高考物理二輪復(fù)習(xí) 考前三個月 專題11 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用課件.ppt

專題11電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 知識專題 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 考題二電磁感應(yīng)中的圖象問題 考題三電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題 欄目索引 考題一楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 考題四電磁感應(yīng)中的能量問題 考題一楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 1 楞次定律中 阻礙 的主要表現(xiàn)形式 1 阻礙原磁通量的變化 增反減同 2 阻礙相對運(yùn)動 來拒去留 3 使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢 增縮減擴(kuò) 4 阻礙原電流的變化 自感現(xiàn)象 增反減同 2 楞次定律和右手定則的適用對象 1 楞次定律 一般適用于線圈面積不變 磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化的情形 2 右手定則 一般適用于導(dǎo)體棒切割磁感線的情形 知識精講 3 求感應(yīng)電動勢大小的五種類型 4 平動切割型 E Blv 解析 例1 2016 浙江 16 如圖1所示 a b兩個閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成 匝數(shù)均為10匝 邊長la 3lb 圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增大 不考慮線圈之間的相互影響 則 A 兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流B a b線圈中感應(yīng)電動勢之比為9 1C a b線圈中感應(yīng)電流之比為3 4D a b線圈中電功率之比為3 1 典例剖析 圖1 解析根據(jù)楞次定律可知 兩線圈內(nèi)均產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流 選項A錯誤 1 如圖2所示 a b c三個線圈是同心圓 b線圈上連接有直流電源E和開關(guān)K 則下列說法正確的是 A 在K閉合的一瞬間 線圈a中有逆時針方向的瞬時電流 有收縮趨勢B 在K閉合的一瞬間 線圈c中有順時針方向的瞬時電流 有收縮趨勢C 在K閉合電路穩(wěn)定后 再斷開K的一瞬間 線圈c中有感應(yīng)電流 線圈a中沒有感應(yīng)電流D 在K閉合的一瞬間 線圈b中有感應(yīng)電動勢 在K閉合電路穩(wěn)定后 再斷開K的一瞬間 線圈b中仍然有感應(yīng)電動勢 解析 變式訓(xùn)練 1 2 圖2 3 4 解析K閉合時線圈b中有順時針的電流 根據(jù)右手定則可知內(nèi)部有向里增大的磁場 則a線圈產(chǎn)生阻礙原磁通量變化的電流 根據(jù)楞次定律可知 電流方向?yàn)槟鏁r針 線圈受到向外的安培力 故有擴(kuò)張的趨勢 故A錯誤 根據(jù)楞次定律可知 c中感應(yīng)電流為逆時針且有收縮的趨勢 故B錯誤 在K閉合電路穩(wěn)定后 再斷開K的一瞬間 兩線圈中均有磁通量的變化 故線圈中均有感應(yīng)電流 故C錯誤 在K閉合的一瞬間 線圈b中有感應(yīng)電動勢 在K閉合電路穩(wěn)定后 再斷開K的一瞬間 線圈b中仍然有感應(yīng)電動勢 故D正確 1 2 3 4 2 2016 海南 4 如圖3 一圓形金屬環(huán)與兩固定的平行長直導(dǎo)線在同一豎直面內(nèi) 環(huán)的圓心與兩導(dǎo)線距離相等 環(huán)的直徑小于兩導(dǎo)線間距 兩導(dǎo)線中通有大小相等 方向向下的恒定電流 若 A 金屬環(huán)向上運(yùn)動 則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r針方向B 金屬環(huán)向下運(yùn)動 則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r針方向C 金屬環(huán)向左側(cè)直導(dǎo)線靠近 則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r針方向D 金屬環(huán)向右側(cè)直導(dǎo)線靠近 則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r針方向 解析 圖3 1 2 3 4 解析根據(jù)楞次定律 當(dāng)金屬圓環(huán)上 下移動時 穿過圓環(huán)的磁通量不發(fā)生變化 故沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生 故選項A B錯誤 當(dāng)金屬圓環(huán)向左移動時 則穿過圓環(huán)的磁場垂直紙面向外并且增強(qiáng) 故根據(jù)楞次定律可以知道 產(chǎn)生的感應(yīng)電流為順時針 故選項C錯誤 當(dāng)金屬圓環(huán)向右移動時 則穿過圓環(huán)的磁場垂直紙面向里并且增強(qiáng) 故根據(jù)楞次定律可以知道 產(chǎn)生的感應(yīng)電流為逆時針 故選項D正確 1 2 3 4 3 2016 全國甲卷 20 法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖4所示 銅圓盤安裝在豎直的銅軸上 兩銅片P Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸 圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場B中 圓盤旋轉(zhuǎn)時 關(guān)于流過電阻R的電流 下列說法正確的是 A 若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定 則電流大小恒定B 若從上向下看 圓盤順時針轉(zhuǎn)動 則電流沿a到b的方向流動C 若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變 角速度大小發(fā)生變化 則電流方向可能發(fā)生變化D 若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍 則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 解析 圖4 1 2 3 4 解析將圓盤看成無數(shù)幅條組成 它們都在切割磁感線從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流 則當(dāng)圓盤順時針 俯視 轉(zhuǎn)動時 根據(jù)右手定則可知圓盤上感應(yīng)電流從邊緣流向中心 流過電阻的電流方向從a到b B對 1 2 3 4 4 如圖5所示 一根弧長為L的半圓形硬導(dǎo)體棒AB在水平拉力F作用下 以速度v0在豎直平面內(nèi)的U形框架上勻速滑動 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 回路中除電阻R外 其余電阻均不計 U形框左端與平行板電容器相連 質(zhì)量為m的帶電油滴靜止于電容器兩極板中央 半圓形硬導(dǎo)體棒AB始終與U形框接觸良好 則以下判斷正確的是 A 油滴所帶電荷量為B 電流自上而下流過電阻RC A B間的電勢差UAB BLv0D 其他條件不變 使電容器兩極板距離減小 電容器所帶電荷量將增加 油滴將向上運(yùn)動 解析 返回 圖5 1 2 3 4 返回 解析導(dǎo)體棒AB在水平拉力F作用下向右運(yùn)動 由右手定則可知 導(dǎo)體棒AB相當(dāng)于電源 A端是正極 故電流自上而下流過電阻R B對 1 2 3 4 解決電磁感應(yīng)圖象問題的方法技巧 1 解決電磁感應(yīng)圖象問題的 三點(diǎn)關(guān)注 關(guān)注初始時刻 如初始時刻感應(yīng)電流是否為零 是正方向還是負(fù)方向 關(guān)注變化過程 看電磁感應(yīng)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(yīng) 關(guān)注大小 方向的變化趨勢 看圖線斜率的大小 圖線的曲 直是否和物理過程對應(yīng) 考題二電磁感應(yīng)中的圖象問題 方法指導(dǎo) 2 解決電磁感應(yīng)圖象問題的一般步驟 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 分析電磁感應(yīng)的具體過程 用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系 結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律 歐姆定律 牛頓運(yùn)動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式 根據(jù)函數(shù)關(guān)系式 進(jìn)行數(shù)學(xué)分析 如分析斜率的變化 截距等 畫圖象或判斷圖象 3 圖象選擇技巧 求解物理圖象的選擇題時可用 排除法 即排除與題目要求相違背的圖象 留下正確圖象 例2 2016 四川 7 如圖6所示 電阻不計 間距為L的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中 導(dǎo)軌左端接一定值電阻R 質(zhì)量為m 電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上 受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運(yùn)動 外力F與金屬棒速度v的關(guān)系是F F0 kv F0 k是常量 金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好 金屬棒中感應(yīng)電流為i 受到的安培力大小為F安 電阻R兩端的電壓為UR 感應(yīng)電流的功率為P 它們隨時間t變化圖象可能正確的有 解析 典例剖析 圖6 解析 1 若k 金屬棒水平向右做勻加速直線運(yùn)動 所以在此情況下沒有選項符合 2 若k F合隨v增大而增大 即a隨v增大而增大 說明金屬棒在做加速度增大的加速運(yùn)動 根據(jù)四個物理量與速度的關(guān)系可知B選項符合 3 若k F合隨v增大而減小 即a隨v增大而減小 說明金屬棒在做加速度減小的加速運(yùn)動 直到加速度減小為0后金屬棒做勻速直線運(yùn)動 根據(jù)四個物理量與速度關(guān)系可知C選項符合 綜上所述 選項B C符合題意 5 在豎直方向的勻強(qiáng)磁場中 水平放置一個面積不變的單匝金屬圓線圈 規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖7甲所示 取線圈中磁場B的方向向上為正 當(dāng)磁場中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t如圖乙變化時 下列圖中能正確表示線圈中感應(yīng)電流變化的是 5 6 變式訓(xùn)練 7 圖7 解析 5 6 7 5 6 7 6 如圖8所示 有一個邊界為正三角形的勻強(qiáng)磁場區(qū)域 邊長為a 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里 一個導(dǎo)體矩形框的長為 寬為 平行于紙面沿著磁場區(qū)域的軸線勻速穿越磁場區(qū)域 導(dǎo)體框中感應(yīng)電流的正方向?yàn)槟鏁r針方向 以導(dǎo)體框剛進(jìn)入磁場時為t 0時刻 則導(dǎo)體框中的感應(yīng)電流隨時間變化的圖象是 解析 圖8 5 6 7 解析由右手定則可知 線框進(jìn)入磁場過程與離開磁場過程感應(yīng)電流方向相反 故A錯誤 由圖示可知 線框開始進(jìn)入磁場的一段時間內(nèi) 切割磁感線的有效長度L不變 電流大小不變 當(dāng)線框右邊部分穿出磁場過程 切割磁感線的有效長度L減小 感應(yīng)電流減小 線框右邊完全離開磁場后 線框左邊完全進(jìn)入磁場 然后線框左邊切割磁感線 感應(yīng)電流反向 此后一段時間內(nèi) 線框切割磁感線的有效長度L不變 感應(yīng)電流大小不變 線框左邊離開磁場過程 線框切割磁感線的有效長度L減小 感應(yīng)電流減小 故B C錯誤 D正確 5 6 7 7 寬度均為d且足夠長的兩相鄰條形區(qū)域內(nèi) 各存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B 方向相反的勻強(qiáng)磁場 電阻為R 邊長為的等邊三角形金屬框的AB邊與磁場邊界平行 金屬框從圖9所示位置以垂直于AB邊向右的方向做勻速直線運(yùn)動 取逆時針方向電流為正 從金屬框C端剛進(jìn)入磁場開始計時 框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨時間變化的圖象是 圖9 5 6 7 返回 5 6 7 考題三電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題 方法指導(dǎo) 電磁感應(yīng)與動力學(xué)綜合題的解題策略 1 分析 源 找準(zhǔn)主動運(yùn)動者 用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求解感應(yīng)電動勢的大小和方向 2 分析 路 畫出等效電路圖 求解回路中的電流的大小及方向 3 分析 力 分析安培力對導(dǎo)體棒運(yùn)動速度 加速度的影響 從而推得對電流的影響 最后確定導(dǎo)體棒的最終運(yùn)動情況 4 列 方程 列出牛頓第二定律或平衡方程求解 典例剖析 例3 2016 全國甲卷 24 如圖10 水平面 紙面 內(nèi)間距為l的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻 質(zhì)量為m 長度為l的金屬桿置于導(dǎo)軌上 t 0時 金屬桿在水平向右 大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運(yùn)動 t0時刻 金屬桿進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)域 且在磁場中恰好能保持勻速運(yùn)動 桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計 兩者始終保持垂直且接觸良好 兩者之間的動摩擦因數(shù)為 重力加速度大小為g 求 1 金屬桿在磁場中運(yùn)動時產(chǎn)生的電動勢的大小 圖10 解析答案 解析設(shè)金屬桿進(jìn)入磁場前的加速度大小為a 由牛頓第二定律得F mg ma 設(shè)金屬桿到達(dá)磁場左邊界時的速度為v 由運(yùn)動學(xué)公式有v at0 當(dāng)金屬桿以速度v在磁場中運(yùn)動時 由法拉第電磁感應(yīng)定律知產(chǎn)生的電動勢為E Blv 聯(lián)立 式可得E Blt0 g 解析答案 2 電阻的阻值 解析設(shè)金屬桿在磁場區(qū)域中勻速運(yùn)動時 金屬桿中的電流為I 根據(jù)歐姆定律I 式中R為電阻的阻值 金屬桿所受的安培力為F安 BlI 因金屬桿做勻速運(yùn)動 有F mg F安 0 8 如圖11 a 所示 在光滑水平面上用恒力F拉質(zhì)量為1kg的單匝均勻正方形銅線框 在1位置以速度v0 3m s進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時開始計時t 0 此時線框中感應(yīng)電動勢為1V 在t 3s時刻線框到達(dá)2位置開始離開勻強(qiáng)磁場 此過程中v t圖象如圖 b 所示 那么 A 線框右側(cè)邊兩端MN間的電壓為0 25VB 恒力F的大小為0 5NC 線框完全離開磁場的瞬間位置3的速度大小為3m sD 線框完全離開磁場的瞬間位置3的速度大小為1m s 解析 8 9 變式訓(xùn)練 圖11 解析t 0時 線框右側(cè)邊MN的兩端電壓為外電壓 總的感應(yīng)電動勢為 E Blv0 外電壓U外 0 75V 故A錯誤 在1 3s內(nèi) 線框做勻加速運(yùn)動 沒有感應(yīng)電流 線框不受安培力 則有F ma 由速度 時間圖象的斜率表示加速度 求得a 0 5m s2 則得F 0 5N 故B正確 由 b 圖象看出 在t 3s時刻線框到達(dá)2位置開始離開勻強(qiáng)磁場時與線框進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時速度相同 則線框出磁場與進(jìn)磁場運(yùn)動情況完全相同 則知線框完全離開磁場的瞬間位置3速度與t 1s時刻的速度相等 即為2m s 故C D錯誤 8 9 9 如圖12所示 兩根光滑 足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上 滑動變阻器接入電路的電阻值為R 最大阻值足夠大 導(dǎo)軌的寬度L 0 5m 空間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B 1T 內(nèi)阻r 1 的金屬桿在F 5N的水平恒力作用下由靜止開始運(yùn)動 經(jīng)過一段時間后 金屬桿的速度達(dá)到最大速度vm 不計導(dǎo)軌電阻 則有 A R越小 vm越大B 金屬桿的最大速度大于或等于20m sC 金屬桿達(dá)到最大速度之前 恒力F所做的功等于電路中消耗的電能D 金屬桿達(dá)到最大速度后 金屬桿中電荷沿桿長度方向定向移動的平均速率ve與恒力F成正比 8 9 圖12 解析 返回 8 9 解析 8 9 在金屬桿達(dá)到最大速度之前 恒力F所做的功等于電路中消耗的電能與導(dǎo)體棒動能增量之和 選項C錯誤 返回 考題四電磁感應(yīng)中的能量問題 方法指導(dǎo) 電磁感應(yīng)中能量的三種求解方法 1 利用克服安培力做功求解 電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒定律求解 若只有電能與機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化 則機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能 3 利用電路的相關(guān)公式 電功公式或電熱公式求解 若通過電阻的電流是恒定的 則可直接利用電功公式或焦耳定律求解焦耳熱 特別提醒 回路中某個元件的焦耳熱和回路總焦耳熱之間的關(guān)系 不能混淆 典例剖析 例4如圖13所示 兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN PQ與水平面的夾角為 30 導(dǎo)軌電阻不計 導(dǎo)軌處在垂直導(dǎo)軌平面斜向上的有界勻強(qiáng)磁場中 兩根電阻都為R 2 質(zhì)量都為m 0 2kg的完全相同的細(xì)金屬棒ab和cd垂直導(dǎo)軌并排靠緊的放置在導(dǎo)軌上 與磁場上邊界距離為x 1 6m 有界勻強(qiáng)磁場寬度為3x 4 8m 先將金屬棒ab由靜止釋放 金屬棒ab剛進(jìn)入磁場就恰好做勻速運(yùn)動 此時立即由靜止釋放金屬棒cd 金屬棒cd在出磁場前已做勻速運(yùn)動 兩金屬棒在下滑過程中與導(dǎo)軌接觸始終良好 取重力加速度g 10m s2 求 1 金屬棒ab剛進(jìn)入磁場時棒中電流I 2 金屬棒cd在磁場中運(yùn)動的過程中通過回路某一截面的電量q 3 兩根金屬棒全部通過磁場的過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱Q 圖13 答案 思維規(guī)范流程 4m s mgsin BIL BLv1 1A 答案 2x 2x 0 8C 答案 每式各2分 其余各式1分 mg 2x sin mg 3x sin 8J 10 如圖14所示 正方形金屬線框abcd位于豎直平面內(nèi) 其質(zhì)量為m 電阻為R 在線框的下方有一勻強(qiáng)磁場 MN和M N 是磁場的水平邊界 并與bc邊平行 磁場方向垂直于紙面向里 現(xiàn)使金屬線框從MN上方某一高度處由靜止開始下落 圖乙是線圈由開始下落到完全穿過勻強(qiáng)磁場區(qū)域瞬間的v t圖象 圖中字母均為已知量 重力加速度為g 不計空氣阻力 下列說法正確的是 10 11 變式訓(xùn)練 圖14 A 金屬線框剛進(jìn)入磁場時感應(yīng)電流方向沿adcba方向B 金屬線框的邊長為v1 t2 t1 10 11 解析 解析金屬線框剛進(jìn)入磁場時磁通量增大 根據(jù)楞次定律判斷可知 感應(yīng)電流方向沿abcda方向 故A錯誤 由題圖乙可知 金屬線框進(jìn)入磁場過程中是做勻速直線運(yùn)動 速度為v1 運(yùn)動時間為t2 t1 故金屬線框的邊長 l v1 t2 t1 故B正確 10 11 t1到t2時間內(nèi) 根據(jù)能量守恒定律 產(chǎn)生的熱量為 Q1 mgl mgv1 t2 t1 解析 t3到t4時間內(nèi) 根據(jù)能量守恒定律 產(chǎn)生的熱量為 10 11 11 2016 浙江 24 小明設(shè)計的電磁健身器的簡化裝置如圖15所示 兩根平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng) 0 50m 傾角 53 導(dǎo)軌上端串接一個R 0 05 的電阻 在導(dǎo)軌間長d 0 56m的區(qū)域內(nèi) 存在方向垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 2 0T 質(zhì)量m 4 0kg的金屬棒CD水平置于導(dǎo)軌上 用絕緣繩索通過定滑輪與拉桿GH相連 CD棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距s 0 24m 一位健身者用恒力F 80N拉動GH桿 CD棒由靜止開始運(yùn)動 上升過程中CD棒始終保持與導(dǎo)軌垂直 當(dāng)CD棒到達(dá)磁場上邊界時健身者松手 觸發(fā)恢復(fù)裝置使CD棒回到初始位置 重力加速度g 10m s2 sin53 0 8 不計其他電阻 摩擦力以及拉桿和繩索的質(zhì)量 求 10 11 解析答案 10 11 圖15 1 CD棒進(jìn)入磁場時速度v的大小 解析由牛頓第二定律得 進(jìn)入磁場時的速度 答案2 4m s 10 11 解析答案 2 CD棒進(jìn)入磁場時所受的安培力F安的大小 解析感應(yīng)電動勢E Blv 安培力F安 IBl 答案48N 返回 解析答案 10 11 3 在拉升CD棒的過程中 健身者所做的功W和電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q 解析健身者做功W F s d 64J又F mgsin F安 0CD棒在磁場區(qū)做勻速運(yùn)動 焦耳熱Q I2Rt 26 88J 答案64J26 88J