2020版高考物理总复习 10 第3讲 电磁感应规律的综合应用课件 新人教版

必考部分第十章电磁感应第3讲电磁感应规律的综合应用基础·全面落实考点·深度研析素能·专项突破真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、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都相当于_______。(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的_______，其余部分是______________。电源内阻外电路2．电源电动势和路端电压(1)电动势：E＝__________或E＝__________。(2)电源正、负极：用____________________确定。(3)路端电压：U＝E－Ir＝IR。BLvnΔΦΔt右手定则或楞次定律二、电磁感应图象问题图象类型(1)随时间变化的图象如B－t图象、Φ－t图象、E－t图象和I－t图象(2)随位移x变化的图象如E－x图象和I－x图象问题类型(1)由给定的__________过程判断或画出正确的图象(2)由给定的有关图象分析___________过程，求解相应的物理量(3)利用给出的图象判断或画出新的图象应用知识左手定则、安培定则、右手定则、__________________________________________、欧姆定律、牛顿定律、函数图象知识等电磁感应电磁感应楞次定律、法拉第电磁感应定律三、感应电流在磁场中所受的安培力1．安培力的大小由感应电动势E＝___________，感应电流I＝___________和安培力公式F＝___________得F＝B2L2vR。2．安培力的方向判断BLvERBIL四、电磁感应中的能量转化与守恒1．能量转化的实质电磁感应现象的能量转化实质是其他形式能和电能之间的转化。2．能量的转化感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力__________，将其他形式的能转化为__________，电流做功再将电能转化为内能(或其他形式的能)。3．热量的计算电流(恒定)做功产生的热量用焦耳定律计算，公式Q＝__________。做功电能I2Rt(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．闭合电路的欧姆定律同样适用于电磁感应电路。()2．在闭合回路中切割磁感线的那部分导体两端的电压一定等于产生的感应电动势。()3．电路中电流一定从高电势流向低电势。()4．克服安培力做的功一定等于回路中产生的焦耳热。()5．有安培力作用时导体棒不可能做加速运动。()×√×××1．(电磁感应中的电路问题)如图所示，两个互连的金属圆环，小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一，磁场垂直穿过大金属环所在区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在大环内产生的感应电动势为E，则a、b两点间的电势差为()A．12EB．13EC．23ED．E解析a、b间的电势差等于路端电压，而小环电阻占电路总电阻的13，故a、b间电势差为U＝13E，B项正确。答案B2.(电磁感应中的图象问题)在四个选项中，虚线上方空间都存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。A、B中的导线框为正方形，C、D中的导线框为直角扇形。各导线框均绕垂直纸面轴O在纸面内匀速转动，转动方向如箭头所示，转动周期均为T。从线框处于图示位置时开始计时，以在OP边上从P点指向O点的方向为感应电流i的正方向。则在选项中的四个情景中，产生的感应电流i随时间t的变化规律如图所示的是()解析根据感应电流在一段时间恒定，导线框应为扇形；由右手定则可判断出产生的感应电流i随时间t的变化规律如题图所示的是选项C。答案C3.(电磁感应中的动力学问题)(多选)如图所示，有两根和水平方向成α角的光滑平行金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度vmax，则()A．如果B增大，vmax将变大B．如果α变大，vmax将变大C．如果R变大，vmax将变大D．如果m变大，vmax将变大解析金属杆从轨道上由静止滑下，经足够长时间后，速度达最大值vmax，此后金属杆做匀速运动，杆受重力、轨道的支持力和安培力，如图所示。安培力F＝BLvmaxRLB，对金属杆列平衡方程mgsinα＝B2L2vmaxR，则vmax＝mgsinα·RB2L2，由此式可知，B增大，vmax减小；α增大，vmax增大；R变大，vmax变大；m变大，vmax变大。因此B、C、D三项正确。答案BCD4.(电磁感应中的能量问题)如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于()A．棒的机械能增加量B．棒的动能增加量C．棒的重力势能增加量D．电阻R上放出的热量解析棒受重力G、拉力F和安培力F安的作用。由动能定理：WF＋WG＋W安＝ΔEk得WF＋W安＝ΔEk＋mgh，即力F做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增加量，A项正确。答案A考点·深度研析核心考点分层突破考点1电磁感应中的电路问题考|点|速|通解决电磁感应中的电路问题三步骤典|例|微|探【例1】如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中()A．PQ中电流先增大后减小B．PQ两端电压先减小后增大C．PQ上拉力的功率先减小后增大D．线框消耗的电功率先减小后增大解析整个回路的等效电路如图所示，导体棒PQ向右滑动的过程中，外电路的总电阻先增大后减小，故PQ中的电流先减小后增大，A项错误，P、Q两端的电压是外电压，随外电阻也应先增大后减小，B项错误；PQ上拉力的功率P＝F·v＝BIl·v，随电流应先减小后增大，C项正确；外电路电阻一直小于内电阻，故外电路消耗的功率随外电阻也应先增大后减小，D项错误。答案C电磁感应中确定电源的方法1．判断出产生电磁感应现象的那一部分导体(电源)。2．动生问题(棒切割磁感线)产生的电动势E＝BLv，方向由右手定则判定。3．感生问题(磁感应强度的变化)产生的电动势E＝nΔBSΔt，方向由楞次定律判定。而电流方向都是等效电源内部负极流向正极的方向。题|组|冲|关1．如图甲所示，半径为r的带缺口刚性金属圆环固定在水平面内，缺口两端引出两根导线，与电阻R构成闭合回路。若圆环内加一垂直于纸面变化的磁场，变化规律如图乙所示。规定磁场方向垂直纸面向里为正，不计金属圆环的电阻。以下说法正确的是()A．0～1s内，流过电阻R的电流方向为a→bB．1～2s内，回路中的电流逐渐减小C．2～3s内，穿过金属圆环的磁通量在减小D．t＝2s时，Uab＝πr2B0解析0～1s内，穿过线圈垂直纸面向里的磁场在增大，根据楞次定律可得流过电阻R的电流方向为b→a，A项错误；1～2s内，回路中的电流I＝ER＝ΔBSΔtR，图象的斜率k＝ΔBΔt，在1～2s内磁通量变化率恒定，所以电流恒定，B项错误；2～3s内，穿过金属圆环的磁通量垂直纸面向外在增大，C项错误；由法拉第电磁感应定律可知，在2s时，因不计金属圆环的内阻，则Uab＝E＝B0πr2，D项正确。答案D2.在同一水平面上的光滑平行导轨P、Q相距l＝1m，导轨左端接有如图所示的电路。其中水平放置的平行板电容器两极板M、N相距d＝10mm，定值电阻R1＝R2＝12Ω，R3＝2Ω，金属棒ab的电阻r＝2Ω，其他电阻不计。磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间的质量m＝1×10－14kg、电荷量q＝－1×10－14C的微粒恰好静止不动。g取10m/s2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好，且速度保持恒定。试求：(1)匀强磁场的方向；(2)ab两端的路端电压；(3)金属棒ab运动的速度。解析(1)负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态，因为重力竖直向下，所以电场力竖直向上，故M板带正电。ab棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势，ab棒等效于电源，其a端为电源的正极，感应电流方向由b→a，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下。(2)微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态，根据平衡条件有qUMNd＝mg，所以UMN＝mgdq＝0.1V。R3两端电压与电容器两端电压相等，由欧姆定律得通过R3的电流为I＝UMNR3＝0.05A，则ab棒两端的电压为Uab＝UMN＋IR1R2R1＋R2＝0.4V。(3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势E＝Blv，由闭合电路欧姆定律得E＝Uab＋Ir＝0.5V，联立解得v＝1m/s。答案(1)竖直向下(2)0.4V(3)1m/s考点2电磁感应中的图象问题考|点|速|通处理图象问题要做到“四明确、一理解”典|例|微|探【例2】如图所示，有一等腰直角三角形的区域，其斜边长为2L，高为L。在该区域内分布着如图所示的磁场，左侧磁场方向垂直纸面向外，右侧磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小均为B。一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd，从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域。取沿顺时针方向的感应电流为正，下列表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图象正确的是()ABCD解析bc边的位置坐标x在L～2L过程中，线框bc边有效切割长度l＝x－L感应电动势E＝Blv＝B(x－L)v，感应电流i＝ER＝Bx－LvR，根据楞次定律判断出感应电流方向沿a→b→c→d→a，为正值；x在2L～3L过程中，ad边和bc边都切割磁感线，产生感应电动势，根据楞次定律判断出感应电流方向沿a→d→c→b→a，为负值，线框有效切割长度l＝L，感应电动势E＝BLv，感应电流i＝－BLvR；x在3L～4L过程中，线框ad边有效切割长度l＝L－(x－3L)＝4L－x，感应电动势E＝B(4L－x)v，感应电流i＝B4L－xvR，根据楞次定律判断出感应电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，由数学知识得D项正确。答案D电磁感应中图象类选择题的两个常见解法1．排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项。2．函数法：根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法。题|组|冲|关1.如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一、三象限内有垂直该坐标平面向里的匀强磁场，二者磁感应强度相同，圆心角为90°的扇形导线框OPQ以角速度ω绕O点在图示坐标平面内沿顺时针方向匀速转动。规定与图中导线框的位置相对应的时刻为t＝0，导线框中感应电流逆时针为正。则关于该导线框转一周的时间内感应电流i随时间t的变化图象正确的是()ABCD解析在线框切割磁感线产生感应电动势时，由E＝12BL2ω知，感应电动势一定，感应电流大小不变，故B、D两项错误；在T2～34T内，由楞次定律判断可知线框中感应电动势方向沿逆时针方向，为正，故A项正确、C项错误。答案A2．(多选)如图所示，CAD是固定在水平面上的用一硬导线折成的V形框架，∠A＝θ。在该空间存在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场。框架上的EF是用同样的硬导线制成的导体棒，它在水平外力作用下从A点开始沿垂直EF方向以速度v匀速水平向右平移。已知导体棒和框架始终接触良好且构成等腰三角形回路，导线单位长度的电阻均为R，框架和导体棒均足够长。则下列描述回路中的电流I和消耗的电功率P随时间t变化的图象中正确的是()ABCD解析由几何知识可知，导体棒切割磁感线的有效长度为L＝2vttanθ2，回路的总电阻R总＝1sinθ2＋1LR，感应电动势E＝BLv，则回路中的电流I＝BvR1sinθ