高考物理一轮复习 专题十 电磁感应课件.ppt

专题十电磁感应 考点一电磁感应现象楞次定律 1 电磁感应现象 2 楞次定律的理解及应用 正误辨识 1 闭合电路内只要有磁通量 就有感应电流产生 2 穿过闭合电路的磁通量发生变化 电路中不一定有感应电流产生 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 一定产生感应电动势 5 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 6 回路不闭合 穿过回路的磁通量变化时 也会产生 阻碍 作用 7 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 答案 1 2 3 4 5 6 7 物理学史 1 1831年 英国物理学家法拉第发现了 电磁感应现象 2 1834年 俄国物理学家楞次总结了确定感应电流方向的定律 楞次定律 判断产生感应电流的方法 解题方略 判断产生感应电流的两种方法 1 闭合电路的一部分导体切割磁感线 2 一闭合二变磁 即导体回路必须闭合 穿过闭合导体回路的磁通量发生变化 二者缺一不可 例1 2016 河北正定模拟 如图所示为感应式发电机 a b c d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点 o1 o2是铜盘轴线导线的接线端 m n是电流表的接线端 现在将铜盘转动 能观察到感应电流的是 a 将电流表的接线端m n分别连接a c位置b 将电流表的接线端m n分别连接o1 a位置c 将电流表的接线端m n分别连接o1 o2位置d 将电流表的接线端m n分别连接c d位置 解析当铜盘转动时 其切割磁感线产生感应电动势 此时铜盘相当于电源 铜盘边缘和中心相当于电源的两个极 则要想观察到感应电流 m n应分别连接电源的两个极即可 故可知只有b项正确 答案b 楞次定律 右手定则的应用 解题方略 四点法 判断感应电流的方向 例2 2016 贵州遵义航天中学模拟 如图所示 在通电长直导线ab的一侧悬挂一可以自由摆动的闭合矩形金属线圈p ab在线圈平面内 当发现闭合线圈向右摆动时 a ab中的电流减小 用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流b ab中的电流不变 用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流c ab中的电流增大 用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流d ab中的电流增大 用楞次定律判断得线圈中产生顺时针方向的电流 解析根据安培定则可知导线框所在处的磁场方向垂直纸面向里 若直导线中的电流增大 穿过线框的磁通量增大 根据楞次定律得到 线框中感应电流方向为逆时针方向 根据左手定则可知导线框所受安培力指向线框内 由于靠近导线磁场强 则安培力较大 远离导线磁场弱 则安培力较小 因此线圈离开ab直导线 即向右摆动 反之产生顺时针方向的电流 向左摆动 故c正确 答案c 技巧秘诀利用楞次定律的推论解题的优点是简单迅速 但要正确区分涉及的两个磁场 一是引起感应电流的原磁场 二是感应电流的磁场 或两个电流 产生原磁场的原电流及感应电流 当涉及导体间相对运动时用 来拒去留 涉及磁通量变化及原电流变化时用 增反减同 感应电流与安培力的综合应用 解题方略 1 解答此类问题首先要分清左手定则 右手定则 安培定则 2 其次根据具体情况选用力的平衡条件 牛顿运动定律 动能定理解题 例3 2014 山东理综 16 6分 多选 如图 一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内 通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定 导体棒与轨道垂直且接触良好 在向右匀速通过m n两区的过程中 导体棒所受安培力分别用fm fn表示 不计轨道电阻 以下叙述正确的是 a fm向右b fn向左c fm逐渐增大d fn逐渐减小 答案bcd 考点二法拉第电磁感应定律自感涡流 1 基本概念和规律 2 自感中小灯泡 闪亮 与 不闪亮 的讨论 正误辨识 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 线圈匝数n越多 磁通量越大 产生的感应电动势也越大 5 线圈中的电流越大 自感系数也越大 6 对于同一线圈 当电流变化越快时 线圈中的自感电动势越大 7 自感电动势阻碍电流的变化 但不能阻止电流的变化 答案 1 2 3 4 5 6 7 形象思考 电磁感应现象的两类情况分析 1 当磁场增强时 试判断导线圈中的感应电场和感生电动势的方向 2 当导体棒向右运动时 试判断动生电动势的方向 答案 1 磁场增强时 在导线圈中会产生感应电动势 从上向下看为顺时针方向 2 做切割磁感线运动的导体棒会产生动生电动势 导体棒相当于一个电源 c端为电源正极 d端为负极 感应电动势大小的计算 解题方略 1 求解感应电动势常见情况与方法 例1 多选 半径为a 右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆 单位长度的电阻均为r0 圆环水平固定放置 整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场 磁感应强度为b 杆在圆环上以速度v平行于直径cd向右做匀速直线运动 杆始终有两点与圆环良好接触 从圆环中心o开始 杆的位置由 确定 如图所示 则 答案ad 技巧秘诀求解感应电动势大小的计算方法 解题方略 通电自感和断电自感的判断 例2 2016 福建福州检测 如图所示 电路中a b是两个完全相同的灯泡 l是一个自感系数很大 电阻可忽略的自感线圈 c是电容很大的电容器 当s闭合与断开时 a b灯泡的发光情况是 a s刚闭合后 a亮一下又逐渐熄灭 b逐渐变亮b s刚闭合后 b亮一下又逐渐变暗 a逐渐变亮c s闭合足够长时间后 a和b一样亮d s闭合足够长时间后 a b都熄灭 解析s刚闭合后 a b都变亮 且a比b亮 之后a逐渐熄灭 b逐渐变亮 选项a正确 b错误 s闭合足够长时间后 a熄灭 b一直都是亮的 选项c d错误 答案a 技巧秘诀 典例 半径为r 电阻为r的n匝线圈在边长为l的正方形abcd之外 匀强磁场充满并垂直穿过该正方形区域 如图甲所示 当磁场随时间的变化规律如图乙所示时 则穿过线圈磁通量的变化率为多少 t0时刻线圈产生的感应电流为多少 考点三电磁感应中的图象问题 1 图象问题的求解类型 2 解决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的对应关系 4 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律等知识写出函数关系式 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 思维拓展 1 分析图象问题时 常用哪些规律 答案左手定则 安培定则 右手定则 楞次定律 2 分析图象问题时 常用到的6类公式 1 感生电动势e 2 平动切割电动势e 3 转动切割电动势e 4 闭合电路的欧姆定律i 5 安培力f 6 牛顿运动定律的相关公式等 blv bil 3 分析图象选择题时 常用哪两种方法进行分析 答案 1 排除法 定性地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 静态情况下的图象问题 解题方略 处理图象问题要做到四明确 一理解 例1 2016 北京海淀区期末 如图甲所示 带缺口的刚性金属圆环在纸面内固定放置 在圆环的缺口两端引出两根导线 分别与两块垂直于纸面正对固定放置的平行金属板p q连接 圆环内有垂直于纸面变化的磁场 变化规律如图乙所示 规定磁场方向垂直于纸面向里为正方向 图中可能正确表示p q两极板间电场强度e 规定电场方向由p板指向q板为正方向 随时间t变化情况的是 解析在o至t 4时 磁感应强度b减小 故圆环中产生的磁场向里 圆环中的感应电流沿顺时针 故极板p带正电 电场方向由p指向q 即电场方向是正方向 故选项b c错误 又因为这段时间内磁场的变化是均匀的 故产生的感应电动势大小不变 所以pq两极板间的电压不变 电场强度不变 所以选项a错误 故选项d正确 答案d 动态情况下的图象问题 解题方略 1 以导体棒的形式运动 例2 多选 2016 江西吉安一中模拟 如图所示 两平行光滑的金属导轨mn pq固定在水平面上 相距为l 处于竖直向下的磁场中 整个磁场由n个宽度为x0的条形匀强磁场区域1 2 n组成 从左向右依次排列 磁感应强度的大小分别为b 2b 3b nb 两导轨左端mp间接入电阻r 金属棒ab垂直于mn pq放在水平导轨上 且与导轨接触良好 不计导轨和金属棒的电阻 若在不同的磁场区域对金属棒施加不同的拉力 金属棒ab以恒定的速度v向右匀速运动 取金属棒图示位置 即磁场1区左侧 为x 0 则通过ab的电流i 对棒施加的拉力f随位移x的变化图象是 答案ad 2 以导体框的形式运动 例3 2016 广西钦州港期末 如图所示 两水平虚线ef gh之间存在垂直纸面向外的匀强磁场 一质量为m 电阻为r的正方形铝线框abcd从虚线ef上方某位置由静止释放 线框运动中ab始终是水平的 已知两虚线ef gh间距离大于线框边长 则从开始运动到ab边到达gh线之前的速度随时间的变化关系图象合理的是 答案d 技巧秘诀线框进入磁场问题的一般模型 考点四电磁感应的综合问题 1 电磁感应中的动力学问题 1 两种状态及处理方法 2 力学对象和电学对象的相互关系 3 动态分析的基本思路解决这类问题的关键是通过运动状态的分析 寻找过程中的临界状态 如速度 加速度求最大值或最小值的条件 具体思路如下 思维拓展 1 在电磁感应现象中如何确定电源电动势的大小和方向 2 如何确定电磁感应现象中的电源 内阻 外电路 3 安培力的大小和方向如何确定 4 安培力做功对应的能量转化关系是什么 5 可用哪三种方法求解焦耳热q 电磁感应中的电路问题 解题方略 电磁感应问题往往跟电路分析问题紧密联系在一起 此类问题不仅考查电磁感应中的有关规律 如楞次定律 右手定则和法拉第电磁感应定律等 还考查电路分析的有关规律 如闭合电路的欧姆定律 焦耳定律等 例1 2015 福建理综 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 思维流程 答案c 技巧秘诀 三步走 分析电路为主的电磁感应问题 电磁感应中的力学问题 解题方略 以力学问题为主的电磁感应问题与安培力和导体中的电流 导体运动的速度均有关 常涉及一根 两根或多根导体棒的运动问题 解题关键是受力分析和牛顿第二定律的应用 1 研究对象 一根导体棒 例2 2015 盐城二模 如图所示 在匀强磁场中有一足够长的光滑平行金属导轨 与水平面间的夹角 30 间距l 0 5m 上端接有阻值r 0 3 的电阻 匀强磁场的磁感应强度大小b 0 4t 磁场方向垂直导轨平面向上 一质量m 0 2kg 电阻r 0 1 的导体棒mn在平行于导轨的外力f作用下 由静止开始向上做匀加速运动 运动过程中导体棒始终与导轨垂直 且接触良好 当棒的位移d 9m时电阻r上的消耗的功率为p 2 7w 其他电阻不计 g取10m s2 求 1 此时通过电阻r上的电流 2 这一过程通过电阻r上电荷量q 3 此时作用于导体棒上的外力f的大小 思维流程 答案 1 3a 2 4 5c 3 2n 2 研究对象 两根导体棒 例3 2015 天津理综 11 18分 如图所示 凸 字形硬质金属线框质量为m 相邻各边互相垂直 且处于同一竖直平面内 ab边长为l cd边长为2l ab与cd平行 间距为2l 匀强磁场区域的上下边界均水平 磁场方向垂直于线框所在平面 开始时 cd边到磁场上边界的距离为2l 线框由静止释放 从cd边进入磁场直到ef pq边进入磁场前 线框做匀速运动 在ef pq边离开磁场后 ab边离开磁场之前 线框又做匀速运动 线框完全穿过磁场过程中产生的热量为q 线框在下落过程中始终处于原竖直平面内 且ab cd边保持水平 重力加速度为g 求 1 线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍 2 磁场上下边界间的距离h 思维流程 电磁感应中的能量问题 解题方略 电磁感应中的能量变化是高考考查的重点和热点 是高中物理知识体系的制高点 试题涉及力和运动 能量的转化和守恒 电路分析等综合知识 综合考查电磁感应与能量的试题可能为选择题 也可能为计算题 计算题常常以压轴题出现 综合性强 难度大 分值高 区分度大 1 根据焦耳定律计算焦耳热 例4 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 答案 1 10v感应电流方向为a d c b a 2 10c 3 100j 2 根据能量守恒计算焦耳热 例5 倾角为 37 电阻不计 间距l 0 5m 长度足够的平行导轨处 加有磁感应强度b 1 0t 方向垂直于导轨平面的匀强磁场 导轨两端各接一个阻值r0 4 的电阻 另一横跨在平行导轨间金属棒的质量m 0 2kg 电阻r 1 与导轨间的动摩擦因数 0 5 金属棒以平行导轨向上的初速度v0 10m s上滑 直至上升到最高点过程中 通过上端电阻的电量q 2 10 2c 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求此过程中 1 金属棒的最大加速度 2 回路中电阻r0电压的最大值 3 电阻r0上产生的热量 思维流程 技巧