高考物理大一轮复习 第九章 第3讲 电磁感应的综合问题课件

电磁感应电磁感应 第九章第九章第第3讲电磁感应的综合问题讲电磁感应的综合问题 一、电磁感应中的电路问题 1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；将它们接上用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流因此，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 2基本方法 (1)确定电源：先判断产生电磁感应现象的是哪一部分导体，该部分导体可视为等效电源 (2)分析电路结构，画等效电路图 (3)利用电路规律求解，主要有欧姆定律，串、并联规律等 3常见的一些分析误区 (1)不能正确分析感应电动势及感应电流的方向因产生感应电动势那部分电路为电源部分，故该部分电路中的电流应为电源内部的电流，而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势 (2)应用欧姆定律分析求解电路时，不注意等效电源的内阻对电路的影响 (3)对接在电路中电表的读数不能正确进行分析，特别是并联在等效电源两端的电压表，其示数应该是外电压，而不是等效电源的电动势，也不是内电压 【答案】B 二、电磁感应中的图象问题 1图象问题的特点 考查方式比较灵活，有时依据电磁感应现象发生的过程，确定图象的正确与否，有时依据不同的图象，进行综合计算 2解题关键 弄清初始条件，正、负方向的意义，变化范围，所研究物理量的函数表达式，进出磁场的转折点是解决问题的关键 3解决图象问题一般步骤 (1)明确图象的种类，即是Bt图还是t图，或者Et图、It图等对于切割磁感线类的还有Ex图、Ix图等 (2)分析电磁感应的具体过程 (3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系 (4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律等规律写出函数关系式 (5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等 (6)画图象或判断图象 4方法归纳图 注意事项：(1)明确图象所描述的物理意义； (2)必须明确各种“”“”的含义； (3)必须明确斜率的含义； (4)必须建立图象和电磁感应过程之间的对应关系； (5)不管是何种类型，电磁感应中的图象问题常常需要利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决 【跟踪训练】 2(多选)(2015年惠州调研)一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正，在磁场中有一位于纸面内细金属圆环，如图932甲所示现令磁感应强度值B按图932乙随时间t变化，令E1、E2、E3分别表示oa、ab、bc这三段变化过程中感应电动势的大小，I1、I2、I3分别表示其对应的感应电流() 【答案】BD 三、电磁感应中的动力学问题 1电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，分析时要特别注意加速度a0、速度v达最大值的特点这类问题的分析思路如下： 2基本方法 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向 (2)由闭合电路欧姆定律求回路中的电流 (3)分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析) (4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解 3两种状态处理 (1)导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析 (2)导体处于非平衡态加速度不为零处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析 【跟踪训练】 3如图933所示，ab和cd是位于水平面内的平行金属轨道，轨道间距为l，其电阻可忽略不计ac之间连接一阻值为R的电阻，ef为一垂直于ab和cd的金属杆，它与ab和cd接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动，其电阻可忽略整个装置处在匀强磁场中，磁场方向垂直于图中纸面向里，磁感应强度为B.当施外力使杆ef以速度v向右匀速运动时，杆ef所受的安培力为() 【答案】A电电 2解答步骤 (1)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，该导体或回路就相当于_ (2)搞清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 (3)根据能量守恒列方程求解电源电源 A安培力对ab棒做正功 B安培力对cd棒做正功 Cabdca回路的磁通量先增加后减少 D.F做的功等于回路产生的总热量和系统动能增量之和 【答案】BD 电磁感应与电路问题的联系就是电源与电路的连接问题解决此类问题的主要步骤： 1确定电源产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源，利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小，利用楞次定律确定其正负极需要强调的是在电源内部电流是由负极流向正极的，在外部从正极流向外电路，并由负极流入电源若无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向电磁感应与电路规律的综合应用电磁感应与电路规律的综合应用 2分析电路结构，画出等效电路图 3利用电路规律求解主要有闭合电路的欧姆定律、串并联电路的性质、电功和电热等公式 如图937甲所示，水平放置的两根平行金属导轨(不计电阻)，间距L0.3 m，导轨左端连接R0.6 的电阻区域abcd内存在垂直于导轨平面B0.6 T的匀强磁场，磁场区域宽D0.2 m，细金属棒A1和A2用长为2D0.4 m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直每根金属棒在导轨间的电阻均为r0.3 ，导轨电阻不计使金属棒以恒定速度v1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场计算从金属棒A1进入磁场(t0)到A2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流强度，并在图937乙中画出 【答案】见解析 电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图线，即Bt图线、t图线、Et图线和It图线对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随位移s变化的图线，即Es图线和Is图线这些图象问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象；由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量不管是何种类型，电磁感应中的图象常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和大小电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象问题 (多选)如图938甲所示，一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头(顺时针)为电流I的正方向线圈及线圈中感应电流I随时间变化的图线如图938 乙所示，则磁感应强度B随时间变化的图线可能是() 一题一得 用图象的斜率来分析，根据线圈中感应电流的方向来判断线圈所在处的磁场的变化率，再反过来应用图象的变化率来判断感应电流的方向，这个方法很重要它说明了感应电流的方向只与磁场的变化率有关，而与磁场的磁感应强度的大小和方向无关，就像速度与位移的大小和方向无关，只与位移的变化率有关一样(单选)一环形线圈放在匀强磁场中，设第1 s内磁感线垂直线圈平面(即垂直于纸面)向里，如图939甲所示若磁感应强度B随时间t变化的关系如图939乙所示，那么第3 s内线圈中感应电流的大小与其各处所受安培力的方向是() A大小恒定，沿顺时针方向与圆相切 B大小恒定，沿着圆半径指向圆心 C逐渐增加，沿着圆半径离开圆心 D逐渐增加，沿逆时针方向与圆相切 【答案】B 【解析】由题图乙知，第3 s内磁感应强度B逐渐增大，变化率恒定，故感应电流的大小恒定再由楞次定律，线圈各处受安培力的方向都使线圈面积有缩小的趋势，故沿着圆半径指向圆心，B项正确 1两种状态及处理方法电磁感应与力学规律的综合应用电磁感应与力学规律的综合应用 状态状态特征特征处理方法处理方法平衡态平衡态加速度为零加速度为零根据平衡条件列式分析根据平衡条件列式分析非平衡态非平衡态 加速度不为零加速度不为零根据牛顿第二定律进行动态分根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析析或结合功能关系进行分析 2.力学对象和电学对象的相互关系 (2)两种常见类型在如图9310所示的倾角为的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小为B、方向垂直斜面向上的匀强磁场，磁场的宽度均为L.一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，当ab边刚越过GH进入磁场区时，线框做加速运动；当ab边滑过JP位置时，线框恰好以速度v做匀速直线运动，从ab进入GH到JP的过程中，重力对线框做功为W1，线框克服安培力做功为W2，从cd进入GH到JP的过程中，重力对线框做功为W3，线框克服安培力做功为W4，下列说法中正确的有()如图9311所示，MN、PQ为平行光滑导轨，其电阻忽略不计，与地面成30角固定N、Q间接一电阻R10 ，M、P端与电池组和开关组成回路，电动势E6 V，内阻r1.0 ，导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场现将一条质量m10 g，电阻R10 的金属导线ab置于导轨上，并保持导线ab水平已知导轨间距L0.1 m，当开关S接通后导线ab恰静止不动 题后反思 本题是电磁感应中“电动电”的类型题解决本题的关键是，将电磁感应问题和电路的分析与计算问题结合起来，先弄清电路结构，由导线ab平衡，求出磁感应强度B，再对电键断开后ab导线做动态分析，由平衡条件求出最终的速度