高考物理二轮复习专题七 电磁感应 交变电流 第24课时 法拉第电磁感应定律的综合运用课件1

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1、第第24课时法拉第电磁感应定律的综合运用课时法拉第电磁感应定律的综合运用易错点一电磁感应中的图象问题易错点一电磁感应中的图象问题1电磁感应图象问题的分类电磁感应图象问题的分类(1)由给出的电磁感应过程选出或画出正确的图象。由给出的电磁感应过程选出或画出正确的图象。(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应物理量。由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应物理量。2.分析电磁感应图象的要点分析电磁感应图象的要点 (1)要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势(感应感应电流电流)是否大小恒定。用楞次定律判断出感应电动势是否大小恒定。用楞次定

2、律判断出感应电动势(或感应电或感应电流流)的方向，从而确定其正负，以及在坐标中的范围。的方向，从而确定其正负，以及在坐标中的范围。 (3)要正确理解图象问题，必须既能根据图象的定义把图象反要正确理解图象问题，必须既能根据图象的定义把图象反映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的物理规映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的物理规律进行判断，这样，才抓住了解决图象问题的根本。律进行判断，这样，才抓住了解决图象问题的根本。 (2)分析回路中的感应电动势或感应电流的大小及其变化规律，分析回路中的感应电动势或感应电流的大小及其变化规律，要利用法拉第电磁感应定律来分析，有些图象还要画出等效要

3、利用法拉第电磁感应定律来分析，有些图象还要画出等效电路来辅助分析。电路来辅助分析。【练【练1】 (多选多选)半径为半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为面固定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图，如图1所示。所示。有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图2所示。在所示。在t0时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为

4、q的的静止微粒，则以下说法正确的是静止微粒，则以下说法正确的是()解析解析根据楞次定律和法拉第电磁感应根据楞次定律和法拉第电磁感应定律画出极板间电势差定律画出极板间电势差(以上极板电势高以上极板电势高时为正时为正)随时间变化的关系图象如图甲所随时间变化的关系图象如图甲所示，根据牛顿运动定律和运动学知识得示，根据牛顿运动定律和运动学知识得到微粒运动的图象如图乙所示。到微粒运动的图象如图乙所示。由上述两图象知，选项由上述两图象知，选项A正确，正确，B、C错误；根据法错误；根据法拉第电磁感应定律得第拉第电磁感应定律得第2 s末两极板之间的电压大小末两极板之间的电压大小乙乙答案答案AD易错点二电磁感应

5、中的电路问题易错点二电磁感应中的电路问题解决电磁感应中的电路问题的基本步骤解决电磁感应中的电路问题的基本步骤(1)“源源”的分析：用法拉第电磁感应定律算出的分析：用法拉第电磁感应定律算出E的大小，用的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向(感应电流方向是感应电流方向是电源内部电流的方向电源内部电流的方向)，从而确定电源正负极，明确内阻，从而确定电源正负极，明确内阻r。 (2)“路路”的分析：根据的分析：根据“等效电源等效电源”和电路中其他各元件的和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路。连接方式画出等效电路。【练【练2】 如图如图3所示，所示，R1

6、5 ，R26 ，电压表与电流表的量，电压表与电流表的量程分别为程分别为010 V和和03 A，电表均为理想电表。导体棒，电表均为理想电表。导体棒ab与与导轨电阻均不计，且导轨光滑，导轨平面水平，导轨电阻均不计，且导轨光滑，导轨平面水平，ab棒处于匀棒处于匀强磁场中。强磁场中。图图3(1)当变阻器当变阻器R接入电路的阻值调到接入电路的阻值调到30 且用且用F140 N的水平拉力的水平拉力向右拉向右拉ab棒并使之达到稳定速度棒并使之达到稳定速度v1时，两表中恰好有一表满偏，时，两表中恰好有一表满偏，而另一表又能安全使用，则此时而另一表又能安全使用，则此时ab棒的速度棒的速度v1是多少？是多少？(2

7、)当变阻器当变阻器R接入电路的阻值调到接入电路的阻值调到3 ，且仍使，且仍使ab棒的速度达到棒的速度达到稳定时，两表中恰有一表满偏，而另一表能安全使用，则此时稳定时，两表中恰有一表满偏，而另一表能安全使用，则此时作用于作用于ab棒的水平向右的拉力棒的水平向右的拉力F2是多大？是多大？答案答案 (1)1 m/s (2)60 N疑难点三电磁感应中的动力学问题疑难点三电磁感应中的动力学问题 用用“四步法四步法”分析电磁感应中的动力学问题，具体思路如下：分析电磁感应中的动力学问题，具体思路如下：【练【练3】 如图如图4所示，两完全相同的金属棒垂直放在水平光滑导所示，两完全相同的金属棒垂直放在水平光滑导

8、轨上，其质量均为轨上，其质量均为m1 kg，导轨间距，导轨间距d0.5 m，现两棒并齐，现两棒并齐，中间夹一长度不计的轻质压缩弹簧，弹簧弹性势能为中间夹一长度不计的轻质压缩弹簧，弹簧弹性势能为Ep16 J。现释放弹簧。现释放弹簧(不拴接不拴接)，弹簧弹开后，两棒同时获得大小相，弹簧弹开后，两棒同时获得大小相等的速度开始反向运动，等的速度开始反向运动，ab棒进入一随时间变化的磁场，已棒进入一随时间变化的磁场，已知知B20.5t(单位：单位：T)，导轨上另有两个挡块，导轨上另有两个挡块P、Q，cd棒与棒与之碰撞时无能量损失，开始时挡块之碰撞时无能量损失，开始时挡块P与与cd棒之间的距离为棒之间的距

9、离为16 m，ab棒与虚线棒与虚线MN之间的距离为之间的距离为16 m，两棒接入导轨部分，两棒接入导轨部分的电阻均为的电阻均为R5 ，导轨电阻不计。若从释放弹簧时开始计，导轨电阻不计。若从释放弹簧时开始计时时(不考虑弹簧弹开两棒的时间，即瞬间就弹开两棒不考虑弹簧弹开两棒的时间，即瞬间就弹开两棒)，在，在ab棒进入磁场边界的瞬间，对棒进入磁场边界的瞬间，对ab棒施加一外力棒施加一外力F(大小和方向都大小和方向都可以变化可以变化)，使之做加速度大小为，使之做加速度大小为a0.5 m/s2的匀减速直线运的匀减速直线运动，求：动，求：(1)ab棒刚进入磁场时的外力棒刚进入磁场时的外力F的大小和方向；的

10、大小和方向；(2)ab棒速度为零时所受到的安培力。棒速度为零时所受到的安培力。图图4答案答案(1)1.1 N方向水平向右方向水平向右(2)6.4 N方向水平向右方向水平向右疑难点四电磁感应中的能量问题疑难点四电磁感应中的能量问题1电磁感应中的能量转化关系电磁感应中的能量转化关系2求解焦耳热求解焦耳热Q的三种方法的三种方法3电能求解方法电能求解方法(1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。服安培力所做的功。(2)利用能量守恒定律求解：其他形式的能的减少量等于产生利用能量守恒定律求解：其他形式的能的减少量等于产生的电

11、能。的电能。(3)利用电路特征来求解：通过电路中所消耗的电能来计算。利用电路特征来求解：通过电路中所消耗的电能来计算。4用能量方法解决电磁感应问题的一般步骤用能量方法解决电磁感应问题的一般步骤(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方向。向。(2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达式。画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达式。(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒定律得到机械功率的分析导体机械能的变化，用能量守恒定律得到机械功率的改变与电功率的改变所满足的关系式改变与电功率的改变所满足的关系式【练【练4】 如图如图

12、5所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距的斜面上，导轨电阻不计，间距L0.4 m。导轨所在。导轨所在空间被分成区域空间被分成区域和和，两区域的边界与斜面的交线为，两区域的边界与斜面的交线为MN，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B0.5 T。在区。在区域域中，将质量中，将质量m10.1 kg，电阻，电阻R10.1 的金属棒的金属棒ab放在放在导轨上，导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域

13、刚好不下滑。然后，在区域中将质量中将质量m20.4 kg，电阻，电阻R20.1 的光滑导体棒的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始置于导轨上，由静止开始下滑。下滑。cd在滑动过程中始终处于区域在滑动过程中始终处于区域的磁场中，的磁场中，ab、cd始始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10 m/s2，问：问：(1)cd下滑的过程中，下滑的过程中，ab中的电流方向；中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，刚要向上滑动时，cd的速度的速度v多大；多大；(3)从从cd开始下滑到开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离滑动的

14、距离x3.8 m，此过程中，此过程中ab上产生的热量上产生的热量Q是多少。是多少。图图5答案答案(1)由由a流向流向b(2)5 m/s(3)1.3 J真题示例真题示例(1)测测U时，与时，与a点相接的是电压表的点相接的是电压表的“正极正极”还是还是“负极负极”？(2)求此时铝块的速度大小；求此时铝块的速度大小；(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。求此下落过程中铝块机械能的损失。图图6答案答案(1)正极正极(2)2 m/s(3)0.5 J【例【例2】 (2016浙江理综浙江理综)小明设计的电磁健身器的简化装置如小明设计的电磁健身器的简化装置如图图7所示，两根平行金属导轨相距所示，两根平行金属导

15、轨相距l0.50 m ，倾角，倾角53，导轨上端串接一个导轨上端串接一个R0.05 的电阻。在导轨间长的电阻。在导轨间长d0.56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度强度B2.0 T。质量。质量m4.0 kg的金属棒的金属棒CD水平置于导轨上，水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。相连。CD棒的初始位置与棒的初始位置与磁场区域的下边界相距磁场区域的下边界相距s0.24 m。一位健身者用恒力。一位健身者用恒力F80 N拉动拉动GH杆，杆，CD棒由静止开始运动，上升过程中棒由静止开始

16、运动，上升过程中CD棒始终棒始终保持与导轨垂直。当保持与导轨垂直。当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使发恢复装置使CD棒回到初始位置棒回到初始位置(重力加速度重力加速度g10 m/s2，sin 530.8，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量量)。求。求(1)CD棒进入磁场时速度棒进入磁场时速度v的大小；的大小；(2)CD棒进入磁场时所受的安培力棒进入磁场时所受的安培力FA的大小；的大小；(3)在拉升在拉升CD棒的过程中，健身者所做的功棒的过程中，健身者所做的功W和电阻产生的焦耳和电阻产生的焦耳热热Q。图

17、图7答案答案(1)2.4 m/s(2)48 N(3)64 J26.88 J冲刺训练冲刺训练1如图如图8甲为风速仪的结构示意图。在恒定风力作用下风杯带甲为风速仪的结构示意图。在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁体转动，线圈产生的电流随时间变动与其固定在一起的永磁体转动，线圈产生的电流随时间变化的关系如图乙。若风速减小到原来的一半，则电流随时间化的关系如图乙。若风速减小到原来的一半，则电流随时间变化的关系图可能是变化的关系图可能是()图图8解析解析根据根据EmNBS，若风速减小到原来的一半时，则最大，若风速减小到原来的一半时，则最大感应电动势也变小，所以感应电流也变小；根据转速与周期成感应

18、电动势也变小，所以感应电流也变小；根据转速与周期成反比，可知，若风速减小到原来的一半时，则周期变大为原来反比，可知，若风速减小到原来的一半时，则周期变大为原来两倍，故两倍，故C正确，正确，A、B、D错误。错误。答案答案C2(多选多选)如图如图9甲所示，水平面上两根足够长的金属导轨平行甲所示，水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为，一端通过导线与阻值为R的电阻连接。的电阻连接。导轨上放一质量为导轨上放一质量为m的金属杆，金属杆、导轨的电阻均忽略的金属杆，金属杆、导轨的电阻均忽略不计，匀强磁场垂直导轨平面向下。用与导轨平行的恒定拉不计，匀强磁场垂直

19、导轨平面向下。用与导轨平行的恒定拉力力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，金属杆做匀速运动时的速度大小时，金属杆做匀速运动时的速度v也会变化，也会变化，v和和F的关的关系如图乙所示。下列说法正确的是系如图乙所示。下列说法正确的是()图图9答案答案BD3如图如图10所示，两平行导轨间距所示，两平行导轨间距L0.1 m，足够长光滑的倾斜，足够长光滑的倾斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接，倾斜部分与水平面的夹角部分和粗糙的水平部分圆滑连接，倾斜部分与水平面的夹角30，垂直斜面方向向上的磁场的磁感应强度，垂直斜面方向向上的磁场的磁感应强

20、度B0.5 T，水平部分没有磁场。金属棒水平部分没有磁场。金属棒ab质量质量m0.005 kg，电阻，电阻r0.02 ，运动中与导轨有良好接触，并且垂直于导轨，电阻，运动中与导轨有良好接触，并且垂直于导轨，电阻R0.08 ，其余电阻不计，当金属棒从斜面上离地高，其余电阻不计，当金属棒从斜面上离地高h1.0 m以上任何地方由静止释放后，在水平面上滑行的最大距离以上任何地方由静止释放后，在水平面上滑行的最大距离x都是都是1.25 m(g取取10 m/s2)。求：。求：(1)棒在斜面上的最大速度；棒在斜面上的最大速度；(2)水平面的动摩擦因数；水平面的动摩擦因数；(3)从高度从高度h1.0 m处滑下

21、后电阻处滑下后电阻R上产生的热量。上产生的热量。图图10答案答案(1)1.0 m/s(2)0.04(3)3.8102 J4如图如图11，电阻不计的相同的光滑弯折金属轨道，电阻不计的相同的光滑弯折金属轨道MON与与MON均固定在竖直面内，二者平行且正对，间距为均固定在竖直面内，二者平行且正对，间距为L1 m，构成的斜面构成的斜面NOON与与MOOM跟水平面夹角均为跟水平面夹角均为30，两边斜面均处于垂直于斜面的匀强磁场中，磁感应强度大小两边斜面均处于垂直于斜面的匀强磁场中，磁感应强度大小均为均为B0.1 T。t0时，将长度也为时，将长度也为L，电阻，电阻R0.1 的金属的金属杆杆a在轨道上无初速

22、度释放。金属杆与轨道接触良好，轨道在轨道上无初速度释放。金属杆与轨道接触良好，轨道足够长。足够长。(g取取10 m/s2，不计空气阻力，轨道与地面绝缘，不计空气阻力，轨道与地面绝缘)(1)求求t时刻杆时刻杆a产生的感应电动势的大小产生的感应电动势的大小E；(2)在在t2 s时将与时将与a完全相同的金属杆完全相同的金属杆b放在放在MOOM上，发现上，发现b恰能静止，求恰能静止，求a杆的质量杆的质量m以及放上以及放上b后后a杆每下滑位移杆每下滑位移s1 m回回路产生的焦耳热路产生的焦耳热Q。图图11解析解析(1)只放只放a杆在导轨上，杆在导轨上，a杆做匀加速直线运动，杆做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得：由牛顿第二定律得：mgsin mat时刻速度为：时刻速度为：vat由法拉第电磁感应定律得：由法拉第电磁感应定律得：EBLv联立解得联立解得E0.5t V(2)t2 s时时a杆产生的感应电动势的大小杆产生的感应电动势的大小E0.5t V1 V因为因为a、b杆完全相同，故杆完全相同，故a杆的质量也为杆的质量也为m0.1 kg对对a、b杆组成的系统根据能量守恒定律得：杆组成的系统根据能量守恒定律得：Qmgssin 30解得解得Q0.5 J答案答案(1)0.5t V(2)0.1 kg0.5 J