2020高考物理人教通用版新一线学案课件：第10章 第3讲 电磁感应的综合应用 .ppt

电磁感应 第 十 章 第3讲 电磁感应的综合应用 1 知 识 梳 理 自 测 2 核 心 考 点 突 破 3 阶段培优微专题 4 2 年 高 考 模 拟 知识梳理自测 1电源：切割磁感线运动的导体或_发生变化的回路相当于电源。2电流：电路闭合时的电流I可由欧姆定律求出，I_，路端电压U_EIr。3电势：在外电路中，电流由_电势流向_电势；在内电路中，电流由_电势流向_电势。知识点知识点1 电磁感应中的电路问题电磁感应中的电路问题 磁通量 ER总总 IR 高 低 低 高 思考：如图所示，MON是固定导轨，金属棒与导轨接触良好，在拉力F作用下向右运动。(1)图中电路相当于电源的部分是_。(2)闭合电路中的感应电流方向沿_方向。(3)路端电压是闭合电路外电路的电压，等于该图中_部分电路的分压。金属棒的ab部分 逆时针 aOb 知识点知识点2 电磁感应中的动力学问题电磁感应中的动力学问题 1安培力的大小安培力的大小 安培力公式：安培力公式：FABIl感应电动势：感应电动势：EBlv感应电流：感应电流：IER FA_ 2安培力的方向安培力的方向(1)用左手定则判断：先用用左手定则判断：先用_定则判断感应电流的方向，再用左手定则定则判断感应电流的方向，再用左手定则判定安培力的方向。判定安培力的方向。(2)用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方向用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方向_(选填选填“相同相同”或或“相反相反”)。B2l2vR 右手 相反 1能量转化：感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力做功，将_转化为_，电流做功再将电能转化为_的能。2转化实质：电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能与_之间的转化。知识点知识点3 电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题 机械能 电能 其他形式 电能 思维诊断：(1)在电磁感应电路中，产生电流的那部分导体相当于电源。()(2)安培力做正功的过程是将电能转化为机械能的过程。()(3)物体克服安培力做功的过程是将其他形式的能量转化为电能的过程。()1如图所示，正方形闭合导线框的质量可以忽略不计，将它如图所示，正方形闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用拉出匀强磁场。若第一次用 0.3s时间拉出，时间拉出，外力所做的功为外力所做的功为 W1；第二次用；第二次用 0.9s 时间拉出，外力所做的功为时间拉出，外力所做的功为W2，则，则 ()AW113W2 BW1W2 CW13W2 DW19W2 C 解析解析 设正方形边长为设正方形边长为 L，导线框的电阻为，导线框的电阻为 R，则导体切割磁感线的边长，则导体切割磁感线的边长为为 L，运动距离为，运动距离为 L，WE2RtB2L2v2RLvB2L3vRB2L4Rt，可知，可知 W 与与 t 成反比，成反比，W13W2。选。选 C。2(2016浙江理综)如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长la3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则()A两线圈内产生顺时针方向的感应电流 Ba、b线圈中感应电动势之比为91 Ca、b线圈中感应电流之比为34 Da、b线圈中电功率之比为31 B 解析解析 由于磁由于磁感应强度随时间均匀增大，则根据楞次定律知两线圈内产生感应强度随时间均匀增大，则根据楞次定律知两线圈内产生的感应电流方向皆沿逆时针方向，故的感应电流方向皆沿逆时针方向，故 A 项错误；根据法拉第电磁感应定律项错误；根据法拉第电磁感应定律 ENtNSBt，而磁感应强度均匀变化，即，而磁感应强度均匀变化，即Bt恒定，则恒定，则 a、b 线圈中的感应电动线圈中的感应电动势之比为势之比为EaEbSaSbl2al2b9，故，故 B 项正确；根据电阻定律项正确；根据电阻定律 RlS，且，且 L4Nl，则，则RaRblalb3，由闭合电路欧姆定律，由闭合电路欧姆定律 IER，得，得 a、b 线圈中线圈中的感应电流之比为的感应电流之比为IaIbEaEbRbRa3，故，故 C 项错误；由功率公式项错误；由功率公式 PI2R 知，知，a、b 线圈中的电功率之比为线圈中的电功率之比为PaPbI2aI2bRaRb27，故，故 D 项错误。项错误。3(2018江苏扬州一模)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 ()Aab中的感应电流方向由b到a Bab中的感应电流逐渐减小 Cab所受的安培力保持不变 Dab所受的静摩擦力逐渐减小 D 解析解析 磁感应强度均匀减小，磁通量减小，根据楞次定律得，磁感应强度均匀减小，磁通量减小，根据楞次定律得，ab 中的感应中的感应电流方向由电流方向由 a 到到 b，A 错误；由于磁感应强度均匀减小，根据法拉第电磁感应定错误；由于磁感应强度均匀减小，根据法拉第电磁感应定律律 EBt S 得，感应电动势恒定，则得，感应电动势恒定，则 ab 中的感应电流不变，中的感应电流不变，B 错误；根据安培错误；根据安培力公式力公式 FBIL 知，电流不变，知，电流不变，B 均匀减小，则安培力逐渐减小，均匀减小，则安培力逐渐减小，C 错误；错误；ab 受受安培力和静摩擦力处于平衡状态，安培力和静摩擦力处于平衡状态，FfF，安培力逐渐减小，则静摩擦力逐渐减，安培力逐渐减小，则静摩擦力逐渐减小，小，D 正确。正确。核心考点突破 在电磁感应过程中，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，该导体或回路相当于电源。因此，电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起。解决此类问题的基本思想是将电磁感应问题转化为直流电路的分析与计算问题。基本思路：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向；(2)弄清电路结构，必要时画出等效电路图；(3)运用欧姆定律、串并联电路等规律求解路端电压、电功率等问题。考点一考点一 电磁感应中的电路问题电磁感应中的电路问题 (2018江西赣州中学三模)(多选)1831年10月28日，法拉第展示了他发明的圆盘发电机，其示意图如图所示，水平铜盘可绕竖直铜轴转动，两铜片M、N分别与铜盘边缘和铜轴连接，使整个铜盘处于竖直向上的匀强磁场中。M和N之间连接阻值为R的电阻和滑动变阻器RP，若从上往下看，铜盘转动的方向为顺时针方向。已知铜盘的半径为L，铜盘转动的角速度为，铜盘连同两铜片对电流的等效电阻值为r，磁感应强度为B，下列说法正确的是()例例 1 BCD A电阻电阻 R 中的电流方向从中的电流方向从 a 到到 b B铜盘转动产生的感应电动势大小为铜盘转动产生的感应电动势大小为12BL2 C电阻电阻 R 的最大功率为的最大功率为B2L4R24 Rr 2 D如果如果 RPRr，则滑动变阻器的最大电功率为，则滑动变阻器的最大电功率为B2L4216 Rr 解析解析 若从上往下看，铜盘转动的方向为顺时针方向，根据右手定则可知，若从上往下看，铜盘转动的方向为顺时针方向，根据右手定则可知，电阻电阻 R 中的电流方向从中的电流方向从 b 到到 a，故，故 A 错误；根据法拉第电磁感应定律得铜盘转动错误；根据法拉第电磁感应定律得铜盘转动产生的感应电动势为产生的感应电动势为 E12BL2，故，故 B 正确；根据闭合电路欧姆定律得正确；根据闭合电路欧姆定律得 IErRRP，则电阻，则电阻 R 的功率为的功率为 PI2R ErRRP2R，当，当 RP0 时，电阻时，电阻 R 的的功率最大，功率最大，即即 PmB2L4R24 Rr 2，故，故 C 正确；把电阻正确；把电阻 R 等效为电源的内阻，则电路等效为电源的内阻，则电路中的等效内阻为中的等效内阻为 rrR，此时外电路只有，此时外电路只有 RP，故当，故当 RPrrR 时，滑动时，滑动变阻器的电功率最大，即变阻器的电功率最大，即 PmB2L4216 Rr，故，故 D 正确，故选正确，故选 B、C、D。(2018北京东城区一模)如图甲所示，一个面积为S、阻值为r的圆形金属线圈与阻值为2r的电阻R组成闭合回路。在线圈中存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，图中B0和t0已知，导线电阻不计。在t0至tt0时间内，求：(1)电阻R中电流的方向；(2)感应电动势的大小E；(3)a、b两点间的电势差Uab。类题演练 1 答案答案 (1)a 到到 b (2)B0St0 (3)2B0S3t0 解析解析 (1)根据楞次定律可知，电流方向由根据楞次定律可知，电流方向由 a 到到 b。(2)根据法拉第电磁感应定律得根据法拉第电磁感应定律得 EntBt SB0St0(3)根根据闭合电路欧姆定律得据闭合电路欧姆定律得 IERr UabIR，R2r 得得 Uab2B0S3t0 电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用，从而影响导体棒(或线圈)的受力情况和运动情况。1导体的两种运动状态 (1)导体的平衡状态静止状态或匀速直线运动状态。(2)导体的非平衡状态加速度不为零。考点二考点二 电磁感应中的动力学问题电磁感应中的动力学问题 2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。3导体的运动分析流程 例例 2 (2018 山东烟台模拟山东烟台模拟)如图甲所示，如图甲所示，一水平放置的线圈，匝数一水平放置的线圈，匝数 n100 匝，横截面积匝，横截面积S0.2m2，电阻，电阻 r1，线圈处于水平向左的均，线圈处于水平向左的均匀变化的磁场中，磁感应强度匀变化的磁场中，磁感应强度 B1随时间随时间 t 的变的变化关系如图乙所示。线圈与足够长的竖直光滑导化关系如图乙所示。线圈与足够长的竖直光滑导轨轨 MN、PQ 连接，导轨间距连接，导轨间距 l20cm，导体棒，导体棒ab 与导轨始终接触良好，导体棒与导轨始终接触良好，导体棒 ab 的电阻的电阻 R4，质量，质量 m5g，导轨的电阻不，导轨的电阻不计，导轨处在与导轨平面垂直向里的匀计，导轨处在与导轨平面垂直向里的匀强磁场中，磁感应强度强磁场中，磁感应强度 B20.5T。t0时刻，导体棒由静止释放，时刻，导体棒由静止释放，g 取取 10m/s2，求：，求：(1)t0 时刻，线圈内产生的感应电动势大小；时刻，线圈内产生的感应电动势大小；(2)t0 时，导体棒时，导体棒 ab 两端的电压和导体棒的加速度大小；两端的电压和导体棒的加速度大小；(3)导体棒导体棒 ab 达到稳定状态时，导体棒重力的瞬时功率。达到稳定状态时，导体棒重力的瞬时功率。解析解析 (1)由图乙可知，线圈内磁感应强度变化率由图乙可知，线圈内磁感应强度变化率B1t0.1T/s 由法拉第电磁感应定律可知由法拉第电磁感应定律可知 E1ntnB1tS2V(2)t0 时，回路中电流时，回路中电流 IE1Rr0.4A 导体棒导体棒 ab 两端的电压两端的电压 UIR1.6V 设此时导体棒的加速度为设此时导体棒的加速度为 a，则由，则由 mgB2Ilma 解得解得 a2m/s2(3)当导体棒当导体棒 ab 达到稳定状态时，满足达到稳定状态时，满足 mgB2Il IE1B2lvRr 解得解得 v5m/s 此时，导体棒重力的瞬时功率此时，导体棒重力的瞬时功率 Pmgv0.25W 答案(1)2V(2)1.6V 2m/s2(3)0.25W (2018贵州模拟)如图甲所示，光滑的平行金属导轨(足够长)固定在水平面内，导轨间距为l20cm，左端接有阻值为R1 的电阻，放在导轨上静止的一导体杆MN与两导轨垂直，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B0.5T。导体杆受到沿导轨方向的拉力F做匀加速运动，测得力F与时间t的关系如图乙所示。导体杆及两导轨的电阻均可忽略不计，导体杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保