高考物理总复习 专题十一 电磁感应课件.ppt

专题十一电磁感应 高考帮 物理 专题十一电磁感应 考情精解读 a 考点帮 知识全通关 目录contents 考纲要求 命题规律 命题分析预测 考点1电磁感应现象及楞次定律的应用 考点2法拉第电磁感应定律及其应用 考点3电磁感应中的四大问题 电路 图象 动力学及能量 方法1电磁感应现象的分析与判断方法 方法2法拉第电磁感应定律的应用方法 方法3电磁感应中电路问题的求解方法 b 方法帮 题型全突破 c 考法帮 考向全扫描 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 考向3考查电磁感应与电路的结合问题 物理专题十一 电磁感应 方法4电磁感应中图象问题的求解方法 方法5电磁感应中力学问题的求解方法 方法6利用传感器实现自动控制的设计方法 考向4考查电磁感应与图象的结合问题 考向5考查电磁感应与力学的结合问题 考向6考查电磁感应中的能量问题 考向7考查传感器与电学实验的结合问题 考情精解读 考纲要求命题规律命题分析预测 物理专题十一 电磁感应 1 电磁感应现象 2 磁通量 3 法拉第电磁感应定律 4 楞次定律 5 自感 涡流 6 实验 传感器的简单使用 考纲要求 命题规律 电磁感应现象的分析与判断 感应电动势和感应电流的计算及电磁感应中的电路问题 能量问题 图象问题 力电综合问题是高考命题的热点 命题分析预测 a 考点帮 知识全通关 考点1电磁感应现象及楞次定律的应用考点2法拉第电磁感应定律及其应用考点3电磁感应中的四大问题 电路 图象 动力学及能量 物理专题十一 电磁感应 1 磁通量 磁通量的变化量及磁通量的变化率的比较 考点1电磁感应现象及楞次定律的应用 续表 物理专题十一 电磁感应 2 电磁感应现象 物理专题十一 电磁感应 特别提醒只要导体切割了磁感线 一定会产生感应电动势 但只有磁通量发生了变化且回路闭合 才能形成感应电流 3 感应电流方向的判断 1 楞次定律与右手定则 物理专题十一 电磁感应 2 楞次定律的理解及应用 楞次定律中 阻碍 的四层含义 物理专题十一 电磁感应 用楞次定律判断感应电流方向的步骤 物理专题十一 电磁感应 楞次定律的广义表述及应用 物理专题十一 电磁感应 考点2法拉第电磁感应定律及其应用 3 感应电动势方向的判断 1 用右手定则或楞次定律所判定的感应电流方向 就是电源内部的电流方向 而产生感应电动势的部分电路就是电源 所以感应电流的方向就是感应电动势的方向 判断出感应电动势方向后 进而可判定电路中各部分电流的方向及各点电势的高低 2 电磁感应现象中判定电势高低时必须把产生感应电动势的导体 或线圈 看成电源 且注意在电源内部感应电流是从电势低处向电势高处流动的 若电路断路无感应电流时 可想象为有感应电流 来判定电势的高低 4 通电自感与断电自感的比较 物理专题十一 电磁感应 物理专题十一 电磁感应 物理专题十一 电磁感应 6 电磁阻尼与电磁驱动的比较 物理专题十一 电磁感应 考点3电磁感应中的四大问题 电路 图象 动力学及能量 1 电磁感应中电路问题 1 电磁感应与电路知识的关系图 物理专题十一 电磁感应 物理专题十一 电磁感应 物理专题十一 电磁感应 4 电磁感应中的能量转化问题 1 电磁感应中的能量转化闭合电路中产生感应电流的过程 是其他形式的能转化为电能的过程 电磁感应现象中能量问题的实质是电能的转化问题 桥梁是安培力 外力 克服安培力做多少功 就有多少其他形式的能转化为电能 同理 安培力做功的过程是电能转化为其他形式能的过程 安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能 因此电磁感应过程总是伴随着能量的转化 物理专题十一 电磁感应 2 求解焦耳热q的三种方法 物理专题十一 电磁感应 b 方法帮 题型全突破 方法1电磁感应现象的分析与判断方法方法2法拉第电磁感应定律的应用方法方法3电磁感应中电路问题的求解方法方法4电磁感应中图象问题的求解方法方法5电磁感应中力学问题的求解方法方法6利用传感器实现自动控制的设计方法 物理专题十一 电磁感应 方法1电磁感应现象的分析与判断方法 方法解读 1 紧扣 条件 判准 电流 1 感应电流产生的条件 闭合回路 磁通量发生变化 2 磁通量变化的四种情况 b不变 s变化 则 b s b变化 s不变 则 b s b变化 s也变化 则 b2s2 b1s1 b不变 s不变 线圈平面与磁场方向的夹角 变化 则 bs sin 2 sin 1 2 三个定则 及楞次定理的区别与应用 方法1电磁感应现象的分析与判断方法 1 适用于不同对象安培定则又叫右手螺旋定则 适用于判定运动电荷或电流产生的磁场的方向 左手定则适用于判定磁场对运动电荷或电流的作用力的方向 右手定则适用于判定导体切割磁感线产生的感应电流的方向 楞次定律适用于判定电磁感应中感应电动势和感应电流的方向 2 左手定则和右手定则的因果关系不同左手定则的 因 是有电 果 是受力 即 因电而动 右手定则的 因 是受力运动 果 是有电 即 因动而电 3 记忆方法左手定则与右手定则在使用时易混淆 可采用 字形记忆法 力 字最后一笔向左 用左手定则判定力的方向 电 字最后一笔向右 用右手定则判定感应电动势或感应电流的方向 总之可简记为 力左电右 方法1电磁感应现象的分析与判断方法 4 应用时需要注意的问题 右手定则和楞次定律都是用来判断电磁感应中感应电动势和感应电流方向的 对于导体做切割磁感线运动 判断电势高低时 使用右手定则方便 对于磁通量发生变化而引起的感应电动势 感应电流的方向判断 则需使用楞次定律 楞次定律的核心是 阻碍 阻碍 可以理解为阻碍磁通量的变化 阻碍导体与磁体间的相对运动 以及阻碍导体自身电流的变化 自感现象 左手定则给出了磁感应强度b 电流i 安培力f的方向关系 在电磁感应的综合应用中 若一道题目既用到右手定则 又用到左手定则 注意不要混淆这些规律的适用对象 并分清左 右手 将方向判断正确是解决综合题目的前提 题型1磁通量 磁通量变化量的理解与应用考法示例1如图所示 通有恒定电流的导线mn与闭合金属框共面 第一次将金属框由 平移到 第二次将金属框绕cd边翻转到 设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为 1和 2 则a 1 2 两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现b 1 2 两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现c 1 2 两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现d 1 2 两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现 物理专题十一 电磁感应 解析设金属框在位置 的磁通量为 金属框在位置 的磁通量为 由题意可知 1 2 所以金属框的磁通量变化量大小关系为 1 2 由安培定则知两次通过金属框的磁通量均垂直纸面向里且减小 所以由楞次定律知两次运动中线框中均出现沿adcba方向的电流 c项正确 答案c特别提醒直导线电流周围磁场的磁感线分布是以导线上任意点为圆心的多组同心圆 越向外磁场越弱 磁场方向可由安培定则判断 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型2电磁感应现象的分析与判断考法示例2光滑的金属线框abcd处在方向竖直向上的匀强磁场中 线框从图示位置由静止释放 到接近水平位置的过程中a 线框的机械能守恒b 穿过线框的磁通量逐渐增大c 线框有abcda方向的感应电流d 穿过线框磁通量的变化率逐渐增大 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型3判断感应电流的方向考法示例3 2016海南高考 4 3分 如图所示 一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内 环的圆心与两导线距离相等 环的直径小于两导线间距 两导线中通有大小相等 方向向下的恒定电流 若a 金属环向上运动 则环上的感应电流方向为顺时针方向b 金属环向下运动 则环上的感应电流方向为顺时针方向c 金属环向左侧直导线靠近 则环上的感应电流方向为逆时针d 金属环向右侧直导线靠近 则环上的感应电流方向为逆时针 物理专题十一 电磁感应 解析根据楞次定律 当金属环上 下移动时 穿过圆环的磁通量不发生变化 故没有感应电流产生 故a b项错误 当金属环向左移动时 穿过圆环的磁通量垂直纸面向外并且增大 根据楞次定律可以知道 产生的感应电流方向为顺时针 故c项错误 当金属环向右移动时 穿过圆环的磁通量垂直纸面向里并且增大 根据楞次定律可以知道 产生的感应电流方向为逆时针 故d项正确 答案d特别提醒解决本题的关键是会用安培定则判断电流周围磁场的方向 以及会根据楞次定律来确定感应电流的方向 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型4二次感应问题的分析与判断考法示例4如图所示 金属棒ab置于水平放置的u形光滑导轨上 在ef右侧存在有界匀强磁场b 磁场方向垂直导轨平面向下 在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环l 圆环与导轨在同一平面内 当金属棒ab在水平恒力f作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后 下列有关圆环的说法正确的是a 圆环内产生变大的感应电流 圆环有收缩的趋势b 圆环内产生变大的感应电流 圆环有扩张的趋势c 圆环内产生变小的感应电流 圆环有收缩的趋势d 圆环内产生变小的感应电流 圆环有扩张的趋势 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 方法提炼本题为二次感应问题 分析求解此类问题时 必须注意以下两点 1 由导体切割磁感线产生感应电流 匀速直线切割运动只能产生恒定电流 匀变速直线切割运动产生均匀变化的电流 2 判断问题时 一般采用逆向思维的分析方法较好 但无论是采用逆向推理 由结果 原因 还是正向推理 由已知 所求 都应抓住两两之间的因果关系进行分析 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 方法2法拉第电磁感应定律的应用方法 方法1匀变速直线运动规律的应用方法 方法2法拉第电磁感应定律的应用方法 方法1匀变速直线运动规律的应用方法 方法2法拉第电磁感应定律的应用方法 方法1匀变速直线运动规律的应用方法 方法2法拉第电磁感应定律的应用方法 题型5导体切割磁感线类问题的求解考法示例5 多选 如图所示 质量为m 0 04kg 边长为l 0 4m的正方形导体线框abcd放置在一光滑绝缘斜面上 线框用一平行斜面的细线系于o点 斜面倾角为 30 线框的一半处于磁场中 磁场的磁感应强度随时间变化关系为b 2 0 5t t 方向垂直于斜面向上 已知线框电阻为r 0 5 重力加速度为g 10m s2 则a 线框中的感应电流方向为abcdab t 0时 细线的拉力大小f 0 2nc 线框中感应电流大小为i 80mad 经过一段时间t 线框可能沿斜面向上运动 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 易错警示解答此题常见错误主要是受思维定式影响 一是错认为导体线框向上运动 由右手定则判断出线框中感应电流方向为abcda 二是只考虑到重力沿斜面向下的分力而忽视了安培力 三是错认为线框受到沿斜面向上的拉力 线框所受安培力方向沿斜面向下 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型7自感类问题的分析与求解考法示例7如图所示 灯泡a b与定值电阻的阻值均为r l是带铁芯的理想线圈 电源的内阻不计 开关s1 s2均闭合后电路达到稳定 已知电路中的各种元件均在安全范围之内 下列判断中正确的是a 灯泡a中有电流通过 方向为a bb 将s1断开的瞬间 灯泡a b同时熄灭c 将s1断开的瞬间 通过灯泡a的电流最大值要比原来通过灯泡b的电流大d 将s2断开 电路达到稳定 灯泡a b的亮度相同 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 解析开关s1 s2均闭合且电路达到稳定 线圈l把灯泡a短路 灯泡a中没有电流通过 a错误 将s1断开的瞬间 灯泡a闪亮一下再熄灭 b错误 流过l的电流等于通过灯泡b和电阻r两支路的电流之和 所以将s1断开的瞬间 通过灯泡a的电流最大值要比原来通过灯泡b的电流大 c正确 将s2断开 电路达到稳定 灯泡a所在支路电阻大 电流小 所以亮度要比灯泡b暗 d错误 答案c方法提炼分析处理自感类问题时 注意把握如下几点 1 通电自感 线圈相当于一个变化的电阻 阻值由无穷大逐渐减小 通电瞬间自感线圈处相当于断路 2 断电自感 断电时自感线圈处相当于电源 电动势由某值逐渐减小到零 3 电流稳定时 自感线圈就是导体 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 4 电场方向及判断方法不同静电场方向与正电荷所受电场力方向一致 沿电场线的切线方向 感生电场方向是根据磁场的变化情况由楞次定律判断的 如图所示 磁感应强度b增强 假定在磁场周围有一个闭合回路 由楞次定律可知回路中感应电流产生的磁场方向向下 由安培定则可判断出电流方向沿顺时针方向 俯视 则感生电场方向也为顺时针方向 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型9 感生 和 动生 两类电动势的综合应用考法示例9 2015广东高考 35 18分 如图 a 所示 平行长直金属导轨水平放置 间距l 0 4m 导轨右端接有阻值r 1 的电阻 导体棒垂直放置在导轨上 且接触良好 导体棒及导轨的电阻均不计 导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场 bd连线与导轨垂直 长度也为l 从0时刻开始 磁感应强度b的大小随时间t变化 规律如图 b 所示 同一时刻 棒从导轨左端开始向右匀速运动 1s后刚好进入磁场 若使棒在导轨上始终以速度v 1m s做直线运动 求 1 棒进入磁场前 回路中的电动势e 2 棒在运动过程中受到的最大安培力f 以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 易错警示初看起来 本题既有磁场变化引起的感生电动势 又有导体切割磁感线产生的动生电动势 问题应该较复杂 仔细分析过程可知 这两种电动势并不是同时产生的 因此求解问题时一定要注重过程分析 另外在确定电流i与时间t的关系式时 要注意时间的取值范围 即确定1 0s t 1 2s 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 方法3电磁感应中电路问题的求解方法 方法3电磁感应中电路问题的求解方法 题型10电磁感应中电路问题的分析与判断考法示例10 2015福建高考 18 6分 如图 由某种粗细均匀的总电阻为3r的金属条制成的矩形线框abcd 固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场b中 一接入电路电阻为r的导体棒pq 在水平拉力作用下沿ab dc以速度v匀速滑动 滑动过程pq始终与ab垂直 且与线框接触良好 不计摩擦 在pq从靠近ad处向bc滑动的过程中a pq中电流先增大后减小b pq两端电压先减小后增大c pq上拉力的功率先减小后增大d 线框消耗的电功率先减小后增大 物理专题十一 电磁感应 物理专题十一 电磁感应 答案c特别提醒1 某段导体作为外电路时 它两端的电压就是通过该段导体的电流与其电阻的乘积 2 某段导体作为电源时 它两端的电压就是路端电压 等于电流与外电阻的乘积 或等于电动势减内电压 当导体电阻不计时 路端电压等于电源电动势 3 对电路分析判断时 注意首先画出等效电路图 再运用电路相关知识进行分析和求解 物理专题十一 电磁感应 题型11电磁感应中含容电路问题的求解考法示例11 2013全国卷 25 19分 如图 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 物理专题十一 电磁感应 物理专题十一 电磁感应 物理专题十一 电磁感应 方法4电磁感应中图象问题的求解方法 方法4电磁感应中图象问题的求解方法 2 电磁感应中图象问题的解题思路 1 明确图象的种类 是b t图象 t图象 e t图象还是i t图象 对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况 还常涉及e x图象和i x图象 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 欧姆定律和牛顿运动定律等写出函数关系式 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 判断图象 或描绘图象 应用图象分析解决问题 3 求解图象类选择题的两种常用方法 1 排除法 定性分析电磁感应过程中物理量的变化趋势 增大还是减小 变化快慢 均匀变化还是非均匀变化 特别是分析物理量的正负 以排除错误的选项 2 函数法 根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系 然后由函数关系对图象进行分析和判断 题型12图象的选择考法示例12 2014全国卷 18 6分 如图甲所示 线圈ab cd绕在同一软铁芯上 在ab线圈中通以变化的电流 用示波器测得线圈cd间电压如图乙所示 已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比 则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中 可能正确的是图甲图乙abcd 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 解析由图乙可知 线圈cd每个时间段内产生的感应电动势的大小不变 即线圈cd间产生稳定的周期性变化的感应电动势 则产生感应电动势的原磁场在每个时间段内的变化是均匀的 根据题目所给信息知道 线圈ab中电流在每个时间段内应该是均匀变化的 只有c选项有此特点 因此c选项正确 答案c特别提醒本题通过分析感应电动势 电压 与时间的图象 推断电流随时间变化的图象 考查楞次定律 法拉第电磁感应定律 借助图象考查电磁感应的规律 一直是高考的热点 此类题目总是通过变换情境 改变条件 推陈出新 求解此类问题的关键是弄清楚产生感应电动势的原因 熟练掌握法拉第电磁感应定律 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 考法示例13如图所示 一个水平放置的 45 的 形光滑导轨固定在磁感应强度为b的匀强磁场中 ab是粗细 材料与导轨完全相同的均匀导体棒 导体棒与导轨接触良好 在外力作用下 导体棒以恒定速度v向右平动 以导体棒在图中所示位置时作为计时起点 则回路中感应电动势e 感应电流i 导体棒所受外力的功率p和回路中产生的焦耳热q随时间变化的图象中正确的是abcd 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型13图象的转换考法示例14如图甲所示 正三角形导线框abc固定在磁场中 磁场方向与线框平面垂直 磁感应强度b随时间变化的关系如图乙所示 t 0时刻 磁场方向垂直纸面向里 在0 4s时间内 线框ab边所受安培力f随时间t变化的关系 规定水平向左为力的正方向 可能是下图中的图甲图乙abcd 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 解析0 2s内磁感应强度均匀变化 线框中产生的感应电流大小恒定 线框ab边所受安培力大小随磁感应强度大小正比例变化 规定水平向左为力的正方向 所以0 1s内安培力的方向为正方向 1 2s内安培力的方向为负方向 2 3s内磁感应强度不变 线框无感应电流 线框ab边不受安培力 3 4s内磁感应强度均匀变化 线框感应电流大小恒定 线框ab边所受安培力大小随磁感应强度大小正比例变化 所以3 3 5s内安培力的方向为正方向 3 5 4s内安培力的方向为负方向 故a符合题意 答案a特别提醒这类问题可先根据楞次定律的推论 增反减同 来判断感应电流的磁场方向 再根据安培定则判断感应电流方向 又f安 bil 该题中磁场在0 2s和3 4s时间内是均匀变化的 即在相应时间段内i的大小是不变的 故在相应的时间段内f安 b 从b的变化规律就能得出f安的变化规律 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型14图象的应用考法示例15如图甲所示 水平放置的两根平行金属导轨 间距l 0 3m 导轨左端连接r 0 6 的电阻 区域abcd内存在垂直于导轨平面的匀强磁场 磁感应强度b 0 6t 磁场区域宽d 0 2m 细金属棒a1和a2用长为2d 0 4m的轻质绝缘杆连接 放置在导轨平面上 并与导轨垂直 每根金属棒在导轨间的电阻均为r 0 3 导轨电阻不计 使金属棒以恒定速度v 1 0m s沿导轨向右穿过磁场 计算从金属棒a1进入磁场 t 0 到a2离开磁场的时间段内 不同时间段通过电阻r的电流大小 并在图乙中画出 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 综合上述计算结果 通过r的电流与时间的关系图线如图 c 所示 答案见解析关键能力本题是通过分析和求解金属棒切割磁感线产生感应电动势 画出通过电阻r的i t图线 分析和求解问题的基本思路 先进行 源 的分析 分析出电路中由电磁感应所产生的 电源 求出 电源 参数e和r 再进行 路 的分析 画出必要的电路图 分析电路结构 弄清串 并联关系 求出相关部分的电流及其他物理量 尤其注意分清过程 确定通过r的电流在各个时间段的对应值 从而正确画出i t图线 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 方法5电磁感应中力学问题的求解方法 方法5电磁感应中力学问题的求解方法 方法5电磁感应中力学问题的求解方法 依据临界状态特点 列方程求解 2 从能的角度分析求解 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 或右手定则 确定感应电动势的大小和方向 画出等效电路图 写出回路中电阻消耗的电功率的表达式 分析导体机械能的变化 用能量守恒定律得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程 联立求解 说明 在利用能量的转化和守恒解决电磁感应问题时 第一要准确把握参与转化的能量的形式和种类 第二要确定哪种能量增加 哪种能量减少 3 几种典型模型 1 单杆模型 光滑平行导轨 方法5电磁感应中力学问题的求解方法 方法5电磁感应中力学问题的求解方法 注 在以上模型中 受到的外力f可以是拉力或重力 也可以是它们的合力或分力 例如导轨为光滑平行倾斜导轨 重力的分力将成为合外力 另有一种接有电源的模型 单杆运动时产生反电动势 高考不做要求 2 双杆模型 光滑平行导轨 方法5电磁感应中力学问题的求解方法 注 依据以上模型 可能拓展为不等距导轨或者不光滑导轨 分析方法类似 3 线框模型 以初速度v0 在恒定外力f作用下进入磁场 闭合线框在匀强磁场中运动 本质上还是单导体杆 单边切割磁感线 问题 故分析处理的方法基本和单导体杆类似 当闭合线框完全进入匀强磁场后 因为穿过线框的磁通量不变 故回路中没有感应电流 线框不受安培力 当线框刚进入磁场时 受到安培力阻碍 若f安 f 则线框匀速进入 若f f安 则线框加速进入 v f安 f合 a 直至f合 0时 v达到最大 若f安 f 则线框减速进入 v f安 f合 a 直至f合 0 v达到最小 当v v0时 v最大 方法5电磁感应中力学问题的求解方法 题型15电磁感应中的动力学问题考法示例16 2016天津高考 12 20分 电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置 其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度 电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论 如图所示 将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上 斜面与水平方向夹角为 一质量为m的条形磁铁滑入两铝条间 恰好匀速穿过 穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定 其引起电磁感应的效果与磁铁不动 铝条相对磁铁运动相同 磁铁端面是边长为d的正方形 由于磁铁距离铝条很近 磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场 磁感应强度为b 铝条的高度大于d 电阻率为 为研究问题方便 铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场 其他部分电阻和磁场可忽略不计 假设磁铁进入铝条间以后 减少的机械能完全转化为铝条的内能 重力加速度为g 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型16电磁感应中的功能关系问题考法示例17 2014全国卷 25 19分 半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内 一长为r 质量为m且质量分布均匀的直导体棒ab置于圆导轨上面 ba的延长线通过圆导轨中心o 装置的俯视图如图所示 整个装置位于一匀强磁场中 磁感应强度的大小为b 方向竖直向下 在内圆导轨的c点和外圆导轨的d点之间接有一阻值为r的电阻 图中未画出 直导体棒在水平外力作用下以角速度 绕o逆时针匀速转动 在转动过程中始终与导轨保持良好接触 设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 导体棒和导轨的电阻均可忽略 重力加速度大小为g 求 1 通过电阻r的感应电流的方向和大小 2 外力的功率 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 方法提炼电磁感应中的功能关系问题的求解方法 1 求解电能的三种主要思路 利用克服安培力做功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 利用能量守恒定律求解 机械能的减少量等于产生的电能 利用电路特征求解 通过电路中产生的电热来计算 2 能量转化问题的分析过程 先电后力再能量 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 方法6利用传感器实现自动控制的设计方法 方法解读 1 设计实验原理传感器将它感受到的物理量 如力 热 光 声等 转换成便于测量的物理量 一般是电学量 其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号的过程 例如 光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号 热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号 转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测 自动控制 遥控等目的 2 传感器的基本应用方法在对温度有特殊要求的场合 利用热敏元件对温度的敏感性 可以设计出自动控制电路或报警电路 在对光照有特殊要求的场合 利用光敏元件对光照强度的敏感性 可以设计出自动控制电路或报警电路 方法6利用传感器实现自动控制的设计方法 当温度变化时 热敏元件的电阻会发生变化 导致电路中电流变化 可利用热敏元件的电阻与温度的函数关系来研究温度的高低 当光照强度变化时 光敏元件的电阻会发生变化 导致电路中电流变化 可利用光敏元件的电阻与光照强度的函数关系来研究光照强度的大小 当压力变化时 压敏元件的电阻会发生变化 导致电路中电流变化 可利用压敏元件的电阻与压力的函数关系来研究压力的大小 3 设计自动控制电路的一般思路 1 根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路控制电路由电源 开关 光敏电阻 或热敏电阻等其他敏感元件 电磁继电器和导线等组成 工作电路由电源 用电器 灯泡 电热丝或其他用电器 导线组成 这两个电路相互独立 又通过继电器相关联 继电器实际上是工作电路的开关 方法6利用传感器实现自动控制的设计方法 2 分析自动控制电路的合理性电路设计完成后 要对它的合理性进行分析 用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热 检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求 比如 自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路 使路灯熄灭 晚上接通工作电路 使路灯发光 题型17传感器与电路的结合考法示例18在输液时 药液有时会从针口流出体外 为了及时发现 设计了一种报警装置 电路如图所示 m是贴在针口处的传感器 接触到药液时其电阻rm发生变化 导致s两端电压u增大 装置发出警报 此时a rm变大 且r越大 u增大越明显b rm变大 且r越小 u增大越明显c rm变小 且r越大 u增大越明显d rm变小 且r越小 u增大越明显 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 题型18传感器实验电路的设计与应用考法示例19为了节能和环保 一些公共场所使用光控开关控制照明系统 光控开关可采用光敏电阻来控制 光敏电阻是阻值随着光的照度变化而发生变化的元件 照度可以反映光的强弱 光越强 照度越大 照度的单位为lx 某光敏电阻rg在不同照度下的阻值如表所示 1 请根据表中数据在图甲所示的坐标系中描绘出光敏电阻的阻值随照度变化的曲线 并说明阻值随照度变化的特点 2 如图乙所示 当1 2两端所加电压上升至2v时 控制开关自动启动照明系统 请利用下列器材按要求设计一个简单电路 给1 2两端提供电压 要求天色渐暗照度降低至1 0lx时启动照明系统 在虚线框内完成电路原理图 不考虑控制开关对所设计电路的影响 物理专题十一 电磁感应 提供的器材如下 光敏电阻rg 符号 阻值见表 直流电源e 电动势3v 内阻不计 定值电阻 r1 10k r2 20k r3 40k 限选其中之一并在图中标出 开关s及导线若干 解析 1 根据题表中的数据 在坐标系上描点连线 得到如图 a 所示的变化曲线 图 a 阻值随照度变化的特点 光敏电阻的阻值大小随照度的增大非线性减小 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 特别提醒设计自动控制电路时 首先根据题目给出的器材和要求画出控制电路和工作电路 控制电路由电源 开关 光敏电阻 或热敏电阻等其他敏感元件 电磁继电器和导线等组成 工作电路由电源 用电器 灯泡 电热丝或其他用电器 导线等组成 然后分析自动控制电路的合理性 如用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热 检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求 数学第四章 三角函数 物理专题十一 电磁感应 c 考法帮 考向全扫描 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用考向3考查电磁感应与电路的结合问题考向4考查电磁感应与图象的结合问题考向5考查电磁感应与力学的结合问题考向6考查电磁感应中的能量问题考向7考查传感器与电学实验的结合问题 物理专题十一 电磁感应 电磁感应是电磁学部分主干知识 也是高考命题的重点和热点之一 试题重点考查以楞次定律 法拉第电磁感应定律为核心的相关问题 主要涉及电磁感应现象的分析和判断 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 电磁感应中的电路问题 图象问题以及与力学和能量等联系的综合问题 试题区分度较高 难度也较大 命题灵活 综合性强 必须在复习备考中予以高度重视 考情揭秘 命题透视 与电磁感应相关的物理学史 探究产生感应电流条件的实验及应用楞次定律判断感应电流的方向等是常考的内容 试题多为选择题 难度中等偏易 值得注意的是在近几年的高考中 对物理学史的考查偏向于以下两种 一是引经据典说 常识 重实际应用 二是经典实验道 方法 重解释应用 通过这类试题的考查 能较好地展示过程与方法 能展示科学中 失败 失败 直至成功 的经历 以培养学生的情感 态度和价值观 这是新高考核心素养的必然要求 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用 示例20 考查感应电流产生的条件 2014全国卷 14 6分 在法拉第时代 下列验证 由磁产生电 设想的实验中 能观察到感应电流的是a 将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路 然后观察电流表的变化b 在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈 然后观察电流表的变化c 将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接 往线圈中插入条形磁铁后 再到相邻房间去观察电流表的变化d 绕在同一铁环上的两个线圈 分别接电源和电流表 在给线圈通电或断电的瞬间 观察电流表的变化 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用 命题立意本题以科学家研究电磁感应现象时的实验为背景命题 考查了产生感应电流的条件 只要穿过闭合回路的磁通量发生变化 回路中就会产生感应电流 特别突出了对物理学史及实验过程和方法的考查 解析绕在磁铁上的线圈与电流表组成的闭合回路中的磁通量不变 不会产生感应电流 a错误 通电线圈周围的磁场是恒定的 穿过线圈的磁通量不变 也不会产生感应电流 b错误 将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接 往线圈中插入条形磁铁的过程会产生感应电流 磁铁放入线圈中后感应电流就消失了 所以再到相邻房间观察电流表时 感应电流已为零 c错误 给线圈通电或断电的瞬间 线圈中电流发生变化 导致另一个线圈中的磁通量发生变化 会产生感应电流 d正确 答案d 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用 示例21 考查楞次定律的理解及应用 2017全国卷 15 6分 如图所示 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 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用 命题立意本题考查感应电流方向的判断 意在考查学生对楞次定律和右手定则的掌握情况解析金属杆pq向右切割磁感线 根据右手定则可知pqrs中感应电流沿逆时针方向 原来t中的磁场方向垂直于纸面向里 pqrs中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外 使得穿过t的磁通量减小 根据楞次定律可知t中产生顺时针方向的感应电流 综上所述 可知a b c项错误 d项正确 答案d 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用 示例22 对 二次感应 问题的考查 2016上海高考 19 4分 多选 如图甲所示 螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场 以图中箭头所示方向为其正方向 螺线管与导线框abcd相连 导线框内有一小金属圆环l 圆环与导线框在同一平面内 当螺线管内的磁感应强度b随时间按图乙所示规律变化时a 在t1 t2时间内 l有收缩趋势b 在t2 t3时间内 l有扩张趋势c 在t2 t3时间内 l内有逆时针方向的感应电流d 在t3 t4时间内 l内有顺时针方向的感应电流 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用 命题立意本题结合b t图象 考查 二次感应 问题 要求在分析判断问题时明确螺线管内通有非均匀变化的磁场 导线框内产生变化的电流 该电流激发出变化的磁场 才可以使圆环产生感应电流 螺线管内通有均匀变化的磁场 导线框内产生稳定的电流 该电流激发出的是稳定的磁场 不会使圆环产生感应电流 本题对理解能力及分析推理能力有较高要求 解析根据题意可知 在t1 t2时间内 外加磁场的磁感应强度增大且斜率增大 则在导线框中产生顺时针方向 增大的电流 该电流激发出逐渐增强的磁场 该磁场通过圆环 在圆环内产生感应电流 根据楞次定律可以判定圆环有收缩趋势 故a项正确 在t2 t3时间内 外加磁场均匀变化 在导线框中产生稳定电流 该电流激发出稳定的磁场 该磁场通过圆环时 圆环中没有感应电流 故b c项错误 在t3 t4时间内 外加磁场向下减小 且斜率也减小 在导线框中产生顺时针方向 减小的电流 该电流激发出垂直纸面向里且逐渐减弱的磁场 故圆环内产生顺时针方向的感应电流 d项正确 答案ad 考向1考查电磁感应现象及楞次定律的应用 命题透视 法拉第电磁感应定律是高考考查的重点和难点 涉及左手定则 右手定则 楞次定律 欧姆定律及力学相关知识等 重点考查对法拉第电磁感应定律的理解 动生电动势和感生电动势的应用 自感现象及涡流现象的分析等内容 对理解能力 分析推理能力要求较高 多以选择题出现 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 示例23 法拉第电磁感应定律的理解 2016浙江高考 16 6分 如图所示 a b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成 匝数均为10匝 边长la 3lb 图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场 且磁感应强度随时间均匀增大 不考虑线圈之间的相互影响 则a 两线圈内产生顺时针方向的感应电流b a b线圈中感应电动势之比为9 1c a b线圈中感应电流之比为3 4d a b线圈中电功率之比为3 1 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 示例24 动生电动势的理解与应用 2016全国卷 24 12分 如图 水平面 纸面 内间距为l的平行金属导轨间接一电阻 质量为m 长度为l的金属杆置于导轨上 t 0时 金属杆在水平向右 大小为f的恒定拉力作用下由静止开始运动 t0时刻 金属杆进入磁感应强度大小为b 方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域 且在磁场中恰好能保持匀速运动 杆与导轨的电阻均忽略不计 两者始终保持垂直且接触良好 两者之间的动摩擦因数为 重力加速度大小为g 求 1 金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小 2 电阻的阻值 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 示例25 感生电动势的理解与应用 2015浙江高考 24 20分 小明同学设计了一个 电磁天平 如图甲所示 等臂天平的左臂为挂盘 右臂挂有矩形线圈 两臂平衡 线圈的水平边长l 0 1m 竖直边长h 0 3m 匝数为n1 线圈的下边处于匀强磁场内 磁感应强度b0 1 0t 方向垂直线圈平面向里 线圈中通有可在0 2 0a范围内调节的电流i 挂盘放上待测物体后 调节线圈中电流使天平平衡 测出电流即可测得物体的质量 重力加速度取g 10m s2 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 示例26 对自感现象的分析与判断 2017北京高考 19 6分 图甲和乙是教材中演示自感现象的两个电路图 l1和l2为电感线圈 实验时 断开开关s1瞬间 灯a1突然闪亮 随后逐渐变暗 闭合开关s2 灯a2逐渐变亮 而另一个相同的灯a3立即变亮 最终a2与a3亮度相同 下列说法正确的是a 图甲中 a1与l1的电阻值相同b 图甲中 闭合s1 电路稳定后 a1中电流大于l1中电流c 图乙中 变阻器r与l2的电阻值相同d 图乙中 闭合s2瞬间 l2中电流与变阻器r中电流相等 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 命题立意本题考查断电自感与通电自感的相关知识 意在考查学生对自感现象的分析能力 解析题图甲中 稳定时通过a1的电流记为i1 通过l1的电流记为il s1断开瞬间 a1突然变亮 可知il i1 因此a1和l1电阻值不相同 所以a b错误 题图乙中 闭合s2时 由于自感作用 通过l2与a2的电流i2会逐渐增大 而通过r与a3的电流i3立即变大 因此闭合s2瞬间 l2中电流与变阻器r中电流不相等 所以d错误 由于最终a2与a3亮度相同 所以两支路电流i相同 根据部分电路欧姆定律 两支路电压u与电流i均相同 所以两支路电阻相同 由于a2 a3完全相同 故变阻器r与l2的电阻值相同 所以c正确 答案c 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 示例27 对涡流现象的分析与判断 2015全国卷 19 6分 多选 1824年 法国科学家阿拉果完成了著名的 圆盘实验 实验中将一铜圆盘水平放置 在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针 如图所示 实验中发现 当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时 磁针也随着一起转动起来 但略有滞后 下列说法正确的是a 圆盘上产生了感应电动势b 圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动c 在圆盘转动的过程中 磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化d 圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流 此电流产生的磁场导致磁针转动 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 命题立意本题考查电磁感应 涡流及其相关的知识点 意在考查学生综合运用电磁感应知识分析解释实验现象的能力 难度中等偏难 解析当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时 圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势和感应电流 选项a正确 圆盘内的涡电流产生的磁场对磁针施加磁场力作用 导致磁针转动 选项b正确 d错误 由于圆盘中心正上方悬挂小磁针 在圆盘转动过程中 磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变 选项c错误 答案ab 考向2考查法拉第电磁感应定律的理解及应用 命题透视 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路相当于电源 因此高考中电磁感应问题往往与直流电路联系在一起进行综合考查 题型既有选择题也有计算题 考向3考查电磁感应与电路的结合问题 考向3考查电磁感应与电路的结合问题 考向3考查电磁感应与电路的结合问题 命题透视 电磁感应中的图象问题是高考的热点 它可以综合法拉第电磁感应定律 楞次定律或右手定则 安培定则 左手定则 还有与之相关的电学知识和力学知识等 其特点是考查方式比较灵活 有时根据电磁感应现象发生的过程 确定图象的正确与否 有时根据不同的图象 进行综合计算 考向4考查电磁感应与图象的结合问题 示例29 2016四川高考 7 6分 多选 如图所示 电阻不计 间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为b 方向竖直向下的匀强磁场中 导轨左端接一定值电阻r 质量为m 电阻为r的金属棒mn置于导轨上 受到垂直于金属棒的水平外力f的作用由静止开始运动 外力f与金属棒速度v的关系是f f0 kv f0 k是常量 金属棒与导轨始终垂直且接触良好 金属棒中感应电流为i 受到的安培力大小为fa 电阻r两端的电压为ur 感应电流的功率为p 它们随时间t变化图象可能正确的有abcd 考向4考查电磁感应与图象的结合问题 考向4