【三维设计】高考物理二轮复习 电磁感应定律及应用精讲讲练（含新题详解）(1).doc

电磁感应定律及应用以选择题和计算题的形式考查，一般涉及感应电流方向的判断、感应电动势大小的计算及等效电路等知识典例多选(2013四川高考)如图421所示，边长为l、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域，其磁感应强度b随时间t的变化关系为b kt(常量k0)。回路中滑动变阻器r的最大阻值为r0，滑动片p位于滑动变阻器中央，定值电阻r1r0、r2。闭合开关s，电压表的示数为u，不考虑虚线mn右侧导体的感应电动势，则()图421ar2两端的电压为b电容器的a极板带正电c滑动变阻器r的热功率为电阻r2的5倍d正方形导线框中的感应电动势为kl2破题关键点(1)如何判断电路中感应电流的方向？请在图中标出电流方向，并标明电容器极板的电性。(2)因b变化而产生感应电动势es，其中s是l2还是r2?(3)思考右侧电路中电阻的串、并联关系，画出相应的等效电路图。解析根据串、并联电路特点，虚线mn右侧回路的总电阻rr0。回路的总电流i，通过r2的电流i2，所以r2两端电压u2i2r2u，选项a正确；根据楞次定律知回路中的电流为逆时针方向，即流过r2的电流方向向左，所以电容器b极板带正电，选项b错误；根据pi2r，滑动变阻器r的热功率pi2()2i2r0，电阻r2的热功率p2()2r2i2r0p，选项c正确；根据法拉第电磁感应定律得，线框中产生的感应电动势eskr2，选项d错误。答案ac一、基础知识要记牢1感应电流(1)产生条件：闭合电路的部分导体在磁场内做切割磁感线运动；穿过闭合电路的磁通量发生变化。(2)方向判断：右手定则：常用于情况；楞次定律：常用于情况。2感应电动势的计算(1)法拉第电磁感应定律：en。若b变，而s不变，则ens；若s变而b不变，则enb。常用于计算平均电动势。(2)导体垂直切割磁感线运动：eblv，主要用于求电动势的瞬时值。二、方法技巧要用好1楞次定律推广的三种表述(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)阻碍原电流的变化(自感现象)。2解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(右手定则)确定感应电动势的大小和方向。(2)画出等效电路，对整个回路进行分析，确定哪一部分是电源，哪一部分为负载以及负载间的连接关系。(3)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率等公式求解。三、易错易混要明了1楞次定律适用于各种情况下感应电流方向的判定，而右手定则只适用于闭合电路的部分导体做切割磁感线运动的情况。2公式ens中的s是垂直于磁场方向的有效面积。1(2013北京高考)如图422所示，在磁感应强度为b、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆mn在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动， mn中产生的感应电动势为e1；若磁感应强度增为2b，其他条件不变，mn中产生的感应电动势变为e2。则通过电阻r的电流方向及e1与e2之比e1e2分别为() 图422aca,21bac,21cac,12 dca,12解析：选c本题考查电磁感应知识，意在考查考生对感应电流方向的判断和对感应电动势的理解能力。根据右手定则或楞次定律，可知通过电阻r的电流方向为ac；根据法拉第电磁感应定律，知e1e212，则c项正确，其他选项错误。2多选(2013滨州模拟)半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图423甲所示；有一变化的磁场垂直于纸面，规定向里为正，变化规律如图乙所示。在t0时刻平行板之间的中心位置有一电荷量为q的粒子由静止释放，粒子的重力不计，平行板电容器的充、放电时间不计。则以下说法中正确的是()图423a第1秒内上极板为正极b第2秒内上极板为正极c第2秒末粒子回到了原来位置d第2秒末两极板之间的电场强度大小为解析：选bd由楞次定律和安培定则可判断，第1 s内电容器下极板带正电，粒子所受电场力竖直向上，第2 s内电容器上极板带正电，粒子所受电场力竖直向下，故第1 s内粒子向上匀加速运动，第2 s内向上匀减速运动，第2 s末粒子的速度为零，故a、c错误，b正确；由es，可得：er2，故第2 s末两极板间的电场强度e，d正确。常以选择题的形式考查，一般涉及楞次定律、法拉第电磁感应定律、牛顿第二定律等知识典例(2013福建高考)如图424，矩形闭合导体线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻。线框下落过程形状不变，ab边始终保持与磁场水平边界线oo平行，线框平面与磁场方向垂直。设oo下方磁场区域足够大，不计空气影响，则下列哪一个图像不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律() 图424图425思路点拨(1)线框进入磁场区域之前做自由落体运动。(2)因自由下落高度的不同，线框的ab边进入磁场时，ab边所受安培力与重力的大小关系不确定。(3)应用牛顿第二定律分析线框的加速度随v而变化的规律。解析线框先做自由落体运动，因线框下落高度不同，故线框ab边刚进磁场时，其所受安培力f安与重力mg的大小关系可分以下三种情况：当f安mg时，线框匀速进入磁场，其速度v，选项d有可能；当f安mg时，线框减速进入磁场，ag，v减小，a减小，线框做加速度逐渐减小的减速运动，当线框未完全进入磁场而a减为零时，即此时f安mg，线框开始做匀速运动，当线框完全进入磁场后做匀加速直线运动，选项b有可能。故不可能的只有选项a。答案a一、基础知识要记牢1电磁感应的图像问题分类在电磁感应现象中，回路产生的感应电动势、感应电流及磁场对导线的作用力随时间的变化规律，也可用图像直观地表示出来。如it、bt、et、ex、ix图像等。此问题可分为两类：(1)由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函数图像。(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程，确定相关的物理量。2分析思路(1)明确图像的种类。(2)分析电磁感应的具体过程。(3)结合相关规律写出函数表达式。(4)根据函数关系进行图像分析。二、方法技巧要用好1利用图像思维法求解电磁感应问题应用图像思维法的优点在于可以直观地观察出物理过程的动态特征，使思路更加清晰，常能找到巧妙的解题途径。2解答图像问题的三个关注(1)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。(2)关注变化过程，看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图像变化相对应。(3)关注大小、方向的变化趋势，看图像斜率的大小、图像的曲、直是否和物理过程对应。3两类图像问题的分析技巧(1)图像选择问题求解物理图像的选择类问题可用“排除法”，即排除与题目要求相违背的图像，留下正确图像；也可用“对照法”，即按照题目要求画出正确的草图，再与选项对照，选出正确选择。解决此类问题的关键就是把握图像特点、分析相关物理量的函数关系、分析物理过程的变化规律或关键物理状态。(2)图像分析问题在定性分析物理图像时，要明确图像中的横轴与纵轴所代表的物理量， 要弄清图像的物理意义，借助有关的物理概念、公式、定理和定律作出分析判断；而对物理图像定量计算时，要搞清图像所揭示的物理规律或物理量间的函数关系，并要注意物理量的单位换算问题，要善于挖掘图像中的隐含条件，明确有关图线所包围的面积、图像在某位置的斜率(或其绝对值)、图线在纵轴和横轴上的截距所表示的物理意义。1(2013天津南开区模拟)如图426所示的电路中，l是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，d1、d2和d3是三个完全相同的灯泡，e是内阻不计的电源。在t0时刻，闭合开关s，电路稳定后在t1时刻断开开关s。规定以电路稳定时流过d1、d2的电流方向为正方向，分别用i1、i2表示流过d1和d2的电流，则下列四个图像中能定性描述电流i随时间t变化关系的是() 图426图427解析：选c电路稳定时，因l直流电阻不计，故i1i2，闭合s瞬间，因l的自感作用，i1逐渐增大，断开s时，流过d1中的电流由i1逐渐减小，方向不变，而流过d2中的电流也从i1逐渐减小，且与i2方向相反，故a、b、d均错误，只有c正确。2多选(2013河南中原名校联考)如图428所示，顶角45的金属导轨mon固定在水平面内，导轨处在方向竖直向下、磁感应强度为b的匀强磁场中。一根与on垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度v0沿导轨mon向右滑动，导体棒的质量为m，导轨与导体棒单位长度的电阻均为r。导体棒与导轨接触点为a和b，导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。t0时导体棒位于顶角o处，则流过导体棒的电流强度i、导体棒内产生的焦耳热q、导体棒做匀速直线运动时水平外力f、导体棒的电功率p各量大小随时间变化的关系正确的是()图428图429解析：选ac0到t时间内，导体棒的位移xv0tt时刻，导体棒的长度lx导体棒的电动势eblv0回路总电阻r(2xx)r电流强度i电流方向ba水平外力fbilt时刻导体棒的电功率pi2r由pt，故qpt/2常以选择题和计算题的形式考查，一般涉及电磁感应定律、焦耳定律、牛顿第二定律及功能关系等知识典例(2013深圳模拟)如图4210甲所示，电阻不计的光滑平行金属导轨相距l0.5 m，上端连接r0.5 的电阻，下端连着电阻不计的金属卡环，导轨与水平面的夹角30，导轨间虚线区域存在方向垂直导轨平面向上的磁场，其上、下边界之间的距离s10 m，磁感应强度bt图像如图乙所示。长为l且质量为m0.5 kg的金属棒ab的电阻不计，垂直导轨放置于距离磁场上边界d2.5 m处，在t0时刻由静止释放，金属棒与导轨始终接触良好，滑至导轨底端被卡环卡住不动。g取10 m/s2，求：图4210(1)金属棒运动到磁场上边界的时间；(2)金属棒进入磁场时受到的安培力；(3)在05 s时间内电路中产生的焦耳热。思路点拨(1)金属棒在进入磁场前做匀加速直线运动。(2)根据金属棒进入磁场时所受安培力与重力的大小关系判断金属棒以后的运动规律。(3)判断在45 s时间内金属棒的位置，分析此时回路中电流变化规律。解析(1)由牛顿第二定律：mgsin ma得：agsin 5 m/s2由运动学公式：dat2得：t 1 s(2)由金属棒切割磁感线产生感应电动势：eblv，且vat而f安bil，i，得：f安2.5 n(3)因为f安mgsin 2.5 n，所以金属棒进入磁场后做匀速直线运动，运动至导轨底端的时间为：t12 s。由图可知，棒被卡住1 s后磁场才开始均匀变化。由法拉第电磁感应定律：e15 v所以在05 s时间内电路中产生的焦耳热为：qq1q2q1t125 j，q2t250 j，所以q75 j。答案(1)1 s(2)2.5 n(3)75 j一、基础知识要记牢1动力学问题电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用。因此，电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，解决这类电磁感应中的力学问题，要重视动态分析。电磁感应现象中感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力变化加速度变化速度变化感应电动势变化周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定状态。2能量问题(1)安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”，用框图表示如下：安培力做的功是电能与其他形式的能转化的量度。安培力做多少正功，就有多少电能转化为其他形式的能；安培力做多少负功，就有多少其他形式的能转化为电能。(2)明确功能关系，确定有哪些形式的能发生了转化。如有摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；安培力做负功，必然有其他形式的能转化为电能等。二、方法技巧要用好1解决电磁感应中的力学问题的具体步骤(1)明确哪一部分电路产生感应电动势，则这部分电路就是等效电源；(2)正确分析电路的结构，画出等效电路图；(3)分析所研究导体的受力情况(包括安培力、用左手定则确定其方向)；(4)列出动力学方程或平衡方程或功能关系并求解。2弄清两种状态(1)导体处于平衡状态静止或匀速直线运动(根据平衡条件，合外力为零列式分析)。(2)导体处于非平衡状态加速度不为零(根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析)。三、易错易混要明了安培力是变力时，安培力的功不能用功的定义式求解，而应用功能关系求解。1.(2013洛阳统考)如图4211所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁，从离地面高h处，由静止开始下落，最后落在水平地面上。磁铁下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆环，而不与圆环接触。若不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法中正确的是()图4211a在磁铁下落的整个过程中，圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)b磁铁在整个下落过程中，所受线圈对它的作用力先竖直向上后竖直向下c磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变d磁铁落地时的速率一定等于解析：选a当条形磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量增加，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针，当条形磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针，a正确；根据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在整个下落过程中，所受圆环对它的作用力始终竖直向上，b错误；磁铁在整个下落过程中，由于受到磁场力的作用，磁铁的机械能不守恒，c错误；若磁铁从高度h处做自由落体运动，其落地时的速度为v，但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热，根据能量守恒定律可知，其落地速度一定小于，d错误。2多选(2013淄博模拟)如图4212，足够长的“u”形光滑金属导轨平面与水平面成角(0f，故金属杆开始减速，随着f安逐渐变小，当f安f时金属杆开始匀速前进，故c正确，d错误。8(2013淄博模拟)如图10所示，光滑绝缘水平桌面上直立一个单匝矩形导线框，线框的边长lab0.3 m，lad0.2 m，总电阻为r0.1 。在直角坐标系xoy中，有界匀强磁场区域的下边界与x轴重合，上边界满足曲线方程y0.2sinx(m)，磁感应强度大小b0.2 t。线框在沿x轴正方向的拉力f作用下，以速度v10 m/s水平向右做匀速直线运动，则下列判断正确的是()图10a线框中的电流先沿逆时针方向再沿顺时针方向b线框中感应电动势的最大值为0.4 vc线框中感应电流有效值为4 ad线框穿过磁场区域的过程中外力做功为0.048 j解析：选abd线框的cb边到x0.3 m前线框中的磁通量增加，电流方向为逆时针方向，线框的da边进入磁场到x0.3 m前线框中的磁通量减小，电流方向为顺时针方向，a正确；当cb边到x0.15 m处时线框中的感应电动势最大，emblcbvbladv0.4 v，b正确；由ebyv0.4sin vt0.4sin t(v)，可知回路中电流为正弦交流电，电流的有效值为i2 a，c错误；线框穿过磁场区域的过程中外力做功wi2r0.048 j，d正确。三、计算题9(2013江苏高考)如图11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n100，边长ab1.0 m、bc0.5 m，电阻r2 。磁感应强度b在01 s内从零均匀变化到0.2 t。在15 s内从0.2 t均匀变化到0.2 t，取垂直纸面向里为磁场的正方向。求：图11(1)0.5 s时线圈内感应电动势的大小e和感应电流的方向；(2)在15 s内通过线圈的电荷量q；(3)在05 s内线圈产生的焦耳热q。解析：本题考查电磁感应与电路的综合，意在考查考生对法拉第电磁感应定律的理解及应用能力。(1)感应电动势e1，磁通量的变化1b1s解得e1n，代入数据得e110 v，感应电流的方向为adcba(2)同理可得e2n，感应电流i2，电荷量qi2t2，解得qn