高考物理二轮复习 专题四 电路和电磁感应 第2讲 电磁感应规律及综合应用课件.ppt

第2讲电磁感应规律及综合应用 2 网络构建 要点必备 3 网络构建 要点必备 1 三定则 一定律 的应用 1 安培定则 判断运动电荷 电流产生的磁场方向 2 左手定则 判断磁场对运动电荷 电流的作用力的方向 3 右手定则 判断部分导体切割磁感线产生感应电流的方向 4 楞次定律 判断闭合电路磁通量发生变化产生感应电流的方向 2 求感应电动势的两种方法 1 e 用来计算感应电动势的平均值 2 e blv 用来计算感应电动势的瞬时值或平均值 4 1 2 3 4 1 多选 2018全国 卷 如图 a 在同一平面内固定有一长直导线pq和一导线框r r在pq的右侧 导线pq中通有正弦式交变电流i i的变化如图 b 所示 规定从q到p为电流正方向 导线框r中的感应电动势 ac 5 1 2 3 4 考点定位 交变电流图象 法拉第电磁感应定律 楞次定律命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 科学思维误区警示 解答此题常见错误主要有 一是由于题目以交变电流图象给出解题信息 导致一些同学看到题后 不知如何入手 二是不能正确运用法拉第电磁感应定律分析判断 三是不能正确运用楞次定律分析判断 陷入误区 6 1 2 3 4 7 1 2 3 4 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 1m 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 a 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 b 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 a 磁感应强度的大小为0 5tb 导线框运动速度的大小为0 5m sc 磁感应强度的方向垂直于纸面向外d 在t 0 4s至t 0 6s这段时间内 导线框所受的安培力大小为0 1n bc 8 1 2 3 4 考点定位 e blv的理解和应用命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 科学思维解题思路与方法 由于导线框一直向右做匀速直线运动 所以不管是cd边还是ab边切割磁感线时产生的感应电动势大小相等 9 1 2 3 4 10 1 2 3 4 3 多选 2016全国 卷 法拉第圆盘发电机的示意图如图所示 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 a 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 ab 11 1 2 3 4 考点定位 法拉第电磁感应定律命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 科学思维解题思路与方法 法拉第圆盘是课本上介绍的装置 在高考中多次出现 解题时要会分析等效电源 相当于一条半径旋转切割磁感线 记住求解感应电动势的公式e bl2 并能搞清整个电路的结构 12 1 2 3 4 13 1 2 3 4 4 多选 2016全国 卷 如图 m为半圆形导线框 圆心为om n是圆心角为直角的扇形导线框 圆心为on 两导线框在同一竖直面 纸面 内 两圆弧半径相等 过直线omon的水平面上方有一匀强磁场 磁场方向垂直于纸面 现使线框m n在t 0时从图示位置开始 分别绕垂直于纸面且过om和on的轴 以相同的周期t逆时针匀速转动 则 a 两导线框中均会产生正弦交式变电流b 两导线框中感应电流的周期都等于tc 在时 两导线框中产生的感应电动势相等d 两导线框的电阻相等时 两导线框中感应电流的有效值也相等 bc 14 1 2 3 4 考点定位 楞次定律的应用 e blv的理解 有效值的概念命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 科学思维解题思路与方法 在分析导体切割磁感线运动 计算电动势时 一定要注意导体切割磁感线的有效长度 在计算交变电流的有效值时 一定要注意三个相同 相同电阻 相同时间 相同热量 15 1 2 3 4 所以选项a错误 选项b c正确 由有效值定义可知m n线圈中电流的有效值不相等 d项错误 16 1 2 3 4 命题规律研究及预测 分析高考试题可以看出 电磁感应问题高考试题每年都出现 主要考查电磁感应现象 楞次定律 法拉第电磁感应定律 题型一般为选择题 在2019年的备考过程中要重视楞次定律 法拉第电磁感应定律的复习 尤其是图象问题 17 考点一 考点二 考点三 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 m 规律方法1 感应电流方向的判断方法 1 右手定则 即根据导体在磁场中做切割磁感线运动的情况进行判断 2 楞次定律 即根据穿过闭合回路的磁通量的变化情况进行判断 2 楞次定律中 阻碍 的主要表现形式 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍相对运动 来拒去留 3 使线圈面积有扩大或缩小的趋势 增缩减扩 4 阻碍原电流的变化 自感现象 增反减同 18 考点一 考点二 考点三 3 感应电动势大小的计算 1 法拉第电磁感应定律 e 适用于普遍情况 2 e blv 适用于导体棒平动切割磁感线的情况 3 e bl2 适用于导体棒旋转切割磁感线的情况 19 考点一 考点二 考点三 典例1 2017全国 卷 如图 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 a 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中沿顺时针方向思维点拨pq切割磁感线 根据右手定则判断 pqrs产生电流后 会对穿过t的磁感应强度产生影响 根据楞次定律分析t中的感应电流的变化情况 d 20 考点一 考点二 考点三 解析金属杆从静止开始突然向右运动 产生感应电动势 感应电流从无到有 根据右手定则可知 感应电流的方向由q指向p pqrs中的电流沿逆时针方向 该感应电流在金属线框t中产生的磁通量向外 故穿过金属线框t向里的磁通量减小 根据楞次定律 t中感应电流沿顺时针方向 d正确 21 考点一 考点二 考点三 1 多选 2018河南洛阳尖子生联考 如图甲所示 无限长通电直导线mn固定在绝缘水平面上 导线中通有图乙所示的电流i 沿nm方向为正 与r组成闭合电路的导线框abcd与直导线处在同一水平面内 ab边平行于直导线 则 a 0 t0时间内 流过r的电流方向为c r db t0 2t0时间内 流过r的电流方向为c r dc 0 t0时间内 导线框所受安培力的大小先增大后减小d t0 2t0时间与2t0 3t0时间内 导线框所受安培力的方向均向右 ac 22 考点一 考点二 考点三 解析0 t0时间内 导线中电流沿正方向增大 则线圈中的磁场向里增大 由楞次定律可知 流过r的电流方向为c r d 故a正确 t0 2t0时间内 电流正方向减小 则线圈中磁场向里减小 由楞次定律可知流过r的电流方向为d r c 故b错误 0 t0时间内 开始感应电流增大 则安培力增大 但随后由于电流的变化越来越慢 故感应电流越来越小 故导线所受安培力的大小先增大后减小 故c正确 t0 2t0时间内电流为减小过程 根据 来拒去留 规律可知 线圈有向左的运动趋势 故受力向左 而2t0 3t0时间内 导线框所受安培力的方向向右 故d错误 故选ac 23 考点一 考点二 考点三 2 多选 2018全国 卷 如图 两个线圈绕在同一根铁芯上 其中一线圈通过开关与电源连接 另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路 将一小磁针悬挂在直导线正上方 开关未闭合时小磁针处于静止状态 下列说法正确的是 a 开关闭合后的瞬间 小磁针的n极朝垂直纸面向里的方向转动b 开关闭合并保持一段时间后 小磁针的n极指向垂直纸面向里的方向c 开关闭合并保持一段时间后 小磁针的n极指向垂直纸面向外的方向d 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间 小磁针的n极朝垂直纸面向外的方向转动 ad 24 考点一 考点二 考点三 解析如图甲所示 闭合开关瞬间右边线圈产生电流 左边线圈磁通量增强 由楞次定律可知 增反减同 左边线圈感应磁场方向向左 根据右手螺旋定则可得铁芯中电流方向为从南到北 由此可得铁芯上方磁场为垂直纸面向里 则磁针n极朝垂直纸面向里的方向转动 故a项正确 甲 25 考点一 考点二 考点三 开关闭合并保持一段时间后电路稳定 线圈中无磁通量变化 则铁芯中无电流 小磁针恢复南北指向 故b c项错误 如图乙所示 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间 左边线圈磁通量减小 由增反减同得其感应磁场方向向右 由右手螺旋定则可得铁芯中电流由北到南 铁芯上方磁场为垂直纸面向外 则小磁针的n极朝垂直纸面向外的方向转动 故d项正确 乙 26 考点一 考点二 考点三 电磁感应中的图象问题 h 规律方法解决电磁感应图象问题的一般步骤1 明确图象的种类 即是b t图还是 t图 或者e t图 i t图等 2 分析电磁感应的具体过程 3 用右手定则或楞次定律确定方向对应关系 4 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关系式 5 根据函数关系式 进行数学分析 如分析斜率的变化 截距等 6 画图象或判断图象 27 考点一 考点二 考点三 典例2 2018全国 卷 如图 在同一水平面内有两根平行长导轨 导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域 区域宽度均为l 磁感应强度大小相等 方向交替向上向下 一边长为的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动 线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是 d 28 考点一 考点二 考点三 思维点拨找到线框在移动过程中哪一部分切割磁感线 并根据右手定则判断电流的方向 从而判断整个回路中总电流的方向 要分过程处理本题 解析在0 0 5l过程 前 后两边均切割磁感线 产生相同方向 顺时针 等大不变的电动势 产生同方向 不变的电流 在0 5l l过程 前 后两边均切割磁感线 产生反向 等大不变的电动势 线框中总电动势为零 电流为零 在l 1 5l过程 前 后两边均切割磁感线 产生相同方向 逆时针 等大不变的电动势 产生同方向 不变的电流 选项d正确 方法技巧根据线圈的运动利用楞次定律找到电流的方向 并计算电流的大小从而找到符合题意的图象 29 考点一 考点二 考点三 3 2018河北张家口期末 一正三角形导线框abc 高为a 从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两匀强磁场区域 两磁场区域磁感应强度大小均为b 磁场方向相反且均垂直于平面 宽度均为a 则感应电流i与线框移动距离x的关系图线可能是 以逆时针方向为感应电流的正方向 c 30 考点一 考点二 考点三 解析当线框移动距离x在a 2a范围 线框穿过两磁场分界线时 bc ac边在右侧磁场中切割磁感线 有效切割长度逐渐增大 产生的感应电动势e1增大 ab边在左侧磁场中切割磁感线 产生的感应电动势e2不变 两个电动势串联 总电动势e e1 e2增大 为负值 故a d错误 当线框移动距离x在0 a范围 线框穿过左侧磁场时 根据楞次定律 感应电流方向为逆时针 为正值 故b错误 所以c正确 31 考点一 考点二 考点三 4 多选 2018安徽安庆二模 如图甲所示 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 整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中 t 0时对金属棒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 下列关于棒运动速度v 外力f 流过r的电荷量q以及闭合回路中磁通量的变化率随时间变化的图象正确的是 ab 32 考点一 考点二 考点三 33 考点一 考点二 考点三 电磁感应中的综合问题 m 规律方法解答电磁感应中的综合问题的 五分析 1 电路分析 确定电源 画出等效电路 明确内 外电路 分析电路的串 并联关系 2 受力分析 注意导体棒所受的安培力大小和方向 3 运动分析 对运动过程进行 慢进 式推理分析 应用牛顿第二定律对运动过程中各物理量进行分析 4 能量分析 分析运动过程中各力做功情况 明确能量转化形式 5 规律分析 根据牛顿第二定律 运动学方程 动能定理 能量守恒定律合理组合优化 34 考点一 考点二 考点三 典例3 2018河北张家口期末 如图所示 两根半径为r的四分之一圆弧轨道间距为l 其顶端a b与圆心处等高 轨道光滑且电阻不计 在其上端连有一阻值为r的电阻 整个装置处于辐向磁场中 磁场方向指向圆心o 圆弧轨道所在处的磁感应强度大小均为b 将一根长度稍大于l 质量为m 电阻为r0的金属棒从轨道顶端ab处由静止释放 已知当金属棒到达如图所示的cd位置 金属棒与轨道圆心连线和水平面夹角为 时 金属棒的速度达到最大 当金属棒到达轨道底端ef时 对轨道的压力为1 5mg 求 35 考点一 考点二 考点三 1 当金属棒的速度最大时 流经电阻r的电流大小和方向 2 金属棒滑到轨道底端的整个过程中流经电阻r的电荷量 3 金属棒滑到轨道底端的整个过程中电阻r上产生的热量 思维点拨 1 金属棒速度最大时 在轨道切线方向所受合力为0 由此条件列式求解流经电阻r的电流大小 由右手定则判断电流方向 2 金属棒下滑过程中 回路的磁通量增加 先求出磁通量的增加量 再由法拉第电磁感应定律和欧姆定律求电荷量 3 先由牛顿第二定律求出金属棒到达最低点时的速度 再