2019版高考物理大第10单元电磁感应学案.docx

第10单元 电磁感应高考热点统计要求2014年2015年2016年2017年高考基础要求及冷点统计电磁感应现象14182015自感、涡流()高考对于自感、涡流的考查属于冷点,一般不单独出题.可以与物理学史结合考查电磁感应现象.如2015年全国卷第19题.磁通量192518法拉第电磁感应定律182515242021、25182015楞次定律25192420252015考情分析1.高考着重考查的知识点有:电磁感应现象、产生感应电流的条件、楞次定律、法拉第电磁感应定律.2.从近年来高考命题趋势看,结合图像综合考查楞次定律和电磁感应定律的应用为选择题的命题热点;以导轨+导体棒模型为载体,以近代科技、生活实际为背景,考查电磁感应规律与力学、电路知识的综合应用,是计算题(或选择题)的命题热点.第26讲电磁感应现象、楞次定律一、磁通量1.磁通量(1)定义:磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的.(2)公式:=(BS);单位:韦伯(Wb).(3)矢标性:磁通量是,但有正负.2.磁通量的变化量:=.3.磁通量的变化率(磁通量变化的快慢):与所用时间的比值,即,与线圈的匝数无关.二、电磁感应现象1.电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有产生的现象.2.产生感应电流的条件(1)闭合电路;(2)发生变化.三、感应电流的方向1.楞次定律:感应电流的磁场总要引起感应电流的的变化.适用于一切电磁感应现象.2.右手定则:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向的方向,这时四指所指方向就是感应电流的方向.适用于判断导线时感应电流的方向.【思维辨析】(1)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生.()(2)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关.()(3)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生.()(4)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势.()(5)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反.()(6)磁通量变化量越大,感应电动势越大.() (7)自感现象是电磁感应现象的应用.()考点一电磁感应现象的理解与判断 1.磁通量发生变化的三种常见情况(1)磁场强弱不变,回路面积改变.(2)回路面积不变,磁场强弱改变.(3)回路面积和磁场强弱均不变,但二者的相对位置发生改变.2.判断是否产生感应电流的流程(1)确定研究的回路.(2)弄清楚回路内的磁场分布,并确定穿过该回路的磁通量.(3)不变无感应电流变化12017全国卷 扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图26-1所示.无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是图26-2中的()图26-1ABCD图26-2式题1 图26-3中能产生感应电流的是()图26-3式题2 利用所学物理知识,可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题.IC卡内部有一个由电感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路,公交卡上的读卡机(刷卡时“滴”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波.刷卡时,IC卡内的线圈L中产生感应电流,给电容器C充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输.下列说法正确的是()A.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC卡才能有效工作C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则线圈L中不会产生感应电流D.IC卡只能接受读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息考点二楞次定律的理解与应用考向一应用楞次定律判断感应电流方向的“四步法”22017全国卷 如图26-4所示,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是()图26-4A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向式题 2017哈尔滨六中二模 如图26-5所示,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内,环的圆心与两导线距离相等,环的直径小于两导线间距.两导线中通有大小相等、方向均向下的恒定电流,则()图26-5A.金属环向上运动时,环上的感应电流方向为顺时针B.金属环向下运动时,环上的感应电流方向为顺时针C.金属环向左侧直导线靠近时,环上的感应电流方向为逆时针D.金属环向右侧直导线靠近时,环上的感应电流方向为逆时针 方法技巧楞次定律中“阻碍”的含义考向二利用楞次定律的推论速解电磁感应问题电磁感应现象中因果相对的关系恰好反映了自然界的这种对立统一规律,对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的“效果”总是阻碍产生感应电流的原因,可由以下四种方式呈现:(1)阻碍磁通量的变化,即“增反减同”.(2)阻碍相对运动,即“来拒去留”.(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势,即“增缩减扩”.(4)阻碍原电流的变化(自感现象),即“增反减同”.3如图26-6所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时(重力加速度为g)()图26-6A.P、Q将互相靠拢B.P、Q将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度大于g式题 2017上海静安质检 如图26-7所示,在同一水平面内有两根光滑平行金属导轨MN和PQ,在两导轨之间竖直放置通电螺线管,ab和cd是放在导轨上的两根金属棒,它们分别放在螺线管的左、右两侧,保持开关闭合,最初两金属棒处于静止状态.当滑动变阻器的滑片向左滑动时,两根金属棒与导轨构成的回路中感应电流方向(俯视图)及ab、cd两棒的运动情况是()图26-7A.感应电流为顺时针方向,两棒相互靠近B.感应电流为顺时针方向,两棒相互远离C.感应电流为逆时针方向,两棒相互靠近D.感应电流为逆时针方向,两棒相互远离考点三左手定则、右手定则、楞次定律、安培定则1.规律比较名称基本现象因果关系应用的定则或定律电流的磁效应运动电荷、电流产生磁场因电生磁安培定则洛伦兹力、安培力磁场对运动电荷、电流有作用力因电受力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动因磁生电右手定则闭合回路磁通量变化因磁生电楞次定律2.相互联系(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则.(2)研究感应电流受到的安培力,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定.4(多选)如图26-8所示,水平放置的两条光滑的金属轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,MN的左边有一闭合电路.当PQ在一外力的作用下运动时,MN向右运动,则PQ所做的运动可能是()图26-8A.向右加速运动 B.向左加速运动C.向右减速运动 D.向左减速运动式题 (多选)如图26-9所示装置中,cd金属杆原来静止.当ab杆做如下哪些运动时,cd金属杆将向右移动()图26-9A.向右匀速运动 B.向右加速运动C.向左加速运动 D.向左减速运动 方法技巧左、右手定则巧区分(1)右手定则与左手定则的区别:抓住“因果关系”才能无误,“因动而电”用右手;“因电而动”用左手.(2)左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于区分,可把两个定则简单地总结为“通电受力用左手,运动生电用右手”.第27讲法拉第电磁感应定律、自感和涡流一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)定义:在中产生的电动势.(2)产生条件:穿过回路的发生改变,与电路是否闭合无关.(3)方向判断:感应电动势的方向用或判断.2.法拉第电磁感应定律(1)内容:感应电动势的大小跟穿过这一回路的成正比.(2)公式:E=.二、自感和涡流1.自感现象(1)由于导体本身的电流发生变化时而产生的现象.由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势.(2)自感电动势E=.(3)自感系数L与线圈的大小、形状、圈数、是否有铁芯等有关,单位是.2.涡流:块状金属在磁场中运动,或者处在变化的磁场中,金属块内部会产生感应电流,这种电流在整块金属内部自成闭合回路,叫作.【思维辨析】(1)穿过线圈的磁通量越大,产生的感应电动势越大.()(2)穿过线圈的磁通量变化越大,产生的感应电动势越大.()(3)穿过线圈的磁通量变化越快,产生的感应电动势越大.()(4)线圈匝数n越多,磁通量越大,产生的感应电动势也越大.()(5)对于同一线圈,电流变化越快,线圈中的自感电动势越大.()(6)自感电动势阻碍电流的变化,但不能阻止电流的变化.()考点一法拉第电磁感应定律的理解和应用1.法拉第电磁感应定律的理解(1)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率共同决定,而与磁通量的大小、变化量的大小没有必然联系.(2)磁通量的变化率对应-t图线上某点切线的斜率.2.应用法拉第电磁感应定律的三种情况(1)磁通量的变化是由面积变化引起时,=BS,则E=n;(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时,=SB,则E=n;(3)磁通量的变化是由面积和磁场共同变化引起时,则根据定义,=|末-初|,E=n.12015重庆卷 图27-1为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为n,面积为S.若在t1到t2时间内,匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈,其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2,则该段时间线圈两端a和b之间的电势差a-b() 图27-1A.恒为B.从0均匀变化到C.恒为-D.从0均匀变化到-式题 2017合肥一中段考 在半径为r、电阻为R的圆形导线框内,以直径为界,左、右两侧分别存在着方向如图27-2甲所示的匀强磁场,以垂直于纸面向外为磁场的正方向,两部分磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图乙所示,则0t0时间内,导线框中()图27-2A.感应电流方向为顺时针 B.感应电流方向为逆时针 C.感应电流大小为 方法技巧应用法拉第电磁感应定律应注意的三个问题(1)公式E=n求解的是一个回路中某段时间内的平均感应电动势,在磁通量均匀变化时,瞬时值才等于平均值.(2)利用公式E=nS求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内的有效面积.考点二导体棒切割磁感线引起的感应电动势的计算2(多选)2017全国卷 两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直.边长为0.1 m、总电阻为0.005 的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图27-3甲所示.已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场.线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正).下列说法正确的是()图27-3A.磁感应强度的大小为0.5 TB.导线框运动速度的大小为0.5 m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1 N 题根分析分析导体棒切割磁感线产生的感应电动势时应注意,一是导体棒切割磁感线有平动切割和转动切割两种,二是要将其与根据法拉第电磁感应定律计算的感应电动势区别开.(1)E=Blv的三个特性正交性:本公式要求磁场为匀强磁场,而且B、l、v三者互相垂直.有效性:公式中的l为导体棒切割磁感线的有效长度.图27-4中,导体棒的有效长度为ab间的距离.图27-4相对性:E=Blv中的速度v是导体棒相对磁场的速度,若磁场也在运动,应注意速度间的相对关系.(2)导体棒转动切割磁感线当导体棒在垂直于磁场的平面内绕一端以角速度匀速转动时,产生的感应电动势为E=BlBl2,如图27-5所示.图27-5 变式网络式题1 2015安徽卷 如图27-6所示,abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨,间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计.已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成角,单位长度的电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好),则()图27-6A.电路中感应电动势的大小为B.电路中感应电流的大小为C.金属杆所受安培力的大小为D.金属杆的热功率为式题2 2015全国卷 如图27-7所示,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上.当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为a、b、c.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是()图27-7A.ac,金属框中无电流B. bc,金属框中电流方向沿a-b-c-aC.Ubc=-Bl2,金属框中无电流D.Ubc=Bl2,金属框中电流方向沿a-c-b-a式题3 (多选)2016全国卷 法拉第圆盘发电机的示意图如图27-8所示.铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触.圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中.圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是()图27-8A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍式题4 (多选)如图27-9所示,半径为R的半圆形硬导体杆AB以速度v在水平U形金属框架上匀速滑动,且彼此接触良好.匀强磁场的磁感应强度为B,U形框架中接有电阻R0,则AB进入磁场的过程中()图27-9A.R0中电流的方向由上到下B.感应电动势的平均值为BRvC.感应电动势的最大值为2BRvD.感应电动势的最大值为BRv考点三涡流、自感现象的理解及应用考向一通电自感与断电自感现象对比通电自感断电自感自感电路器材规格A1、A2灯规格相同,R=RL,L较大L很大(有铁芯)自感现象在S闭合瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终两灯一样亮在开关S断开时,A灯逐渐变暗直至熄灭产生原因开关闭合时,流过电感线圈的电流迅速增大,线圈中产生自感电动势,阻碍了电流的增大,流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢断开开关S时,流过线圈L的电流减小,自感电动势阻碍电流的减小,通过L的电流通过A灯,A灯不会立即熄灭,若RLIA,则A灯熄灭前要闪亮一下,若RLRA,原来的电流ILIA,则A灯逐渐变暗直至熄灭,不会闪亮一下32017北京卷 图27-10甲和乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈.实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同.下列说法正确的是()甲乙图27-10A.图甲中,A1与L1的电阻值相同B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等考向二对涡流的考查4(多选)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图27-11所示,实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.下列说法正确的是()图27-11A.圆盘上产生了感应电动势B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动电磁感应中的电路和图像问题热点一电磁感应中的电路问题(1)对电源的理解:在电磁感应现象中,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.如:切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等.(2)对电路的理解:内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈;除电源外其余部分是外电路,外电路由电阻、电容器等电学元件组成.在外电路中,电流从高电势处流向低电势处;在内电路中,电流则从低电势处流向高电势处.(3)分析电磁感应电路问题的基本思路1如图Z10-1甲所示,水平放置的两根平行金属导轨间距L=0.3 m,导轨左端连接阻值R=0.6 的电阻,区域abcd内存在垂直于导轨平面、磁感应强度B=0.6 T的匀强磁场,磁场区域宽D=0.2 m.细金属棒A1和A2用长为2D=0.4 m的轻质绝缘杆连接,放置在导轨平面上,均与导轨垂直且接触良好,每根金属棒在导轨间的电阻均为r=0.3 .导轨电阻不计.使金属棒以恒定速度v=1.0 m/s沿导轨向右穿过磁场.计算从金属棒A1进入磁场(t=0)到A2离开磁场的时间内,不同时间段通过电阻R的电流,并在图乙中画出.图Z10-1式题 如图Z10-2所示,由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中.一接入电路电阻为R的导体棒PQ在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动,滑动过程PQ始终与ab垂直,且与线框接触良好,不计摩擦.在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中()图Z10-2A.PQ中电流先增大后减小B.PQ两端电压先减小后增大C.PQ上拉力的功率先减小后增大D.线框消耗的电功率先减小后增大 规律总结电磁感应中电路知识的关系图热点二电磁感应中的图像问题考向一感生类图像问题总结(1)问题类型给定电磁感应过程,选出或画出正确的图像.由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应物理量.(2)分析方法电动势大小:E=n,取决于磁通量的变化率.电动势方向:注意感应电流的实际方向是否与规定情况一致,同向取正,反向取负.(3)注意问题关注初始时刻:如初始时刻感应电流是否为零,是正方向还是负方向.关注变化过程:看电磁感应发生过程分为几个阶段,这几个阶段是否和图像变化相对应.关注大小、方向的变化趋势,看图像斜率大小、图像的曲直和物理过程是否相对应.求F-t图像时,不但要注意i-t变化,还需要关注B-t变化.有时I0,但B=0,所以F=0.2将一段导线绕成如图Z10-3甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内.回路的ab边置于垂直于纸面向里的匀强磁场 中.回路的圆环区域内有垂直于纸面的磁场 ,以向里为磁场 的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图像是图Z10-4中的()图Z10-3图Z10-4式题 (多选)如图Z10-5甲所示,正六边形导线框abcdef放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线框平面垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示.t=0时刻,磁感应强度B的方向垂直于纸面向里,设产生的感应电流以顺时针方向为正,竖直边cd所受安培力的方向以水平向左为正.关于感应电流i和cd边所受安培力F随时间t变化的图像,正确的是图Z10-6中的()图Z10-5图Z10-6考向二动生类图像问题总结(1)问题类型由闭合线圈的运动过程画出i-t图像或E-t图像.(2)分析方法电动势大小:E=Blv.要注意是单边切割还是双边切割(感应电流同向相加、反向相减),等效长度为在磁场中导线首尾相连在垂直于速度方向的分量.电动势方向:用右手定则判断.3如图Z10-7所示,一个矩形匀强磁场区域内,磁场方向垂直于纸面向里.一个三角形闭合导线框在纸面内由位置1(左)匀速运动到位置2(右).取线框刚到达磁场左边界的时刻为计时起点(t=0),规定逆时针方向为电流的正方向,则能正确反映线框中电流与时间关系的图像是图Z10-8中的()图Z10-7图Z10-8式题 如图Z10-9所示,有两个相邻的有界匀强磁场区域,磁感应强度的大小均为B,方向相反,且与纸面垂直,磁场区域在x轴方向宽度均为a,在y轴方向足够宽.现有一高为a的正三角形导线框从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域.若以逆时针方向为电流的正方向,则线框中感应电流i与线框移动距离x的关系图像正确的是图Z10-10中的()图Z10-9图Z10-10热点三电磁感应中电路与图像的综合4匀强磁场的磁感应强度B=0.2 T,磁场宽度L=3 m,一正方形金属框边长ab=l=1 m,每边电阻r=0.2 ,金属框以v=10 m/s的速度匀速穿过磁场区域,其平面始终保持与磁感线方向垂直,如图Z10-11所示.(1)画出金属框穿过磁场区域的过程中金属框内感应电流的I-t图像;(以逆时针方向为I的正方向)(2)画出ab两端电压的U-t图像.图Z10-11式题1 2017南昌十校二模 如图Z10-12甲所示,光滑平行金属导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中,轨道左侧连接一定值电阻R,导体棒ab垂直于导轨并与导轨接触良好,导体棒和导轨的电阻不计.导体棒ab在向右的水平外力作用下运动,外力F随时间t变化关系如图乙所示,已知导体棒在0t0时间内从静止开始做匀加速直线运动,则在t0以后,导体棒ab的运动情况为 ()图Z10-12A.一直做匀加速直线运动B.做匀减速直线运动,直到速度为零C.先做加速运动,最后做匀速直线运动D.一直做匀速直线运动式题2 如图Z10-13甲所示,水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置,间距d=0.5 m,电阻不计,左端通过导线与阻值R=2 的电阻连接,右端通过导线与阻值RL=4 的小灯泡L连接.在CDFE矩形区域内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,CE长l=2 m,有一阻值r=2 的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处(恰好不在磁场中),与导轨垂直并接触良好.CDFE区域内磁场的磁感应强度B随时间变化的图像如图乙所示.在t=0至t=4 s时间内,金属棒PQ保持静止,在t=4 s时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动.已知从t=0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中,小灯泡的亮度没有发生变化.求:(1)通过小灯泡的电流;(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小.图Z10-131.(多选)2016四川卷 如图Z10-14所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R.质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+kv(F0、k是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好.金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为FA,电阻R两端的电压为UR,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图像可能正确的是图Z10-15中的()图Z10-14图Z10-152.(多选)2016上海卷 如图Z10-16甲所示,螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,以图中箭头所示方向为其正方向.螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内.当螺线管内的磁感应强度B随时间按图乙所示规律变化时()图Z10-16A.在t1t2时间内,L有收缩趋势B.在t2t3时间内,L有扩张趋势C.在t2t3时间内,L内有逆时针方向的感应电流D.在t3t4时间内,L内有顺时针方向的感应电流3.(多选)2017宁夏石嘴山三中期末 如图Z10-17甲所示,光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成角,M、P两端接一电阻R,金属棒ab与导轨垂直且接触良好,整个装置处于方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.t=0时对金属棒ab施加一平行于导轨的外力F,使金属棒由静止开始沿导轨向上运动,金属棒电阻为r,导轨电阻忽略不计.已知通过电阻R的感应电流I随时间t变化的关系如图乙所示.关于棒运动速度v、外力F、流过R的电荷量q以及穿过闭合回路的磁通量的变化率随时间变化的图像,正确的是图Z10-18中的()图Z10-17图Z10-184.2017南昌十校二模 如图Z10-19所示,由均匀导线制成的半径为R的圆环以速度v匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场.当圆环运动到图示位置(aOb=90)时,a、b两点的电势差为()图Z10-19A.BRvC.BRv5.(多选)2017河北辛集中学测试 空间中存在一垂直于纸面向里的匀强磁场,磁场区域的横截面为等腰直角三角形,底边水平,其斜边长度为 L.一正方形导体框 abcd 的边长也为 L,开始时正方形导体框的 ab 边与磁场区域横截面的斜边刚好重合,如图Z10-20所示.由图示的位置开始计时,正方形导体框以平行于 bc 边的速度 v 匀速穿越磁场.若导体框中的感应电流为 i, a、 b 两点间的电势差为 Uab,感应电流取逆时针方向为正,则导体框穿越磁场的过程中,关于i、 Uab随时间变化的图像,正确的是图Z10-21中的()图Z10-20图Z10-21涉及电磁感应的力电综合问题热点一电磁感应的动力学问题1.用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题:解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力”,具体思路如下:2.动态分析的基本思路解决这类问题的关键是通过运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度最大或最小的条件.具体思路如下:导体在外力作用下运动感应电动势感应电流导体受安培力合力变化加速度变化速度变化临界状态1(14分)2016全国卷 如图Z11-1所示,两固定的绝缘斜面倾角均为,上沿相连.两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平.右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上,已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为g,已知金属棒ab匀速下滑.求:(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小;(2)金属棒运动速度的大小.图Z11-1【规范步骤】(1)设导线的张力的大小为T,右斜面对ab棒的支持力的大小为N1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为N2,对于ab棒,由力的平衡条件得(2分)N1=(2分)对于cd棒,同理有=T(2分)N2=(2分)联立式得F=(1分)(2)由安培力公式得F=(1分)这里I是回路abdca中的感应电流,ab棒上的感应电动势为E=(1分)式中,v是ab棒下滑速度的大小,由欧姆定律得I=(1分)联立式得v=(2分)式题 2016全国卷 如图Z11-2所示,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上.t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动.t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动.杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为.重力加速度大小为g.求:(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小; (2)电阻的阻值.图Z11-2热点二电磁感应的能量问题 1.能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化其他形式的能量电能焦耳热或其他形式的能量(2)求解焦耳热Q的三种方法2.解题的一般步骤(1)确定研究对象(导体棒或回路);(2)弄清电磁感应过程中哪些力做功,以及哪些形式的能量相互转化;(3)根据功能关系或能量守恒定律列式求解.2(多选)如图Z11-3所示,光滑平行金属轨道平面与水平面成角,两轨道上端用一电阻R相连,该装置处于匀强磁场中,磁场方向垂直于轨道平面向上,质量为m的金属杆ab以初速度v0从轨道底端向上滑行,滑行到某一高度h后又返回到底端.若运动过程中,金属杆始终保持与轨道垂直且接触良好,轨道与金属杆的电阻均忽略不计,重力加速度为g,则()图Z11-3A.金属杆返回到底端时的速度大小为v0B.金属杆上滑到最高点的过程中克服安培力与重力所做功之和等于C.上滑到最高点的过程中电阻R上产生的热量等于-mghD.金属杆两次通过轨道上的同一位置时电阻R的热功率相同式题 如图Z11-4所示,两平行金属导轨位于同一水平面上,相距l,左端与一电阻R相连;整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向竖直向下.一质量为m的导体棒置于导轨上,在水平外力作用下沿导轨以速率v向右匀速滑动,滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好.已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为,重力加速度大小为g,导轨和导体棒的电阻均可忽略.求:(1)电阻R消耗的功率;(2)水平外力的大小.图Z11-4 规律总结求解电能应分清两类情况:(1)若回路中电流恒定,可以利用电路结构及W=UIt或Q=I2Rt直接进行计算.(2)若电流变化,则利用安培力做功求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功;利用能量守恒定律求解:若只有电能与机械能的转化,则减少的机械能等于产生的电能.热点三电磁感应与动量结合问题考向一动量定理的应用32017浙江宁波模拟 一实验小组想要探究电磁刹车的效果.在遥控小车底面安装宽为L、长为2.5L的N匝矩形导线框,线框电阻为R,面积可认为与小车底面相同,其平面与水平地面平行,小车总质量为m,其俯视图如图Z11-5所示.小车在磁场外行驶时保持功率始终为P,且在进入磁场前已达到最大速度,当车头刚要进入磁场时立即撤去牵引力,完全进入磁场时速度恰好为零.已知有界匀强磁场边界PQ和MN间的距离为2.5L,磁感应强度大小为B,方向竖直向上,小车在行驶过程中受到地面的阻力恒为f.(1)小车车头刚进入磁场时,求线框产生的感应电动势E;(2)求电磁刹车过程中产生的焦耳热Q;(3)若只改变小车功率,使小车恰好穿出磁场时的速度为零,假设小车两次与磁场作用时间相同,求小车的功率P.图Z11-5式题1 2017浙江嘉兴一中月考 如图Z11-6所示,两根平行的金属导轨固定在同一水平面上,磁感应强度B=0.50 T的匀强磁场与导轨所在平面垂直,导轨的电阻很小,可忽略不计.导轨间的距离l=0.20 m.两根质量均为m=0.10 kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动,滑动过程中与导轨保持垂直,金属杆的电阻均为R=0.50 .在t=0时刻,两杆都处于静止状态.现有一与导轨平行、大小为0.20 N的恒力F作用于金属杆甲上,如图所示,使金属杆在导轨上滑动.经过t=5.0 s,金属杆甲的加速度为a=1.37 m/s2,则此时甲、乙两金属杆的速度各为多少?图Z11-6式题2 如图Z11-7所示,在水平面上有两条平行金属导轨MN、PQ,导轨间距为d,匀强磁场垂直于导轨所在的平面向下,磁感应强度的大小为B,两根完全相同的金属杆1、2间隔一定的距离放在导轨上,均与导轨垂直.它们接入电路的电阻均为R,两杆与导轨接触良好,导轨电阻不计,金属杆与导轨间的摩擦不计.杆1以初速度v0滑向杆2,为使两杆不相碰,则分别在杆2固定与不固定两种情况下,最初摆放两杆时的最小距离之比为()图Z11-7A.41B.12C.21D.31 方法技巧求电荷量q的两种方法从上图可见,这些物理量之间的关系可能会出现以下三种题型:第一:方法中相关物理量的关系.第二:方法中相关物理量的关系.第三:就是以电荷量作为桥梁,直接把上面框图中左、右两边的物理量联系起来,如把导体棒的位移和速度联系起来,但由于这类问题导体棒的运动一般都不是匀变速直线运动,无法使用匀变速直线运动的运动学公式进行求解,所以这种方法就显得十分巧妙.这种题型难度最大.考向二电磁感应与动量守恒结合42017浙江4月选考 间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成,如图Z11-8所示.倾角为的导轨处于大小为B1、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间中.水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的“联动双杆”(由两根长为l的金属杆cd和ef,用长度为L的刚性绝缘杆连接构成),在“联动双杆”右侧存在大小为B2、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间,其长度大于L.质量为m、长为l的金属杆ab从倾斜导轨上端释放,达到匀速后进入水平导轨(无能量损失),杆ab与“联动双杆”发生碰撞,碰后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”.“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间并从中滑出.运动过程中,杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好,且保持与导轨垂直.已知杆ab、cd和ef电阻均为R=0.02 ,m=0.1 kg,l=0.5 m,L=0.3 m,=30,B1=0.1 T,B2=0.2 T.不计摩擦阻力和导轨电阻,忽略磁场边界效应.求:(1)杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0;(2)“联动三杆”进入磁场区间前的速度大小v; (3)“联动三杆”滑过磁场区间产生的焦耳热Q.图Z11-8式题 2017浙江舟山中学月考 两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为L.导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形闭合回路,如图Z11-9所示.两根导体棒的质量均为m,电阻均为R,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时,棒cd静止,棒ab有沿导轨指向棒cd的初速度v0.若两导体棒在运动中始终不接触,均始终与导轨垂直且接触良好,则:(1)在运动过程中产生的焦耳热最多是多少?(2)当ab棒的速度变为初速度的时,cd棒的加速度是多大?图Z11-9热点四电磁感应中的导体棒问题(1)“杆+导轨”模型是高考命题的“基本道具”,也是高考的热点,考查的知识点多,题目的综合性强,物理情景变化空间大,是我们复习中的难点.“杆+导轨”模型又分为“单杆”型(“单杆”型为重点)和“双杆”型;导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜;杆的运动状态可分为匀速、匀变速、非匀变速运动等.(2)该模型的解题思路用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向;求回路中的电流大小;分析研究导体受力情况(包含安培力,用左手定则确定其方向);列动力学方程或平衡方程求解.考向一导体棒切割磁感线与含阻电路的综合5(多选)2017福建宁德一检 如图Z11-10所示,固定在倾角为=30的斜面内的两根平行长直光滑金属导轨的间距为d=1 m,其底端接有阻值为R=2 的电阻,整个装置处在垂直于斜面向上、磁感应强度大小B=2 T的匀强磁场中.一质量为m=1 kg(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触.现杆在沿斜面向上、垂直于杆的恒力F=10 N作用下从静止开始沿导轨向上运动距离L=6 m时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直).设杆接入电路的电阻为r=2 ,导轨电阻不计,重力加速度大小g取10 m/s2,则此过程()图Z11-10A.杆的速度最大值为5 m/sB.通过电阻的电荷量为6 CC.整个回路产生的焦耳热为17.5 JD.通过电阻的电流方向为由c到d考向二导体棒切割磁感线与含电源电路的综合6如图Z11-11所示,光滑长直平行金属导轨PQ、MN相距l=0.5 m,处在同一水平面中,磁感应强度B=0.8 T的匀强磁场竖直向下垂直穿过导轨所在平面.质量m=0.1 kg、电阻R=0.8 的直导线ab横跨在导轨上,与导轨垂直且接触良好,导轨电阻不计.通过开关S将电动势E=1.5 V、内阻r=0.2 的电池接在导轨的M、P两端.(1)导线ab的加速度的最大值和速度的最大值各是多少?(2)在闭合开关S后,怎样才能使ab以恒定的速度v=7.5 m/s沿导轨向右运动?试描述这时电路中的能量转化情况(通过具体的数据计算说明).图Z11-11考向三导体棒切割磁感线与含电容电路的综合7如图Z11-12所示,水平面内有两根足够长的平行金属导轨L1、L2,其间距d=0.5 m,左端接有电容C=000 F的电容器.质量m=20 g的导体棒垂直放置在导轨平面上且可在导轨上无摩擦滑动,导体棒和导轨的电阻不计.整个空间存在垂直于导轨所在平面向里的匀强磁场,磁感应强度B=2 T.现用一沿导轨方向向右的恒力F=0.22 N作用于导体棒,使导体棒从静止开始运动,经过一段时间t,速度达到v=5 m/s,则()图Z11-12A.此时电容器两端的电压为10 VB.此时电容器上的电荷量为110-2 CC.导体棒做匀加速运动,且加速度为20 m/s2D.时间t=0.4 s 建模点拨解决此类问题要抓住三点(1)杆的稳定状态一般是匀速运动(达到最大速度或最小速度,此时合力为零);(2)整个电路产生的电能等于克服安培力所做的功;(3)电磁感应现象遵从能量守恒定律.1.2017天津卷 电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器.电磁轨道炮示意如图Z11-13所示,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C.两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l,电阻不计.炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触.首先开关S接1,使电容器完全充电.然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动.当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨.(1)求磁场的方向;(2)求MN刚开始运动时加速度a的大小;(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少?图Z11-132.2016全国卷 如图Z11-14所示,两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内,其左端接一阻值为R的电阻;一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上;在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域,区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场,磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1=kt,式中k为常量;在金属棒右侧还有一匀强磁场区域,区域左边界MN(虚线)与导轨垂直,磁场的磁感应强度大小为B0,方向也垂直于纸面