2019年高考物理总复习 第十章 电磁感应 专题讲座九 电磁感应的综合应用(二)课件 教科版.ppt

专题讲座九电磁感应的综合应用 二 核心探究 演练提升 核心探究分类探究 各个击破 考点一电磁感应中的能量问题 1 能量转化及焦耳热的求法 1 能量转化 2 求解焦耳热Q的三种方法 2 解题的一般步骤 1 确定研究对象 导体棒或回路 2 弄清电磁感应过程中 哪些力做功 哪些形式的能量相互转化 3 根据功能关系或能量守恒定律列式求解 典例1 2016 浙江卷 24 小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示 两根平行金属导轨相距l 0 50m 倾角 53 导轨上端串接一个R 0 05 的电阻 在导轨间长d 0 56m的区域内 存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场 磁感应强度B 2 0T 质量m 4 0kg的金属棒CD水平置于导轨上 用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连 CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s 0 24m 一位健身者用恒力F 80N拉动GH杆 CD棒由静止开始运动 上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直 当CD棒到达磁场上边界时健身者松手 触发恢复装置使CD棒回到初始位置 重力加速度g 10m s2 sin53 0 8 不计其他电阻 摩擦力以及拉杆和绳索的质量 求 1 CD棒进入磁场时速度v的大小 核心点拨 1 健身者用恒力拉杆所做的功用W Fx求得 CD棒进入磁场前重力和拉力做功 答案 1 2 4m s 2 CD棒进入磁场时所受的安培力FA的大小 核心点拨 2 确定CD棒在磁场中的运动性质 答案 2 48N 3 在拉升CD棒的过程中 健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q 核心点拨 3 由功能关系或焦耳定律求焦耳热 答案 3 64J26 88 方法技巧求解电能应分清两类情况 1 若回路中电流恒定 可以利用电路结构及W UIt或Q I2Rt直接进行计算 2 若电流变化 则 利用安培力做的功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 利用能量守恒求解 若只有电能与机械能的转化 则机械能的减少量等于产生的电能 利用功能关系求解 若除重力 安培力做功外 还有其他力做功 则其他力做功等于增加的机械能和电能 多维训练 BC 1 用能量守恒求焦耳热 多选 两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内 两导轨间的距离为L 导轨上面横放着两根质量均为m 电阻均为R 其余部分电阻不计 的导体棒ab和cd 构成矩形回路 在整个导轨平面内都有竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场 如图所示 设两导体棒均可沿导轨无摩擦滑行 开始时 棒cd静止 棒ab有指向棒cd的初速度v0 若两导体棒在运动过程中始终不接触 则 A 棒ab cd在运动过程中 回路中一定有感应电流B 当棒ab cd的运动稳定后 棒ab cd有共同速度v C 在运动过程中 产生的焦耳热最多为Q D 在运动过程中 安培力对棒cd做的功数值上等于回路中的电能 2 导学号58826224 用功能关系求焦耳热 用密度为d 电阻率为 粗细均匀的金属导线制成两个闭合正方形线框M和N 边长均为L 线框M N的导线横截面积分别为S1 S2 S1 S2 如图所示 均强磁场仅存在于相对磁极之间 磁感应强度大小为B 其他地方的磁场忽略不计 金属线框M水平放在磁场上边界的狭缝间 线框平面与磁场方向平行 开始运动时可认为M的aa 边和bb 边都处在磁场中 线框N在线框M的正上方 与线框M相距为h 两线框均从静止开始同时释放 其平面在下落过程中保持水平 设磁场区域在竖直方向足够长 不计空气阻力及两线框间的相互作用 1 求线框N刚进入磁场时产生的感应电流大小 2 在下落过程中 若线框N恰能追上线框M 追上时线框M下落高度为H 追上线框M之前线框N一直做减速运动 求该过程中线框N产生的焦耳热 3 若将线框M N均由磁场上边界处先后释放 释放的时间间隔为t 计算两线框在运动过程中的最大距离 考点二电磁感应中的动量问题 电磁感应问题往往涉及牛顿定律 动量守恒 能量守恒 电路的分析和计算等许多方面的物理知识 试题常见的形式是导体棒切割磁感线 产生感应电流 从而使导体棒受到安培力作用 导体棒运动的形式有匀速 匀变速和非匀变速3种 对前两种情况 容易想到用牛顿定律求解 对后一种情况一般要用能量守恒和动量守恒定律求解 但当安培力变化 且又涉及位移 速度 电荷量等问题时 用动量定理求解往往能巧妙解决 典例2 2017 潍坊二模 如图所示 固定于水平面的两足够长的光滑平行金属导轨PMN P M N 由倾斜和水平两部分在M M 处平滑连接组成 导轨间距L 1m 水平部分处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度B 1T 金属棒a b垂直于倾斜导轨放置 质量均为m 0 2kg a的电阻R1 1 b的电阻R2 3 a b长度均为L 1m 棒a距水平面的高度h1 0 45m 棒b距水平面的高度为h2 h2 h1 保持b棒静止 由静止释放a棒 a棒到达磁场中OO 停止运动后再由静止释放b棒 a b与导轨接触良好且导轨电阻不计 重力加速度g 10m s2 审题指导 1 求a棒进入磁场MM 时加速度的大小 答案 1 3 75m s2 2 a棒从释放到OO 的过程中 求b棒产生的焦耳热 答案 2 0 675J 3 若MM OO 间的距离x 2 4m b棒进入磁场后 恰好未与a棒相碰 求h2的值 答案 3 1 8m 反思总结动量在电磁感应中的应用技巧 2 电磁感应中对于双杆切割磁感线运动 若双杆系统所受合外力为零 运用动量守恒定律结合能量守恒定律可求解与能量有关的问题 多维训练 1 动量守恒和能量守恒结合 2018 成都模拟 如图所示 水平面上固定着两根相距L且电阻不计的足够长的光滑金属导轨 导轨处于方向竖直向下 磁感应强度为B的匀强磁场中 铜棒a b的长度均等于两导轨的间距 电阻均为R 质量均为m 铜棒平行地静止在导轨上且与导轨接触良好 现给铜棒a一个平行导轨向右的瞬时冲量I 关于此后的过程 下列说法正确的是 B 2 导学号58826225 动量定理和能量守恒结合 2018 江西九江模拟 如图所示 光滑水平面停放一小车 车上固定一边长为L 0 5m的正方形金属线框abcd 金属框的总电阻R 0 25 小车与金属框的总质量m 0 5kg 在小车的右侧 有一宽度大于金属线框边长 具有理想边界的匀强磁场 磁感应强度B 1 0T 方向水平且与线框平面垂直 现给小车一水平速度使其向右运动并能穿过磁场 当车上线框的ab边刚进入磁场时 测得小车加速度a 10m s2 求 1 金属框刚进入磁场时 小车的速度为多大 答案 1 5m s 解析 1 设小车初速度为v0 则线框刚进入磁场时 ab边由于切割磁感线产生的电动势为E BLv0回路中的电流I V 根据牛顿定律BIL ma由以上三式可解得v0 5m s 2 从金属框刚要进入磁场开始 到其完全离开磁场 线框中产生的焦耳热为多少 答案 2 4 0J 考点三电磁感应中的 杆 导轨 模型 杆PQ突然向右运动瞬间 确定PQRS和T中感应电流方向 金属棒沿导轨由静止下滑 求电容器电荷量与棒速度大小关系 棒速度与时间关系 矩形区域磁场运动 金属杆相对磁场运动 求磁场右边 左边扫过金属杆时电流大小 杆加速度大小和电流功率 多维训练 1 动电动模型 2018 福州校级模拟 多选 如图所示 光滑的 形金属导体框竖直放置 质量为m的金属棒MN与框架接触良好 磁感应强度分别为B1 B2的有界匀强磁场方向相反 但均垂直于框架平面 分别处在abcd和cdef区域 现从图示位置由静止释放金属棒MN 当金属棒进入磁场B1区域后 恰好做匀速运动 以下说法中正确的是 A 若B2 B1 金属棒进入B2区域后将加速下滑B 若B2 B1 金属棒进入B2区域后仍将保持匀速下滑C 若B2B1 金属棒进入B2区域后将先加速后匀速下滑 BC 2 导学号58826226 含 容 单杆模型 2018 唐山校级模拟 多选 如图所示 水平放置的足够长光滑金属导轨ab cd处于匀强磁场中 磁感应强度方向与导轨平面垂直 质量为m 电阻为R的金属棒ef静止于导轨上 导轨的另一端经过开关S与平行板电容器相连 开始时 开关打开 电容器上板带正电 带电荷量为Q 现闭合开关S 金属棒开始运动 则下列说法中正确的是 A 电容器所带电荷量逐渐减少 最后变为零B 电容器两板间场强逐渐减小 最后保持一个定值不变C 金属棒中电流先增大后减小 最后减为零D 金属棒的速度逐渐增大 最后保持一个定值不变 BD 解析 开始时 电容器放电 金属棒中有向下的电流 金属棒受到向右的安培力作用 产生感应电动势 当金属棒产生的感应电动势与电容器两板间的电压相等时 电路中电流为零 金属棒做匀速运动 电容器两板间的电压不为零 电荷量不为零 选项A错误 B D正确 金属棒中电流开始最大 然后逐渐减小 最后为零 选项C错误 演练提升真题体验 强化提升 1 电磁感应综合问题 2017 天津卷 3 如图所示 两根平行金属导轨置于水平面内 导轨之间接有电阻R 金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨平面向下 现使磁感应强度随时间均匀减小 ab始终保持静止 下列说法正确的是 A ab中的感应电流方向由b到aB ab中的感应电流逐渐减小C ab所受的安培力保持不变D ab所受的静摩擦力逐渐减小 D 高考模拟 解析 根据楞次定律 感应电流产生的磁场向下 再根据安培定则 可判断ab中感应电流方向从a到b A错误 磁场变化是均匀的 根据法拉第电磁感应定律 感应电动势恒定不变 感应电流I恒定不变 B错误 安培力F BIL 由于I L不变 B减小 所以ab所受的安培力逐渐减小 根据力的平衡条件 静摩擦力逐渐减小 C错误 D正确 2 单杆切割问题 2017 湖北襄阳四中周考 多选 将两根足够长的光滑平行导轨MN PQ固定在水平桌面上 间距为L 在导轨的左端接有阻值为R的定值电阻 将一长为L质量为m的导体棒放在导轨上 已知导体棒与导轨间的接触始终良好 且阻值也为R 在导轨所在的空间加一磁感应强度为B 方向竖直向上的匀强磁场 现用一质量不计的轻绳将导体棒与一质量也为m的重物跨过光滑的定滑轮连接 重物距离地面的高度足够大 如图所示 重物由静止释放后 带动导体棒一起运动 忽略导轨的电阻 重力加速度为g 重物下落h时 此时导体棒做匀速运动 则下列说法正确的是 A 该过程中电阻R中的感应电流方向为由M到PB 重物释放的瞬间加速度最大且为gC 导体棒的最大速度为D 该过程流过定值电阻的电荷量为 CD 3 电磁感应能量问题 2017 北京卷 24 发电机和电动机具有装置上的类似性 源于它们机理上的类似性 直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1 图2所示的情景 在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中 两根光滑平行金属轨道MN PQ固定在水平面内 相距为L 电阻不计 电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN PQ放在轨道上 与轨道接触良好 以速度v v平行于MN 向右做匀速运动 图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻 导体棒ab受到水平向右的外力作用 图2轨道端点MP间接有直流电源 导体棒ab通过滑轮匀速提升重物 电路中的电流为I 求在 t时间内 图1 发电机 产生的电能和图2 电动机 输出的机械能 答案 见解析 4 2017 浙江4月选考 间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成 如图所示 倾角为 的导轨处于大小为B1 方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间 中 水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的 联动双杆 由两根长为l的金属杆cd和ef 用长度为L的刚性绝缘杆连接构成 在 联动双杆 右侧存在大小为B2 方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间 其长度大于L 质量为m 长为l的金属杆ab从倾斜导轨上端释放 达到匀速后进入水平导轨 无能量损失 杆ab与 联动双杆 发生碰撞 碰后杆ab和cd合在一起形成 联动三杆 联动三杆 继续沿水平导轨进入磁场区间 并从中滑出 运动过程中 杆ab cd和ef与导轨始终接触良好 且保持与导轨垂直 已知杆ab cd和ef电阻均为R 0 02 m 0 1kg l 0 5m L 0 3m 30 B1 0 1T B2 0 2T 不计摩擦阻力和导轨电阻 忽略磁场边界效应 求 1 杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0 答案 1 6m s 2 联动三杆 进入磁场区间 前的速度大小v 答案 2 1 5m s 3 联动三杆 滑过磁场区间 产生的焦耳热Q 答案 3 0 25J 拓展增分 闭合线框从不同高度穿越磁场的问题闭合线框从不同高度穿越磁场时 可能做匀速直线运动 加速运动 减速运动 或先后多种运动形式交替出现 解决此类问题的三种思路 1 运动分析 分析线圈进磁场时安培力与重力的大小关系 判断其运动性质 2 过程分析 分阶段 进磁场前 进入过程 在磁场内 出磁场过程 分析 3 功能关系分析 必要时利用功能关系列方程求解 示例 2018 江西南昌模拟 如图所示 水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场 两个闭合线圈 分别用同种导线绕制而成 其中 为边长为L的正方形 是长2L 宽为L的矩形 将两个线圈同时从图示位置由静止释放 线圈下边进入磁场时 立即做了一段时间的匀速运动 已知两线圈在整个下落过程中 下边始终平行于磁场上边界 不计空气阻力 则 A 下边进入磁场时 也立即做匀速运动B 从下边进入磁场开始的一段时间内 线圈 做加速度不断减小的加速运动C 从下边进入磁场开始的一段时间内 线圈 做加速度不断减小的减速运动D 线圈 先到达地面 C