1、第3讲 电磁感应规律的综合应用,本节目录,基础再现对点自测,知能演练轻巧夺冠,考点探究讲练互动,技法提炼思维升华,要点透析直击高考,知识清单,电源,内阻,外阻,Blv,二、电磁感应中的图象问题,特别提示：图象的初始条件，方向与正、负的对应，物理量的变化趋势，物理量的增、减或方向正、负的转折点都是判断图象的关键,Blv,右手定则,左手定则,相反,四、电磁感应中的能量转化 1电磁感应现象的实质是其他形式的能转化为_ 2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_. 3电流做功产生的热量用焦耳定律计算，公式为_.,电能,做功,电能,内能,QI2Rt,热
2、身体验 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(2013哈尔滨一模)有一个匀强磁场，它的边界是MN，在MN左侧是无场区域，右侧是匀强磁场区域，如图甲所示现在有一个金属线框以恒定速度从MN左侧进入匀强磁场区域，线框中的电流随时间变化的it图象如图乙所示则可能的线框是( ),3如图所示，在一匀强磁场中有一U形导体框bacd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直,R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆,它可
3、以在ab、 cd上无摩擦地滑动,杆ef及线框中导体的电阻都可不计开始时，给ef一个向右的初速度，则( ) Aef将减速向右运动，但不是匀减速 Bef将匀速向右运动 Cef将加速向右运动 Def将做往复运动,4(2013福州高三统考)如图所示，固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻，但表面粗糙，导轨左端连接一个电阻R，质量为m的金属棒(电阻也不计)放在导轨上，并 与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直用水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动的过程中，下列说法正确的是( )A恒力F做的功等于电路产生的电能 B恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能 C克服安培力做的功等
4、于电路中产生的电能 D恒力F和摩擦力的合力做的功小于电路中产生的电能和棒获得的动能之和,热身体验答案与解析,特别提醒：(1)判断感应电流和电动势的方向，都是利用“相当于电源”的部分根据右手定则或楞次定律判定的.实际问题中应注意外电路电流由高电势流向低电势，而内电路则相反. (2)在电磁感应电路中，“相当于电源”的导体两端的电压等于路端电压.,即时应用2 如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L.纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t0时刻恰好位于图中所示的位置以顺时针方向为导线框中电流的正方向，下面四幅图中
5、能够正确表示电流位移(Ix)关系的是( ),解析：选A.因题中线框在磁场中切割磁感线的有效长度随时间发生变化，故应分段对其有效长度进行分析，并根据有效长度的变化确定感应电动势大小的变化，从而确定感应电流大小的变化 (1)线框前进L过程中，由楞次定律可知，电流方向为正，线框右边的有效切割长度增大，感应电流正向增大；,(2)线框前进L1.5L过程中，左、右两边均切割磁感线，但右边产生的感应电流大于左边，电流仍为正有效切割长度减小，感应电流减小； (3)线框前进1.5L2L过程中，左、右两边均切割磁感线，但左边产生的感应电流大于右边，电流为负有效切割长度增大，感应电流增大； (4)线框前进2L3L过
6、程中,左边切割磁感线，电流仍为负.有效切割长度减小，感应电流减小,三、电磁感应中的动力学问题 导体的两种状态及处理方法 (1)导体的平衡态静止或匀速直线运动状态 处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析 (2)导体的非平衡态加速度不为零 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析,即时应用3 一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落，进入一水平的匀强磁场区域，然后穿出磁场区域继续下落，如图所示，则( ) A若线圈进入磁场过程是匀速运动， 则离开磁场过程一定是匀速运动 B若线圈进入磁场过程是加速运动， 则离开磁场过程一定是加速运动 C若线圈进入磁场过程是减速运动， 则离开磁场过程一定是
7、减速运动 D若线圈进入磁场过程是减速运动， 则离开磁场过程一定是加速运动,解析：选C.由题图可知，线圈的宽度远小于磁场边界的宽度，所以当线圈匀速进入时，速度恒定，但线圈完全进入磁场后，穿过线圈的磁通量不发生变化，没有感应电流，线圈只受重力，做加速度为g的匀加速运动，所以离开磁场时速度大于进入磁场时的速度，安培力一定大于重力，线圈一定做减速运动，所以选项A错误；同理，如果进入的过程是加速运动，速度增大，完全进入后又做加速度为g的匀加速运动，速度也增大，所以离开时应该有三种可能，仍然加速离开、匀速离开或减速离开，故选项B错误；如果线圈进入的过程是减速运动，速度减小，但完全进入后又是做加速度为g的匀
8、加速运动，由图中的磁场宽度可知，离开时的速度一定会大于进入时的速度，所以离开时一定是做减速运动，所以选项C正确、D错误,四、电磁感应中的能量问题分析 1过程分析 (1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程 (2)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的作用，因此，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 (3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能.安培力做功的过程，是电能转化为其他形式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,2求解思
9、路 (1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及WUIt或QI2Rt直接进行计算 (2)若电流变化，则：利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能,(1)从金属条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)从金属条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Uabt图象,【答案】 见解析,跟踪训练 如图所示，半径为a的圆形区域内有匀强磁场,磁感强度B0.2
10、 T，磁场方向垂直于纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场同心放置，磁场与环面垂直，其中a0.4 m，b0.6 m金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R02 .一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均不计,答案：见解析,考点2 电磁感应中的图象问题(2012高考重庆卷)如图所示,正方形 区域MNPQ内有垂直纸面向里的匀强磁场 在外力作用下，一正方形闭合刚性导线框 沿QN方向匀速运动，t0时刻，其四个顶 点M、N、P、Q恰好在磁场边界中点下列图象中能反映线框所受安培力F的大小随时间t变化规律的是( ),【答案】 B 【方法总结】 解题时一定要分析清楚运动过程，找出切割磁感线的有效长度，同
11、时搞清切割磁感线的有几部分导体有一些题目根据方向排除错误选项较为简单,考点3 电磁感应中的动力学问题(2011高考四川卷)如图所示，间距l0.3 m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内在水平面a1b1b2a2区域内和倾角37的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B10.4 T、方向竖直向上和B21 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场电阻R0.3 、质量m10.1 kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m20.05
12、kg的小环,已知小环以a6 m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长取g10 m/s2，sin370.6，cos370.8.求：(1)小环所受摩擦力的大小； (2)Q杆所受拉力的瞬时功率,【答案】 (1)0.2 N (2)2 W,考点4 电磁感应中的能量问题(2012高考天津卷)如图所示，一对光 滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨 间距l0.5 m,左端接有阻值R0.3 的电阻 一质量m0.1 kg,电阻r0.1 的金属棒MN 放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B0.4 T棒在
13、水平向右的外力作用下，由静止开始以a2 m/s2的加速度做匀加速运动，当棒的位移s9 m时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q221.导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触求：,(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻R的电荷量q； (2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2； (3)外力做的功WF.,【答案】 (1)4.5 C (2)1.8 J (3)5.4 J 【方法总结】 求解电磁感应中的能量问题的一般步骤： (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)画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功
14、率的表达式 (3)分析导体机械能的变化，用动能定理或能量守恒关系，得到机械功率的改变所满足的方程,思维建模 电磁感应中“杆导轨”模型 【范例】 (14分)(2011高考天津卷)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l0.5 m,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成30角完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m0.02 kg，电阻均为R0.1 ,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B0.2 T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下,沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止，取g10 m/s2，问：
15、,(1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？ (2)棒ab受到的力F多大？ (3)棒cd每产生Q0.1 J的热量，力F做的功W是多少？,寻规探法 批注：棒均处于受力平衡状态，这是解题的关键条件，由此可求出回路中的电流大小，据楞次定律可知cd棒中电流方向； 批注：还可求出ab棒所受的安培力，进而求出ab棒受到的外力F； 批注：涉及能量问题，先由焦耳定律列方程，再对棒cd的运动过程进行分析，明确电路结构，结合运动学公式求出位移，进而求出功,【答案】 (1)1 A 方向由d至c (2)0.2 N (3)0.4 J,【建模感悟】 在电磁感应中的综合问题中有两类常见的模型.,本部分内容讲解结束,按ESC键退出全屏播放,
