2020届高三物理一轮复习 第十章 第3讲 电磁感应规律的综合应用课件

高频考点·分类突破基础知识·自主梳理目录ONTENTSC学科素养提升4课时作业第3讲电磁感应规律的综合应用第十章电磁感应章末检测卷5一、电磁感应中的电路问题1．内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈相当于．(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的，其余部分的电阻相当于．2．电源电动势和路端电压(1)电动势：E＝nΔΦΔt或E＝.(2)路端电压：U＝IR＝.电源内阻外电阻BlvE－Ir二、电磁感应中的动力学问题1．安培力的大小回路中只有一个感应电动势，回路电阻为R时：安培力公式：FA＝BIl感应电动势：E＝Blv感应电流：I＝ER⇒FA＝2．安培力的方向(1)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．B2l2vR右手相反三、电磁感应中的能量问题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．3．电能的计算方法(1)利用克服做功求解：电磁感应中产生的电能等于．(2)利用能量守恒求解：例如，机械能的减少量等于电能的增加量．(3)利用电路特征求解：例如，纯电阻电路中产生的电能等于通过电路中所产生的内能.机械能电能其他形式电能安培力克服安培力所做的功Q＝I2Rt■判一判记一记易错易混判一判(1)“相当于电源”的导体棒两端的电压一定等于电源的电动势．()(2)闭合电路中电流一定从高电势流向低电势．()(3)闭合电路的欧姆定律同样适用于电磁感应电路．()(4)电磁感应中，感应电流引起的安培力一定是阻力．()(5)在有安培力的作用下，导体棒不能做加速运动．()(6)克服安培力做功的过程，就是其他能转化为电能的过程．()(7)电磁感应现象中，电能增加时，机械能一定在减小．()××√××√×规律结论记一记(1)切割磁感线的导体棒或磁通量变化的线圈是电磁感应中的电源，电源的电动势需要用法拉第电磁感应定律计算，电源内阻视情况而定．(2)闭合电路欧姆定律在电磁感应中同样适用，感应电流的判断要灵活应用楞次定律或右手定则，要分析外电路的串并联关系，并画出等效电路图．(3)导体棒(或线框)在安培力和其他力的作用下，可以做加速运动、减速运动、匀速运动、静止或做其他类型的运动，可应用动能定理、牛顿运动定律等规律解题．(4)熟记常用公式：感应电动势公式E＝nΔΦΔt或E＝Blv，感应电流公式I＝ER＋r，路端电压公式U＝IR＝E－Ir，安培力公式F＝BIL＝B2L2vR＋r.考点一电磁感应中的电路问题师生互动型1．对电磁感应电路的理解(1)在电磁感应电路中，相当于电源的部分把其他形式的能通过电流做功转化为电能．(2)“电源”两端的电压为路端电压，而不是感应电动势．(3)电源的正负极、感应电流的方向、电势的高低、电容器极板带电问题，均可用右手定则或楞次定律判定．2．电磁感应中电路知识的关系图[典例1](多选)如图所示，边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域，其磁感应强度B随时间t的变化关系为B＝kt(常量k0)．回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0，滑动片P位于滑动变阻器中央，定值电阻R1＝R0、R2＝R02.闭合开关S，电压表的示数为U，不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势，则()A．R2两端的电压为U7B．电容器的a极板带正电C．滑动变阻器R的热功率为电阻R2的5倍D．正方形导线框中的感应电动势为kL2[思路点拨]解此题关键有两点：(1)明确电源部分及电动势的计算方法．(2)分析电路结构，分清各用电器和仪表的位置．[解析]线框内产生的感应电动势E＝ΔΦΔt＝ΔBΔtπr2＝kπr2，D错误；电压表的示数U是外电压，外电路电阻的串并联关系是R2与滑动变阻器滑动片P右侧电阻并联，之后与滑动片P左侧电阻以及R1串联，外电路总电阻为R总＝R1＋R左＋R并＝74R0，而R并＝R04，故R并两端的电压为U7，即R2两端的电压为U7，A正确；根据楞次定律，线框中感应电流的方向为逆时针，电容器b板带正电，B错误；设滑动变阻器右半部分的电流为I，则R2上的电流为I，滑动变阻器左半部分的电流为2I，滑动变阻器上的功率P＝I2R02＋(2I)2R02＝52I2R0，R2上的功率P2＝I2R02，显然C正确．[答案]AC[规律总结]“明电源、画电路、用规律”三步巧解电磁感应电路问题第1步：确定电源(1)判断产生电磁感应现象的那一部分导体(电源)；(2)利用E＝ΔΦΔt(法拉第电磁感应定律)或E＝BLvsinθ求感应电动势的大小；(3)利用右手定则或楞次定律判断电流方向．第2步：分析电路结构弄清各元件的串并联关系，画等效电路图．第3步：利用电路规律求解结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等列方程求解．1．[纯电阻电路分析](多选)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1m，cd间、de间、cf间分别接着阻值R＝10Ω的电阻．一阻值R＝10Ω的导体棒ab以速度v＝4m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小B＝0.5T、方向竖直向下的匀强磁场．下列说法中正确的是()A．导体棒ab中电流的流向为由b到aB．cd两端的电压为1VC．de两端的电压为1VD．fe两端的电压为1V由右手定则可知ab中电流方向为a→b，A错误；导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势E＝Blv，ab为电源，cd间电阻R为外电路负载，de和cf间电阻中无电流，de和cf间无电压，因此cd和fe两端电压相等，即U＝E2R×R＝Blv2＝1V，B、D正确，C错误．BD2．[含容电路分析](2019·福建厦门外国语学校高三模拟)如图所示，PQ、MN是放置在水平面内的光滑导轨，GH是长度为L、电阻为r的导体棒，其中点与一端固定的轻弹簧连接，轻弹簧的劲度系数为k.导体棒处在方向向下、磁感应强度为B的匀强磁场中．图中E是电动势为E、内阻不计的直流电源，电容器的电容为C.闭合开关，待电路稳定后，下列选项正确的是()A．导体棒中电流为ER2＋r＋R1B．轻弹簧的长度增加BLEkr＋R1C．轻弹簧的长度减少BLEkr＋R2D．电容器带电荷量为Er＋R1Cr导体棒中的电流为I＝ER1＋r，故A错误；由左手定则知导体棒受的安培力向左，则弹簧长度减少，由平衡条件有BIL＝kΔx，代入I得Δx＝BLEkr＋R1，故B、C错误；电容器上的电压等于导体棒两端的电压，Q＝CU＝CER1＋rr，故D正确．D3．[电路的综合分析与计算](2019·江西新余高三上学期期末)如图甲所示，水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置，间距d＝0.5m，电阻不计，左端通过导线与阻值R＝2Ω的电阻连接，右端通过导线与阻值RL＝4Ω的小灯泡L连接．在CDFE矩形区域内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，CE长l＝2m，有一阻值r＝2Ω的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处(恰好不在磁场中)．CDFE区域内磁场的磁感应强度B随时间变化的图象如图乙所示．在t＝0至t＝4s内，金属棒PQ保持静止，在t＝4s时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动．已知从t＝0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中，小灯泡的亮度没有发生变化．求：(1)通过小灯泡的电流；(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小．解析：(1)在t＝0至t＝4s内，金属棒PQ保持静止，磁场变化导致电路中产生感应电动势．等效电路为r与R并联，再与RL串联，电路的总电阻R总＝RL＋RrR＋r＝5Ω此时感应电动势E＝ΔΦΔt＝dlΔBΔt＝0.5×2×0.5V＝0.5V通过小灯泡的电流I＝ER总＝0.1A.(2)当棒在磁场区域中运动时，由导体棒切割磁感线产生电动势，等效电路为R与RL并联，再与r串联，此时电路的总电阻R总′＝r＋RRLR＋RL＝(2＋4×24＋2)Ω＝103Ω由于灯泡中电流不变，所以灯泡的电流IL＝I＝0.1A，则流过金属棒的电流为I′＝IL＋IR＝IL＋RLILR＝0.3A电动势E′＝I′R总′＝Bdv解得棒PQ在磁场区域中运动的速度大小v＝1m/s.答案：(1)0.1A(2)1m/s考点二电磁感应中的图象问题师生互动型1．电磁感应中常见的图象问题图象类型随时间变化的图象，如Bt图象、Φt图象、Et图象、It图象随位移变化的图象，如Ex图象、Ix图象(所以要先看坐标轴：哪个物理量随哪个物理量变化要弄清)问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象(画图象的方法)(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量(用图象)2.解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类，即是B­t图还是Φ­t图，或者E­t图、I­t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的对应关系；(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出函数关系式；(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．[典例2]如图所示为两个有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度均为L，距磁场区域的左侧L处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直．现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定电流沿逆时针方向时的电动势E为正，磁感线垂直纸面向里时磁通量Φ的方向为正，外力F向右为正．则以下关于线框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化的图象正确的是()[思路点拨]解决本题的关键掌握右手定则判断出不同阶段电动势的方向，以及根据E＝BLv求出不同阶段的电动势大小，并结合电路结构分析计算．[解析]当线框运动L时开始进入磁场，磁通量开始增加，当全部进入时达到最大；此后向外的磁通量增加，总磁通量减小；当运动到2.5L时，磁通量最小，故选项A错误．当线框进入第一个磁场时，由E＝BLv可知，E保持不变，而开始进入第二个磁场时，两边同时切割磁感线，电动势应为2BLv，故选项B错误．因安培力总是与运动方向相反，故拉力应一直向右，故选项C错误．拉力的功率P＝Fv，因速度不变，而线框在第一个磁场时，电流为定值，拉力也为定值；两边分别在两个磁场中时，由选项B的分析可知，电流加倍，回路中总电动势加倍，功率变为原来的4倍；此后从第二个磁场中离开时，安培力应等于线框在第一个磁场中的安培力，所以功率应等于在第一个磁场中的功率，故选项D正确．[答案]D[规律总结]处理图象问题要做到“四明确、一理解”1．[根据电磁感应过程选择图象](2019·湖北荆州高三模拟)超导体的电阻为零，现有一个本来无电流的固定的超导体圆环如图所示，虚线为其轴线，在其右侧有一个条形永磁体，当永磁体从右侧远处沿轴线匀速穿过该圆环直至左侧远处的过程中，假设磁体中心刚好处于圆环中心为零时刻，从右向左看逆时针电流规定为正方向．下列I­t图象所反映的电流情况合理的是()条形磁铁从右向左插入线圈时，根据楞次定律可知，线圈中产生从右向左看逆时针电流，当线圈位于磁铁中心位置时，线圈中磁通量的变化最大，圆环中积累的电流最大；当磁铁从左边离开磁场时，根据楞次定律可知，线圈中产生从右向左看顺时针电流，由于环是超导体，原逆时针电流不会消失，所以之后电流减小，但不反向，故选项A正确，B、C、D错误．A2．[根据图象分析电磁感应过程](多选)如图甲所示，在水平面上固定一个匝数为10匝的等边三角形金属线框，总电阻为3Ω，边长为0.4m．金属框处于两个半径为0.1m的圆形匀强磁场中，顶点A恰好位于左边圆的圆心，BC边的中点恰好与右边圆的圆心重合．左边磁场方向垂直纸面向外，右边磁场垂直纸面向里，磁感应强度的变化规律如图乙所示，则下列说法中正确的是(π取3)()A．线框中感应电流的方向是顺时针方向B．t＝0.4s时，穿过线框的磁通量为0.005WbC．经过t＝0.4s，线框