江苏省泰州中学2013届高考物理二轮复习课件：6-2电磁感应与电路综合问题.

专题六电路、电与磁的转化1．楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．其中，“阻碍”可理解为“增反减同”，即当磁通量增加(减小)时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反(同)；从感应电流的效果上，它可理解为总是反抗或阻碍产生感应电流的原因．2．法拉第电磁感应定律及其多种形式(1)法拉第电磁感应定律：感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比，即E=DF/Dt.(2)针对不同类型的电磁感应过程，感应电动势有不同的表达式或计算式：n匝线圈内的磁通量发生变化：E=nDF/Dt当S不变时：E=nSDB/Dt.当B不变时：E=nBDS/Dt.导体做切割磁感线运动：E=BLvsinq.导体做匀速旋转切割磁感线运动：E=BL2w/2，转轴垂直于磁场的线圈在磁场中匀速转动：e=nBSwsinwt(从中性面开始计时)．3．判断感应电流的方向用右手定则，判断电流处在磁场中所受安培力的方向用左手定则，判断电流的磁场的方向用右手螺旋定则(安培定则)，判断运动电荷所受洛伦兹力的方向用左手定则．4．在电磁感应现象中，计算通过导体横截面的电荷量的计算式为q=NDF/R总．5．在自感现象中，当电路断电后，线圈产生的自感电流将等于或小于通过线圈的原电流，产生的自感电动势可以比线圈两端的电压大很多．方法指导：1．判断感应电流方向的方法：(1)利用楞次定律判断感应电流的方向：首先，要明确是哪一段电路产生感应电流；其次分析穿过回路的B原的方向和F原的变化情况；再判断B感的方向，当F原增加时，B感与B原的方向相反；当F原减少时，B感与B原的方向相同；最后应用安培定则判断感应电流的方向．(2)当导体切割磁感线产生感应电流时，一般用右手定则判定电流的方向．2．计算感应电动势大小的方法：(1)根据法拉第电磁感应定律计算(普遍适用)(2)根据E=BLvsinq计算(适用于导体做切割磁感线运动产生感应电动势)3．电磁感应与电路的综合问题的处理思路：(1)确定电源：首先确定电源电路，并求出电动势的大小与方向；(2)分析电路结构，画等效电路图，区分出内外电路；(3)利用电路的有关规律或能量关系求解，电路的有关规律主要有全电路欧姆定律，串、并联规律，焦耳定律，全电路的功率关系等．1．楞次定律的应用【例1】(2012·新课标卷)如图621所示，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行．已知在t＝0到t＝t1的时间间隔内，直导线中电流i发生某种变化，而线框中的感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右．设电流i正方向与图中箭头所示方向相同，则i随时间t变化的图线可能是()图621【解析】要求框中感应电流顺时针，根据楞次定律，可知框内磁场要么向里减弱(载流直导线中电流正向减小)，要么向外增强(载流直导线中电流负向增大)．线框受安培力向左时，载流直导线电流一定在减小，线框受安培力向右时，载流直导线中电流一定在增大．【答案】A【点评】应用楞次定律时，特别要注意感应电流的磁场阻碍的是引起感应电流的磁通量的变化．不能把“阻碍变化”简单地理解为原磁场均匀减少，电流就是顺时针；原磁场均匀增加，感应电流就是逆时针．应用楞次定律解题要先判断原磁通的方向及其变化趋势，再用“阻碍变化”的原则来判断感应电流的磁场的方向，最后用安培定则来判断感应电流的方向．2．感应电功势大小的计算【例2】(2012·四川卷)半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆，单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径CE向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心O开始，杆的位置由θ确定，如图6­2­2所示．则()A．θ＝0时，杆产生的电动势为2BavB．θ＝π3时，杆产生的电动势为3Bav2．感应电功势大小的计算【例2】(2012·四川卷)半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆，单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径CE向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心O开始，杆的位置由θ确定，如图6­2­2所示．则()C．θ＝0时，杆受的安培力大小为2B2avπ＋2R0D．θ＝π3时，杆受的安培力大小为3B2av5π＋3R0图622【切入点】从电磁感应与安培力的计算入手．【解析】θ＝0时，E＝B·2a·v，A准确．θ＝π3时，E＝B·a·v，B错．θ＝0时，总电阻为R＝R0(2a＋πa)＝(2＋π)aR0所以I＝ERF安＝B·I·2a所以F安＝4B2av2＋π·R0，C错θ＝π3时，总电阻为：R＝R0(5πa＋a3)＝5π＋13aR0所以F安＝3B2av5π＋3R0，D准确．【答案】AD【点评】计算安培力时，电路的总电阻要计算准确．3．电磁感应中的等效电路【例3】粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行．现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如下图所示，则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是()【切入点】先明确哪部分导体相当于电源，再画出等效电路，再根据电路进行分析．【解析】在以上4种情况中，线框都是只有一条边切割磁感线，这部分相当于电源，电源电动势都是E=BLv，线框电阻也相同，所以电流I=相同．它们的等效电路如图所示．由U=IR可知，B图中ab两点间的电势差最大，注意ab间的电势差不等于内电路的电压，选B.ER【点评】在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源．解决电磁感应与电路综合问题的基本思路是：(1)明确哪部分相当于电源，由法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向．(2)画出等效电路图．(3)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质求解未知物理量．4．电磁感应中的图象问题：图象类型(1)磁感应强度B、磁通量F、感应电动势E和感应电.流I随时间t变化的图象，即B-t图象，F-t图象、E-t图象和I-t图象.(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移s变化的图象，即E-s图象和I-s图象.问题类型(1)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.应用知识左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律、相关数学知识等.【例4】(2012·福建卷)如图6­2­3，一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合．若取磁铁中心O为坐标原点，建立竖直向下为正方向的x轴，则下图中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图象是()图623【解析】本题考查电磁感应．i是t的函数，x是t的二次函数，所以，i和x不是线性变化，A错误；电流方向要改变，D错误；离开磁铁时速度更大，感应电动势更大，即感应电流峰值应更大些，C错误；B正确．【点评】此题考查电磁感应现象的图象问题．电磁感应现象中的图象问题是高考考查的热点．图象实质上还是考查法拉第电磁感应定律和楞次定律的应用．解决图象问题，首先要设法看懂图象，从中找出必要的信息，把图象反映的规律与实际过程相对应．用到的方法：利用右手定则或楞次定律判定感应电流(或电动势)的方向，利用法拉第电磁感应定律判定电流(或电动势)大小的变化．