高考物理二轮专题突破 专题七 电磁感应和电路（1）电磁感应问题课件.ppt

2017届高考二轮 专题七电磁感应和电路第1讲 电磁感应问题 学习目标 1 掌握楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用2 学会利用图象解决电磁感应问题3 学会解决电磁感应中的电路问题4 学会综合应用动力学观点和能量观点分析电磁感应问题 知识梳理 1 楞次定律中 阻碍 的表现 1 阻碍磁通量的变化 增反减同 2 阻碍物体间的 来拒去留 3 阻碍 的变化 自感现象 2 感应电动势的计算 原电流 相对运动 平均 知识梳理 2 导体棒垂直切割磁感线 e blv 主要用于求电动势的 值 3 如图所示 导体棒oa围绕棒的一端o在垂直磁场的平面内做匀速圆周运动而切割磁感线 产生的电动势e 瞬时 3 感应电荷量的计算回路中发生磁通量变化时 在 t时间内迁移的电荷量 阻r和 的变化量 决定 与发生磁通量变化的时间 t无关 磁通量 知识梳理 4 电磁感应电路中产生的焦耳热当电路中电流恒定时 可用 计算 当电路中电流变化时 则用功能关系或 计算 焦耳定律 能量守恒定律 知识梳理 规律方法 解决感应电路综合问题的一般思路是 先电后力 即 先作 源 的分析 分析电路中由电磁感应所产生的电源 求出电源参数e和r 接着进行 路 的分析 分析电路结构 弄清串 并联关系 求出相关部分的电流大小 以便求解安培力 然后是 力 的分析 分析研究对象 通常是金属棒 导体 线圈等 的受力情况 尤其注意其所受的安培力 接着进行 运动状态 的分析 根据力和运动的关系 判断出正确的运动模型 最后是 能量 的分析 寻找电磁感应过程和研究对象的运动过程中 其能量转化和守恒的关系 难点突破 高考题型1楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 例1 多选 2016全国甲卷20 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 难点突破 解析 将圆盘看成无数幅条组成 它们都在切割磁感线从而产生感应电动势和感应电流 则当圆盘顺时针 俯视 转动时 根据右手定则可知圆盘上感应电流从边缘流向中心 流过电阻的电流方向从a到b b对 答案 ab 难点突破 1 多选 如图所示 由一段外皮绝缘的导线扭成两个半径为r和r的闭合回路 r r 导线单位长度的电阻为a 导线截面半径远小于r和r 圆形区域内存在垂直平面向里 磁感应强度大小随时间按b kt k 0 为常数 的规律变化的磁场 下列说法正确的是 高考预测 难点突破 解析 根据穿过整个回路的磁通量增大 依据楞次定律 及r r 则大圆环中电流的方向为逆时针 小圆环中电流的方向为顺时针 故a错误 b正确 答案 bd 难点突破 高考题型2电磁感应图象问题 对于电磁感应图象问题的分析要注意以下三个方面 1 注意初始时刻的特征 如初始时刻感应电流是否为零 感应电流的方向如何 2 注意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象变化相对应 3 注意观察图象的变化趋势 看图象斜率的大小 图象的曲直是否和物理过程对应 难点突破 例2 如图所示 虚线右侧存在匀强磁场 磁场方向垂直纸面向外 正方形金属线框电阻为r 边长为l 自线框从左边界进入磁场时开始计时 在外力作用下由静止开始以垂直于磁场边界的恒定加速度a进入磁场区域 t1时刻线框全部进入磁场 规定顺时针方向为感应电流i的正方向 外力大小为f 线框中电功率的瞬时值为p 通过线框横截面的电荷量为q 其中p t图象为抛物线 则上述物理量随时间变化的关系正确的是 典例精析 难点突破 答案 c 难点突破 高考预测 2 多选 如图甲所示 在水平面上固定宽d 1m的金属 u 型导轨 右端接一定值电阻r 0 5 其余电阻不计 在 u 型导轨右侧a 0 5m的范围存在垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示 在t 0时刻 质量m 0 1kg的导体棒以v0 1m s的初速度从距导轨右端b 2m开始向右运动 导体棒与导轨之间的动摩擦因数 0 1 不计地球磁场的影响 g 10m s2 用e i p q分别表示4s内回路中的电动势大小 电流大小 电功率及电热 则下列图象正确的是 难点突破 难点突破 解析 因为在进入磁场前回路中没有电流产生 并且0 2s内磁感应强度不变化 回路的磁通量不变化 没有感应电动势产生 故不会从t 0时刻就产生电热 d错误 答案 ab 难点突破 高考题型3电磁感应电路问题 解答电磁感应中电路问题的三个步骤1 确定电源 利用e n或e blvsin 求感应电动势的大小 利用右手定则或楞次定律判断感应电流的方向 如果在一个电路中切割磁感线的部分有多个并相互联系 可等效成电源的串 并联 2 分析电路结构 分析内 外电路 以及外电路的串 并联关系 画出等效电路图 3 利用电路规律求解 应用闭合电路欧姆定律及串 并联电路的基本性质等列方程求解 难点突破 典例精析 例3 均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd 边长为l 总电阻为r 总质量为m 将其置于磁感应强度为b的水平匀强磁场上方h处 如图7所示 线框由静止开始自由下落 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 重力加速度为g 当cd边刚进入磁场时 1 求线框中产生的感应电动势大小 解析 cd边刚进入磁场时 线框速度为v 线框中产生的感应电动势 e blv bl 答案 难点突破 2 求cd两点间的电势差大小 解析 此时线框中电流 cd切割磁感线相当于电源 cd两点间的电势差即路端电压 答案 难点突破 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 难点突破 3 如图所示 平行极板与单匝圆线圈相连 极板距离为d 圆半径为r 单匝线圈的电阻为r1 外接电阻为r2 其他部分的电阻忽略不计 在圆中有垂直纸面向里的磁场 磁感应强度均匀增加 有一个带电粒子静止在极板之间 带电粒子质量为m 电量为q 则下列说法正确的是 高考预测 难点突破 解析 穿过线圈的磁通量垂直纸面向里增加 由楞次定律可知 平行板电容器的上极板电势高 下极板电势低 板间存在向下的电场 粒子受到竖直向下的重力而静止 因此粒子受到的电场力方向向上 电场力方向与场强方向相反 粒子带负电 故a错误 难点突破 保持开关闭合 则极板间的电压不变 当向上移动下极板时 导致间距减小 那么电场强度增大 则电场力增大 因此粒子将向上运动 故c错误 断开开关s 电容器既不充电 也不放电 则电场强度不变 因此电场力也不变 故粒子静止不动 故d错误 答案 b 难点突破 高考题型4综合应用动力学观点和能量观点分析电磁感应问题 例4 2016浙江理综24 小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示 两根平行金属导轨相距l 0 50m 倾角 53 导轨上端串接一个r 0 05 的电阻 在导轨间长d 0 56m的区域内 存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场 磁感应强度b 2 0t 质量m 4 0kg的金属棒cd水平置于导轨上 用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆gh相连 cd棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s 0 24m 一位健身者用恒力f 80n拉动gh杆 cd棒由静止开始运动 上升过程中cd棒始终保持与导轨垂直 当cd棒到达磁场上边界时健身者松手 触发恢复装置使cd棒回到初始位置 重力加速度g 10m s2 sin53 0 8 难点突破 不计其他电阻 摩擦力以及拉杆和绳索的质量 求 1 cd棒进入磁场时速度v的大小 答案 2 4m s 难点突破 解析 感应电动势e blv 安培力fa ibl 2 cd棒进入磁场时所受的安培力fa的大小 答案 48n 难点突破 3 在拉升cd棒的过程中 健身者所做的功w和电阻产生的焦耳热q 解析 健身者做功w f s d 64j又f mgsin fa 0cd棒在磁场区做匀速运动 焦耳热q i2rt 26 88j 答案 64j26 88j 难点突破 4 多选 如图所示 相距为d的两条水平虚线l1 l2之间是方向水平向里的匀强磁场 磁感应强度为b 正方形线圈abcd边长为l l d 质量为m 电阻为r 将线圈在磁场上方高h处静止释放 cd边始终水平 cd边刚进入磁场时速度为v0 cd边刚离开磁场时速度也为v0 则线圈穿越磁场的过程中 从cd边刚进入磁场起一直到ab边离开磁场为止 以下说法正确的是 高考预测 难点突破 解析 线圈在下落过程中分别经过图中的四个位置 1位置cd边刚进入磁场 2位置ab边进入磁场 3位置cd边刚出磁场 4位置ab边刚出磁场 根据题意1 3位置速度为v0 2到3位置磁通量不变 无感应电流 线圈只受重力 做加速度为g的匀加速运动 结合1 3位置速度相同 可知1到2减速 2到3匀加速 3到4减速 并且1到2减速与3到4减速所受合力相同 运动情况完全相同 对线圈由1到3位置用动能定理 mgd w ek 0 w为克服安培力所做的功 根据能量守恒定律 这部分能量转化为电能 电流所做的功 所以线圈由1到3位置电流做功为mgd 线圈由1到3位置过程中只有线圈由1到2位置有电流 所以线圈 难点突破 由1到3位置电流做功为mgd 线圈由1到3位置过程中只有线圈由1到2位置有电流 所以线圈由1到2位置有电流做功为mgd 线圈由3到4位置与线圈由1到2位置完全相同 所以线圈由3到4位置有电流做功也为mgd 综上所述 从cd边刚进入磁场起一直到ab边离开磁场为止 即1到4位置电流做功为2mgd a错误 b正确 线圈速度最小时并未受力平衡 不满足mg 所以c错误 答案 bd 拓展练习 1 多选 如图所示 在0 x l和2l x 3l的区域内存在着匀强磁场 磁场的方向垂直于xoy平面 纸面 向里 具有一定电阻的正方形线框abcd边长为2l 位于xoy平面内 线框的ab边与y轴重合 令线框从t 0时刻由静止开始沿x轴正方向做匀加速直