2019-2020学年高中物理 第1章 电磁感应章末整合课件 粤教版选修3-2

章末整合知识网络专题一楞次定律的理解和应用1．楞次定律解决的问题是感应电流的方向问题，它涉及两个磁场，感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)，前者和后者的关系不是“同向”和“反向”的简单关系，而是前者“阻碍”后者“变化”的关系．2．对“阻碍意义的理解”(1)阻碍原磁场的变化．“阻碍”不是阻止，而是“延缓”，感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了，原磁场的变化趋势不会改变，不会发生逆转．热点专题(2)阻碍的是原磁场的变化，而不是原磁场本身，如果原磁场不变化，即使它再强，也不会产生感应电流．(3)阻碍不是相反，当原磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场同向，以阻碍其减小；当磁体远离导体运动时，导体运动将和磁体运动同向，以阻碍其相对运动．(4)由于“阻碍”，为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其他形式的能量转化为电能，因而楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现．3．运用楞次定律处理问题的思路(1)判定感应电流方向问题的思路运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可以总结为“一原、二感、三电流”．①明确原磁场：弄清原磁场的方向以及磁通量的变化情况．②确定感应磁场：即根据楞次定律中的“阻碍”原则，结合原磁场磁通量变化情况，确定出感应电流产生的感应磁场的方向．③判定电流方向：即根据感应磁场的方向，运用安培定则判断出感应电流方向．(2)判断闭合电路(或电路中可动部分导体)相对运动类问题的分析策略在电磁感应问题中，有一类综合性较强的分析判断类问题，主要是磁场中的闭合电路在一定条件下产生了感应电流，而此电流又处于磁场中，受到安培力作用，从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动．如图所示是著名物理学家费曼设计的一个实验，在一块绝缘板中部安装一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球．将整个装置悬挂起来．当接通开关瞬间，整个圆盘将(自上而下看)()例1A．顺时针转动一下B．逆时针转动一下C．顺时针不断转动D．逆时针不断转动解析：开关接通瞬间，穿过带电小球所在空间向下的磁通量突然增加，由楞次定律知，在带电小球所处空间将产生逆时针方向(从上往下看)的电动势(确切讲，应为逆时针方向电场)，从而使带负电小球受到顺时针方向作用力．由于该变化是瞬间的，故选A.答案：A专题二电磁感应中的力学问题通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速度、加速度的变化．(1)基本方法①用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电流的方向和感应电动势的大小．②求出回路中电流的大小．③分析研究导体受力情况(包括安培力，用左手定则确定其方向)．④列出动力学方程或者平衡方程求解．(2)基本思路电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态分析：导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受到安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化，周而复始的循环，循环结束时，加速度为零，导体达稳定状态，速度达到最值．如图所示，线圈abcd每边长l＝0.20m，线圈质量m1＝0.10kg、电阻R＝0.10Ω，重物质量为m2＝0.14kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，方向垂直线圈平面向里，磁场区域的宽度为h＝0.20m．重物从某一位置下降，使ab边进入磁场开始做匀速运动，求线圈做匀速运动的速度．(g＝10m/s2)例2解析：该题的研究对象为线圈，线圈在匀速上升时受到的安培力F安、绳子的拉力F和重力mg相互平衡，即F＝F安＋m1g①，重物受力也平衡：F＝m2g②，线圈匀速上升，在线圈中产生的感应电流为I＝BlvR③，因此线圈受到向下的安培力F安＝BIl④，联立①～④式得v＝m2－m1gRB2l2，代入数据解得v＝4m/s.答案：4m/s专题三电磁感应中的电路问题在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源．解决电路问题的基本方法：①用法拉第电磁感应定律或楞次定律确定感应电动势的大小和方向．②画出等效电路图．③运用闭合电路欧姆定律、串并联电路性质，电功率等公式进行求解．用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如下图所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是()A．UaUbUcUdB．UaUbUdUcC．Ua＝UbUc＝UdD．UbUaUdUc例3解析：线框进入磁场过程中产生的电动势分别为Ea＝Eb＝BLv，Ec＝Ed＝2BLv，由于单位长度电阻相等，则有：Ua＝34Ea＝34BLv，Ub＝56Eb＝56BLv，Uc＝34Ec＝32BLv，Ud＝23Ed＝43BLv，所以Ua＜Ub＜Ud＜Uc，B正确．答案：B专题四电磁感应中的图象问题电磁感应中常常涉及磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、安培力或外力随时间变化的图象．这些图象问题大体上可以分为两类：①由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象．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．不管是何种类型，电磁感应中的图象问题往往需要综合右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决．例4(2019·重庆模拟)如图所示，有一边长为L的正方形线框abcd，由距匀强磁场上边界H处静止释放，其下边刚进入匀强磁场区域时恰好能做匀速直线运动．匀强磁场区域宽度也为L.ab边开始进入磁场时记为t1，cd边出磁场时记为t2，忽略空气阻力，从线框开始下落到cd边刚出磁场的过程中，线框的速度大小v、加速度大小a、ab两点的电压大小Uab、线框中产生的焦耳热Q随时间t的变化图象可能正确的是()解析：线圈在磁场上方H开始下落到下边进入磁场过程中线圈做匀加速运动；因线圈下边刚进入匀强磁场区域时恰好能做匀速直线运动，可知直到线圈cd边出磁场时一直做匀速运动，选项A、B错误．线圈ab边进入磁场的过程E＝BLv，则Uab＝34BLv；ab边出离磁场的过程E＝BLv，则Uab＝14BLv.线圈进入磁场和出离磁场过程中电动势相同，均为E＝BLv，时间相同，则由功率公式Q＝U2Rt可知，两过程产生的热量相同，故C正确、D错误．答案：C专题五电磁感应中的能量问题电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，此过程中，其他形式的能量转化为电能，“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能量，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量．如图甲所示，光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距l，在M点和P点间连接一个阻值为R的电阻，在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电阻为r、长度也刚好为l的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距d0.现用一个水平向右的力F拉棒ab，使它由静止开始运动，棒ab离开磁场前已做匀速直线运动，棒ab与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，F随ab与初始位置的距离x变化的情况如图乙，F0已知．求：例5(1)棒ab离开磁场右边界时的速度；(2)棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能；(3)d0满足什么条件时，棒ab进入磁场后一直做匀速运动？甲乙解析：(1)设离开右边界时棒ab速度为v，则有E＝Blv，I＝ER＋r，对棒有2F0－BIl＝0，解得v＝2F0R＋rB2l2.(2)在棒ab运动的整个过程中，根据动能定理F0d0＋2F0d－W安＝12mv2－0，由功能关系：E电＝W安，解得E电＝F0(d0＋2d)－2mF20R＋r2B4l4.(3)设棒刚进入磁场时的速度为v0，则有F0d0＝12mv20－0，当v0＝v，即d0＝2F0mR＋r2B4l4时，进入磁场后一直匀速运动．答案：(1)2F0R＋rB2l2(2)F0(d0＋2d)－2mF20R＋r2B4l4(3)d0＝2F0mR＋r2B4l4电磁感应中的能量问题1．电磁感应的本质——能量转化：电磁感应过程，实质上也是一个能量转化和守恒的过程．通过安培力做负功，将其他非电能转化为电能，同时又将转化来的电能进一步转化成其他非电能．因此，电磁感应过程总是伴随着能量转化．2．利用功能关系求解电磁感应问题的基本方法(1)用法拉第电磁感应定律或导体切割磁感线公式确定感应电动势的大小，用楞次定律和右手定则判断感应电动势的方向．解题策略(2)画出等效电路，求解电路中相关参量，分析电路中能量转化关系．(3)研究导体机械能的转化，利用能量转化和守恒关系，列出机械功率与电路中电功率变化的守恒关系式．3．电磁感应中能量转化类型(1)机械能→电能→机械能＋内能．(2)化学能→电能→机械能＋内能．(3)非电能→电能→内能．1．如图所示电路，两根光滑金属导轨平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计，斜面处在竖直向上的匀强磁场中，电阻可忽略不计的金属棒ab质量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用．金属棒沿导轨匀速下滑，则它在下滑高度h的过程中，以下说法正确的是()A．作用在金属棒上各力的合力做功等于系统产生的电能B．重力做的功等于系统产生的电能C．金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热D．金属棒克服恒力F做的功等于电阻R上产生的焦耳热【答案】C【解析】根据动能定理，合力做的功等于动能的增量，故A错；重力做的功等于重力势能的减少，重力做的功等于克服F所做的功与产生的电能之和，而克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热，所以B、D错，C对．2．(多选)如图所示，一粗糙的平行金属轨道平面与水平面成θ角，两轨道上端与一电阻R相连，该装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上．质量为m的金属杆ab以初速度v0从轨道底端向上滑行，滑行到某高度h后又返回到底端．若运动过程中金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，轨道与金属杆的电阻均忽略不计．则下列说法正确的是()A．金属杆上滑过程与下滑过程通过电阻R的电荷量一样多B．金属杆上滑过程中克服重力、安培力与摩擦力所做的功之和大于12mv20C．金属杆上滑过程与下滑过程因摩擦而产生的内能一定相等D．金属杆在整个过程中损失的机械能等于装置产生的焦耳热【解析】金属杆在轨道上滑行时平均电动势E＝ΔΦt＝BSt，通过的电荷量Q＝It＝BSRtt＝BSR，故上滑和下滑时通过电阻R的电荷量相同；根据能量守恒定律知，金属杆上滑过程中克服重力、安培力与摩擦力所做的功之和等于减少的动能12mv20，金属杆上滑过程与下滑过程中所受摩擦力大小相等，移动的位移大小相等，故因摩擦而产生的内能一定相等；根据能量守恒定律可知整个过程中损失的机械能等于装置产生的焦耳热和摩擦产生的内能之和，故A、C正确，B、D错误．【答案】AC