高考物理 增分策略四 2 電路和電磁感應課件

增分策略 2016年 高 考物 理 （ 四 ） 電 路 和 電 磁 感 應 2.電 磁 感 應 規(guī) 律 及 其 應 用 1如圖，一均勻金屬圓盤繞通過其圓心且與盤面垂直的軸逆時針勻速轉(zhuǎn)動現(xiàn)施加一垂直穿過圓盤的有界勻強磁場，圓盤開始減速在圓盤減速過程中，以下說法正確的是()A處于磁場中的圓盤部分，靠近圓心處電勢高B所加磁場越強越易使圓盤停止轉(zhuǎn)動C若所加磁場反向，圓盤將加速轉(zhuǎn)動D若所加磁場穿過整個圓盤，圓盤將勻速轉(zhuǎn)動 解 析 ：把金屬圓盤看成由無數(shù)條沿半徑的金屬棒構(gòu)成，由右手定則，圓盤轉(zhuǎn)動過程中，靠近圓心處電勢高，A正確；由公式EBlv可知，所加磁場越強，則感應電動勢越大，感應電流越大，產(chǎn)生的電功率越大，消耗的機械能越快，則圓盤越容易停止轉(zhuǎn)動，選項B正確；若加反向磁場，根據(jù)楞次定律可知安培力阻礙圓盤的轉(zhuǎn)動，圓盤仍減速轉(zhuǎn)動，選項C錯誤，若所加的磁場穿過整個圓盤，則圓盤中無感應電流，不消耗機械能，圓盤勻速轉(zhuǎn)動，選項D正確 答 案 ： ABD 21824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示實驗中發(fā)現(xiàn)，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后下列說法正確的是() A圓盤上產(chǎn)生了感應電動勢 B圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動 C在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化 D圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動 解 析 ：小磁針產(chǎn)生的磁場，在圓盤的左半部進入，在圓盤的右半部穿出，穿過整體圓盤的磁通量沒有發(fā)生變化，C錯，但與磁針平行的圓盤直徑切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，在圓盤內(nèi)部產(chǎn)生渦電流，此渦電流產(chǎn)生的磁場又要帶動小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A、B對，D錯 答 案 ： AB 3如圖，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于ab邊向上當金屬框繞ab邊以角速度逆時針轉(zhuǎn)動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc，已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是() 4如圖甲，R0為定值電阻，兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內(nèi)左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上，經(jīng)二極管整流后，通過R0的電流i始終向左，其大小按圖乙所示規(guī)律變化規(guī)定內(nèi)圓環(huán)a端電勢高于b端時，a、b間的電壓uab為正，下列uabt圖象可能正確的是() 解 析 ：在第一個0.25 T0時間內(nèi)，通過大圓環(huán)的電流為順時針逐漸增加，由楞次定律可判斷內(nèi)環(huán)內(nèi)a端電勢高于b端，因電流的變化率逐漸減小，故內(nèi)環(huán)的電動勢逐漸減小，同理在第0.25 T00.5 T0時間內(nèi)，通過大圓環(huán)的電流為順時針逐漸減小，由楞次定律可判斷內(nèi)環(huán)a端電勢低于b端，因電流的變化率逐漸變大，故內(nèi)環(huán)的電動勢逐漸變大，C正確 答 案 ： C 主 要 題 型 選 擇 題 或 計 算 題 知 識 熱 點 (1)楞 次 定 律 的 理 解 及 應 用 (2)法 拉 第 電 磁 感 應 定 律 的 應 用 (3)法 拉 第 電 磁 感 應 定 律 和 楞 次 定 律 的 綜 合 應 用 ， 如 電 路 問 題 、 圖 象 問 題 、動 力 學 問 題 、 能 量 問 題 等 物 理 方 法 (1)圖 象 法 (2)等 效 法 (3)守 恒 法 (4)模 型 法 命 題 趨 勢 (1)預 計 2016年 高 考 仍 將 以 電 磁 感 應 的 產(chǎn) 生 條 件 ， 感 應 電 動 勢 和 感 應 電 流 的計 算 和 圖 象 表 達 為 主 (2)結(jié) 合 新 技 術(shù) ， 對 科 技 類 問 題 的 建 模 ， 運 用 力 學 和 電 學 知 識 解 決 電 磁 感 應類 的 問 題 ， 復 習 時 應 予 以 高 度 關(guān) 注 1.電 磁 感 應 的 圖 象 問 題圖象類型(1)隨時間變化的圖象，如Bt圖象、t圖象、Et圖象、Ft圖象和it圖象(2)隨位移x變化的圖象，如Ex圖象和ix圖象問題類型(1)由給定的電磁感應過程判斷或畫出圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量應用知識左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律、法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律、函數(shù)圖象等 典 例 1 如圖(a)，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上，在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測得線圈cd間電壓如圖(b)所示已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關(guān)系的圖中可能正確的是() 第 二 步 ： 審 問 題 明 確 目 標要產(chǎn)生圖(b)中Ucd與t的關(guān)系圖線需穿過cd的磁通量分段均勻變化需ab中電流分段均勻變化得C項正確 1 解 決 電 磁 感 應 圖 象 問 題 的 “三 點 關(guān) 注 ”： (1)關(guān)注初始時刻，如初始時刻感應電流是否為零，是正方向還是負方向(2)關(guān)注變化過程，看電磁感應發(fā)生的過程分為幾個階段，這幾個階段是否和圖象變化相對應(3)關(guān)注大小、方向的變化趨勢，看圖象斜率的大小、圖象的曲、直是否和物理過程對應 2 解 決 電 磁 感 應 圖 象 問 題 的 一 般 步 驟 ： (1)明確圖象的種類，即是B-t圖還是-t圖，或者E-t圖、I-t圖等 (2)分析電磁感應的具體過程 (3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)P(guān)系 (4)結(jié)合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式 (5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進行數(shù)學分析，如分析斜率的變化，截距等 (6)畫圖象或判斷圖象 1如圖乙所示的四個選項中，虛線上方空間都存在方向垂直紙面向里的勻強磁場A、B中的導線框為正方形，C、D中的導線框為直角扇形各導線框均繞垂直紙面的軸O在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如箭頭所示，轉(zhuǎn)動周期均為T.從線框處于圖示位置時開始計時，以在OP邊上從P點指向O點的方向為感應電流i的正方向則在如圖乙所示的四個情景中，產(chǎn)生的感應電流i隨時間t的變化規(guī)律如圖甲所示的是() 乙 甲答 案 ： C 解 析 ：線框速度vat，產(chǎn)生的感應電動勢隨時間均勻增大，感應電流均勻增大，A錯誤；安培力隨時間均勻增大，外力F隨時間變化關(guān)系是一次函數(shù)，但不是成正比，功率PEI隨時間變化關(guān)系是二次函數(shù)，其圖象是拋物線，所以C正確、B錯誤；通過導體橫截面的電荷量qIt，隨時間變化關(guān)系是二次函數(shù)，其圖象是拋物線，選項D錯誤 答 案 ： C 2.電 磁 感 應 電 路 和 動 力 學 問 題 應 用 動 力 學 觀 點 解 決 電 磁 感 應 現(xiàn) 象 問 題 的 思 路 和 方 法1 思 路 ： 明 確 電 源 ， 畫 出 等 效 電 路 ， 判 斷 電 流 方 向 或 電 勢 高低 2 受 力 分 析 和 運 動 過 程 分 析 ： 導 體 棒 和 磁 場 中 切 割 磁 感 線 運 動時 ， 動 力 學 特 征 是 3牛 頓 第 二 定 律 ： 通過分析導體棒的受力情況和運動情況，建立力和運動量之間的聯(lián)系，計算穩(wěn)定態(tài)的物理量或者對運動過程進行動態(tài)分析 典 例 2如圖所示，在水平桌面上放置兩條相距為l的平行光滑導軌ab與cd，阻值為R的電阻與導軌的a、c端相連質(zhì)量為m、電阻也為R的導體棒垂直于導軌放置并可沿導軌自由滑動整個裝置放于勻強磁場中，磁場的方向豎直向上，磁感應強度的大小為B.導體棒的中點系一個不可伸長的輕繩，繩繞過固定在桌邊的光滑輕滑輪后，與一個質(zhì)量也為m的物塊相連，繩處于拉直狀態(tài)現(xiàn)若從靜止開始釋放物塊，用h表示物塊下落的高度(物塊不會觸地)，g表示重力加速度，其他電阻不計，則() 1 電 磁 感 應 中 的 動 力 學 問 題 應 抓 住 的 “兩 個 對 象 ”： 2 電 磁 感 應 中 動 力 學 問 題 的 解 題 策 略 ： 此類問題中力現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象相互聯(lián)系、相互制約，解決問題前首先要建立“動電動”的思維順序，可概括為： (1)找準主動運動者，用法拉第電磁感應定律和楞次定律求解感應電動勢的大小和方向 (2)根據(jù)等效電路圖，求解回路中電流的大小及方向 (3)分析安培力對導體棒運動速度、加速度的影響，從而推理得出對電路中的電流有什么影響，最后定性分析導體棒的最終運動情況 (4)列牛頓第二定律或平衡方程求解 (1)試判斷金屬桿ab在勻強磁場中做何種運動請寫出推理過程 (2)求電阻R的阻值 (3)求金屬桿ab自靜止開始下滑通過位移x1 m所需的時間t. 3.電 磁 感 應 中 的 能 量 問 題1 解 決 電 磁 感 應 綜 合 問 題 的 一 般 思 路(1)先作“源”的分析分析電路中由電磁感應所產(chǎn)生的電源，求出電源參數(shù)E和r；(2)再進行“路”的分析分析電路結(jié)構(gòu)，弄清串并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，以便安培力的求解；(3)然后是“力”的分析分析研究對象(通常是金屬桿、導體、線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力； (4)接著進行“運動”狀態(tài)的分析根據(jù)力和運動的關(guān)系，判斷出正確的運動模型； (5)最后是“能量”的分析尋找電磁感應過程和研究對象的運動過程中其能量轉(zhuǎn)化的守恒的關(guān)系 2 求 解 焦 耳 熱 Q的 幾 種 方 法 典 例 3 如圖所示，一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內(nèi)，導軌間距l(xiāng)0.5 m，左端接有阻值R0.3 的電阻一質(zhì)量m0.1 kg，電阻r0.1 的金屬棒MN放置在導軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應強度B0.4 T棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a2 m/s2的加速度做勻加速運動，當棒的位移x9 m時撤去外力，棒繼續(xù)運動一段距離后停下來，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q221.導軌足夠長且電阻不計，棒在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸求： (1)棒在勻加速運動過程中，通過電阻R的電荷量q； (2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2； (3)外力做的功WF. 2三 種 求 解 電 能 的 思 路利用克服安培力做的功求解電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功利用能量守恒求解其他形式的能的減少量等于產(chǎn)生的電能利用電路特征來求解通過電路中所產(chǎn)生的電能來計算 (1)電阻R消耗的功率； (2)水平外力的大小 (1)該圈肌肉組織的電阻R； (2)該圈肌肉組織中的感應電動勢E； (3)0.3 s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q. 電 磁 感 應 與 電 路 的 綜 合 應 用易 誤 警 示 電 磁 感 應 與 電 路 綜 合 問 題 ， 通 常 的 情 境 是 切 割 磁 感 線 的 導 體 或 磁通 量 發(fā) 生 變 化 的 回 路 產(chǎn) 生 感 應 電 動 勢 ， 該 導 體 或 回 路 就 相 當 于 電源 本 題 型 往 往 涉 及 楞 次 定 律 、 法 拉 第 電 磁 感 應 定 律 、 右 手 定 則 、 閉合 電 路 或 部 分 電 路 的 歐 姆 定 律 、 串 并 聯(lián) 知 識 、 電 功 率 的 計 算 公 式 等 ，電 路 的 分 析 計 算 是 考 查 的 重 點 本 題 型 內(nèi) 容 的 知 識 綜 合 性 較 強 ， 涉 及物 理 的 主 干 知 識 多 ， 是 近 幾 年 高 考 命 題 的 熱 點 之 一 (1)線框ab邊將離開磁場時做勻速運動的速度大小是cd邊剛進入磁場時的幾倍； (2)磁場上下邊界間的距離H. 常 見 誤 區(qū) 易 錯 角 度 錯 因 剖 析錯誤的利用自由落體運動規(guī)律求速度對題意理解不透徹，不能正解設出題目的未知量，不能利用平衡條件列出方程來表示出速度的表達式錯誤的認為磁場的寬度等于線框的高度2l對線框下落過程中產(chǎn)生的熱量為Q理解不透，不能利用能量守恒定律到方程來求H 防 范 措 施 (1)認 真 審 題 ， 弄 清 題 目 給 出 的 情 境 和 運 動 過 程 的 關(guān) 鍵 點 (2)明 確 等 效 電 源 ， 畫 出 等 效 電 路 ， 進 行 電 路 分 析 并 列 式 (3)確定研究對象進行受力分析，畫出受力示意圖(4)寫出安培力的表達式，抓住關(guān)鍵狀態(tài)列出表達式(5)確定研究過程，明確能量的轉(zhuǎn)化過程，列出能量守恒方程 (1)金屬棒MN在導軌上運動時感應電流的最大值； (2)外力F的最大值； (3)金屬棒MN滑塊導軌OC段，整個回路產(chǎn)生的熱量