长度，且度，且电阻不阻不计(1)杆杆ab将做什么运将做什么运动？(2)若开始若开始时就就给ab沿沿轨道向下的拉力道向下的拉力F使其由静止开始向下做使其由静止开始向下做加速度加速度为a的匀加速运的匀加速运动(agsin)，求拉力，求拉力F与与时间t的关系式的关系式学学 之之 用用整理ppt整理ppt整理ppt考情考情分析分析本本节节知知识识点点是是高高考考考考查查的的重重点点和和热热点点，主主要要涉涉及及电电磁磁感感应应现现象象中中的的等等效效电电路路和和电电磁磁感感应应的的图图象象问问题题，以以及及电电磁磁感感应应中中的的能能量量问问题题等等该该类类问问题题往往往往与与感感应应电电动动势势、感感应应电电流流、楞楞次次定定律律、右右手手定定则则等等知知识识综综合合，并并紧紧密密联联系系实实际际(如如磁磁悬悬浮浮列列车车、变变压压器器、电电磁磁继继电电器器、日日光光灯灯原原理理等等)这这类类题题目目综综合合性性较较强强，在在掌掌握握好好基基础础知知识识的的基基础础上上，注注重重综综合合分分析析能能力力的的考考查查题题型型有有选选择择题题和和计计算算题题，难难度一般度一般较较大大整理ppt命命题预测导导体切割磁感体切割磁感线产线产生感生感应电动势应电动势的的计计算，法算，法拉第拉第电电磁感磁感应应定律的定律的应应用等是力、用等是力、电综电综合的一个合的一个重要考点，是重要考点，是历历年高考的重点年高考的重点这这一一类题类题涉及的涉及的知知识识点多，与力学、静点多，与力学、静电场电场、电电路、磁路、磁场场及能量及能量等知等知识综识综合，能很好地考合，能很好地考查查考生的考生的综综合分析能力合分析能力可以可以预测预测今后的高考中力今后的高考中力电综电综合的合的计计算算题题很可很可能再次出能再次出现现，多，多为为中档中档题题或或难题难题，也可能出，也可能出现现与与图图象相关的象相关的选择题选择题.整理ppt1(2010广广东高考高考)如如图9315所示，所示，平行平行导轨间有一矩形的匀有一矩形的匀强磁磁场区区域，域，细金属棒金属棒PQ沿沿导轨从从MN处匀速匀速 图9315运运动到到MN的的过程中，棒上感程中，棒上感应电动势E随随时间t变化的化的图示，可能正确的是示，可能正确的是 ()整理ppt图9316整理ppt解析：解析：金属棒匀速运金属棒匀速运动，进入磁入磁场前和前和经过磁磁场后感后感应电动势均均为零，零，经过磁磁场过程中程中产生的感生的感应电动势大小大小恒定，故恒定，故A正确正确答案：答案：A整理ppt2(2010安徽高考安徽高考)如如图9317所示，水平地面上方矩形区域所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直内存在垂直纸面向里的匀面向里的匀强磁磁场，两个，两个边长相等的相等的单匝匝闭合合正方形正方形线圈圈和和，分，分别用相用相 图9317同材料、不同粗同材料、不同粗细的的导线绕制制(为细导线)两两线圈在距磁圈在距磁场上界面上界面h高高处由静止开始自由下落，再由静止开始自由下落，再进入磁入磁场，最后落到地，最后落到地面运面运动过程中，程中，线圈平面始圈平面始终保持在保持在竖直平面内且下直平面内且下边缘平平行于磁行于磁场上上边界界设线圈圈、落地落地时的速度大小分的速度大小分别为v1、v2，在磁，在磁场中运中运动时产生的生的热量分量分别为Q1、Q2，不，不计空气阻力，空气阻力，则 ()整理pptAv1v2，Q1Q2Bv1v2，Q1Q2Cv1Q2 Dv1v2，Q1Q2整理ppt答案：答案：D整理ppt3(2010天津高考天津高考)如如图9318所示，所示，质量量m10.1 kg，电阻阻R10.3，长度度l0.4 m的的导体棒体棒ab横放在横放在U型金属框架上，框架型金属框架上，框架质量量m20.2 kg，放在，放在绝缘水平水平 图9318面上，与水平面面上，与水平面间的的动摩擦因数摩擦因数0.2，相距，相距0.4 m的的MM、NN相互平行，相互平行，电阻不阻不计且足且足够长电阻阻R20.1 的的MN垂直于垂直于MM.整个装置整个装置处于于竖直向上的直向上的整理ppt匀匀强磁磁场中，磁感中，磁感应强度度B0.5 T垂直于垂直于ab施加施加F2 N的水平恒力，的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运从静止开始无摩擦地运动，始，始终与与MM、NN保持良好接触，当保持良好接触，当ab运运动到某到某处时，框架开始运，框架开始运动设框架与水平面框架与水平面间最大静摩擦力等于滑最大静摩擦力等于滑动摩擦力，摩擦力，g取取10 m/s2.(1)求框架开始运求框架开始运动时ab速度速度v的大小；的大小；(2)从从ab开始运开始运动到框架开始运到框架开始运动的的过程中，程中，MN上上产生的生的热量量Q0.1 J求求该过程程ab位移位移x的大小的大小整理ppt解析：解析：(1)ab对框架的框架的压力力F1m1g框架受水平面的支持力框架受水平面的支持力FNm2gF1依依题意，最大静摩擦力等于滑意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，摩擦力，则框架受到最大静框架受到最大静摩擦力摩擦力F2FNab中的感中的感应电动势EBlvMN中中电流流整理ppt整理ppt答案：答案：(1)6 m/s(2)1.1 m整理ppt点点击此此图片片进入入课下提知能下提知能整理ppt