2014年《步步高》高三物理一轮复习课件(江苏专用)第九章 第3讲 专题 电磁感应规律的综合应用

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解析
根据楞次定律可知,选项 A 正确;线圈中产生的电动势 E
ΔΦ SΔB l2ΔB = = = ,选项 B 正确;线圈中的感应电流沿逆时针 Δt Δt 2 Δt 方向,所以 a 点电势低于 b 点电势,选项 C 错误;线圈左边的一 半导线相当于电源,右边的一半相当于外电路,a、b 两点间的电 E l2ΔB 势差相当于路端电压,其大小为 U= = ,选项 D 错误. 2 4 Δt
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3.易错总结 对于电磁感应现象中的电路结构分析有两个方面容易出错: (1)电源分析错误,不能正确地应用右手定则或楞次定律判断电
源的正负极,不能选择恰当的公式计算感应电动势的大小.
(2)外电路分析错误,不能正确判断电路结构的串并联关系.
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规范解答 (1)金属条 ab 在磁场中切割磁感线时, 所构成的回路 的磁通量变化.设经过时间Δt,磁通量变化量为ΔΦ,由法拉 ΔΦ 第电磁感应定律 E= , Δt ①
1 2 12 ΔΦ=BΔS=B r2Δθ- r1Δθ 2 2

由①、②式并代入数值得: ΔΦ 1 2 2 E= = Bω (r2-r1)=4.9×10-2 V Δt 2 根据右手定则(或楞次定律),可得感应电流方向为 b→a. ③ ④
B.电流所做的功相等 C.产生的总内能相等
D.通过ab棒的电荷量相等
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解析
光滑导轨无摩擦力,导轨粗糙的有摩擦力,动能最终都全 1 2 部转化为内能,所以内能相等,C 正确;对光滑的导轨有, mv 0 2 1 2 =Q 安 ,对粗糙的导轨有, mv 0=Q 安 ′+Q 摩,Q 安≠Q 安 ′,则 A 2 Blvt Blx 正确,B 错;q=It= = ,且 x 光 >x 粗,所以 q 光 >q 粗,D 错. R R
角为θ=37°的斜面内,放置MN和
PQ两根不等间距的光滑金属导轨, 该装置放置在垂直斜面向下的匀强 磁场中.导轨M、P端间接入阻值R1 =30 Ω的电阻和理想电流表,N、Q 端间接阻值为R2=6 Ω的电阻. 图9-3-5
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质量为m=0.6 kg、长为L=1.5 m的金属棒放在导轨上以v0 =5 m/s的初速度从ab处向右上方滑到a′b′处的时间为t=
第3讲 专题 电磁感应规律的综合应用
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 电源 _____. (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的_____,其余 内阻 部分是_______. 外电路 2.电源电动势和路端电压 ΔΦ n Blv Δt (1)电动势:E=_____或 E=_______. (2)路端电压:U=IR=______. E-Ir
成.后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根
金属条,每根金属条的中间均串联有一电 阻值为R的小灯泡.在支架上装有磁铁,
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图9-3-4
形成了磁感应强度 B=0.10 T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀 π 强磁场,其内半径为 r1、外半径为 r2、张角θ = .后轮以角速度 6 ω=2π rad/s 相对于转轴转动.若不计其它电阻,忽略磁场的边 缘效应.
-2
V,远小于小灯泡的额定电压,因此无法正常工作.)
B增大,E增大,但有限度;r2增大,E增大,但有限度;ω增
大,E增大,但有限度;θ增大,E不变.
答案 (1)4.9×10-2 V 电流方向为b→a
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(2)(3)(4)见解析
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【变式跟踪1】 如图9-3-5所示,在倾
答案
AB
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二、电磁感应现象中的动力学问题 1.安培力的大小 Blv 感应电动势:E=____ E 感应电流:I=_______ R+r B2l2v BIl 安培力公式:F=_____=_______ R+r
2.安培力的方向
右手定则 左手定则 (1)先用_________确定感应电流方向,再用_________确定
(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v;
(3)线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳 热.
图9-3-6
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解析 (1)线框进入磁场前, 线框仅受到拉力 F、 斜面的支持力和 线框重力,由牛顿第二定律得:F-mgsin α =ma F-mgsin α 线框进入磁场前的加速度 a= =5 m/s2 m (2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,ab 边进入磁 场切割磁感线,产生的电动势 E=Bl1v E Bl1v 形成的感应电流 I= = R R 受到沿斜面向下的安培力 F 安=BIl1 2 B2l1v 线框受力平衡,有 F=mgsin α+ R 代入数据解得 v=2 m/s
0.5 s,滑过的距离l=0.5 m.ab处导轨间距Lab=0.8 m,
a′b′处导轨间距La′b′=1 m.若金属棒滑动时电流表的读数 始终保持不变,不计金属棒和导轨的电阻.sin 37°= 0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,求: (1)此过程中电阻R1上产生的热量; (2)此过程中电流表上的读数; (3)匀强磁场的磁感应强度.
答案
AC
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题型一
电磁感应中的电路问题
【典例1】 (2012· 浙江卷,25)为了提高自行车 夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种 “闪烁”装置.如图9-3-4所示,自行车后 轮由半径r1=5.0×10-2 m的金属内圈、半 径r2=0.40 m的金属外圈和绝缘辐条构
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题型二
电磁感应中的动力学问题
【典例2】 如图9-3-6甲所示,光滑 斜面的倾角α=30°,在斜面上放置 一矩形线框abcd,ab边的边长l1=1 m,bc边的边长l2=0.6 m,线框的质量m=1 kg,电阻R=0.1 Ω,线框受到沿光滑斜
面向上的恒力F的作用,已知F=10 N.斜面上ef线(ef∥gh)的
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(Biblioteka Baidu)通过分析,可得电路图为
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(3)设电路中的总电阻为 R 总,根据电路图可知, 1 4 R 总 =R+ R= R ⑤ 3 3 E 1 - ab 两端电势差 Uab=E-IR=E- R= E=1.2×10 2 V ⑥ 4 R总 设 ab 离开磁场区域的时刻为 t1,下一根金属条进入磁场区域的 时刻为 t2,
答案
ACD
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三、电磁感应现象中的能量问题 1.能量的转化:感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培 电能 力_____,将其他形式的能转化为_____ ,电流做功再将电 做功 内能 能转化为_____ . 2.实质:电磁感应现象的能量转化,实质是其他形式的能和 电能 _____之间的转化.
右方有垂直斜面向上的均匀磁场,磁感应强度B随时间t的变 化情况如图乙的B-t图象所示,时间t是从线框由静止开始运 动时刻起计时的.如果线框从静止开始运动,进入磁场最初 一段时间是匀速的,ef线和gh线的距离x=5.1 m,取g=10 m/s2.求:
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(1)线框进入磁场前的加速度;
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【即学即练】
3.(多选)如图9-3-3所示,水平固定放置
的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的
匀强磁场中,在导轨上放着金属棒ab,开 始时ab棒以水平初速度v0向右运动,最后 静止在导轨上,就导轨光滑和导轨粗糙的 两种情况相比较,这个过程 ( ). 图9-3-3
A.安培力对ab棒所做的功不相等
θ 1 t1= = s 12 ω
π 2 1 t2= = s ω 4 2π 设轮子转一圈的时间为 T,T= =1 s

⑧ ⑨
ω
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在T=1 s内,金属条有四次进出,后三次与第一次相同.⑩
由⑥、⑦、⑧、⑨、⑩可画出如下Uab-t图象.
(4)“闪烁”装置不能正常工作.(金属条的感应电动势只有4.9×10
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解析 (1)因电流表的读数始终保持不变,即感应电动势不变,故 BLabv0=BLa′ b′va′b′,代入数据可得 va′ b′=4 m/s,根据能量转化 和守恒定律得: 1 Q 总= m(v 2-v2′ b′)-mglsin 37°=QR1+QR2 0 a 2 U2 QR1 R2 由 Q= t 得: = ,代入数据可求得:QR1=0.15 J R QR2 R1 QR1 (2)由焦耳定律 QR1=I2R1t 可知:电流表读数 I1= =0.1 A 1 R1t (3)不计金属棒和导轨上的电阻,则 R1 两端的电压始终等于金属棒 与两轨接触间的电动势,由 E=I1R1,E=BLa′b′ va′b′可得:B= I1R1 =0.75 T La′b′ va′b′
由下落,过段时间后,再将S闭合,若从S闭合开始计时,
则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象可能是 ( ).
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E BLv 解析 设闭合 S 时,ab 的速度为 v, E=BLv, 则 I= = , R R B2L2v F 安 =BIL= , R B2L2v 若 F 安= =mg,则选项 A 正确. R B2L2v 若 F 安= <mg,则选项 C 正确. R B2L2v 若 F 安= >mg,则选项 D 正确. R
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【即学即练】
1.(多选)用均匀导线做成的正方形线圈边长 为 l,正方形的一半放在垂直于纸面向里 的匀强磁场中,如图 9-3-1 所示,当磁 ΔB 场以 的变化率增大时,则 Δt ( ).
图9-3-1
A.线圈中感应电流方向为 acbda Δ B l2 B.线圈中产生的电动势 E= · Δt 2 C.线圈中 a 点电势高于 b 点电势 Δ B l2 D.线圈中 a、b 两点间的电势差为 · Δt 2
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4.求解电磁感应中的电路问题的关键:
(1)在电磁感应电路中产生感应电动势的那一部分电路相当于电 源,电流的流向是从“电源”的负极经电源流向正极,这一部分 R 电路两端电压相当于路端电压,U= E.感应电动势是联系电 R+r 磁感应与电路的桥梁. (2)当所涉及的电路为全电路时,往往存在着一定的功率关系:即 电磁感应产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和.若为纯电 阻电路,则产生的电能全部转化为电路中的内能.所以能量守恒 是分析这类问题的思路.
(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时,求感应电动势E,并指出ab上
的电流方向;
(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时,画出“闪烁”装置的电路图; (3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始,经计算画出轮子转一圈
过程中,内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象;
(4)若选择的是“1.5 V,0.3 A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正 常工作?有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径 r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案, 请给出你的评价.
安培力方向. (2)根据楞次定律,安培力方向一定和导体切割磁感线运动
相反 方向_____.
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【即学即练】
2.(多选)如图9-3-2所示,MN和PQ是两根互相
平行竖直放置的光滑金属导轨,已知导轨足够
长,且电阻不计.有一垂直导轨平面向里的匀 强磁场,磁感应强度为B,宽度为L,ab是一根 不但与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金 属杆.开始,将开关S断开,让ab由静止开始自 图9-3-2
答案
(1)0.15 J
(2)0.1 A
(3)0.75 T
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借题发挥
1.电磁感应中电路知识的关系图
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2.电磁感应中电路问题的解题思路
(1)明确电源的电动势 ΔΦ ΔB ΔS 1 E=n =nS =nB ,E=BLv,E= BL2ω 2 Δt Δt Δt (2)明确电源的正、负极:根据电源内部电流的方向是从负极流向 正极,即可确定电源的正、负极. (3)明确电源的内阻:即相当于电源的那部分电路的电阻. (4)明确电路关系:即构成回路的各部分电路的串、并联关系. (5)结合闭合电路欧姆定律和电功、电功率等能量关系列方程求 解.
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