高考物理 专题十 电磁感应课件.ppt

知识点一电磁感应现象1 电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量 时 电路中有 产生的现象 2 产生感应电流的条件 1 条件 穿过闭合电路的磁通量 2 特例 闭合电路的一部分导体在磁场内做 的运动 发生变化 感应电流 发生变化 切割磁感线 3 产生电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生 如果回路闭合则产生 如果回路不闭合 则只产生 而不产生 4 能量转化发生电磁感应现象时 机械能或其他形式的能转化为 感应电动势 感应电流 感应电动势 感应电流 电能 易错防范 1 闭合电路内只要有磁通量 就有感应电流产生 2 电路的磁通量变化 电路中就一定有感应电流 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 一定产生感应电流 知识点二楞次定律 阻碍 磁通量 导体运动 切割磁感线 易错防范 1 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 2 回路不闭合 穿过回路的磁通量变化时 也会产生 阻碍 作用 3 感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化 知识点三法拉第电磁感应定律1 感应电动势 1 概念 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 3 方向判断 感应电动势的方向用 或 判断 电磁感应现象 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 闭合电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的 成正比 2 公式 其中n为 3 感应电流与感应电动势的关系 遵守 定律 即i 磁通 量的变化率 线圈匝数 闭合电路欧姆 4 导体切割磁感线时的感应电动势 blv blvsin 易错防范 1 线圈中磁通量越大 产生的感应电动势越大 2 线圈中磁通量变化越大 产生的感应电动势越大 3 线圈中磁通量变化越快 产生的感应电动势越大 4 线圈中磁通量增加时感应电动势增大 线圈中磁通量减小时感应电动势减小 知识点四自感涡流1 自感现象由于通过导体自身的 而产生的电磁感应现象 2 自感电动势 1 定义 在 中产生的感应电动势 2 表达式 3 自感系数l 相关因素 与线圈的大小 形状 以及是否有 等因素有关 单位 亨利 h 常用单位还有毫亨 mh 微亨 h 1mh h 1 h h 电流发生变化 自感现象 圈数 铁芯 10 3 10 6 3 涡流当线圈中的电流发生变化时 在它附近的导体中产生的像水的旋涡一样的 电磁阻尼 当导体在磁场中运动时 感应电流会使导体受到 安培力的方向总是 导体的相对运动 感应电流 安培力 阻碍 名师助学 要点一楞次定律的理解及应用 突破指南 1 判断感应电流方向的 四步法 2 用右手定则判断该方法适用于部分导体切割磁感线 判断时注意掌心 四指 拇指的方向 1 掌心 磁感线垂直穿入 2 拇指 指向导体运动的方向 3 四指 指向感应电流的方向 典例1 2015 湖南五市十校联考 多选 下列各图是验证楞次定律实验的示意图 竖直放置的线圈固定不动 将磁铁从线圈上方插入或拔出 线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流 各图中分别标出了磁铁的极性 磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况 其中正确的是 审题指导 解析根据楞次定律可确定感应电流的方向 以c选项为例 当磁铁向下运动时 1 闭合线圈磁场的方向 向上 2 穿过闭合线圈的磁通量的变化 增加 3 感应电流产生的磁场方向 向下 4 利用安培定则判断感应电流的方向 与图中箭头方向相同 线圈的上端为s极 磁铁与线圈相互排斥 运用以上分析法可知 c d正确 答案cd 借题发挥 楞次定律中 阻碍 的主要表现形式 要点二 三个定则 一个定律 的综合应用技巧 突破指南 1 应用现象及规律比较 2 应用技巧各定则应用的关键是抓住因果关系 1 因电而生磁 i b 安培定则 2 因动而生电 v b i 右手定则 3 因电而受力 i b f安 左手定则 3 一般解题步骤 1 分析题干条件 找出闭合电路或切割磁感线的导体棒 2 结合题中的已知条件和待求量的关系选择恰当的规律 3 正确地利用所选择的规律进行分析和判断 典例2 2015 辽宁葫芦岛六校联考 多选 如图所示 水平放置的两条光滑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在外力的作用下运动时 mn向右运动 则pq所做的运动可能是 a 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 答案bc 借题发挥 电势高低的判断方法 1 明确电路中哪部分导体相当于电源 2 根据楞次定律或右手定则判断出感应电流的方向 3 电流方向在电源内部 从低电势 负极 流向高电势 正极 在电源外部 从高电势 正极 流向低电势 负极 典例3 如图所示 匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd 线圈平面与磁场垂直 已知线圈的匝数n 100 边长ab 1 0m bc 0 5m 电阻r 2 磁感应强度b在0 1s内从零均匀变化到0 2t 在1 5s内从0 2t均匀变化到 0 2t 取垂直纸面向里为磁场的正方向 求 1 0 5s时线圈内感应电动势的大小e和感应电流的方向 2 在1 5s内通过线圈的电荷量q 3 在0 5s内线圈产生的焦耳热q 审题指导 1 0 1s内谁引起线圈中的磁通量发生变化 2 感应电动势的计算公式e 3 公式q it中的i应为电路中电流值 如何计算电流i 4 公式q i2rt中的i是恒定的还是变化的 在0 5s内线圈的电流一样吗 如何计算0 5内线圈产生的焦耳热 答案 1 10vadcba 或逆时针 2 10c 3 100j 要点四导体切割磁感线产生感应电动势的计算 突破指南 1 四种求感应电动势方法的比较 典例4 如图所示 水平桌面上固定有一半径为r的金属细圆环 环面水平 圆环每单位长度的电阻为r 空间有一匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向竖直向下 一长度为2r 电阻可忽略的导体棒置于圆环左侧并与环相切 切点为棒的中点 棒在拉力的作用下以恒定加速度a从静止开始向右运动 运动过程中棒与圆环接触良好 下列说法正确的是 a 拉力的大小在运动过程中保持不变b 棒通过整个圆环所用的时间为c 棒经过环心时流过棒的电流为b rd 棒经过环心时所受安培力的大小为8b2r r 解题探究 1 棒做直线运动 2 棒经过环心时 切割有效长度为 3 棒经过环心时 两侧的电阻联 r总 答案d 要点五电磁感应中的电路问题 突破指南 1 电磁感应中电路知识的关系图 2 电磁感应中电路问题的题型特点闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体做切割磁感线运动 在回路中将产生感应电动势和感应电流 从而考题中常涉及电流 电压 电功等的计算 也可能涉及电磁感应与力学 电磁感应与能量的综合分析 3 分析电磁感应电路问题的基本思路 典例5 如图 a 所示 在垂直于匀强磁场b的平面内 半径为r的金属圆盘绕过圆心o的轴转动 圆心o和边缘k通过电刷与一个电路连接 电路中的p是加上一定正向电压才能导通的电子元件 流过电流表的电流i与圆盘角速度 的关系如图 b 所示 其中ab段和bc段均为直线 且ab段过坐标原点 0代表圆盘逆时针转动 已知 r 3 0 b 1 0t r 0 2m 忽略圆盘 电流表和导线的电阻 1 根据图 b 写出ab bc段对应的i与 的关系式 2 求出图 b 中b c两点对应的p两端的电压ub uc 3 分别求出ab bc段流过p的电流ip与其两端电压up的关系式 答案见解析 借题发挥 电磁感应电路的几个等效问题 2 安培力的方向判断 3 牛顿第二定律及功能关系 2 导体的两种运动状态 1 导体的平衡状态 静止状态或匀速直线运动状态 2 导体的非平衡状态 加速度不为零 3 两大研究对象及其关系电磁感应中导体棒既可看作电学对象 因为它相当于电源 又可看作力学对象 因为感应电流产生安培力 而感应电流i和导体棒的速度v则是联系这两大对象的纽带 典例6 2015 湖南长沙联考 如图所示 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边的边长l2 0 6m 线框的质量m 1kg 电阻r 0 1 线框通过细线与重物相连 重物质量m 2kg 斜面上ef ef gh 的右方有垂直斜面向上的匀强磁场 磁感应强度b 0 5t 如果线框从静止开始运动 进入磁场的最初一段时间做匀速运动 ef和gh的距离s 11 4m 取g 10m s2 求 1 线框进入磁场前重物的加速度 2 线框进入磁场时匀速运动的速度v 3 ab边由静止开始到运动到gh处所用的时间t 4 ab边运动到gh处的速度大小及在线框由静止开始运动到gh处的整个过程中产生的焦耳热 答案见解析 借题发挥 分析电磁感应中动力学问题的基本思路电磁感应中产生的感应电流使导体棒在磁场中受到安培力的作用 从而影响导体棒的受力情况和运动情况 分析如下 要点七电磁感应中的能量问题 突破指南 1 电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程 而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的 安培力做功的过程 是电能转化为其他形式能的过程 外力克服安培力做功 则是其他形式的能转化为电能的过程 2 能量转化及焦耳热的求法 1 能量转化 2 求解焦耳热q的三种方法 利用焦耳定律求q即q i2rt 利用功能关系求q即q w克服安培力 利用能量转化求q即q e其他能的减少量 典例7 2015 四川成都一诊 间距为l 2m的足够长的金属直角导轨如图甲所示放置 它们各有一边在同一水平面内 另一边垂直于水平面 质量均为m 0 1kg的金属细杆ab cd与导轨垂直放置形成闭合回路 杆与导轨之间的动摩擦因数均为 0 5 导轨的电阻不计 细杆ab cd的电阻分别为r1 0 6 r2 0 4 整个装置处于磁感应强度大小为b 0 50t 方向竖直向上的匀强磁场中 图中未画出 当ab在平行于水平导轨的拉力f作用下从静止开始沿导轨匀加速运动时 cd杆也同时从静止开始沿导轨向下运动 测得拉力f与时间t的关系如图乙所示 g 10m s2 1 求ab杆的加速度a 2 求当cd杆达到最大速度时ab杆的速度大小 3 若从开始到cd杆达到最大速度的过程中拉力f做了5 2j的功 通过cd杆横截面的电荷量为2c 求该过程中ab杆所产生的焦耳热 解析 1 由题图乙可知 在t 0时 f 1 5n对ab杆进行受力分析 由牛顿第二定律得f mg ma代入数据解得a 10m s2 答案见解析 一 电磁感应中图象问题三类题型的分析1 图象类型电磁感应中主要涉及的图象有b t图象 t图象 e t图象和i t图象 还常涉及感应电动势e和感应电流i随线圈位移x变化的图象 即e x图象和i x图象 2 常见题型图象的选择 图象的描绘 图象的转换 图象的应用 3 所用规律一般包括 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 牛顿运动定律等 4 分析步骤 1 明确图象的种类 2 分析电磁感应的具体过程 3 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律等规律写出函数方程 4 根据函数方程进行数学分析 例如分析斜率的变化 截距等 5 画图象或判断图象 题型一图象的选择 典例1 如图 在水平面 纸面 内有三根相同的均匀金属棒ab ac和mn 其中ab ac在a点接触 构成 v 字型导轨 空间存在垂直于纸面的均匀磁场 用力使mn向右匀速运动 从图示位置开始计时 运动中mn始终与 bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触 下列关于回路中电流i与时间t的关系图线 可能正确的是 答案a 题型二图象的转换 典例2 将一段导线绕成图甲所示的闭合回路 并固定在水平面 纸面 内 回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场 中 回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场 以向里为磁场 的正方向 其磁感应强度b随时间t变化的图象如图乙所示 用f表示ab边受到的安培力 以水平向右为f的正方向 能正确反应f随时间t变化的图象是 解析结合题给的b t图象 利用楞次定律可以判断 在0 t 2时间内 ab中的电流由b到a 且大小恒定 在t 2 t时间内 ab中的电流由a到b 大小也恒定 再利用左手定则可以判断 ab边先受到向左 恒定的安培力 后受到向右 恒定的安培力 综上可知 b正确 答案b 题型三图象的应用 典例3 水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置 间距为l 一端通过导线与阻值为r的电阻连接 导轨上放一质量为m的金属杆 见图甲 金属杆与导轨的电阻忽略不计 磁场竖直向下 用与导轨平行的恒定拉力f作用在金属杆上 杆最终将做匀速运动 当改变拉力的大小时 相对应的匀速运动速度v也会变化 v与f的关系如图乙 取重力加速度g 10m s2 1 金属杆在匀速运动之前做什么运动 2 若m 0 5kg l 0 5m r 0 5 磁感应强度b为多大 3 由v f图线的截距可求得什么物理量 其值为多少 3 由直线的截距可以求得金属杆受到的摩擦阻力ff 2n若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力 由截距可求得动摩擦因数 0 4 答案 1 变加速运动 2 1t 3 见解析 二 电磁感应中两类含容电路的分析1 电磁感应回路中只有电容器元件这类问题的特点是电容器两端电压等于感应电动势 充电电流等于感应电流 典例1 如图所示 两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为 间距为l 导轨上端接有一平行板电容器 电容为c 导轨处于匀强磁场中 磁感应强度大小为b 方向垂直于导轨平面 在导轨上放置一质量为m的金属棒 棒可沿导轨下滑 且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触 已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 重力加速度大小为g 忽略所有电阻 让金属棒从导轨上端由静止开始下滑 求 1 电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系 2 金属棒的速度大小随时间变化的关系 2 电磁感应回路中 电容器与电阻并联问题这一类问题的特点是电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压 充电过程中的电流只是感应电流的一支流 稳定后 充电电流为零 典例2 如图所示 质量为m的导体棒ab 垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上 导轨平面与水平面的夹角为 并处于磁感应强度大小为b 方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 左侧是水平放置 间距为d的平行金属板 r和rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值 不计其他电阻 1 调节rx r 释放导体棒 当导体棒沿导轨匀速下滑时 求通过导体棒的电流i及导体棒的速率v 2 改变rx 待导体棒沿导轨再次匀速下滑后 将质量为m 带电荷量为