2018届二轮复习专题十二电磁感应及综合应用课件（35张）（全国通用）

2018届二轮复习专题十二电磁感应及综合应用课件（35张）（全国通用）

- 1 - 知识脉络梳理 规律方法导引 - 2 - 知识脉络梳理 规律方法导引 1 . 知识规律 (1)“三定则、一定律”的应用。 ① 安培定则:判断运动电荷、电流产生的磁场方向。 ② 左手定则:判断磁场对运动电荷、电流的作用力的方向。 ③ 右手定则:判断部分导体切割磁感线产生感应电流的方向。 ④ 楞次定律:判断闭合电路磁通量发生变化产生感应电流的方向。 (2)求感应电动势的两种方法。 ① E= ,用来计算感应电动势的平均值。 ② E=Blv ,主要用来计算感应电动势的瞬时值。 2 . 思想方法 (1)物理思想:等效思想、守恒思想。 (2)物理方法:图象法、转换法、解析法。 - 3 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 电磁感应中的图象问题 常以选择题的形式考查物理量的定量关系。 例 1 如图所示 , 等腰直角三角形区域 EFG 内有垂直于纸面向里的磁感应强度为 B 的匀强磁场 , 直角边 EF 长度为 2 l 。现有一电阻为 R 的闭合直角梯形导线框 ABCD 以速度 v 水平向右匀速通过磁场。 t= 0 时刻恰好位于图示位置 ( 即 BC 与 EF 在一条直线上 , 且 C 与 E 重合 ), 规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正 , 则感应电流 i 与时间 t 的关系图线正确的是 ( 　　 ) - 4 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 答案 C 　 - 5 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 线框 CD 边切割磁感线的有效长度均匀增大 , 初始时刻切割的有效长度为零 , 则感应电动势、感应电流为零 , 排除选项 D 。线框 ADC 切割磁感线的有效长度均匀增大 , 而 AB 边切割磁感线 ( 产生与 ADC 切割磁感线方向相反的感应电动势 ) 的有效长度也增大 , 而且增大得快 , 如图所示 , 所以回路总的感应电动势不断减小 , 但感应电流方向与第一阶段相同 , 排除选项 A 、 B, 正确选项为 C 。 - 6 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 7 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法电磁感应图象问题的求解方法 (1) 图象选择问题 : 求解物理图象的选择题可用 “ 排除法 ”, 即排除与题目要求相违背的图象 , 留下正确图象。也可用 “ 对照法 ”, 即按照要求画出正确的草图 , 再与选项对照。解决此类问题关键是把握图象特点、分析相关物理量的函数关系、分析物理过程的变化或物理状态的变化。 (2) 图象分析问题 : 定性分析物理图象 , 要明确图象中的横轴与纵轴所代表的物理量 , 弄清图象的物理意义 , 借助有关的物理概念、公式、不变量和定律做出相应判断。在进行有关物理图象的定量计算时 , 要弄清图象所揭示的物理规律及物理量间的函数关系 , 善于挖掘图象中的隐含条件 , 明确图象与坐标轴所包围的面积、图象斜率 , 以及图象的横轴、纵轴的截距所表示的物理意义。 - 8 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 1 ( 不定项 )( 2017· 全国 Ⅱ 卷 )两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0 . 1 m、总电阻为0 . 005 Ω 的正方形导线框 abcd 位于纸面内, cd 边与磁场边界平行,如图甲所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动, cd 边于 t= 0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是( 　　 )   A.磁感应强度的大小为0 . 5 T B.导线框运动速度的大小为0 . 5 m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在 t= 0 . 4 s至 t= 0 . 6 s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0 . 1 N BC - 9 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 2 如图所示 , EOF 和 E'O'F' 为空间一匀强磁场的边界 , 其中 EO ∥ E'O' , FO ∥ F'O' , 且 EO ⊥ OF ; OO' 为 ∠ EOF 的平分线 , OO' 间的距离为 L , 磁场方向垂直于纸面向里。一边长为 L 的正方形导线框沿 O'O 方向匀速通过磁场 , t= 0 时刻恰好位于图示位置。规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正 , 则感应电流 i 与时间 t 的关系图线可能正确的是 ( 　　 ) B - 10 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 电磁感应中的动力学问题 考查与牛顿第二定律、运动学知识结合的动态分析问题以及电磁感应中的纯力学问题,计算题和选择题都有可能出现。 例 2 如图甲所示,一个质量 m= 0 . 1 kg的正方形金属框总电阻 R= 0 . 5 Ω ,金属框放在表面绝缘的斜面 AA'B'B 的顶端(金属框上边与 AA' 重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边 BB' 平行、宽度为 d 的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与 BB' 重合),设金属框在下滑过程中的速度为 v ,与此对应的位移为 x ,那么 v 2 - x 图象如图乙所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上,金属框与斜面间的动摩擦因数 μ = 0 . 5,斜面倾角 θ = 53 ° , g 取10 m/s 2 ,sin 53 ° = 0 . 8 , cos 53 ° = 0 . 6。求: - 11 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 金属框进入磁场前的下滑加速度 a 和进入磁场的速度 v 1 ; (2) 金属框经过磁场时受到的安培力 F 安 大小 ; (3) 匀强磁场的磁感应强度大小 B 。 - 12 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 13 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 14 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法电磁感应与动力学综合题的解题策略 (1) 分析 “ 源 ”: 找准主动运动者 , 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解电动势的大小和方向。 (2) 分析 “ 路 ”: 画出等效电路图 , 求解回路中的电流的大小及方向。 (3) 分析 “ 力 ”: 分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响 , 从而推得对电流有什么影响 , 最后确定导体棒的最终运动情况。 (4) 列 “ 方程 ”: 列出牛顿第二定律或平衡方程求解。 - 15 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 3 (2017· 全国 Ⅲ 卷 ) 如图所示 , 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 ( 　　 ) A. 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 D - 16 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 4 如图所示 ,“ 凸 ” 字形硬质金属线框质量为 m , 相邻各边互相垂直 , 且处于同一竖直平面内 , ab 边长为 l , cd 边长为 2 l , ab 与 cd 平行 , 间距为 2 l 。匀强磁场区域的上下边界均水平 , 磁场方向垂直于线框所在平面。开始时 , cd 边到磁场上边界的距离为 2 l , 线框由静止释放 , 从 cd 边进入磁场直到 ef 、 pq 边进入磁场前 , 线框做匀速运动。在 ef 、 pq 边离开磁场后 , ab 边离开磁场之前 , 线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生的热量为 Q 。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内 , 且 ab 、 cd 边保持水平 , 重力加速度为 g 。求 : (1) 线框 ab 边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是 cd 边刚进入磁场时的几倍。 (2) 磁场上下边界间的距离 H 。 - 17 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 18 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 19 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 电磁感应中的能量问题 经常和闭合电路欧姆定律一起出题 , 考查电路中的能量转换 , 计算题和选择题都可能出现。 - 20 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 3 如图所示 , 平行金属导轨与水平面间夹角均为 37 ° , 导轨间距为 1 m, 电阻不计 , 导轨足够长。两根金属棒 ab 和 a'b' 的质量都是 0 . 2 kg, 电阻都是 1 Ω , 与导轨垂直放置且接触良好 , 金属棒和导轨之间的动摩擦因数为 0 . 25, 两个导轨平面处均存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场 ( 图中未画出 ), 磁感应强度 B 的大小相同。让 a'b' 固定不动 , 将金属棒 ab 由静止释放 , 当 ab 下滑速度达到稳定时 , 整个回路消耗的电功率为 8 W 。 - 21 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 求 ab 下滑的最大加速度。 (2) ab 下落了 30 m 高度时 , 其下滑速度已经达到稳定 , 则此过程中回路电流的发热量 Q 为多大 ? (3) 如果将 ab 与 a'b' 同时由静止释放 , 当 ab 下落了 30 m 高度时 , 其下滑速度也已经达到稳定 , 则此过程中回路电流的发热量 Q' 为多大 ?( g 取 10 m/s 2 ,sin 37 ° = 0 . 6,cos 37 ° = 0 . 8) 答案 (1)4 m/s 2 　 (2)30 J 　 (3)75 J - 22 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 当 ab 棒刚下滑时 , ab 棒的加速度有最大值 a=g sin θ - μ g cos θ = 4 m/s 2 。 (2) ab 棒达到最大速度时做匀速运动 , 有 mg sin θ =BIl+ μ mg cos θ , 整个回路消耗的电功率 P 电 =BIlv m = ( mg sin θ - μ mg cos θ ) v m = 8 W , 则 ab 棒的最大速度为 v m = 10 m/s - 23 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (3) 由对称性可知 , 当 ab 下落 30 m 稳定时其速度为 v' , a'b' 也下落 30 m, 其速度也为 v' , ab 和 a'b' 都切割磁感线产生电动势 , 总电动势等于两者之和。 根据共点力平衡条件 , 对 ab 棒受力分析 , 得 mg sin θ=BI'l+μmg cos θ - 24 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 25 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法对于电磁感应问题中焦耳热的计算 , 主要从以下三个角度入手 (1) 感应电路为纯电阻电路时 , 产生的焦耳热等于克服安培力做的功 , 即 Q=W 安 。 (2) 感应电路中电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功 , 即 Q=I 2 Rt 。 (3) 感应电路中产生的焦耳热可通过能量守恒定律列方程求解。 要特别注意回路中某个元件的焦耳热和回路总焦耳热之间的关系 , 不能混淆。 - 26 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 5 (2107· 湖南邵阳联考 ) 如图所示 , 绝缘水平面内固定有一间距 d= 1 m 、电阻不计的足够长光滑矩形导轨 AKDC , 导轨两端接有阻值分别为 R 1 = 3 Ω 和 R 2 = 6 Ω 的定值电阻。矩形区域 AKFE 、 NMCD 范围内均有方向竖直向下、磁感应强度大小 B= 1 T 的匀强磁场 Ⅰ 和 Ⅱ 。一质量 m= 0 . 2 kg, 电阻 r= 1 Ω 的导体棒 ab 垂直放在导轨上的 AK 与 EF 之间某处 , 在方向水平向右、大小 F 0 = 2 N 的恒力作用下由静止开始运动 , 到达 EF 时导体棒 ab 的速度大小 v 1 = 3 m/s; 导体棒 ab 进入磁场 Ⅱ 后 , 导体棒 ab 中通过的电流始终保持不变。导体棒 ab 在运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好 , 空气阻力不计。 - 27 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 求导体棒 ab 刚要到达 EF 时的加速度大小 a ; (2) 求两磁场边界 EF 和 MN 之间的距离 l ; (3) 若在导体棒 ab 刚要到达 MN 时将恒力 F 0 撤去 , 求导体棒 ab 能继续滑行的距离 s 以及滑行该距离 s 的过程中整个回路产生的焦耳热 Q 。 答案 (1)5 m/s 2 　 (2)1 . 35 m 　 (3)3 . 6 m 　 3 . 6 J - 28 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 导体棒 ab 刚要到达 EF 时 , 在磁场中切割磁感线产生感应电动势 E 1 =Bdv 1 经分析可知 , 此时导体棒 ab 所受安培力的方向水平向左。 根据牛顿第二定律 , 有 F 0 -BI 1 d=ma 1 解得 a 1 = 5 m/s 2 。 - 29 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (2) 导体棒 ab 进入磁场 Ⅱ 后 , 受到的安培力与 F 0 平衡 , 做匀速直线运动。 导体棒 ab 中通过的电流为 I 2 , 保持不变 , 则有 F 0 =BI 2 d , 设导体棒 ab 从 EF 运动到 MN 的过程中的加速度大小为 a 2 根据牛顿第二定律 , 则有 F 0 =ma 2 ; 导体棒 ab 在 EF 、 MN 之间做匀加速直线运动 , - 30 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 31 - 1 2 3 4 1 . (2017· 全国 Ⅰ 卷 ) 扫描隧道显微镜 (STM) 可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对 STM 的扰动 , 在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板 , 并施加磁场来快速衰减其微小振动 , 如图所示。无扰动时 , 按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场 ; 出现扰动后 , 对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 ( 　　 ) A - 32 - 1 2 3 4 2 . (2017· 天津理综 ) 如图所示 , 两根平行金属导轨置于水平面内 , 导轨之间接有电阻 R 。金属棒 ab 与两导轨垂直并保持良好接触 , 整个装置放在匀强磁场中 , 磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小 , ab 始终保持静止 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. ab 中的感应电流方向由 b 到 a B. ab 中的感应电流逐渐减小 C. ab 所受的安培力保持不变 D. ab 所受的静摩擦力逐渐减小 D - 33 - 1 2 3 4 3 . 如图所示 , Ⅰ 、 Ⅱ 区域是宽度 l 均为 0 . 5 m 的匀强磁场 , 磁感应强度大小均为 B= 1 T, 方向相反 , 一边长 l= 0 . 5 m 、质量 m= 0 . 1 kg 、电阻 R= 0 . 5 Ω 的正方形金属线框 abcd 的 ab 边紧靠磁场边缘 , 在外力 F 的作用下向右匀速运动穿过磁场区域 , 速度 v 0 = 10 m/s 。在线框穿过磁场区域的过程中 , 外力 F 所做的功为 ( 　　 )   A.5 J B.7 . 5 J C.10 J D.15 J D - 34 - 1 2 3 4 4 . (2017· 江苏单科 ) 如图所示 , 两条相距 d 的平行金属导轨位于同一水平面内 , 其右端接一阻值为 R 的电阻。质量为 m 的金属杆静置在导轨上 , 其左侧的矩形匀强磁场区域 MNPQ 的磁感应强度大小为 B 、方向竖直向下。当该磁场区域以速度 v 0 匀速地向右扫过金属杆后 , 金属杆的速度变为 v 。导轨和金属杆的电阻不计 , 导轨光滑且足够长 , 杆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) MN 刚扫过金属杆时 , 杆中感应电流的大小 I ; (2) MN 刚扫过金属杆时 , 杆的加速度大小 a ; (3) PQ 刚要离开金属杆时 , 感应电流的功率 P 。 - 35 - 1 2 3 4