高中物理电磁感应定律的综合应用(夯实基础拿高分)
电磁感应规律的综合应用(解析版)-2023年高考物理压轴题专项训练(新高考专用)

压轴题07电磁感应规律的综合应用目录一,考向分析 (1)二.题型及要领归纳 (2)热点题型一以动生电动势为基综合考查导体棒运动的问题 (2)热点题型二以感生电动势为基综合考查导体棒运动的问题 (9)热点题型三以等间距双导体棒模型考动量能量问题 (16)热点题型四以不等间距双导体棒模型考动量定理与电磁规律的综合问题 (21)热点题型五以棒+电容器模型考查力电综合问题 (27)三.压轴题速练 (33)一,考向分析1.本专题是运动学、动力学、恒定电流、电磁感应和能量等知识的综合应用,高考既以选择题的形式命题,也以计算题的形式命题。
2.学好本专题,可以极大地培养同学们数形结合的推理能力和电路分析能力,针对性的专题强化,可以提升同学们解决数形结合、利用动力学和功能关系解决电磁感应问题的信心。
3.用到的知识有:左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、牛顿运动定律、函数图像、动能定理和能量守恒定律等。
电磁感应综合试题往往与导轨滑杆等模型结合,考查内容主要集中在电磁感应与力学中力的平衡、力与运动、动量与能量的关系上,有时也能与电磁感应的相关图像问题相结合。
通常还与电路等知识综合成难度较大的试题,与现代科技结合密切,对理论联系实际的能力要求较高。
4.电磁感应现象中的电源与电路(1)产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
(2)在电源内部电流由负极流向正极。
(3)电源两端的电压为路端电压。
5.电荷量的求解电荷量q=IΔt,其中I必须是电流的平均值。
由E=n ΔΦΔt、I=ER总、q=IΔt联立可得q=n ΔΦR总,与时间无关。
6.求解焦耳热Q的三种方法(1)焦耳定律:Q=I2Rt,适用于电流、电阻不变。
(2)功能关系:Q=W克服安培力,电流变不变都适用。
(3)能量转化:Q=ΔE(其他能的减少量),电流变不变都适用。
7.用到的物理规律匀变速直线运动的规律、牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等。
高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 第3讲 电磁感应定律的综合应用

A.U=12BLv,流过固定电阻 R 的感应电流由 b 经 R 到 d B.U=BLv,流过固定电阻 R 的感应电流由 d 经 R 到 b C.MN 受到的安培力大小 FA=B22Rl2v,方向水平向右 D.MN 受到的安培力大小 FA=B2Rl2v,方向水平向左
解析:A 根据电磁感应定律,MN 产生的电动势 E=Blv, 由于 MN 的电阻与外电路电阻相同,所以 MN 两端的电压 U =12E=12Blv,根据右手定则,流过固定电阻 R 的感应电流由 b 经 R 到 d,故 A 正确,B 错误;MN 受到的安培力大小 FA =B22lR2v,方向水平向左,故 C、D 错误.
二、电磁感应中的动力学问题 1.安培力的大小
安培力公式:FA=BIl 感应电动势:E=Blv
⇒FA=_B__2RL__2v__
感应电流:I=RE
2.安培力的方向
(1)用左手定则判断:先用_右__手___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_相__反___ (选填“相同”或“相反”).
ΔΦ
=
BΔS
=
BL
v 2
t0
,
解
得
:
a
=
FB2-2LF2t10R,q=F22-BFL1t0,故 C 错误,D 正确.
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_机__械__能___转化为_电__能__,电流做功再将电能转化 为_其__他__形__式__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_电__能__之间的转化.
3.电势:在外电路中,电流由_高___电势流向_低__电势; 在内电路中,电流由_低___电势流向_高___电势.
新高考物理人教版一轮复习课件专题10第3讲电磁感应定律的综合应用

A.棒产生的电动势为12Bl2ω B.微粒的电荷量与质量之比为B2rg2dω C.电阻消耗的电功率为πB22Rr4ω D.电容器所带的电荷量为 CBr2ω
【答案】B
【解析】金属棒绕 OO′轴切割磁感线转动,棒产生的电动势 E= Br·ω2r=21Br2ω,所以 A 错误;电容器两极板间电压等于电源电动势 E, 带电微粒在两极板间处于静止状态,则 qEd =mg,即mq =dEg=12Bdrg2ω= B2rd2gω,所以 B 正确;电阻消耗的功率 P=ER2=B24rR4ω2,所以 C 错误;电 容器所带的电荷量 Q=CE=CB2r2ω,所以 D 错误.
根据电路知 U=R+R rBLv=0.08v=0.08at,结合 U-t 图像知导体棒做匀 加速运动,加速度为 a=1 m/s2,根据牛顿第二定律,在 5 s 末对金属杆 有 F-BIL=ma,解得 F=0.2 N,此时 F 的瞬时功率 P=Fv=0.2×5 W =1 W,故 C 正确;0~5.0 s 内通过 R 的电荷量 q= I t=R+E rt=RΔ+Φr= BR×+12art2=12.5 C,故 D 错误.
根据 Fa b=BILa b,可知在 0~1 s 内 ab 边所受的安培力线性增加;1 s 末 安培力为 Fab=BI1L,在 2 s 末可得安培力为 Fa b′=B×23I1×2L,所以 有 Fa b′=3Fab.由图像可知 C 正确,D 错误.
• 1.如图甲所示,在竖直向上的匀强磁场中,
水平放置一个不变形的铜圆环,规定从上向
场,磁场方向垂直斜面向上,磁场的宽度为 2L.一边长为L的正方形导体线圈,由静止开始 沿斜面下滑,当ab边刚越过GH进入磁场瞬间 和刚越过MN穿出磁场瞬间速度刚好相等.从 ab边刚越过GH处开始计时,规定沿斜面向上 为安培力的正方向,则线框运动的速率v与线 框所受安培力F随时间变化的图线中,可能正
高考物理一轮复习课件专题九电磁感应定律的综合应用

当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中就会产生感应电流。感应电流的磁场方向与 引起感应电流的磁场方向相反,同时感应电流的大小与磁通量的变化率成正比。
实验器材和步骤
实验器材
2. 电流表
1. 电磁铁
实验器材和步骤
5. 导线若干
4. 滑动变阻器
3. 电压表
01
03 02
实验器材和步骤
01
02
03
分析物理规律
求解物理量
图像法可以帮助学生理解电磁感 应的基本规律,如法拉第电磁感 应定律、楞次定律等。
通过图像可以求解某些物理量, 如感应电动势的最大值、平均值 等。
利用图像分析电磁感应过程
分析磁通量的变化
通过图像可以分析磁通量随时间或位 置的变化,从而判断感应电动势和感
应电流的方向。
分析感应电动势的变化
互感与自感现象
互感现象
两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所 产生的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。
01
自感现象
当一个线圈中的电流变化时,它所产生 的磁场会在它本身产生感应电动势。
02
03
互感和自感的应用
用于分析电路中的电流、电压等物理 量的变化,以及实现电能的传输和转 换。
公式总结与适用条件
在解决综合问题时,不能将电 磁感应定律与其他知识相结合 。纠正方法:多做综合练习题 ,提高综合运用知识的能力。
高考热点预测及备考建议
01
热点一
电磁感应定律与电路的结合。备考建议:熟练掌握电路的 基本概念和公式,能够将电磁感应定律与电路知识相结合 ,解决相关问题。
02 03
热点二
电磁感应定律与力学的结合。备考建议:加强对力学基本 概念和公式的理解,能够将电磁感应定律与力学知识相结 合,解决相关问题。
高考物理二轮复习:电磁感应定律及综合应用知识点解析及专题练习

专题九电磁感应定律及综合应用电磁感应是电磁学中最为重要的内容,也是高考命题频率最高的内容之一。
题型多为选择题、计算题。
主要考查电磁感应、楞次定律、法拉第电磁感应定律、自感等知识。
本部分知识多结合电学、力学部分出压轴题,其命题形式主要是电磁感应与电路规律的综合应用、电磁感应与力学规律的综合应用、电磁感应与能量守恒的综合应用。
复习中要熟练掌握感应电流的产生条件、感应电流方向的判断、感应电动势的计算,还要掌握本部分内容与力学、能量的综合问题的分析求解方法。
预测高考重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题.综合试题还是涉及到力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识.主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等.此除日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛的应用问题也要引起重视。
知识点一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比.在具体问题的分析中,针对不同形式的电磁感应过程,法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式.磁通量变化的形式表达式备注通过n 匝线圈内的磁通量发生变化E =n ·ΔΦΔt(1)当S 不变时,E =nS ·ΔB Δt (2)当B 不变时,E =nB ·ΔS Δt 导体垂直切割磁感线运动E =BLv 当v ∥B 时,E =0导体绕过一端且垂直于磁场方向的转轴匀速转动E =12BL 2ω线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动E =nBSω·sin ωt 当线圈平行于磁感线时,E 最大为E =nBSω,当线圈平行于中性面时,E =0知识点二、楞次定律与左手定则、右手定则1.左手定则与右手定则的区别:判断感应电流用右手定则,判断受力用左手定则.2.应用楞次定律的关键是区分两个磁场:引起感应电流的磁场和感应电流产生的磁场.感应电流产生高考物理二轮复习:电磁感应定律及综合应用知识点解析及专题练习的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化,“阻碍”的结果是延缓了磁通量的变化,同时伴随着能量的转化.3.楞次定律中“阻碍”的表现形式:阻碍磁通量的变化(增反减同),阻碍相对运动(来拒去留),阻碍线圈面积变化(增缩减扩),阻碍本身电流的变化(自感现象).知识点三、电磁感应与电路的综合电磁感应与电路的综合是高考的一个热点内容,两者的核心内容与联系主线如图4-12-1所示:1.产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路,产生电动势的那一部分电路相当于电源,产生的感应电动势就是电源的电动势,在“电源”内部电流的流向是从“电源”的负极流向正极,该部分电路两端的电压即路端电压,U =R R +rE .2.在电磁感应现象中,电路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,则产生的电能将全部转化为内能;若为非纯电阻电路,则产生的电能除了一部分转化为内能,还有一部分能量转化为其他能,但整个过程能量守恒.能量转化与守恒往往是电磁感应与电路问题的命题主线,抓住这条主线也就是抓住了解题的关键.在闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中,机械能转化为电能,导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能.说明:求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时,要区别平均电动势和瞬时电动势,切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连线在运动方向上的投影.高频考点一对楞次定律和电磁感应图像问题的考查例1、(多选)(2019·全国卷Ⅰ·20)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图4(a)中虚线MN 所示.一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S ,将该导线做成半径为r 的圆环固定在纸面内,圆心O 在MN 上.t =0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图(b)所示.则在t =0到t =t 1的时间间隔内()图4A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为B0rS4t0ρD.圆环中的感应电动势大小为B0πr24t0【举一反三】(2018年全国II卷)如图,在同一平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。
高考物理:电磁感应的综合应用

电磁感应的综合应用(1) 电路问题:基本公式:E= E= E= q= 等效电源电流方向1、 粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行.现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场,如图所示,则在移出过程中线框一边a 、b 两点间的电势差绝对值最大的是2、如图所示,两光滑平行金属导轨间距为L ,直导线MN 垂直跨在导轨上,且与导轨接触良好,整个装置处在垂直于纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B .电容器的电容为C ,除电阻R 外,导轨和导线的电阻均不计.现给导线MN 一初速度,使导线MN 向右运动,当电路稳定后,MN 以速度v 向右做匀速运动时A .电容器两端的电压为零B .电阻两端的电压为BL vC .电容器所带电荷量为CBL vD .为保持MN 匀速运动,需对其施加的拉力大小为B 2L 2vR(2)图像问题(排除法,方向,特殊阶段) 动生 感生3、两个相邻的有界匀强磁场区域,方向相反,且垂直纸面,磁感应强度的大小均为B ,以磁场区左边界为y 轴建立坐标系,磁场区域在y 轴方向足够长,在x 轴方向宽度均为a .矩形导线框ABCD 的CD 边与y 轴重合,AD 边长为a .线框从图示位置水平向右匀速穿过两磁场区域,且线框平面始终保持与磁场垂直, 线框中感应电流i 与线框移动距离x 的关系图象正确的是(以逆时针方向为电流的正方向)4、一矩形线圈abcd 位于一随时间变化的匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所在的平面向里(如图2甲所示),磁感 应强度B 随时间t 变化的规律如图乙所示.以I 表示线圈中的感应电流(图甲中线圈上箭头方向为电流的正方向)则下列选项中能正确表示线圈中电流I 随时间t 变化规律的是 ( )(3)动力学能量问题 力: 功功能关系:基本模型:5、如图a 所示,两根足够长的光滑直金属导轨MN 、PQ 平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L 。
高中物理知识点整合电磁感应综合应用素材

高中物理知识点整合电磁感应综合应用素材电磁感应是高中物理中的重要知识点,它描述了导体中的电流和磁场之间的相互作用。
以下是一些电磁感应的综合应用素材,帮助你更好地理解和应用这些知识。
1.法拉第电磁感应定律:法拉第电磁感应定律描述了磁通量的变化率对电流的感应作用。
根据这个定律,当磁通量通过一个线圈发生变化时,线圈的两端会产生感应电动势,而感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。
这个定律可以用来解释电磁感应现象,如发电机的工作原理。
2.摆线圈发电机:摆线圈发电机是一种利用电磁感应产生电能的设备。
它由一个固定的磁铁和一个摆动的线圈组成。
当线圈随着摆线的运动而改变磁通量时,线圈两端产生感应电动势,从而产生电流。
利用这个原理,我们可以制造摆线圈发电机,将机械能转化为电能。
3.感应电磁场:根据奥斯特法则,变化的磁场会在附近的导体中产生感应电流。
这个现象可以应用在感应加热中。
感应加热利用感应电磁场在导体中产生的感应电流产生热能。
这种加热方式广泛应用于电磁炉和感应热处理等领域。
4.电磁感应与磁力:电流和磁场之间的相互作用可以产生力。
安培力是电流在磁场中受力的基本表达式。
利用安培力,我们可以设计制造各种电磁装置,如电磁铁、直流电动机等。
电磁铁是利用电流在磁场中产生安培力的装置,它广泛应用于工业和家庭中。
5.感应电动势与电磁泵:感应电动势可以用于制造电磁泵。
电磁泵利用感应电动势在导体中产生的感应电流产生磁场,从而产生泵体部分的电磁力,推动液体流动。
电磁泵被广泛用于工业和农业领域。
6.形成涡旋电流的原理:当导体在磁场中运动或磁场在导体中改变时,会产生涡旋电流。
涡旋电流在导体中形成闭合环路,产生电磁力。
这个原理可以用来制造涡旋制动器,将机械能转化为电磁能。
电磁感应是电磁学中重要的知识点之一,它不仅理论应用广泛,而且在生活和工业中都有着重要的地位。
掌握了电磁感应的基本知识,我们可以理解并应用在各种电磁设备和工艺中,从而推动科技和社会的发展。
高三物理法拉第电磁感应定律的综合应用

• 解析:(1)初始时刻棒中感应电动势 • E=BLv0①
• 棒中感应电流I= • 作用于棒上的安培力F=BIL
③
②
• (2)由功和能的关系,得 • 安培力做功W1=Ep- • 电阻R上产生的焦耳热
• (3)由能量转化及平衡条件等,可判断:
• 棒最终将静止于初始位置
• 【例3】 如图所示,两根正对的平行金 属直轨道MN、M′N′位于同一水平面上, 两轨之间的距离l=0.50m,轨道的M、 M′端之间接一阻值R=0.40Ω的定值电阻, N、N′端与两条位于竖直面内的半圆形光 滑金属轨道NP、N′P′平滑连接,两半圆 轨道的半径均为R0=0.50m.直轨道的右 端处于竖直向下、磁感应强度B=0.64T 的匀强磁场中,磁场区域的宽度d=
• 对于导体杆从NN′运动到PP′的过程, 根据机械能守恒定律有
• 解得v2=5.0m/s
• 导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能
•
(2009·高考江苏卷)如图所示,两平行
的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面
上,导轨间距为l、足够长且电阻忽略不
计,导轨平面的倾角为α.条形匀强磁场的
宽度为d,磁感应强度大小为B、方向与
• 解析:以金属杆为研究对象,受力如 图. • 根据牛顿第二定律得 • mgsinα-F安=ma,其中F安= • 当a→0时,v→vm, • 结合此式分析即得B、C选项正确. • 答案:BC •
• ●自主学习 • 1.电磁感应过程实质是不同形式的能量 转化的过程,电磁感应过程中产生的感 安培力 应电流在磁场中必定受到 安培力 • 作用.因此要维持安培力存在,必存 电能 有“外力”克服 做功.此过程中,其 电能 他形式的能转化为 .“外力”克服 安培力做多少功,就有多少其他形式的 能转化为 .当感应电流通过用电器时, 电能又转化为其他形式的能.
高考物理一轮复习 9.3电磁感应定律的综合应用

二、电磁感应中的动力学问题
P176
• 求解电磁感应与力学综 合题的思路
•
思路有两种:一种
是力的观点,另一种是
能量的观点.
• 1.力的观点
•
力的观点是指应用
牛顿第二定律和运动学
公式解决问题的方
法.即先对研究对象进
行受力分析,根据受力
变化应用牛顿第二定律
判断加速度变化情况,
最后找出求解问题的方
法.
• 2.能量观点
5、用均匀导线做成的正方形线圈边长为 l,
【思维驱动】
正方形的用一均半匀放导在线垂做直成 于纸的面正向方里形的线匀圈边长强为磁 l,
场时中,,则如正 强图磁 方所场 形示中的,,一当如半磁图放场9在 以-3Δ垂-Δ1Bt直所(于示A的B纸,变当面).化磁向率场里增以的大ΔΔ匀Bt
的变化率增大时,则
• 6.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁 场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框 的边平行.现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向 平移出磁场,如图所示,则在移出过程中线框一边a、b 两点间的电势差绝对值最大的是 ( ).
B
解析 线框各边电阻相等,切割磁感线的那个边为电源,电动 势相同均为 Blv.在 A、C、D 中,Uab=14Blv,B 中,Uab=34Blv, 选项 B 正确.
•
动能定理、能量转
化守恒定律在电磁感应
中同样适用.
从上面可看出电流I和速度v是联系 这两个研究对象的纽带.
•
7、如图所示,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
【高三】2021届高考物理基础知识归纳 电磁感应定律的应用

【高三】2021届高考物理基础知识归纳电磁感应定律的应用【高三】2021届高考物理基础知识归纳电磁感应定律的应用第4课电磁感应定律的应用(一)重点难点突破一、电磁感应中的图像问题1.图象问题图像类型(1)磁感应强度B、磁通量φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像,即B-t图像φ-t图像、E-t图像和I-t图像(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势e和感应电流i随线圈位移x变化的图象,即e-x图象和i-x图象问题类型(1)根据给定的电磁感应过程选择或绘制正确的图像(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量应用知识左手定律、安培定律、伦茨定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律、相关数学知识等2.解决此类问题的一般步骤(1)指定图像类型、B-T图或φ-T图,或E-T图、I-T图等(2)分析电磁感应的具体过程.(3)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律和牛顿定律,建立了该方程(4)根据函数方程进行数学分析,例如分析斜率的变化、截距等.(5)画或判断一个图像二、电磁感应中的电路问题1.在电磁感应中,切断磁感应线或改变磁通量的电路的导体会产生感应电动势,相当于电源。
将它们连接到电容器上,为电容器充电;将它们连接到电阻等电器上,为电器供电,并在电路中形成电流。
因此,电磁感应问题通常与电路问题有关2.解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是:(1)法拉第电磁感应定律和伦茨定律用于确定感应电动势的大小和方向(2)画等效电路.(3)利用整个电路的欧姆定律、串并联电路的特性、电功率等公式同时求解3.解决电磁感应的电路问题的四个注意:(1)注意有效切割长度;(2)注意有效接入长度;(3)注意有效面积;(4)注意有效包围.典型案例分析1.有效切割长度问题【例1】如图所示,边长为a、电阻为R的等边三角形线框在外力作用下以匀速V穿过两个宽度为a的均匀磁场。
两个磁场的磁感应强度为B,方向相反,线框的移动方向平行于底边,垂直于以逆时针方向的电流为正的磁场边缘,通过计算,尝试在线框中产生的感应电流I和进入磁场的移动方向上的位移x之间绘制函数图像【解析】线框进入第一个磁场时,切割磁感线的有效长度随位移均匀变化,在位移由0→a/2过程中,切割的有效长度由0增大到,电流为逆时针.在位移由a/2→a时,切割边bc和cd上产生的感应电动势在整个闭合回路中反向串联,随着cd边上切割的有效长度变长,整个回路的电动势由大变小,电流为逆时针.在x=a/2时,e=b32av,i=;x=a时,e=0,i=0;线框穿越两磁场边界时,线框bc边进入磁场2的那部分切割产生的电动势与cd边在磁场1中切割产生的电动势同向,而与bc边在磁场1中切割产生的电动势反向;所以在位移由a→3a/2时,电动势由0→3avb;电流由0→,电流方向为顺时针;当位移由3a/2→2a时,电动势由3avb→0,电流方向仍为顺时针.当线框移出第二个磁场时,类似于进入第一个磁场由此可得,i-x图象应如图所示.【思考改进】必须注意的是,有效切削长度随时间均匀增加,因此感应电动势也均匀增加。
高中物理,电磁感应定律,及其综合应用

高中物理电磁感应定律及其综合应用一、【基础回归】1.感应电动势的几种表达式(1)穿过回路的磁通量发生变化时E =n ΔΦΔt,一般用来计算Δt 时间内的感应电动势的平均值。
(2)导体棒垂直切割磁感线运动时E =BLv 。
(3)导体棒在磁场中以其中一端为圆心转动垂直切割磁感线时 E =12BL 2ω。
2.感应电动势方向(感应电流方向)的判断(1)右手定则:适用于导体切割磁感线产生感应电流的方向的判断。
(2)楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的原磁通量的变化。
(3)三种阻碍:①阻碍原磁通量的变化——增反减同。
②阻碍物体间的相对运动——来拒去留。
③阻碍自身电流的变化——增反减同。
二、【解题策略】1.抓住“两个定律”,运用“两种观点”,分析“一种电路”“两个定律”是指楞次定律和法拉第电磁感应定律;“两种观点”是指动力学观点和能量观点;“一种电路”是指电磁感应电路。
2.必须领会的“6种方法和2种物理思想”(1)假设法、图象法、转换法、微元法、类比法、逆向思维法;(2)等效思想、守恒思想。
3.必须辨明的“3个易错易混点”(1)楞次定律中的“阻碍”不是“阻止”,也不是“相反”;(2)注意区别楞次定律和右手定则;(3)发生电磁感应的电路中,产生感应电动势的部分为“电源”,其余部分为“外电路”。
三、【考点分析】考点1:楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用【真题示例1】(2017·全国卷Ⅲ,15)如图1,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直,金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。
现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( )图1A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向解析:金属杆PQ突然向右运动,由右手定则可知,PQRS中有沿逆时针方向的感应电流,穿过圆环形金属线框T中的磁通量减小,由楞次定律可知,T中有沿顺时针方向的感应电流,故选项D正确,A、B、C错误。
高三物理二轮复习 专题十 电磁感应定律的综合应用

高题频组考冲点关高频考点一 电磁感应中的图象问题
命题视角
题组冲关
A.金属线框初始位置的bc边到边界MN的高度为v21t1 B.金属线框的边长为v1t21-t1
mgR v1
D.在进入磁场过程中金属线框产生的热量为mgv1(t2-t1)
思路探究 v-t图象中各时间段运动规律分别对应线框的哪些阶段? 尝试解答 __________
思的路感探应究电动势(1)相导反体,框此进时入电磁路场中过的程电中流哪I逐个渐边减切小割,磁a感b两线端?电有压效U长ab度=如BL何v
变-化IR?ab不断地增大,当t=
2L v
时,电路中电流为零,则Uab=BLv,综上D正
(确2).a、b两点的电势差U和电源电动势有什么关系?
尝试解答 __________
高题频组考冲点关高频考点一 电磁感应中的图象问题
命题视角
题组冲关
解析 由题图知,在0~t1时间内金属线框做匀加速直线运动,金属线框
初始位置的bc边到边界MN的高度为h=
v1 2
t1,A正确;由图象可知,金
属线框进入磁场过程中是做匀速直线运动,故金属线框的边长l=v1(t2- t1),B错误;在金属线框进入磁场的过程中,金属线框所受安培力等于
题组冲关
[由例题1]意,(02~01L6v·湖内北,随七着市导联体考框)如向图右所运示动,,aabbc边d是切边割长磁为感L线、的每有边效电长阻度均不相断
同增的大正,方产生形的导感体应框电,动现势维不持断线增框大以,恒导定体的框速中度的v沿电x流轴不运断动增,大并,穿此过时倾ab角两
为里差端 Lv ~4.U的5随°线电2的vL时框压三内间即b角点,tb的形c在c、d变匀边Oc化位d强长、图置也磁d象时a开场段为开始区电(始切域D压计割,之时磁)磁和,感场不则线的断, 在磁增产t感=大生应,2v感L强当应时度t=电间为Lv动内B时,势,,,方a、U方向abb向垂=两与直点34a纸B的bL边面电v;产向势在 生
电磁感应规律在高中物理的综合应用

浅谈电磁感应规律在高中物理的综合应用摘要:在高中电磁感应规律的问题是电学中的一个重要问题,在高考中也是一个重要的考点,本人从教学经验中总结了从电磁感应与电路电量问题的结合、电磁感应与力学问题的结合、电磁感应与能量转化问题的结合的三方面的解决方法。
关键词:电磁感应椤次定律安培力加速度牛顿运动定律在高中电磁感应规律的问题是电学中的一个重要问题,在高考中也是一个重要的考点,但在各种电磁感应问题中并不是单纯的出现电磁感应问题而是掺杂着力学、电学等方面的问题。
我从自己的教学经验来粗略地谈谈与电磁感应相结合的三个方面的问题。
第一、电磁感应中的电路和电量问题:在电磁感应中由于导体切割磁感线运动或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,那么该导体或磁通量变化的回路相当于电源。
因此,电磁感应往往与电路联系在一起.例如:如图所示直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中,ab是一段长为l,电阻为r的均匀导线,ac和bc的电阻不计,ac长为l/2,磁场的磁感强度为b,方向垂直纸面向里,现有一段长度为l/2,电阻为r/2的均匀导体杆mn架在导线框上,开始时紧靠ac,然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑动,滑动中始终与ac平行,并与电线框保持良好接触。
当mn滑过的距离为l/3时,导线ac中的电流是多大?方向如何?解决这类与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是先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感应电流的方向,再画出等效电路图然后用全电路欧姆定律进行求解,本题中当mn滑过l/3时,由数学知识可得导体的有效切割长度l有效=2l/3,此进的等效电路如右图所示,mn充当电源则内电阻r=2/3 × r/2 =r/3, e=bl有效v=1/3 blv,i干=e/(r并+r)=3blv /5r由并联电路的分流关系可得:iac=2/3 i干=2blv /5r电流方向由右手定则可判断为从a流向c.第二、电磁感应与力学方面的结合问题,在电磁感应中由于有了感应电流的产生磁场所中导体就会受到一个安培力,所以电磁感应问题往往和力学中问题联系在一起,解决这类问题关键是要抓好受力情况、和运动情况的分析研究,在分析中一般采用这样的流程: a=0,导体所受合力为零时导体达到稳定状态而使v达到最大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第三节电磁感应定律的综合应用一、考情分析考试大纲考纲解读1.电磁感应与电场的综合应用Ⅱ2.电磁感应与电路的综合应用Ⅱ3.电磁感应与动力学的应用Ⅱ1.与电路知识的综合,主要讨论电能在电路中传输、分配,并通过用电器转化为其他形式的能量的特点及规律;2.与力学知识的综合,主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动规律以及电磁感应过程中的能量转化关系.3.滑轨类问题是电磁感应的综合类问题,涉及力与运动、静电场、电路结构、磁场及能量、动量知识,要花大力气重点复习。
4.电磁感应中的图象分析,要理解各种图像的物理意义和应用。
从近年高考题统计分析结果来看,题型倾向于一个选择题,但综合程度、能力要求的层次都较高,仍然属于考察的重难点.二、考点知识梳理“电磁感应”是电磁学的核心内容之一,同时又是与电学、力学知识紧密联系的知识点,是高考试题考查综合运用知识能力的很好落脚点,所以它向来是高考关注的一个重点和热点,考察的方向主要集中在三个方面:一、电磁感应规律,电磁感应是研究其它形式能量转化为电能的特点和规律,其核心内容是法拉第电磁感应定律和楞次定律;二、与电路知识的综合,主要讨论电能在电路中传输、分配,并通过用电器转化为其它形式的能量的特点及规律;三、与力学知识的综合,主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动规律以及电磁感应过程中的能量转化关系.三、考点知识解读考点1. 解决电磁感应现象中力学问题的基本方法与技巧剖析:电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用,因此,电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起,解决这类电磁感应中的力学问题,不仅要应用电磁学中的有关规律,如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左右手定则、安培力的计算公式等,还要应用力学中的有关规律,如牛顿运动定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律、机械能守恒定律等。
要将电磁学和力学的知识综合起来应用。
(1)基本方法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求出回路的电流强度;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列平衡方程或动力学方程求解. (2)解决电磁感应现象中力学问题的技巧①因电磁感应中力和运动问题所给图形大多为立体空间分布图,故在受力分析时,应把立体图转化为平面图,使物体(导体)所受的各力尽可能在同一平面图内,以便正确对力进行分解与合成,利用物体的平衡条件和牛顿运动定律列式求解.②对于非匀变速运动最值问题的分析,注意应用加速度为零,速度达到最值的特点.[例题1]如图10-3-1所示,两根足够长的直金属导轨MN 、PQ 平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L 0、M 、P 两点间接有阻值为R 的电阻。
一根质量为m 的均匀直金属杆ab 放在两导轨上,并与导轨垂直。
整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下,导轨和金属杆的电阻可忽略。
让ab 杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦。
(1)由b 向a 方向看到的装置如图所示,请在此图中画出ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图;(2)在加速下滑过程中,当ab 杆的速度大小为v 时,求此时ab 杆中的电流及其加速度的大小; F=BIL 临界状态态 v 与a 方向关系 运动状态的分析 a 变化情况 F=ma 合外力 运动导体所受的安培力 感应电流 确定电源(E ,r )r R E I +=10-3-1(3)求在下滑过程中,ab 杆可以达到的速度最大值。
解析:(1)如图10-3-2重力mg ,竖直向下;支持力N ,垂直斜面向上;安培力F ,沿斜面向上(2)当ab 杆速度为v 时,感应电动势E =BLv ,此时电路电流 R BLv R E I ==ab 杆受到安培力R v L B BIL F 22== 根据牛顿运动定律,有R v L B mg F mg ma 22sin sin -=-=θθ mRv L B g a 22sin -=θ (3)当θsin 22mg Rv L B =时,ab 杆达到最大速度v m 22sin L B mgR v m θ= 【变式训练1】.如图10-3-3甲所示的轮轴,它可以绕垂直于纸面的光滑固定水平轴O 转动.轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一重物,另一端系一质量为m 的金属杆.在竖直平面内有间距为L 的足够长的平行金属导轨PO 、EF,在QF 之间连接有阻值为R 的电阻,其余电阻不计.磁感应强度为B 的匀强磁场与导轨平面垂直.开始时金属杆置于导轨下端,将重物由静止释放,重物最终能匀速下降.运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,忽略所有摩擦.(1)若重物的质量为M,则重物匀速下降图10-3-2的速度v 为多大?(2)对一定的磁感应强度B,重物的质量M 取不同的值,测出相应的重物做匀速运动时的速度,可得出v M -实验图线.图乙中画出了磁感应强度分别为1B 和2B 时的两条实验图线,试根据实验结果计算1B 与2B 的比值. 解析:1)M 匀速下降时,金属杆匀速上升,回路中产生的感应电动势为:E BLv = 则BLv F BIL B L R ==安 对M 、m 整体有:Mg F mg =+合 由以上式子解得:22(M m)gR v B L -=(2)由(1)得:2222gR mgR v M B L B L =- 由v M -图象可知:12k 1.6,k 0.9== 所以解得:1221B k 0.93B k 1.64=== 考点2. 解决电磁感应现象中电路问题的基本方法与分析误区剖析:在电磁感应中,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,该导体或回路就相当于电源,将它们接上电容器,便可使电容器充电;将它们接上用电器,便可对用电器供电,在回路中形成电流. 因此,电磁感应问题往往跟电路问题联系在一起..解决电磁感应电路问题的关键是把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路.(1)基本方法①确定电源:先判断产生电磁感应现象的那一部分导体,该部分导体可视为等效电源.②分析电路结构,画等效电路图.③利用电路规律求解,主要有欧姆定律,串并联规律等.10-3-3(2)常见的一些分析误区①不能正确分析感应电动势及感应电流的方向.因产生感应电动势那部分电路为电源部分,故该部分电路中的电流应为电源内部的电流,而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势.②应用欧姆定律分析求解电路时,不注意等效电源的内阻对电路的影响. ③对联接在电路中电表的读数不能正确进行分析,特别是并联在等效电源两端的电压表,其示数应该是外电压,而不是等效电源的电动势.[例题2](20上海物理卷)如图10-3-4所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内,间距为L 、导轨左端接有阻值为R 的电阻,质量为m 的导体棒垂直跨接在导轨上。
导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好。
在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B 。
开始时,导体棒静止于磁场区域的右端,当磁场以速度v 1匀速向右移动时,导体棒随之开始运动,同时受到水平向左、大小为f 的恒定阻力,并很快达到恒定速度,此时导体棒仍处于磁场区域内。
(1)求导体棒所达到的恒定速度v 2;(2)为使导体棒能随磁场运动,阻力最大不能超过多少?(3)导体棒以恒定速度运动时,单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大?(4)若t =0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经过较短时间后,导体棒也做匀加速直线运动,其v -t 关系如图(b )所示,已知在时刻t 导 ⨯ ⨯ ⨯ ⨯ R m v 1 ⨯ B ⨯ ⨯ ⨯ L ⨯ ⨯ ⨯ ⨯ (a ) v v tO t t 10-3-4体棒瞬时速度大小为v t ,求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。
考点分析 本题考查了物体的平衡、安培力、感应电动势、电功率。
解题思路 (1)导体棒运动时,切割磁感线,产生感应电动势, E =BL (v 1-v 2),根据闭合电路欧姆定律有I =E /R ,导体棒受到的安培力F =BIL =B 2L 2(v 1-v 2)R ,速度恒定时有:B 2L 2(v 1-v 2)R =f ,可得:2212L B fRv v -=。
(2)假设导体棒不随磁场运动,产生的感应电动势为1BLv E =,此时阻力与安培力平衡,所以有R v L B L R BLv B BIL f m 122===。
(3)P 导体棒=Fv 2=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫v 1-fR B 2L 2 ,P 电路=E 2/R =B 2L 2(v 1-v 2)2R =f 2R B 2L 2 , (4)因为B 2L 2(v 1-v 2)R-f =ma ,导体棒要做匀加速运动,必有v 1-v 2为常数,设为∆v ,a =v t +∆v t ,则B 2L 2(at -v t )R -f =ma ,可解得:a =B 2L 2 v t +fR B 2L 2t -mR。
【变式训练2】半径为a 的圆形区域内有均匀磁场,磁感强度为B =0.2T ,磁场方向垂直纸面向里,半径为b 的金属圆环与磁场同心地放置,磁场与环面垂直,其中a =0.4m ,b =0.6m ,金属环上分别接有灯L 1、L 2,两灯的电阻均为R =2Ω,一金属棒MN 与金属环接触良好,棒上单位长度的电阻为1Ω,环的电阻忽略不计(1)若棒以v 0=5m/s 的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径OO ′ 的瞬时(如图10-3-5所示)MN 中的电动势和流过灯L 1的电流.(2)撤去中间的金属棒MN ,将右面的半圆环OL 2O ′ 以OO ′ 为轴向上翻转90º,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为ΔB /Δt =4T/s ,求L 1的功率.10-3-5图(1)图(2)解析:(1)棒滑过圆环直径OO ′ 的瞬时,MN 中的电动势 E 1=B 2a v =0.2×0.8×5=0.8V ①等效电路如图(1)所示,流过灯L 1的电流 I 1=E 1/R =0.8/2=0.4A ②(2)撤去中间的金属棒MN ,将右面的半圆环OL 2O ′ 以OO ′ 为轴向上翻转90º,半圆环OL 1O ′中产生感应电动势,相当于电源,灯L 2为外电路,等效电路如图(2)所示,感应电动势E 2=ΔФ/Δt =0.5×πa 2×ΔB /Δt =0.32V ③L 1的功率P 1=(E 2/2)2/R =1.28×10-2W考点3. 解决电磁感应现象中能量转化问题的基本方法与要点剖析:在物理学研究的问题中,能量是一个非常重要的课题,能量守恒是自然界的一个普遍的、重要的规律。
在电磁感应现象中,由磁生电并不是创造了电能,而只是机械能转化为电能而已。