2023届高考物理二轮复习专题四第2讲电磁感应及其综合应用课件

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1.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。(2)阻碍相对运动——“来拒去留”。(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。
3.求解焦耳热Q的三种方法
1.分析线框在磁场中运动问题的两大关键(1)分析电磁感应情况:弄清线框在运动过程中是否有磁通量不变的阶段,线框进入和穿出磁场的过程中,才有感应电流产生,结合闭合电路欧姆定律列方程解答。(2)分析导线框的受力以及运动情况,选择合适的力学规律处理问题:在题目中涉及电荷量、时间,以及安培力为变力时应选用动量定理处理问题;如果题目中涉及加速度的问题时选用牛顿运动定律解决问题比较方便。2.电磁感应中力、能量和动量综合问题的分析方法(1)分析“受力”:分析研究对象的受力情况,特别关注安培力的方向。
(2)分析“能量”:搞清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量发生了变化,根据动能定理或能量守恒定律等列方程求解。(3)分析“动量”:在电磁感应中可用动量定理求变力的作用时间、速度、位移和电荷量(一般应用于单杆切割磁感线运动)。
考点一　楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用
1.感应电流方向的判断
(3)当导体棒转动切割磁感线产生电动势时,导体棒的速度应该用平均速度。
考点二　电磁感应的图像问题
1.电磁感应中常见的图像
2.解答此类问题的两个常用方法(1)排除法:定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化情况,把握三个关注,快速排除错误的选项。这种方法能快速解决问题,但不一定对所有问题都适用。
(2)函数关系法:根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系,再对图像作出判断,这种方法得到的结果准确、详细,但不够简捷。
3.(2022·福建龙岩三模)(多选)如图所示,在竖直平面内有四条间距均为L的水平虚线L1、L2、L3、L4,在L1、L2之间和L3、L4之间存在磁感应强度大小相等且方向均垂直纸面向里的匀强磁场。现有一矩形金属线圈abcd,ad边长为3L。t=0时刻将其从图示位置(cd边与L1重合)由静止释放,cd边经过磁场边界线L3时开始做匀速直线运动,cd边经过磁场边界线L2、L3、L4时对应的时刻分别为t1、t2、t3,整个运动过程线圈平面始终处于竖直平面内。在0～t3时间内,线圈的速度v、通过线圈横截面的电荷量q、通过线圈的电流i和线圈产生的热量Q随时间t的关系图像可能正确的是(　 　)
4.如图甲所示,空间有一宽为2L的匀强磁场区域,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框,总电阻为R,线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域。在运动过程中,线框ab、cd两边始终与磁场边界平行,线框刚进入磁场的位置x=0,x轴沿水平方向向右。 (1)求cd边刚进入磁场时,ab两端的电势差,并指明哪端电势高;
4.如图甲所示,空间有一宽为2L的匀强磁场区域,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框,总电阻为R,线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域。在运动过程中,线框ab、cd两边始终与磁场边界平行,线框刚进入磁场的位置x=0,x轴沿水平方向向右。 (2)求线框穿过磁场的过程中,线框中产生的焦耳热;
4.如图甲所示,空间有一宽为2L的匀强磁场区域,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框,总电阻为R,线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域。在运动过程中,线框ab、cd两边始终与磁场边界平行,线框刚进入磁场的位置x=0,x轴沿水平方向向右。 (3)在图乙中,画出ab两端电势差Uab随距离变化的图像,其中U0=BLv。
考点三　电磁感应中的力电综合应用
答案:(1)0.18 N
1.电磁感应中的电路和动力学问题常出现的两类情境:一是线框进出磁场;二是导体棒切割磁感线运动。两类情境都综合了电路、动力学、能量知识,有时还会与图像结合,解题方法有相通之处。在分析方法上,要始终抓住导体的受力(特别是安培力)特点及其变化规律,明确导体的运动过程以及运动过程中状态的变化,准确把握运动状态的临界点。分析思路如下:
2.电磁感应中电路知识关系图。
电磁感应中的单、双杆模型
类型一　电磁感应中的单杆模型单杆模型的常见情况
2.如图所示,空间存在方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,有两条间距为d的足够长平行直导轨MN、PQ处于同一水平面内,左端连接一电容为C的电容器,右端连接阻值为R的电阻。质量为m的导体棒垂直跨放在导轨上,与导轨间的摩擦不计。开关S1闭合,S2断开,从t=0时刻开始,对导体棒施加一个大小为F、方向水平向右的恒力,使导体棒从静止开始沿导轨方向做加速运动,此过程中导体棒始终保持与导轨垂直且接触良好。除电阻R以外其余部分的电阻均不计,重力加速度为g。(1)求导体棒向右运动L1时的速度大小。
2.如图所示,空间存在方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,有两条间距为d的足够长平行直导轨MN、PQ处于同一水平面内,左端连接一电容为C的电容器,右端连接阻值为R的电阻。质量为m的导体棒垂直跨放在导轨上,与导轨间的摩擦不计。开关S1闭合,S2断开,从t=0时刻开始,对导体棒施加一个大小为F、方向水平向右的恒力,使导体棒从静止开始沿导轨方向做加速运动,此过程中导体棒始终保持与导轨垂直且接触良好。除电阻R以外其余部分的电阻均不计,重力加速度为g。(2)导体棒向右运动L1时,断开S1,闭合S2,若导体棒再向右运动L2时,导体棒已经做匀速运动,求匀速运动的速度和这一过程中电阻R上产生的焦耳热。
类型二　电磁感应中的双杆模型双杆模型的常见情况(1)合外力为零的双杆系统。平行导轨水平放置,表面光滑,电阻不计,间距为L;双杆质量为m,电阻均为r;杆与导轨垂直并接触良好;匀强磁场B与导轨垂直。
(2)合外力不为零的双杆系统。足够长的平行导轨,表面光滑,电阻不计。杆与导轨垂直且接触良好,匀强磁场B垂直导轨平面。
2.如图所示,光滑平行金属导轨的水平部分处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=3 T。两导轨间距为 L=0.5 m,轨道足够长,电阻不计。金属棒a和b的质量分别为ma=1 kg,mb=0.5 kg,电阻分别为Ra=1 Ω,Rb=2 Ω。b棒静止于轨道水平部分,现将a棒从h=1.8 m高处自静止沿弧形轨道下滑,通过C点进入轨道的水平部分,已知两棒在运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好,两棒始终不相碰,g取10 m/s2。求:(1)a棒刚进入磁场时,b棒的加速度。
答案:(1)9 m/s2　方向向右
2.如图所示,光滑平行金属导轨的水平部分处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=3 T。两导轨间距为 L=0.5 m,轨道足够长,电阻不计。金属棒a和b的质量分别为ma=1 kg,mb=0.5 kg,电阻分别为Ra=1 Ω,Rb=2 Ω。b棒静止于轨道水平部分,现将a棒从h=1.8 m高处自静止沿弧形轨道下滑,通过C点进入轨道的水平部分,已知两棒在运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好,两棒始终不相碰,g取10 m/s2。求:(2)从a棒进入磁场到两棒共速的过程中,流过a棒的电荷量。
2.如图所示,光滑平行金属导轨的水平部分处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=3 T。两导轨间距为 L=0.5 m,轨道足够长,电阻不计。金属棒a和b的质量分别为ma=1 kg,mb=0.5 kg,电阻分别为Ra=1 Ω,Rb=2 Ω。b棒静止于轨道水平部分,现将a棒从h=1.8 m高处自静止沿弧形轨道下滑,通过C点进入轨道的水平部分,已知两棒在运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好,两棒始终不相碰,g取10 m/s2。求:(3)从a棒进入磁场到两棒共速的过程中,a棒中产生的焦耳热。
3.如图所示,电阻不计,足够长的光滑平行金属导轨水平固定,间距L=2 m;金属棒甲质量m1=2 kg,金属棒乙质量m2=1 kg,电阻均为R=2 Ω,垂直导轨置于导轨上,构成矩形回路;虚线a、b、c垂直于导轨,导轨内的a右侧和b、c间区域有磁感应强度大小B=1 T、垂直导轨平面向上的匀强磁场;金属棒甲与虚线a重合,金属棒乙在虚线a右侧某处,都静止。某时刻起,水平向左、平行于导轨的恒定外力F=4 N作用在金属棒甲的同时,相同方向、大小未知的另一个恒力F′作用在金属棒乙上,甲到达虚线b的同时乙也刚好离开虚线a,乙离开虚线a的速度大小为1 m/s,此时撤去作用在乙上的外力,再经过一段时间,当乙到达虚线b时,撤去作用在甲上的外力。已知虚线a、b间距离xab=1 m,虚线b、c间距离xbc=4 m;金属棒甲和乙与导轨始终垂直且接触良好。(1)求金属棒甲与虚线b重合时受到安培力的大小。
3.如图所示,电阻不计,足够长的光滑平行金属导轨水平固定,间距L=2 m;金属棒甲质量m1=2 kg,金属棒乙质量m2=1 kg,电阻均为R=2 Ω,垂直导轨置于导轨上,构成矩形回路;虚线a、b、c垂直于导轨,导轨内的a右侧和b、c间区域有磁感应强度大小B=1 T、垂直导轨平面向上的匀强磁场;金属棒甲与虚线a重合,金属棒乙在虚线a右侧某处,都静止。某时刻起,水平向左、平行于导轨的恒定外力F=4 N作用在金属棒甲的同时,相同方向、大小未知的另一个恒力F′作用在金属棒乙上,甲到达虚线b的同时乙也刚好离开虚线a,乙离开虚线a的速度大小为1 m/s,此时撤去作用在乙上的外力,再经过一段时间,当乙到达虚线b时,撤去作用在甲上的外力。已知虚线a、b间距离xab=1 m,虚线b、c间距离xbc=4 m;金属棒甲和乙与导轨始终垂直且接触良好。(2)通过计算判断金属棒乙与b重合时,金属棒甲是否离开虚线c。若离开,求离开时金属棒甲的速度大小;若没有离开,求此时刻(金属棒乙与b重合)金属棒甲的速度大小以及金属棒甲与虚线b间距离大小的关系。