浙江高考物理总复习电磁感应时电磁感应现象综合问题.pptx

第第3课时电磁感应现象的综合问题课时电磁感应现象的综合问题基础过关基础过关一、电磁感应中的电路问题一、电磁感应中的电路问题1.电电源源和和内内阻阻：切切割割磁磁感感线线运运动动的的导导体体或或磁磁通通量量发发生生变变化化的的线线圈圈都都相相当当于于_。该该部部分分导导体体的的电电阻阻或或线线圈圈的的电电阻阻相相当当于于电电源源的的_。2.感应电动势感应电动势：EBLv或或E 。电源电源内阻内阻二、电磁感应中的动力学问题二、电磁感应中的动力学问题1.通通电电导导体体在在磁磁场场中中受受到到_作作用用，电电磁磁感感应应问问题题往往往往和和力力学学问题联系在一起。解决的基本方法如下：问题联系在一起。解决的基本方法如下：(1)用用法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律和和楞楞次次定定律律求求感感应应电电动动势势的的大大小小和和方方向；向；(2)求回路中的电流；求回路中的电流；(3)分析导体受力情况分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析包含安培力在内的全面受力分析)；(4)根据平衡条件或根据平衡条件或_列方程。列方程。安培力安培力牛顿第二定律牛顿第二定律2.两种状态处理两种状态处理(1)导体处于平衡态导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态。静止或匀速直线运动状态。处理方法：根据平衡条件处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析。合外力等于零列式分析。(2)导体处于非平衡态导体处于非平衡态加速度不等于零。加速度不等于零。处处理理方方法法：根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律进进行行动动态态分分析析，或或结结合合功功能能关关系系分析。分析。三、电磁感应中的能量转化三、电磁感应中的能量转化1.电磁感应现象的实质是电磁感应现象的实质是_和和_之间的转化。之间的转化。2.感应电流在磁场中受安培力，克服安培力感应电流在磁场中受安培力，克服安培力_，将，将_的能转化为的能转化为_，电流做功再将电能转化为，电流做功再将电能转化为_。其他形式的能其他形式的能电能电能做功做功其他形式其他形式电能电能其他形式的能其他形式的能解解析析由由公公式式EBlv可可知知，当当刷刷卡卡速速度度减减半半时时，线线圈圈中中的的感感应应电电动势最大值减半，且刷卡所用时间加倍，故动势最大值减半，且刷卡所用时间加倍，故D选项正确。选项正确。答案答案D乙乙2.(2015浙江浙江10月选考月选考)如图如图1所示，所示，质量质量m3.0103 kg的的“”形金属细框竖直放置在两水银槽形金属细框竖直放置在两水银槽中，中，“”形框的水平细杆形框的水平细杆CD长长l0.20 m，处于磁感应强度大，处于磁感应强度大小小B11.0 T、方向水平向右的匀、方向水平向右的匀强磁场中。有一匝数强磁场中。有一匝数n300匝、匝、面积面积S0.01 m2的线圈通过开关的线圈通过开关K与两水银槽相连。线圈处于与与两水银槽相连。线圈处于与线线圈圈平平面面垂垂直直的的、沿沿竖竖直直方方向向的的匀匀强强磁磁场场中中，其其磁磁感感应应强强度度B2的的大小随时间大小随时间t变化的关系如图变化的关系如图2所示。所示。(1)求求00.10 s线圈中的感应电动势大小；线圈中的感应电动势大小；(2)t0.22 s时时闭闭合合开开关关K，若若细细杆杆CD所所受受安安培培力力方方向向竖竖直直向向上上，判断判断CD中的电流方向及磁感应强度中的电流方向及磁感应强度B2的方向；的方向；(3)t0.22 s时时闭闭合合开开关关K，若若安安培培力力远远大大于于重重力力，细细框框跳跳起起的的最最大高度大高度h0.20 m，求通过细杆，求通过细杆CD的电荷量。的电荷量。答案答案(1)30 V(2)电流方向电流方向CDB2方向向上方向向上 (3)0.03 C答案答案A要点二电磁感应图象问题要点二电磁感应图象问题1.图象问题大体上可分为三类图象问题大体上可分为三类(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象。由给定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，求解相应的物理量。由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。(3)根据图象定量计算。根据图象定量计算。2.解题步骤解题步骤(1)明明确确图图象象的的种种类类，即即是是Bt图图还还是是t图图，或或者者是是Et图图、It图等。图等。(2)分分析析电电磁磁感感应应的的具具体体过过程程判判断断对对应应的的图图象象是是否否分分段段，共共分分几几段。段。(3)用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向。用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向。(4)结结合合法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律、欧欧姆姆定定律律、牛牛顿顿运运动动定定律律等等规规律律写出函数关系式。写出函数关系式。(5)根据函数关系式，进行数学分析。根据函数关系式，进行数学分析。(6)画图象或判断图象。画图象或判断图象。【例例2】矩矩形形导导线线框框abcd放放在在匀匀强强磁磁场场中中静静止止不不动动，磁磁场场方方向向与与线线框框平平面面垂垂直直，磁磁感感应应强强度度B随随时时间间t变变化化的的图图象象如如图图所所示示。设设t0时时刻刻，磁磁感感应应强强度度的的方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里，则则在在04 s时时间间内内，选选项项图图中中能能正正确确反反映映线线框框ab边边所所受受的的安安培培力力F随随时时间间t变变化化的的图图象是象是(规定规定ab边所受的安培力向左为正边所受的安培力向左为正)()解解析析在在01 s内内，由由法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律可可知知，产产生生的的感感应应电电流流大大小小恒恒定定，由由楞楞次次定定律律可可得得线线框框内内产产生生的的感感应应电电流流方方向向为为顺顺时时针针方方向向，根根据据左左手手定定则则可可判判断断出出线线框框ab边边所所受受安安培培力力方方向向向向左左(为为正正)，由由FBIL可可知知F随随磁磁感感应应强强度度的的减减小小而而减减小小。在在12 s内内，由由楞楞次次定定律律可可得得线线框框内内产产生生的的感感应应电电流流方方向向为为顺顺时时针针方方向向，根根据据左左手手定定则则可可判判断断出出线线框框ab边边所所受受安安培培力力方方向向向向右右(为为负负)，由由FBIL可可知知F随随磁磁感感应应强强度度的的增增大大而而增增大大。同同理理在在23 s内内，线线框框ab边边所所受受安安培培力力方方向向向向左左(为为正正)，由由FBIL可可知知F随随磁磁感感应应强强度度的的减减小小而而减减小小。在在34 s内内，线线框框ab边边所所受受安安培培力力方方向向向向右右(为为负负)，由由FBIL可知可知F随磁感应强度的增大而增大，随磁感应强度的增大而增大，D正确。正确。答案答案D【例例3】如如图图所所示示，两两根根足足够够长长的的光光滑滑平平行行金金属属导导轨轨MN、PQ间间距距为为l0.5 m，其其电电阻阻不不计计，两两导导轨轨及及其其构构成成的的平平面面均均与与水水平平面面成成30角角。完完全全相相同同的的两两金金属属棒棒ab、cd分分别别垂垂直直导导轨轨放放置置，每每棒棒两两端端都都与与导导轨轨始始终终有有良良好好接接触触。已已知知两两棒棒质质量量均均为为m0.02 kg，电电阻阻均均为为R0.1，整整个个装装置置处处在在垂垂直直于于导导轨轨平平面面向向上上的的匀匀强强磁磁场场中中，磁磁感感应应强强度度B0.2 T。棒棒ab在在平平行行于于导导轨轨向向上上的的力力F作作用用下下，沿沿导轨向上匀速运动，而棒导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止。恰好能够保持静止。g取取10 m/s2，求：，求：(1)通过棒通过棒cd的电流的电流I是多少？方向如何？是多少？方向如何？(2)棒棒ab受到的力受到的力F是多大？是多大？解析解析(1)棒棒cd受到的安培力为受到的安培力为FcdBIl棒棒cd在共点力作用下平衡，则在共点力作用下平衡，则Fcdmgsin 30联立解得联立解得I1 A根据楞次定律可知，棒根据楞次定律可知，棒cd中电流方向由中电流方向由d至至c。(2)棒棒ad与棒与棒cd受到的安培力大小相等，即受到的安培力大小相等，即FabFcd对棒对棒ab，由共点力平衡条件得，由共点力平衡条件得Fmgsin 30BIl解得解得F0.2 N答案答案(1)1 A由由d至至c(2)0.2 N要点四电磁感应的能量问题要点四电磁感应的能量问题1.电电磁磁感感应应过过程程实实质质是是不不同同形形式式的的能能量量转转化化的的过过程程，电电磁磁感感应应过过程程中中产产生生的的感感应应电电流流在在磁磁场场中中必必定定受受到到安安培培力力作作用用。因因此此闭闭合合电电路路的的一一部部分分导导体体运运动动切切割割磁磁感感线线时时必必克克服服安安培培力力做做功功。此此过过程程中中，其其他他形形式式的的能能转转化化为为电电能能。克克服服安安培培力力做做多多少少功功，就就有有多多少少其其他他形形式式的的能能转转化化为为电电能能。当当感感应应电电流流通通过过用用电电器器时时，电电能又转化为其他形式的能。能又转化为其他形式的能。同同理理，电电流流做做功功的的过过程程，是是电电能能转转化化为为其其他他形形式式的的能能的的过过程程，电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。2.电能求解思路主要有三种：电能求解思路主要有三种：(1)利利用用克克服服安安培培力力做做功功求求解解，电电磁磁感感应应中中产产生生的的电电能能等等于于克克服服安培力所做的功。安培力所做的功。(2)利利用用能能量量守守恒恒求求解解，导导体体切切割割磁磁感感线线产产生生感感应应电电流流时时，开开始始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能。的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能。(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。【例例4】如如图图所所示示，边边长长为为L的的正正方方形形导导线线框框质质量量为为m，由由距距磁磁场场H高高处处自自由由下下落落，其其下下边边ab进进入入匀匀强强磁磁场场后后，线线圈圈开开始始做做减减速速运运动动，直直到到其其上上边边cd刚刚刚刚穿穿出出磁磁场场时时，速速度度减减为为ab边边刚刚进进入入磁磁场场时时的的一一半半，磁磁场场的的宽宽度度也也为为L，则则线线框框穿穿越越匀匀强强磁磁场场过过程程中中产产生生的焦耳热为的焦耳热为()答案答案C精练题组精练题组1.如如图图所所示示，A是是一一边边长长为为l的的正正方方形形线线框框，电电阻阻为为R，现现维维持持线线框框以以恒恒定定的的速速度度v沿沿x轴轴运运动动，并并穿穿过过图图中中所所示示的的匀匀强强磁磁场场B区区域域。取取逆逆时时针针方方向向为为电电流流正正方方向向，线线框框从从图图示示位位置置开开始始运运动动，则则线线框中产生的感应电流框中产生的感应电流i随时间随时间t变化的图线是图中的变化的图线是图中的()解解析析由由于于线线框框进进入入和和穿穿出出磁磁场场时时，线线框框内内磁磁通通量量均均匀匀变变化化，因因此此在在线线框框中中产产生生的的感感应应电电流流大大小小不不变变，根根据据楞楞次次定定律律可可知知，线线框框进进入入磁磁场场时时感感应应电电流流的的方方向向与与规规定定的的正正方方向向相相同同，穿穿出出磁磁场场时时感感应电流的方向与规定的正方向相反，因此应选应电流的方向与规定的正方向相反，因此应选B。答案答案B2.如如图图所所示示，在在一一匀匀强强磁磁场场中中有有一一U形形导导线线框框abcd，线线框框处处于于水水平平面面内内，磁磁场场与与线线框框平平面面垂垂直直，R为为一一电电阻阻，ef为为垂垂直直于于ab的的一一根根导导体体杆杆，它它可可在在ab、cd上上无无摩摩擦擦地地滑滑动动。杆杆ef及及线线框框中中导导线线的的电电阻都可不计。开始时，给阻都可不计。开始时，给ef一个向右的初速度，则一个向右的初速度，则()A.ef将减速向右运动，但不是匀减速将减速向右运动，但不是匀减速B.ef将匀减速向右运动，最后停止将匀减速向右运动，最后停止C.ef将匀速向右运动将匀速向右运动D.ef将往返运动将往返运动答案答案A3.如图所示，质量为如图所示，质量为m、高为、高为h的矩形导线框的矩形导线框在竖直面内自由下落，其上下两边始终保在竖直面内自由下落，其上下两边始终保持水平，途中恰好匀速穿过一有理想边界、持水平，途中恰好匀速穿过一有理想边界、高亦为高亦为h的匀强磁场区域，线框在此过程中的匀强磁场区域，线框在此过程中产生的内能为产生的内能为()A.mgh B.2mghC.大于大于mgh而小于而小于2mgh D.大于大于2mgh解解析析因因线线框框匀匀速速穿穿过过磁磁场场，在在穿穿过过磁磁场场的的过过程程中中合合外外力力做做功功为为零零，克克服服安安培培力力做做功功为为2mgh，产产生生的的内内能能亦亦为为2mgh，故故选选B。答案答案B4.(2016浙浙江江余余杭杭期期末末)如如图图所所示示，闭闭合合导导线线框框的的质质量量可可以以忽忽略略不不计计，将将它它从从如如图图所所示示的的位位置置匀匀速速拉拉出出匀匀强强磁磁场场。若若第第一一次次用用0.3 s时时间间拉拉出出，外外力力所所做做的的功功为为W1，通通过过导导线线截截面面的的电电荷荷量量为为q1；第第二二次次用用0.9 s时时间间拉拉出出，外外力力所所做做的的功功为为W2，通通过过导导线线截截面面的的电电荷荷量量为为q2，则，则()A.W1W2，q1q2B.W1W2，q1q2D.W1W2，q1q2答案答案D5.如如图图甲甲所所示示，两两根根足足够够长长的的直直金金属属导导轨轨MN、PQ平平行行放放置置在在倾倾角角为为的的绝绝缘缘斜斜面面上上，两两导导轨轨间间距距为为L，M、P两两点点间间接接有有阻阻值值为为R的的电电阻阻，一一根根质质量量为为m的的均均匀匀直直金金属属杆杆ab放放在在两两导导轨轨上上，并并与与导导轨轨垂垂直直，整整套套装装置置处处于于磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直于于斜斜面面向向下下，导导轨轨和和金金属属杆杆的的电电阻阻可可忽忽略略，让让ab杆杆沿沿导导轨轨由由静静止止开开始始下下滑滑，导导轨轨和和金金属属杆杆接接触触良良好好，不不计计它它们们之之间的摩擦。间的摩擦。(1)由由b向向a方方向向看看到到的的装装置置如如图图乙乙所所示示，请请在在此此图图中中画画出出ab杆杆下下滑滑过程中某时刻的受力示意图；过程中某时刻的受力示意图；(2)在在加加速速下下滑滑过过程程中中，当当ab杆杆的的速速度度大大小小为为v时时，求求此此时时ab杆杆中中的电流及其加速度的大小；的电流及其加速度的大小；(3)求在下滑过程中，求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值。杆可以达到的速度最大值。6.如如图图所所示示，导导线线全全部部为为裸裸导导线线，半半径径为为r的的圆圆内内有有垂垂直直于于圆圆平平面面的的匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度为为B，一一根根长长度度大大于于2r的的导导线线MN以以速速率率v在在圆圆环环上上无无摩摩擦擦地地自自左左端端匀匀速速滑滑到到右右端端，电电路路中中的的定定值值电电阻阻阻值为阻值为R，其余电阻不计，试求：，其余电阻不计，试求：(1)MN从从圆圆环环左左端端滑滑到到右右端端的的过过程程中中，通通过过定定值值电电阻阻的的电电流流平平均值及通过的电荷量；均值及通过的电荷量；(2)MN从从圆圆环环左左端端滑滑到到右右端端的的过过程程中中，通通过过定定值值电电阻阻的的电电流流最最大值。大值。7.(2016浙江温州中学选考模拟浙江温州中学选考模拟)如图所示，如图所示，在高度差在高度差h0.5 m的平行虚线范围内，有的平行虚线范围内，有磁感应强度磁感应强度B0.5 T、方向垂直于竖直平、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场，正方形线框面向里的匀强磁场，正方形线框abcd的质的质量量m0.1 kg、边长、边长L0.5 m、电阻、电阻R0.5，线框平面与竖直平面平行，静止在，线框平面与竖直平面平行，静止在位置位置“”“”时，时，cd边跟磁场下边缘有一段边跟磁场下边缘有一段距距离离。现现用用一一竖竖直直向向上上的的恒恒力力F4.0 N向向上上提提线线框框，线线框框由由位位置置“”无无初初速速度度开开始始向向上上运运动动，穿穿过过磁磁场场区区，最最后后到到达达位位置置“”(ab边边恰恰好好出出磁磁场场)，线线框框平平面面在在运运动动中中保保持持与与磁磁场场方方向向垂垂直直，且且cd边边保保持持水水平平。设设cd边边刚刚进进入入磁磁场场时时，线线框框恰恰好好开开始始做匀速直线运动。做匀速直线运动。g取取10 m/s2。(1)求线框进入磁场前距磁场下边界的距离求线框进入磁场前距磁场下边界的距离H；(2)线线框框由由位位置置“”“”到到位位置置“”“”的的过过程程中中，恒恒力力F做做的的功功是是多多少？线框内产生的热量又是多少？少？线框内产生的热量又是多少？答案答案(1)9.6 m(2)42.4 J3.0 J