高考物理专题复习：电磁感应.ppt

专题复习 电磁感应 本部分高考考点要求及2005至2008年各地高考物理中本部分试题统计 2005年至2008年物理试题的知识点分布 能力要求 有无图表及难易分析统计 本专题知识结构及复习策略 电磁感应 磁通量的概念 电磁感应现象产生感应电流条件 感应电流的方向 感应电动势的方向 感应电动势 电流 的大小 自感 日光灯 法拉第电磁感应定律 自感电动势 日光灯 电路闭合 电路不闭合 楞次定律 右手定则 感生 动生 通路自感 断路自感 复习课的教学方法提倡 以问题为中心 以试题为载体 以师生互动为方式 突出教材主干 突出高考考查重点 突出学生在学习中的易混 易错点 突出学生能力的培养点 复习课提倡按 问题导向 图形搭桥 规律引路 分层递进 过程清晰 变式拓展 网络清晰 方法得当 的程序编写教案 组织教学 这样目标明确 问题突出 方法对路 效果明显 采用自学的形式 突出课本的作用 克服用资料代替课本的弊端 以课本为主 充分发挥课本的主导作用 并选择适合学生具体情况的复习资料辅助复习 有利于提高复习效果 宜采用学 讲 练方式 强调看书 自学 看教材 看资料 看笔记 学生靠自学完成知识整理达到复习目的 教师围绕考点 讲重 难 疑点 同步训练 梳理知识 巩固知识 磁通量 电磁感应现象 楞次定律定律 右手定则 1 什么是磁通量 意义如何 垂直 这一概念是如何用在磁通量上的 磁通量的计算公式如何 单位及物理意义 什么是合磁通 两种典型的合磁通是什么 它在本章中是如何应用的 磁通量的正负是什么意思 如何求解磁通量的变化 磁通量的变化有哪些因素引起 2 课本图16 4 16 5 16 6的实验现象怎样 说明什么 为什么图16 6没有切割磁感线也可以产生感应电流 如何判断一个回路中是否产生感应电流 3 如何判断感应电流的方向 楞次定律的内容是什么 应用楞次定律解题的四个步骤是什么 楞次定律是直接判断感应电流方向的吗 感应电流的效果总是要反抗 阻碍 一切产生感应电流的原因 产生感应电流有哪些 4 楞次定律定律中 阻碍 是不是 阻止 为什么 阻碍 的是磁通量吗 增反减同 来拒去留 是什么意思 5 右手定则使用范围和内容怎样 它与左手定则有何区别 楞次定律定律和右手定则的关系 什么情况下用右手定则更方便 一 磁通量 电磁感应现象 楞次定律定律 右手定则知识总结 二 典型例题分析 略 三 针对训练 例 如图所示 一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下降 空气阻力不计 则在铜环的运动过程中 下列说法正确的是 b a 铜环在磁铁的上方时 环的加速度小于g 在下方时大于gb 铜环在磁铁的上方时 环的加速度小于g 在下方时小于gc 铜环在磁铁的上方时 环的加速度小于g 在下方时等于gd 铜环在磁铁的上方时 环的加速度大于g 在下方时小于g 06上海6分 在研究电磁感应现象实验中 1 为了能明显地观察到实验现象 请在如图所示的实验器材中 选择必要的器材 在图中用实线连接成相应的实物电路图 2 将原线圈插人副线圈中 闭合电键 副线圈中感生电流与原线圈中电流的绕行方向 填 相同 或 相反 3 将原线圈拔出时 副线圈中的感生电流与原线圈中电流的绕行方向 填 相同 或 相反 06广东 如图4所示 用一根长为l质量不计的细杆与一个上弧长为l0 下弧长为d0的金属线框的中点联结并悬挂于o点 悬点正下方存在一个上弧长为2l0 下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场 且d0 l 先将线框拉开到如图4所示位置 松手后让线框进入磁场 忽略空气阻力和摩擦 下列说法正确的是da 金属线框进入磁场时感应电流的方向为a b c d ab 金属线框离开磁场时感应电流的方向为a d c b a c 金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等d 金属线框最终将在磁场内做简谐运动 07宁夏 电阻r 电容c与一线圈连接成闭合回路 条形磁铁静止于线圈的正上方 n极朝下 如图所示 现使磁铁开始自由下落 在n极接近线圈上端的过程中 流过r的电流方向和电容器极板的带电情况是da 从a到b 上极板带正电b 从a到b 下极板带正电c 从b到a 上极板带正电d 从b到a 下极板带正电 感应电动势 电磁感应中的综合问题 1 磁通量变化可以通过哪三种方式 比较磁通量 磁通量变化 磁通量变化率 求解感应电动势的两种基本方法是什么 分别适用于什么情况 切割磁感线产生的感应电动势的三种情况是什么 你能根据题目要求求出感应电动势的大小并判断它属于何值 恒定值 平均值 瞬时值 吗 这些值通常可以用来求什么 在导体棒平动切割磁感线的题目中 如果导体棒 速度与磁场方向并不两两互相垂直 应如何处理 2 判断感应电流所受安培力的问题有两种解题方法 是哪两种 在具体题目中如何使用 3 你能分辨出哪些属于电磁感应与电路的综合题目吗 它的解题方法 步骤 是什么 如何画等效电路 如何确定电源的正负极 4 如何界定某道题是否属于电磁感应和力的综合题目 求解方法 步骤 是怎样的 什么是电磁感应的动态分析问题 解题方法如何 关键要写出什么 如何求解最大速度 最大加速度以及任意速度下的加速度 会借助动量定理求电量吗 5 如何研究电磁感应现象中两个导体棒的问题 何时要借助动量定理 动量守恒求解 6 电磁感应现象中的能量遵循什么规律 在电磁感应中常用的两个功能关系是什么 如何求外力的功 克服安培力的功 如何求产生的电能 法拉第电磁感应定律 感应电动势知识总结 法拉第电磁感应定律 电路中的感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比 感生电动势动生电动势 1 回路是否会产生感应电流的条件是 是否存在感应电动势 电路是否闭合 2 产生感应电动势的条件 或导体切割磁感线运动产生动生电动势 3 产生感生电动势的本质是磁通量变化产生涡旋电场 产生动生电动势的本质是带电粒子在磁场中受洛仑兹力 但洛仑兹力不做功 常求出的是平均值常求出的是瞬时值 注意区分回路的电动势 导体棒两端产生的电动势 处理线框问题用动生电动势时注意用等效切割长度 求通过闭合回路导体横截面的电量有 导体棒切割磁感线时安培力的冲量为 电磁感应中的综合问题1 电磁感应和电路的分析 直流电路 含电容电路 交流电路 2 电磁感应中的力和运动3 电磁感应中的动量问题4 电磁感应中的能量转化5 电磁感应中的图像问题 1 电磁感应和电路的分析 直流电路 含电容电路 交流电路 解决此类问题的关键是 分清哪部分是电源 哪部分是外电路 会画出等效电路图 分清电源电动势 路端电压 分清干路和支路 注意电路中总功率 总能量 外电路 内电路功率 能量 某部分的功率和能量 在导体切割磁感线情况中克服安培力做的功等于电路的总能量 如果是纯电阻电路等于焦耳热 根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律及电学知识理顺各电学量的关系 利用电学知识求解 如图所示 在与匀强磁场b垂直的平面内放置一个折成 角的裸导线mon 在它上面搁置一根与on垂直的同样的裸导线pq pq紧贴mo on 并以速度v从顶角o开始向右匀速滑动 设裸导线单位长度的电阻为r0 当经过时间t时 回路中的电流值为 回路中的磁通量改变率瞬时值为 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd各边长均为l 其ab是一段电阻为r的均匀电阻丝 其余三边均为电阻可忽略的铜线 磁场的磁感应强度为b 方向垂直纸面向里 现有一与ab的材料 粗细 长度都相同的电阻丝pq架在导线框上 如图所示 并以恒定的速率v从ad滑向bc 当pq滑过的距离时 通过ap段电阻丝的电流为 a 2006年全国理综i卷第21题 如图 在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻r的直角形金属导轨aob 在纸面内 磁场方向垂直纸面朝里 另有两根金属导轨c d分别平行于oa ob放置 保持导轨之间接触良好 金属导轨的电阻不计 现经历以下四个过程 以速率v移动d 使它与ob的距离增大一倍 再以速率v移动c 使它与oa的距离减小一半 然后 再以速率2v移动c 使它回到原处 最后以速率2v移动d 使它也回到原处 设上述四个过程中通过电阻r的电量的大小依次为q1 q2 q3和q4 则a q1 q2 q3 q4b q1 q2 2q3 2q4c 2q1 2q2 q3 q4d q1 q2 q3 q4 解析设a d c b开始所围的面积为s 1 当以速率v移动d 使d与ob的距离增大1倍时 则a d c b所围的面积变为2s 面积的改变量为 s1 则 s1 2s s s 设回路中产生的感应电动势为e1 回路中的电流为i1 通过电阻r的电量为q1 根据法拉第电磁感应定律 有e1 1 t b s1 t1 1 b s1i1 e1 r q1 i1 t1 联立 解得q1 b s1 r bs r 2 当以速率v移动c 使它与oa的距离减小一半 此过程a d c b所围的面积由2s变为s 即 s2 2s s s 由 1 中 可知q2 b s2 r bs r 3 当再以速率2v移动c 使它回到原处 此过程a d c b所围的面积由s变为2s 即 s3 2s s s 由 1 中 可知q3 b s3 r bs r 4 当最后以速率2v移动d 使它也回到原处 此过程a d c b所围的面积由2s变为s 即 s4 2s s s 由 1 中 可知q4 b s3 r bs r 比较 四式 得 q1 q2 q3 q4 故选项a正确 点评电磁感应是高中物理的重点 本题考查的着力点是思维的灵活性 审题时不难发现导轨以不同的速度移动时 与其他几根不动的导轨所围的面积的变化是有规律的 因而由法拉第电磁感应定律出发 找出四次移动导轨过程中通过电阻r的电量与相关物理量之间的关系 即通式q b s r 然后比较四次移动导轨过程中所围面积的变化量 便能得解 由以上的分析可知 通过电阻r的电量与导轨移动的速度大小无关 而与导轨所谓面积的改变量 s成正比 2 电磁感应中的力和运动解决此类问题的关键是确定研究对象 抓住联系力学量和电学量之间的纽带是电磁感应现象中导体中有感应电流受到安培力f bil 会进行v e i f安 f合 a v各量对在磁场中切割磁感线的导体进行受力分析 根据力和运动关系进行求解 3 电磁感应中的能量转化电磁感应中的能量转化主要涉及电阻通过电流产生焦耳热 安培力对导体做功消耗电能转化为机械能 导体克服安培力做功机械能转化为电能 导体克服摩擦做功机械能转化为内能 重力对导体做功与导体重力势能改变对应 含容电路中电能转化为电场能 合外力做功对应动能改变 重力 弹簧弹力做功和与机械能改变对应 4 电磁感应中的动量问题涉及导体棒运动速度改变而又与时间有关用动量定理 两导体棒受安培力等大反向时可用动量守恒定律 动生电动势中的 导体棒 导轨 问题 一 水平 单棒 导轨 问题 二 倾斜 单棒 导轨 问题 三 竖直 单棒 导轨 问题 四 双棒 导轨 问题 五 线框通过匀强磁场问题 六 即有动生又有感生问题 1 磁场均匀增加2 磁场均匀减小 七 与图像结合的综合问题 如图所示 有两根足够长 不计电阻 相距l的平行光滑金属导轨cd ef与水平面成 角固定放置 底端连一电阻r 在轨道平面内有磁感应强度为b的匀强磁场 方向垂直轨道平面斜向上 现有一平行于ce 垂直于导轨 质量为m 电阻不计的金属杆ab 在沿轨道平面向上的恒定拉力f作用下 从底端ce由静止沿导轨向上运动 当ab杆速度达到稳定后 撤去拉力f 最后ab杆又沿轨道匀速回到ce端 已知ab杆向上和向下运动的最大速度相等 求 拉力f和杆ab最后回到ce端的速度v 解 当ab杆沿导轨上滑达到最大速度v时 其受力如图所示由平衡条件可知f fb mgsin 0 又fb bil 而 联立 式得 同理可得 下滑过程中 联立 两式解得 图中a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直平面内的金属导轨 处在磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向垂直导轨所在的平面 纸面 向里 导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的 距离为l1 c1d1段与c2d2段也是竖直的 距离为l2 x1y1与x2y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆 质量分别为m1和m2 它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触 两杆与导轨构成的回路的总电阻为r f为作用于金属杆x1y1上的竖直向上的恒力 已知两杆运动到图示位置时 已匀速向上运动 求此时作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率 06重庆 两根相距为l的足够长的金属直角导轨如题21图所示放置 它们各有一边在同一水平内 另一边垂直于水平面 质量均为m的金属细杆ab cd与导轨垂直接触形成闭合回路 杆与导轨之间的动摩擦因数均为 导轨电阻不计 回路总电阻为2r 整个装置处于磁感应强度大小为b 方向竖直向上的匀强磁场中 当ab杆在平行于水平导轨的拉力f作用下以速度v1沿导轨匀速运动时 cd杆也正好以速度v2向下匀速运动 重力加速度为g 以下说法正确的是ada ab杆所受拉力f的大小为b cd杆所受摩擦力为零c 路中的电流强度为d 与v1大小的关系为 08北京 均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd 每边长为l 总电阻为r 总质量为m 将其置于磁感强度为b的水平匀强磁场上方h处 如图所示 线框由静止自由下落 线框平面保持在竖直平面内 且cd边始终与水平的磁场边界平行 当cd边刚进入磁场时 1 求线框中产生的感应电动势大小 2 求cd两点间的电势差大小 3 若此时线框加速度恰好为零 求线框下落的高度h所应满足的条件 质量为m的金属棒a在离地面h高处从静止开始沿金属轨道下滑 导轨的水平部分有竖直向上的匀强磁场b 水平部分原来放有金属棒b 如图 所示 已知ma mb 3 4 导轨和磁场有足够长度和广度 不计摩擦 求 a b的最终速度是多大 在整个过程中产生的热量是多少 假如水平导轨为不等宽 如图 所示l1 2l2 两棒电阻相等 a b的最终速度又是多少 在整个过程中产生的热量又是多少 设导轨足够长 a不会运动到窄导轨上来 图1图2 16分 如图所示 固定的水平光滑金属导轨 间距为l 左端接有阻值为r的电阻 处在方向竖直 磁感应强度为b的匀强磁场中 质量为m的导体棒与固定弹簧相连 放在导轨上 导轨与导体棒的电阻均可忽略 初始时刻 弹簧恰处于自然长度 导体棒具有水平向右的初速度v0 在沿导轨往复运动的过程中 导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触 1 求初始时刻导体棒受到的安培力 2 若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时 弹簧的弹性势能为ep 则这一过程中安培力所做的功w1和电阻r上产生的焦耳热q1分别为多少 3 导体棒往复运动 最终将静止于何处 从导体棒开始运动直到最终静止的过程中 电阻r上产生的焦耳热q为多少 05江苏 06全国ii 如图所示 位于一水平面内的 两根平行的光滑金属导轨 处在匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨所在的平面 导轨的一端与一电阻相连 具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂直 现用一平行于导轨的恒力f拉杆ab 使它由静止开始向右运动 杆和导轨的电阻 感应电流产生的磁场均可不计 用e表示回路中的感应电动势 i表示回路中的感应电流 在i随时间增大的过程中 电阻消耗的功率等于bda f的功率b 安培力的功率的绝对值c f与安培力的合力的功率d ie 24 20分 磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用 图1是在平静海面上某实验船的示意图 磁流体推进器由磁体 电极和矩形通道 简称通道 组成 如图2所示 通道尺寸a 2 0m b 0 15m c 0 10m 工作时 在通道内沿z轴正方向加b 8 0t的匀强磁场 沿x轴负方向加匀强电场 使两金属板间的电压u 99 6v 海水沿y轴方向流过通道 已知海水的电阻率 0 20 m 1 船静止时 求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向 2 船以v 5 0m s的速度匀速前进 若以船为参照物 海水以5 0m s的速率涌入进水口 由于通道的截面积小于进水口的截面积 在通道内海水速率增加到vd 8 0m s 求此时两金属板间的感应电动势u感 3 船行驶时 通道中海水两侧的电压按u u u感计算 海水受到电磁力的80 可以转化为对船的推力 当船以v 5 0m s的速度匀速前进时 求海水推力的功率 06北京 解 1 根据安培力公式 推力f1 i1bb 其中则对海水推力的方向沿y轴正方向 向右 2 u感 bvdb 9 6v 3 根据欧姆定律 i2安培推力f2 i2bb 720n对船的推力f 80 f2 576n推力的功率p fvs 80 f2vs 2880w 如图所示 mn pq是两根足够长的平行光滑导轨 两导轨间距为l 导轨平面与水平面的夹角为 两导轨间有垂直导轨平面的斜向上的匀强磁场 磁感应强度为b 导轨mp端连有一阻值为r的电阻 若将一垂直于导轨 质量为m的金属棒cd在距nq端为s处由静止释放 则cd棒滑至底端前 会经历加速运动和匀速运动两个阶段 今用大小为f 方向沿斜面向上的恒力把cd棒从nq推至距nq端为s处 撤去恒力f 棒cd最后又回到nq端 求cd棒自nq出发到又回到nq端的整个过程中 有多少电能通过电阻r转化成内能 导轨和cd棒的电阻不计 解 以cd为研究对象 它在斜面上受重力mg和支持力f 有mgsin maf mgcos cd由静止下滑后 切割磁感线的运动产生感应电动势为e blv 回路中产生感应电流为i 此时受到与运动方向相反的安培力f安 bil 联立 得 f安 cd在平行于斜面方向上有mgsin f安 mamgsin mav a 当a 0时cd匀速运动 此时v为最大为v 当用恒力f将cd从nq端推至距nq端为s处时 力f做的功为w f s 撤去f 棒cd最终回到nq端速度达最大v 据功能关系有fs mv 2 2 qq fs mv 2 2 fs 如图光滑斜面的倾角 30 在斜面上放置一矩形线框abcd ab边的边长l1 1m bc边的长l2 0 6m 线框的质量m 1kg 电阻r 0 1 线框用细线通过定滑轮与重物相连 重物质量m 2kg 斜面上ef线与gh线 ef gh pq 间有垂直斜面向上的匀强磁场 磁感应强度为b1 0 5t gh线与pq线间有垂直斜面向下的匀强磁场 磁感应强度b2 0 5t 如果线框从静止开始运动 当ab边进入磁场时恰好做匀速直线运动 ab边由静止开始运动到gh线所用的时间为2 3s 求 1 求ef线和gh线间的距离 2 ab边由静止开始运动到gh线这段时间内产生的焦耳热 3 ab边刚进入gh线瞬间线框的加速度 电磁感应中的图像问题 自感 日光灯 1 电磁感应的图象问题几种题目类型 你能正确区分它们并选择适当的解题方法吗 你知道该部分知识与交流电是如何综合的吗 2 为什么会发生自感现象 自感电动势和感应电动势有何区别与联系 自感系数的大小与哪些因素有关 它在后面的学习中又有什么作用 你会判断在通电自感中哪个灯泡先亮吗 它们的后续状态你考虑过吗 在断电自感中 哪个灯泡后熄灭 它熄灭前是否闪一下与什么因素有关 你会判断在各过程中电流的方向以及各部分电势的高低吗 3 日光灯的工作原理是什么 它的基本电路是什么样的 启动器和镇流器分别由什么组成 在启动时和正常工作时 启动器和镇流器分别起什么作用 电磁感应的图像问题中包括b t s t e t i t f t p t t e x i x图等解决此处图像问题的一般方法 据实际情景建立图像横 纵轴两变量之间的函数关系写出函数关系式 可据楞次定律 右手定则先排除部分选项 排除法 细分过程 把握好特定的状态 07全国i 如图所示 loo l 为一折线 它所形成的两个角 loo 和 oo l 均为45 折线的右边有一匀强磁场 其方向垂直于纸面向里 一边长为l的正方形导线框沿垂直于oo 的方向一速度v做匀速直线运动 在t 0时刻恰好位于图中所示位置 以逆时针方向为导线框中电流的正方向 在下面四幅图中能够正确表示电流 时间 i t 关系的是 时间以l v为单位 d 07全国ii 如图所示 在pq qr区域中存在着磁感应强度大小相等 方向相反的匀强磁场 磁场方向均垂直于纸面 一导线框abcdef位于纸面内 况的邻边都相互垂直 bc边与磁场的边界p重合 导线框与磁场区域的尺寸如图所示 从t 0时刻开始 线框匀速横穿两个磁场区域 以a b c d e f为线框中的电动势 的正方向 以下四个 t关系示意图中正确的是ca b c d 08全国ii 如图 一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直 虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直 ba的延长线平分导线框 在t 0时 使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动 直到整个导线框离开磁场区域 以i表示导线框中感应电流的强度 取逆时针方向为正 下列表示i t关系的图示中 可能正确的是c 08全国i 矩形导线框abcd固定在匀强磁场中 磁感线的方向与导线框所在平面垂直 规定磁场的正方向垂直低面向里 磁感应强度b随时间变化的规律如图所示 若规定顺时针方向为感应电流i的正方向 下列各图中正确的是d 06天津 在竖直向上的匀强磁