2024届高考物理一轮复习专题十电磁感应第3讲电磁感应定律的综合应用课件

这是一份2024届高考物理一轮复习专题十电磁感应第3讲电磁感应定律的综合应用课件，共60页。PPT课件主要包含了外电阻，内电阻，Blv，BIl，左手定则，右手定则，其他形式，答案D，答案AC，答案B等内容，欢迎下载使用。
一、电磁感应中的电路问题1.内电路和外电路.(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于________. (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的________，其余部分是________. 
2.电源电动势和路端电压.(1)电动势：E＝________或E＝________. (2)路端电压：U＝IR＝________. 
二、电磁感应中的图像问题1.随时间变化的图像如B－t图像，Φ－t图像，E－t图像和i－t图像.2.随位移x变化的图像如E－x图像和i－x图像.
2.安培力的方向.(1)先用____________判定感应电流方向，再用____________判定安培力方向. (2)根据楞次定律，安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向________. 
四、电磁感应中的能量转化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)感应电流在磁场中受安培力作用：若克服安培力做功，则____________的能转化为________；若安培力做正功，则电能转化为其他形式的能. (3)当感应电流通过用电器时，________能转化为____________的能. 
2.安培力做功和电能变化的对应关系“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；安培力做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能.
A　　　　　 　 BC　　　　　 　 D
3.[电磁感应]在甲、乙、丙三图中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器C原来不带电.设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计，图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长.现给导体棒ab一个向右的初速度v0，在甲、乙、丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是(　　)
A.三种情形下导体棒ab最终均做匀速运动B.甲、丙中，ab棒最终将以不同的速度做匀速运动；乙中，ab棒最终静止C.甲、丙中，ab棒最终将以相同的速度做匀速运动；乙中，ab棒最终静止D.三种情形下导体棒ab最终均静止【答案】B
考点1　电磁感应中的电路问题　[能力考点]1.电磁感应问题中常用的电路知识
2.解决电磁感应中的电路问题三个步骤
例1　(2022年全国卷)如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为l＝0.40 m的正方形金属框的一个顶点上.金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场.已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ＝5.0×10－3 Ω/m；在t＝0到t＝3.0 s时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)＝0.3－0.1t(SI).求：(1)t＝2.0 s时金属框所受安培力的大小；(2)在t＝0到t＝2.0 s时间内金属框产生的焦耳热.
1.(2022年全国卷)三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框，正方形线框的边长与圆线框的直径相等，圆线框的半径与正六边形线框的边长相等，如图所示.把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中，线框所在平面均与磁场方向垂直，正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I1、I2和I3.则(　　)A.I1＜I3＜I2B.I1＞I3＞I2C.I1＝I2＞I3D.I1＝I2＝I3【答案】C　
2.(2022年汕头模拟)如图甲所示，平行长直金属导轨水平放置，间距为L，导轨右端接有阻值为R的电阻，导体棒垂直放置在导轨上，且接触良好，导体棒及导轨的电阻均不计，导轨间圆形区域内有方向竖直向上的匀强磁场，直径ab与导轨垂直，长度也为L，从0时刻开始，磁感应强度B的大小随时间t变化如图乙所示(t0和B0已知)；t＝0时刻，导体棒匀速向左恰好进入磁场，在t0时棒受到最大的安培力.棒在导轨上始终做匀速直线运动.答案可含π.求：(1)棒在运动过程中受到最大的安培力F；(2)棒在运动过程中的最大电流Im的大小.
考点2　电磁感应中的图像问题　[能力考点]1.图像类型
2.解决图像问题的一般步骤(1)明确图像的种类，即是B－t图还是Φ－t图，或者E－t 图、I－t图等.(2)分析电磁感应的具体过程.(3)用右手定则或楞次定律确定方向及对应关系.(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式.(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等.(6)画图像或判断图像.
例2　(2022年河北卷)(多选)如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，导轨左端接入一电阻R.导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动，t＝0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直.设运动过程中通过电阻的电流强度为i，金属棒受到安培力的大小为F，金属棒克服安培力做功的功率为P，电阻两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒的电阻.下列图像可能正确的是(　　)
A B C D
1.(2022年广东联考)(多选)如图所示，MN为匀强磁场中位于同一水平面内的光滑平行金属导轨(足够长)，一端串接电阻R，匀强磁场沿竖直方向.金属杆ab可沿导轨滑动，杆和导轨的电阻均不计，现垂直于杆方向对杆施一水平恒力F，使杆从静止开始向右运动，关于导体棒运动的v－t、a－t图像正确的是(　　)
A B C D
2.(多选)如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，存在着磁感应强度大小均为B的匀强磁场，磁场方向垂直斜面向上，磁场的宽度为2L.一边长为L的正方形导体线圈，由静止开始沿斜面下滑，当ab边刚越过GH进入磁场瞬间和刚越过MN穿出磁场瞬间速度刚好相等.从ab边刚越过GH处开始计时，规定沿斜面向上为安培力的正方向，则线框运动的速率v与线框所受安培力F随时间t变化的图线中，可能正确的是(　　)
A B C D
考点3　电磁感应中的动力学问题　[能力考点]1.力学对象和电学对象的相互关系
2.导体做变加速运动，最终趋于稳定状态的分析思路(1)做好受力分析和运动状态分析.导体受力→速度变化→产生变化的感应电动势→产生变化的感应电流→导体受变化的安培力作用→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化……最终加速度等于零，导体达到稳定运动状态.(2)达到平衡状态时，列方程求解.利用好导体达到稳定状态时的受力平衡方程往往是解决这类问题的突破口.
(3)此类问题中极值问题的分析方法.①加速度的最大值出现在初位置，可先对初位置进行受力分析，然后由牛顿第二定律求解加速度.②速度的最大值、最小值一般出现在匀速运动时，通常根据平衡条件进行分析和求解.
例3　(2022年浙江卷)舰载机电磁弹射是一种航母弹射技术，我国在这一领域已达到世界先进水平.某兴趣小组开展电磁弹射系统的设计研究，如图甲所示，用于推动模型飞机的动子(图中未画出)与线圈绝缘并固定，线圈带动动子，可在水平导轨上无摩擦滑动.线圈位于导轨间的辐向磁场中，其所在处的磁感应强度大小均为B.开关S与1接通，恒流源(电流恒定的电源)与线圈连接，动子从静止开始推动飞机加速，飞机达到起飞速度时与动子脱离；此时S掷向2接通定值电阻R0，同时施加回撤力F，在F和磁场力作用下，动子恰好返回初始位置停下.若动子从静止开始至返回过程的v－t图像如图乙所示，在t1至t3时间内F＝(800－10v) N，t3时撤去F.已知起飞速度v1＝80 m/s，t1＝1.5 s，线圈匝数n＝100匝，每匝周长l＝1 m，飞机的质量M＝10 kg，动子和线圈的总质量m＝5 kg，R0＝9.5 Ω，B＝0.1 T，不计空气阻力和飞机起飞对动子运动速度的影响，求：
(1)恒流源的电流I；(2)线圈电阻R；(3)时刻t3.
1.(多选)如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直.ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略.一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行.经过一段时间后(　　)A.金属框的速度大小趋于恒定值B.金属框的加速度大小趋于恒定值C.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D.导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值【答案】BC　
2.(2021年全国甲卷)(多选)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍.现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示.不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平.在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是(　　)A.甲和乙都加速运动B.甲和乙都减速运动C.甲加速运动，乙减速运动D.甲减速运动，乙加速运动【答案】AB　
3.(2022年湖南卷)(多选)如图，间距L＝1 m的U形金属导轨，一端接有0.1 Ω的定值电阻R，固定在高h＝0.8 m的绝缘水平桌面上.质量均为0.1 kg的匀质导体棒a和b静止在导轨上，两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，接入电路的阻值均为0.1 Ω，与导轨间的动摩擦因数均为0.1(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，导体棒a距离导轨最右端1.74 m.整个空间存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为0.1 T.用F＝0.5 N沿导轨水平向右的恒力拉导体棒a，当导体棒a运动到导轨最右端时，导体棒b刚要滑动，撤去F，导体棒a离开导轨后落到水平地面上.重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻力，不计其他电阻，下列说法正确的是(　　)A.导体棒a离开导轨至落地过程中，水平位移为0.6 mB.导体棒a离开导轨至落地前，其感应电动势不变C.导体棒a在导轨上运动的过程中，导体棒b有向右运动的趋势D.导体棒a在导轨上运动的过程中，通过电阻R的电荷量为0.58 C【答案】BD　
考点4　电磁感应中的能量问题　[能力考点]1.能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化.
(2)求解焦耳热Q的三种方法.
2.解决电磁感应能量问题的策略是“先源后路、先电后力，再是运动、能量”
2.(2022年广东模拟)(多选)如图所示，水平面内的两根平行金属导轨处在竖直向上的匀强磁场中.两根相同的金属棒ab和cd垂直横跨在导轨两端，其中cd棒通过绝缘细线跨过定滑轮与重物M连接.由静止同时释放两根金属棒，忽略各处摩擦，导轨足够长，不考虑可能发生的碰撞，下列说法正确的是(　　)A.安培力对两根金属棒的冲量相同B.安培力对ab做的功等于ab动能的增量C.cd克服安培力做的功等于整个回路中产生的焦耳热D.ab和cd最终会以同样的加速度做匀加速直线运动【答案】BD　
3.如图甲所示，两条足够长的平行金属导轨间距为0.5 m，固定在倾角为37°的斜面上.导轨顶端连接一个阻值为1 Ω的电阻.在MN下方存在方向垂直于斜面向上、大小为1 T的匀强磁场.质量为0.5 kg的金属棒从AB处由静止开始沿导轨下滑，其运动过程中的v－t图像如图乙所示.金属棒运动过程中与导轨保持垂直且接触良好，不计金属棒和导轨的电阻，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.
(1)求金属棒与导轨间的动摩擦因数；(2)求金属棒在磁场中能够达到的最大速率；(3)已知金属棒从进入磁场到速度达到5 m/s时通过电阻的电荷量为1.3 C，求此过程中电阻产生的焦耳热.
切割磁感线运动中的建模思想1.单杆切割磁感线行动
变式1　 (2022年常州模拟)如图所示，竖直放置的U形光滑导轨与一电容器串联.导轨平面有垂直于纸面的匀强磁场，金属棒ab与导轨接触良好，由静止释放后沿导轨下滑.电容C足够大，原来不带电，不计一切电阻.设导体棒的速度为v、动能为Ek、两端的电压为Uab、电容器上的电荷量为q.它们与时间t、位移x的关系图像正确的是(　　)
A B C D
2.电磁感应中的“双杆”模型(1)初速度不为零，不受其他水平外力的作用.
(2)初速度为零，一杆受到恒定水平外力的作用.
甲 乙
(1)如图丙所示，当管道中的导轨平面与水平面成θ＝30°时，运输车恰好能无动力地匀速下滑.求运输车与导轨间的动摩擦因数μ.
(2)在水平导轨上进行实验，不考虑摩擦及空气阻力.①当运输车由静止离站时，在导体棒2后间距为D处接通固定在导轨上电动势为E的直流电源，此时导体棒1、2均处于磁感应强度为B，垂直导轨平面向下的匀强磁场中，如图丁所示.求刚接通电源时运输车的加速度的大小(电源内阻不计，不考虑电磁感应现象).②当运输车进站时，管道内依次分布磁感应强度为B，宽度为D的匀强磁场，且相邻的匀强磁场的方向相反.求运输车以速度v0从如图戊所示位置通过距离D后的速度v.
丁 戊