【金太阳考案】高考物理一轮复习 第9单元 电磁感应课件.ppt

ppt第9单元 主编 ppt第1单元 主编 物理 13 ka 物理 xkb r qg 第1讲电磁感应楞次定律 知识建构 模块建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 一 磁通量 1 概念 穿过某一面积 磁感线的条数 大小等于 磁感应强度b 截面面积s和两者夹角的正弦的乘积 2 公式 bssin 指b与s的夹角 模块建构 知识建构 技能建构 4 磁通量的变化 2 1 二 电磁感应现象 3 标量 有 正负之分 单位 韦伯 wb 1 电磁感应现象 只要穿过闭合回路的 磁通量发生变化 闭合回路中就有 电流产生 这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应 产生的电流叫做 感应电流 模块建构 知识建构 技能建构 3 磁通量变化的常见情况 改变的方式 线圈所围面积发生变化 闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致 变化 其实质也是b不变而s增大或减小 线圈在磁场中转动导致 变化 线圈面积与磁感应强度二者之间夹角发生变化 如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型 磁感应强度随时间 或位置 变化 磁感应强度是时间的函数 或闭合回路变化导致 变化 2 产生感应电流的条件 闭合回路中 磁通量发生变化 模块建构 知识建构 技能建构 4 电磁感应现象的实质 产生感应电动势 无论回路是否闭合 只要穿过线圈的磁通量发生变化 线圈中就有感应电动势产生 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 三 感应电流方向的判定 模块建构 知识建构 技能建构 1 内容 伸开右手 使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内 让磁感线垂直穿过手心 手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直 大拇指指向导线运动的方向 四指所指的方向即为感应电流方向 电源 1 右手定则 模块建构 知识建构 技能建构 2 楞次定律 2 适用范围 导体棒切割磁感线产生感应电流方向的判断 1 内容 感应电流具有这样的方向 即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 2 适用范围 一切情况下感应电流方向的判断 模块建构 知识建构 技能建构 3 对 阻碍 的理解 注意 阻碍 不是阻止 这里是阻而未止 阻碍磁通量变化指 磁通量增加时 阻碍增加 感应电流的磁场和原磁场方向相反 起抵消作用 磁通量减少时 阻碍减少 感应电流的磁场和原磁场方向一致 起补偿作用 简称 增反减同 楞次定律另一种表达 感应电流的效果总是要阻碍 或反抗 产生感应电流的原因 f安方向就起到阻碍的效果作用 即由电磁感应现象而引起的一些受力 相对运动 磁场变化等都有阻碍原磁通量变化的趋势 a 阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化 b 阻碍相对运动 可理解为 来拒去留 模块建构 知识建构 技能建构 c 使线圈面积有扩大或缩小的趋势 d 阻碍原电流的变化 有时应用这些推论解题 比用楞次定律本身更方便 模块建构 知识建构 技能建构 4 应用楞次定律的一般步骤 基本思路可归结为 一原 二感 三电流 明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何 确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化 是增还是减 根据楞次定律确定感应电流磁场的方向 再利用安培定则 根据感应电流磁场的方向来确定感应电流的方向 模块建构 知识建构 技能建构 1 2012年怀柔一模 如图所示 磁带录音机既可用作录音 也可用作放音 其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b 不论是录音还是放音过程 磁带或磁头软铁都会存在磁化现象 下列关于录音 放音过程中主要工作原理的描述 正确的是 a 放音和录音的主要原理都是电磁感应 b 放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用 c 放音的主要原理是电磁感应 录音的主要原理是电流的磁效应 d 录音的主要原理是电磁感应 放音的主要原理是电流的磁效应 模块建构 知识建构 技能建构 答案 c 解析 录音机录音时是变化的电流产生变化的磁场引起磁带上磁粉的重新分布 是利用电流的磁效应 放音时磁粉磁场的变化引起感应电流的变化 是利用了电磁感应 c对 模块建构 知识建构 技能建构 2 2012年北京东城一模 如图所示 正方形闭合导线框处在磁感应强度恒定的匀强磁场中 c e d f为线框中的四个顶点 图甲中的线框绕e点转动 图乙中的线框向右平动 磁场足够大 下列判断正确的是 a 图甲线框中有感应电流产生 c点电势比d点低 b 图甲线框中无感应电流产生 c d两点电势相等 模块建构 知识建构 技能建构 c 图乙线框中有感应电流产生 c点电势比d点低 d 图乙线框中无感应电流产生 c d两点电势相等 解析 线框绕e点转动和向右平动 都没有磁通量的变化 无感应电流产生 由右手定则 图甲线框中c d两点电势相等 则a错b对 图乙线框中c点电势比d点高 则c d都错 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 3 如图所示 匀强磁场的磁感应强度为b 方向与水平面间的夹角为30 图中实线位置有一面积为s的矩形线圈处于磁场中 并绕着它的一条边从水平位置转到竖直位置 图中虚线位置 在此过程中磁通量的改变量大小为 a bsb bs c bsd 2bs 解析 取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正 则有 1 bssin30 bs 当线圈处于竖直位置时 磁感线从线圈另一面穿过 则磁通量为 模块建构 知识建构 技能建构 2 bscos30 bs 故线圈中的磁通量的改变量 2 1 bs 即改变量大小 bs 答案 c 模块建构 知识建构 技能建构 4 2012年广东佛山一模 如图所示 质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上 当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈 沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高 快速经过时 线圈始终保持不动 则关于线圈在此过程中受到的支持力fn和摩擦力f的情况 以下判断正确的是 a fn先大于mg 后小于mg b fn一直大于mg c f先向左 后向右 d f一直向左 模块建构 知识建构 技能建构 解析 条形磁铁从线圈正上方快速经过时 线圈的磁通量先增后减 由楞次定律 磁通量增加 在竖直方向上线圈有向下运动的趋势 水平方向上有向右运动的趋势 磁通量减小 在竖直方向上线圈有向上运动的趋势 水平方向上有向右运动的趋势 则a d正确 答案 ad 模块建构 知识建构 技能建构 一 磁通量 磁通量的变化量的计算 模块建构 知识建构 技能建构 例1如图所示 a b c三个闭合的线圈放在同一平面内 当a线圈中有电流通过时 它们的磁通量分别为 a b c 则下列说法正确的是 a a b c c a c b 名师点金 磁通量虽是标量 但有正负 计算时要考虑磁感线是穿进 还是穿出的 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 通电后a线圈相当于一条形磁铁 其等效的n极垂直纸面向外 条形磁铁内部的所有磁感线都通过a线圈 条形磁铁外部的磁感线 一部分通过a b线圈之间 一部分通过b c线圈之间 还有一部分通过c线圈外面 线圈b c的磁通量是进出磁感线的净磁通 所以 a b c 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 1 若磁感线沿相反方向通过同一平面 则磁通量在数值上等于正 反磁感线的代数和 这就是所谓的净磁通 方法概述 磁通量的计算要注意 模块建构 知识建构 技能建构 2 当b与s间存在夹角时 要用有效的面积计算磁通量 所谓有效面积 是指面积在与磁感应强度b垂直的方向上的投影 变式训练1如图所示 ab是水平面上一个圆的直径 在过ab的竖直平面内有一根通电导线cd 已知cd平行于ab 当cd竖直向上平移时 电流的磁场穿过圆面积的磁通量将 a 逐渐增大 b 逐渐减小 c 始终为零 d 不为零 但保持不变 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 由于圆ab是关于过导线cd的竖直平面对称 cd产生的磁场的磁感线只要穿进圆ab 就一定穿出圆ab 则圆的磁通量始终为零 答案 c 模块建构 知识建构 技能建构 例2如图所示 闭合矩形线圈abcd与长直导线mn在同一平面内 线圈的ab dc两边与直导线平行 则 导线中通正弦交流电 线框向下平动 线框向右平动 线框以长直导线mn为轴转动 线框以ab为轴转动 线框以ad为轴转动 上述情况会产生感应电流的是 a 只有 会产生b 只有 会产生 c 只有 会产生d 都会产生 二 电磁感应现象条件的探究 名师点金 磁通量 bssin 当b s或b与s夹角 至少一个量发生变化 磁通量就可能变化 引起感应电流 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 导线中通正弦交流电和线框向右平动 引起磁场的变化 磁通量变化 线框以ab为轴转动和以ad为轴转动 既改变了磁场的大小 还改变了磁场与线框平面的夹角 引起磁通量变化 所以产生感应电流的有 答案 b 方法概述 在分析电磁感应现象问题时要特别注意以下几点 在一个闭合回路中不管它以哪种方式变化 只要穿过回路的磁通量发生变化 回路中就一定有感应电动势产生 回路中产生了电动势后回路中是否有电流还要看回路是否闭合 模块建构 知识建构 技能建构 例3如图所示 甲 乙两个矩形线圈同处在纸面内 甲的ab边与乙的cd边平行且靠得较近 甲 乙两线圈分别处在垂直纸面方向的匀强磁场中 穿过甲的磁感应强度为b1 方向指向纸面内 穿过乙的磁感应强度为b2 方向指向纸面外 两个磁场可同时变化 当发现ab边和cd边间有排斥力时 磁场的变化情况可能是 a b1变小 b2变大 b b1变大 b2变大 三 楞次定律或右手定则的综合应用 模块建构 知识建构 技能建构 c b1变小 b2变小 d b1不变 b2变小 名师点金 从 ab边和cd边间有排斥力 作为解题的切入点 得到电流方向关系 然后根据楞次定律分析 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 ab边与cd边有斥力 则两边通过的电流方向一定相反 由楞次定律可知 当b1变小 b2变大时 ab边与cd边中的电流方向相反 答案 a 方法概述 楞次定律应用的基本思路可归结为 一原 二感 三电流 明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何 确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化 是增还是减 根据楞次定律确定感应电流磁场的方向 再利用安培定则 根据感应电流磁场的方向来确定感应的电流方向 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练2如图所示 同一平面内的三条平行导线串有两个电阻r和r 导体棒pq与三条导线接触良好 匀强磁场的方向垂直纸面向里 导体棒的电阻可忽略不计 当导体棒向左滑动时 下列说法正确的是 a 流过r的电流为由d到c 流过r的电流为由b到a b 流过r的电流为由c到d 流过r的电流为由b到a 模块建构 知识建构 技能建构 c 流过r的电流为由d到c 流过r的电流为由a到b d 流过r的电流为由c到d 流过r的电流为由a到b 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 本题考查右手定则的运用 根据右手定则 可判断pq作为电源 q端的电势高 在pqcd回路中 电流为逆时针方向 即流过r的电流为由c到d 在电阻r的回路中 电流为顺时针方向 即流过r的电流为由b到a 当然也可以用楞次定律 通过回路的磁通量的变化来判断电流的方向 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题1 2008年高考 海南物理卷 法拉第通过精心设计的一系列实验 发现了电磁感应定律 将历史上认为各自独立的学科 电学 与 磁学 联系起来 在下面几个典型的实验设计思想中 所作的推论后来被实验否定的是 a 既然磁铁可使近旁的铁块带磁 静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷 那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流 b 既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势 那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流 c 既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流 那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势 模块建构 知识建构 技能建构 命题分析 电磁感应现象是物理主干知识点 物理学史是近几年高考热点之一 两点结合在一起考查 体现高考考查 重视基础 重视学科思想 等命题思想 d 既然运动的磁铁可在旁的导体中感应出电动势 那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 磁铁可使近旁的铁块磁化带磁 静电荷可使近旁的导体引起静电感应带电 但静止的稳恒电流 其磁场不变 不会使静止的线圈磁通量发生变化而产生感应电流 所以a项被实验否定 答案应为a 除此之外 磁铁可使运动的导体切割磁感线产生感应电动势 稳恒电流尽管磁场不变 但运动的线圈磁通量会变化 同样运动导线上的稳恒电流也会使线圈磁通量变化 综上所述b c d都被实验所证实是正确的 答案 a 解析提示 线圈中是否有感应电流 关键在于转化为 磁通量变化 的分析判断 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测1假如有一宇航员登月后 想探测一下月球表面是否有磁场 他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈 则下列推断正确的是 a 直接将电流表放于月球表面 看是否有示数来判断磁场的有无 b 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表无示数 则可判断月球表面无磁场 c 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表有示数 则可判断月球表面有磁场 d 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈在某一平面内沿各个方向运动 如电流表无示数 则可判断月球表面无磁场 模块建构 知识建构 技能建构 生改变时 回路中有感应电流产生 a中即使有一个恒定的磁场 也不会有示数 a错误 同理 将电流表与线圈组成回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表无示数 也不能判断出没有磁场 因为磁通量可能是恒定的 b错误 电流表有示数则说明一定有磁场 c正确 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈在某一个与磁场平行的平面内沿各个方向运动 也不会有示数 d错误 答案 c 解析 电磁感应现象产生的条件是 穿过闭合回路的磁通量发 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题2 2009年高考 浙江理综卷 如图所示 在磁感应强度大小为b 方向竖直向上的匀强磁场中 有一质量为m 阻值为r的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在o点 并可绕o点摆动 金属线框从右侧某一位置静止开始释放 在摆动到左侧最高点的过程中 细杆和金属框平面始终处于同一平面 且垂直纸面 则线框中感应电流的方向是 a a b c d a b d c b a d c 先是d c b a d 后是a b c d a d 先是a b c d a 后是d c b a d 模块建构 知识建构 技能建构 解析提示 运用楞次定律判定感应电流方向的重点需抓住 一个变化 二个磁场 一个变化 即磁通量的变化情况是增加还是减少 二个磁场 即原磁场和感应磁场 根据楞次定律中的 阻碍 原则 即 增反减同 确定两磁场的方向关系 再运用安培定则判断出感应电流方向 命题分析 楞次定律是近年来高考的热点之一 本题对学生的空间想象能力和分析推理能力要求较高 区分度较好 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 金属线框从右侧某一位置静止开始释放 在摆动到竖直位置的过程中 磁场自abcd的右侧面穿出 摆动过程中磁通量在减少 根据右手定则得电流的方向为d c b a d 金属线框竖直位置在摆动到左侧最高点的过程中 根据右手定则不难得出感应电流的方向也为d c b a d 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测2 2011年上海金山期末 如图所示 一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中 环中的感应电流 自左向右看 a 沿顺时针方向 b 先沿顺时针方向后沿逆时针方向 c 沿逆时针方向 d 先沿逆时针方向后沿顺时针方向 模块建构 知识建构 技能建构 通量一直增加 根据楞次定律 环中的感应电流 自左向右看 为逆时针方向 c对 答案 c 解析 条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中 向右的磁 模块建构 知识建构 技能建构 第2讲法拉第电磁感应定律 知识建构 技能建构 1 概念 在 电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 产生感应电动势的那部分导体就相当于 电源 一 感应电动势 2 方向 与电源内部的 电流方向相同 由负极指向正极 知识建构 技能建构 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的 磁通量的变化率成正比 3 与感应电流的关系 由感应电动势 闭合电路的总电阻决定 闭合电路的欧姆定律 即i 二 法拉第电磁感应定律 2 表达式 e n 知识建构 技能建构 1 e n中 n为线圈匝数 这是确定感应电动势的普遍规律 回路可以不闭合 3 对法拉第电磁感应定律的理解 2 e n中 总是取绝对值 e的大小是由线圈匝数及磁通量的变化率决定的 与 或 的大小无必然联系 知识建构 技能建构 4 适用情况 研究对象为一个回路 不一定闭合 研究在 t时间内的平均电动势 三 导体切割磁感线运动时产生感应电动势 3 e n一般用以求 t时间内感应电动势的平均值 依i 及q i t可进一步求平均电流及 t时间内通过回路某横截面积的电荷量 但一般不能由平均电流计算电路中电流所做的功以及电路中产生的电热 知识建构 技能建构 1 大小 e blvsin 指v与b的夹角 1 平动切割磁感线 知识建构 技能建构 2 说明 若导线是曲折的 或l与v不垂直时 则l应为导线的有效切割长度 即导线两端点v b所决定平面的垂线上的投影长度 如下图所示 三种情况下感应电动势大小相同 知识建构 技能建构 2 适用情况 一段直导线 或能等效为直导线 某时刻或某位置的瞬时电动势 四 自感和涡流 知识建构 技能建构 1 由于 导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 在自感现象中产生的电动势 叫做 自感电动势 1 自感现象 2 自感电动势 大小e自 l 对于同一线圈取决于本身电流变化的快慢 方向总是阻碍 导体中原来电流的变化 知识建构 技能建构 3 自感系数 也叫自感或电感 由线圈的 大小 形状 匝数及是否有铁芯决定 线圈越长 单位长度的匝数越多 横截面积越大 自感系数越大 若线圈中加有铁芯 自感系数会更大 单位 亨利 h 4 通电自感和断电自感的比较 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 涡流现象 知识建构 技能建构 1 当线圈中的电流发生变化时 这个线圈附近的导体中就会产生感应电流 这种电流看起来很像水的旋涡 所以叫做涡流 如图所示 知识建构 技能建构 3 防止 变压器用硅钢片涂绝缘漆叠合而成 2 应用 电磁炉 特点是节能 环保 效率高 机车制动的涡流闸 知识建构 技能建构 1 下列关于感应电动势大小的说法中 正确的是 a 线圈中磁通量变化越大 线圈中产生的感应电动势一定越大 b 线圈中磁通量越大 产生的感应电动势一定越大 c 线圈放在磁感应强度越强的地方 产生的感应电动势一定越大 d 线圈中磁通量变化越快 产生的感应电动势越大 解析 由e n知 电动势与磁通量的变化率成正比 与磁通量的大小 磁通量的变化量大小及磁感应强度无关 故d选项正确 答案 d 知识建构 技能建构 2 关于线圈的自感系数 下列说法正确的是 a 线圈的自感系数越大 自感电动势就一定越大 b 线圈中电流等于零时 自感系数也等于零 c 线圈中电流变化越快 自感系数越大 d 线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 解析 自感电动势e自 l 与自感系数及电流的变化率有关 a错 自感系数由线圈的匝数 横截面积 长度及有无铁芯等自身因素决定 b c错 d对 答案 d 知识建构 技能建构 3 用相同导线绕制的边长为l或2l的四个闭合导体线框 以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场 如图所示 在每个线框进入磁场的过程中 m n两点间的电压分别为ua ub uc和ud下列判断正确的是 a ua ub uc ud b ua ub ud uc c ua ub uc ud d ub ua ud uc 知识建构 技能建构 解析 在线框进入磁场的过程中 mn两端的电压等于线框回路中的路端电压 根据线框长度和电阻的关系及闭合电路欧姆定律 可知ua blv ub blv uc b 2lv blv ud b 2lv blv 所以ua ub ud uc 故b对 答案 b 知识建构 技能建构 4 有100匝面积s 100cm2的金属环 电阻r 0 1 环中磁场的变化规律如图所示 且磁场方向垂直环向里 在t1到t2时间内 通过金属环的电荷量为 a 1cb 2c c 3cd 无法计算 解析 由题图可知 b b2 b1 b2 b1 s 通过环的电荷量q t t n n 100 c 1c 正确答案为a 答案 a 知识建构 技能建构 一 法拉第电磁感应定律的理解与应用 知识建构 技能建构 例1在竖直向上的匀强磁场中 水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈 线圈所围的面积为0 1m2 线圈电阻为1 规定线圈中感应电流i的正方向从上往下看是顺时针方向 如图甲所示 磁场的磁感应强度b随时间t的变化规律如图乙所示 则以下说法正确的是 a 在时间0 2s内 i的最大值为0 01a 知识建构 技能建构 b 在时间3s 5s内 i的大小越来越小 c 前2s内 通过线圈某截面的总电量为0 01c d 第3s内 线圈的发热功率最大 名师点金 电流的大小取决于感应电动势 由e n ns b t图的斜率决定了e的大小 而电量q t b 其大小取决于 b 知识建构 技能建构 规范全解 线圈所围面积不变 因磁场的磁感应强度b随时间t的变化 引起磁通量的变化 由法拉第电磁感应定律 e 其大小由图象的斜率决定 在t 0 斜率最大 且 0 1t s 则im 0 01a a正确 在时间3s 5s内 一定 产生恒定电流 b错误 第3s内 0 没有感应电流 d错误 由q t t 0 01c c正确 答案 ac 知识建构 技能建构 1 对公式的理解 方法概述 对法拉第电磁感应定律的理解 知识建构 技能建构 2 在应用公式e n s计算感应电动势时 s为线圈在磁场内的有效面积 其中 面与磁场不垂直 s为沿垂直磁场方向投影面的面积 若面只有一部分位于磁场内 s为位于磁场内的那部分面积 变式训练1 2012年昌平期末 穿过某闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象分别如图中的 所示 下列说法正确的是 a 图 有感应电动势 且大小恒定不变 b 图 产生的感应电动势一直在变大 知识建构 技能建构 c 图 在0 t1时间内的感应电动势是t1 t2时间内感应电动势的2倍 d 图 产生的感应电动势先变大再变小 规范全解 由e n 感应电动势e由 t图的斜率决定 中图象的斜率为0 感应电动势为0 图象的斜率恒定 感应电动势恒定 图象的斜率先变小后变大 感应电动势先变小后变大 图象0 t1时间内的斜率为t1 t2时间内的2倍 故答案c正确 答案 c 知识建构 技能建构 例2如图甲所示为几个有理想边界的磁场区域 相邻区域的磁感应强度大小相等 方向相反 区域的宽度均为l 现有一边长为l的正方形导线框由图示位置开始 沿垂直于区域边界的直线匀速穿过磁场区域 设逆时针方向为电流的正方向 图乙中能正确反映线框中感应电流的是 二 导体切割磁感线的研究 知识建构 技能建构 规范全解 线框进入磁场中0至l的过程中 由右手定则 感应电流的方向为顺时针 即负方向 感应电流i 大小恒定 a b错误 线框进入磁场中l至2l的过程中 由右手定则 感应电流的方向为逆时针 即正方向 感应电流i c错误 d正确 答案 d 名师点金 线框在磁场中 要弄清切割磁感线的边框及其边框的有效长度 多边切割时还要分析多边 等效电源 的串并联关系 知识建构 技能建构 方法概述 导体切割磁感线产生的感应电动势的比较 知识建构 技能建构 变式训练2如图是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图 将铜盘放在磁场中 让磁感线垂直穿过铜盘 图中a b导线与铜盘的中轴线处在同一竖直平面内 转动铜盘 就可以使闭合电路获得电流 若图中铜盘半径为l 匀强磁场的磁感应强度为b 回路总电阻为r 从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为 则下列说法正确的是 知识建构 技能建构 a 回路中有大小作周期性变化的电流 b 回路中电流大小恒定 且等于 c 回路中电流大小恒定 且等于 d 回路中电流大小为0 灯泡不亮 规范全解 转动铜盘 相当于无数在圆盘半径的铜杆转动切割磁感线 则 e bl2 电流i 大小恒定 答案 c 知识建构 技能建构 例3如图所示的电路中 a1 a2是完全相同的灯泡 线圈l的自感系数较大 它的电阻与定值电阻r相等 下列说法正确的是 a 闭合开关s a1先亮 a2后亮 最后它们一样亮 b 闭合开关s a1 a2始终一样亮 c 断开开关s a1 a2都要过一会才熄灭 d 断开开关s a2立刻熄灭 a1过一会才熄灭 三 自感现象的应用 知识建构 技能建构 名师点金 在开关闭合或断开时 含有线圈的支路的电流不能突变 增大或减小往往存在一段时间的延缓效应 知识建构 技能建构 规范全解 闭合开关s 存在通电自感 与l串联的a1逐渐变亮 最后它们一样亮 则选项a b都错误 断开开关s 存在通电自感 通过l的电流逐渐减小为0 因与a1 a2串联在一起 故a1 a2都要过一会才熄灭 则选项c正确 答案 c 方法概述 自感现象是一种特殊的电磁感应现象 它遵循电磁感应的所有规律 自感电动势只是延缓了导体中原电流的变化 但它不能阻止原电流的变化 知识建构 技能建构 变式训练3 2011年广东揭阳学业水平 线圈通以如图所示的随时间变化的电流 则 a 0 t1时间内线圈中的自感电动势最大 b t1 t2时间内线圈中的自感电动势最大 c t2 t3时间内线圈中的自感电动势最大 d 0 t1时间内线圈中的自感电动势比t2 t3时间内线圈中的自感电动势大 知识建构 技能建构 规范全解 由e自 l i t图象的斜率决定了自感电动势 由图象 t2 t3时间内线圈中的自感电动势最大 答案 c 知识建构 技能建构 高考真题1 2010年高考 广东理综卷 如图所示 平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域 细金属棒pq沿导轨从mn处匀速运动到m n 的过程中 棒上感应电动势e随时间t变化的图示 可能正确的是 知识建构 技能建构 解析提示 感应电动势与磁场强弱 切割磁感线的速度和有效长度有关 命题分析 本题主要考查了导体切割磁感线电动势的计算 难度较小 知识建构 技能建构 规范全解 细金属棒pq沿导轨从mn处匀速运动 在进入磁场前 不切割磁感线 没有感应电动势 进入匀强磁场后 由于细金属棒速度与有效切割长度均不变 产生的感应电动势也不变 离开磁场后 感应电动势又变为零 故只有选项a正确 答案 a 知识建构 技能建构 考向预测1 2011年锦州模拟 如图所示 竖直平面内有一金属环 半径为a 总电阻为r 指拉直时两端的电阻 磁感应强度为b的匀强磁场垂直穿过环平面 在环的最高点a用铰链连接长度为2a 电阻为的导体棒ab ab由水平位置紧贴环面摆下 当摆到竖直位置时 b点的线速度为v 则这时ab两端的电压大小为 a b c d bav 解析 当摆到竖直位置时 ab切割磁感线的瞬时感应电动势e b 2a v bav 由闭合电路欧姆定律 uab bav 故选a 答案 a 知识建构 技能建构 高考真题2 2011年高考 北京理综卷 某同学为了验证断电自感现象 自己找来带铁芯的线圈l 小灯泡a 开关s和电池组e 用导线将它们连接成如图所示的电路 检查电路后 闭合开关s 小灯泡发光 再断开开关s 小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象 虽经多次重复 仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象 他冥思苦想找不出原因 你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是 知识建构 技能建构 a 电源的内阻较大b 小灯泡电阻偏大 c 线圈电阻偏大d 线圈的自感系数较大 知识建构 技能建构 解析提示 小灯泡无闪亮现象 说明断电自感的电流比稳定时的电流小 电路中的电流分配由各支路的电阻大小决定 命题分析 本题考查自感现象 考查对断电自感现象的分析 知识建构 技能建构 规范全解 闭合开关s 电路稳定 灯泡发光时 如果电感线圈l中的电阻比灯泡的电阻大 则电感线圈l中的电流il比灯泡a中的电流ia小 当开关s断开 则由于自感现象 自感电动势要阻碍电流il的减小 因此使il在l和a构成的回路中从il开始逐渐变小 因此不可能看到小灯泡闪亮的现象 c项正确 答案 c 知识建构 技能建构 考向预测2 2011年苏北二模 如图甲所示的电路中 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t 0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 则图乙中能定性描述电流i随时间t变化关系的是 乙 甲 知识建构 技能建构 b均错 d2中电流也是在断开开关前d1电流的基础上减小 方向与原来d2中电流方向相反 开始时大小比原来电流大 故c正确 答案 c 解析 断开开关s d1中电流在原来基础上减小 电流方向不变 a 知识建构 技能建构 第3讲电磁感应定律的综合应用 知识建构 技能建构 1 在电磁感应中 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 该导体或回路就相当于 电源 因此 电磁感应问题往往与电路问题联系在一起 求解此类问题关键是要分离出电路中由电磁感应所产生的电源 并求出电源的 电动势e和内阻r 一 电磁感应的电路问题 知识建构 技能建构 1 确定电源 首先判断产生电磁感应现象的那一部分导体 电源 其他部分为外电路 其次利用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电流方向 2 解决电磁感应电路问题的基本方法 知识建构 技能建构 3 利用电路规律求解 主要有欧姆定律 串 并联规律等 二 电磁感应中的动力学问题 2 分析电路结构 画出等效电路图 1 通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力的作用 电磁感应问题往往和力学问题联系在一起 基本步骤是 知识建构 技能建构 2 求回路中的电流大小 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向 3 分析研究导体受力情况 包含安培力 用左手定则确定其方向 4 列动力学方程或平衡方程求解 知识建构 技能建构 2 两种状态的处理 知识建构 技能建构 1 感应电流在磁场中受到安培力的作用 解决这类问题需要综合应用电磁感应规律 法拉第电磁感应定律 及力学中的有关规律 牛顿运动定律等 寻找运动过程中的临界状态 分析时要特别注意a 0 速度v达最大值的特点 3 电磁感应中的动力学临界问题 知识建构 技能建构 2 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 从而影响导体棒的受力情况和运动情况 这类问题的分析思路如下 知识建构 技能建构 三 电磁感应中的能量问题 导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化 在回路中产生感应电流 机械能或 其他形式的能便转化为电能 具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热 又可使电能转化为机械能或电阻的内能 因此 电磁感应过程总是伴随着 能量转化 用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动 匀速直线运动或匀速转动 对应的受力特点是合外力为零 能量转化过程常常是机械能转化为内能 知识建构 技能建构 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方向 1 解决这类问题的基本步骤是 2 画出等效电路 求出回路中电阻消耗电功率的表达式 3 分析导体机械能的变化 用能量守恒关系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 知识建构 技能建构 1 利用安培力的功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功 2 电能的三种求解思路 2 利用能量守恒求解 若只有电能与机械能的转化 则机械能的减少量等于产生的电能 3 利用电路特征求解 根据电路结构直接计算电路中所产生的电能 知识建构 技能建构 1 图象问题 四 电磁感应中的图象问题 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 1 明确图象的种类 是b t图 还是 t图 或者e t图 i t图等 2 解决图象问题的一般步骤 2 分析电磁感应的具体过程 3 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方程 知识建构 技能建构 5 画图象或判断图象 4 根据函数方程进行数学分析 例如分析斜率的变化 截距等 知识建构 技能建构 1 如图所示 均匀的金属长方形线框从匀强磁场中以速度v匀速拉出 它的两边固定有带金属滑轮的导电机构 金属框向右运动时滑轮总是与两边良好接触 一理想电压表跨接在pq两导电机构上 当金属框向右匀速拉出的过程中 电压表的读数 金属框的长为a 宽为b 磁感应强度为b a 恒定不变 读数为bbv b 读数变大 知识建构 技能建构 c 恒定不变 读数为bav d 读数变小 解析 在匀速向右拉动线框的过程中 线框左边切割磁感线 产生的电动势恒为bbv 此结构中pq的左侧部分相当于电源 右侧部分相当于外电路 此过程外电路的电阻增大 而内电路的电阻减小 电压表的示数为路端电压 由闭合电路欧姆定律知路端电压增大 b项正确 答案 b 知识建构 技能建构 2 超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起 同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具 其推进原理可以简化为如图所示的模型 在水平面上相距l的两根平行直导轨间 有竖直方向等距离分布的匀强磁场b1和b2 且b1 b2 b 每个磁场的宽都是l 相间排列 所有这些磁场都以速度v向右匀速运动 这时跨在两导轨间的长为l宽为l的金属框 悬浮在导轨上方 在磁场力作用下也将会向右运动 设金属框的总电阻为r 运动中所受到的阻力恒为f 则金属框的最大速度可表示为 知识建构 技能建构 a vm b vm c vm d vm 解析 磁场都以速度v向右匀速运动时 金属框切割磁感线产生感应电动势 回路中产生感应电流 在安培力作用下向右加速 当安培力与阻力平衡时 金属框的速度最大 由e 2bl v vm i 2bil f 解得vm c项正确 答案 c 知识建构 技能建构 3 2011年江苏南通模拟 如图所示 在磁感强度为b的匀强磁场中 有半径为r的光滑半圆形导体框架 oc为一能绕o在框架上滑动的导体棒 oc之间连一个电阻r 导体框架与导体棒的电阻均不计 若要使oc能以角速度 匀速转动 则外力做功的功率是 a b c d 解析 匀速转动 外力做功的功率与安培力的功率相同 克服安培力做功转化为系统的内能 即外力做功的功率与发热功率相同 转动切割磁感线产生的电动势大小e br2 外力的功率p 则选项c正确 答案 c 知识建构 技能建构 4 如图甲所示 一个闭合矩形金属线圈abcd从一定高度释放 且在下落过程中线圈平面始终在竖直平面上 在它进入一个有直线边界的足够大的匀强磁场并在其中运动的过程中 取线圈bc边刚进磁场时t 0 则描述其运动情况的图线可能是图乙中的 乙 甲 知识建构 技能建构 速运动 全部进入做竖直下抛运动 则a正确 当mg 开始做加速度a越来越小的加速运动 a减到0做匀速运动 全部进入做竖直下抛运动 则c正确 当mg 开始做加速度a越来越小的减速运动 a减到0做匀速运动 全部进入做竖直下抛运动 则b正确 答案 abc 解析 设线圈bc边刚进磁场时速度为v bc长为l bc的电阻为r 其他三边的电阻为r 则加速度a 当mg a 0 开始做匀 知识建构 技能建构 一 电磁感应的电路问题分析 知识建构 技能建构 例1在同一水平面中的光滑平行导轨p q相距l 1m 导轨左端接有如图所示的电路 其中水平放置的平行板电容器两极板m n间距离d 10mm 定值电阻r1 r2 12 r3 2 金属棒ab电阻r 2 其他电阻不计 磁感应强度b 0 5t的匀强磁场竖直穿过导轨平面 当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时 悬浮于电容器两极板之间 质量m 1 10 14kg 带电荷量q 1 10 14c的微粒恰好静止不动 取g 10m s2 在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好 且运动速度保持恒定 试求 知识建构 技能建构 2 ab两端的路端电压 1 匀强磁场的方向 3 金属棒ab运动的速度 知识建构 技能建构 规范全解 1 负电荷受到重力和电场力作用而处于静止 因重力方向竖直向下 则电场力方向竖直向上 故m板带正电 ab棒向右切割磁感线产生感应电动势 ab棒等效于电源 其a端为电源的正极 由右手定则可判断 磁场方向竖直向下 名师点金 金属棒ab相当于电源 电路中各元件怎样连接 串 并联 决定了电压的分配和微粒的运动状态 知识建构 技能建构 2 负电荷受到重力和电场力而静止 mg eq e 所以umn 0 1v r3两端电压与电容器两端电压相等 由欧姆定律得通过r3的电流 i 0 05a ab棒两端的电压为 uab umn i 0 4v 知识建构 技能建构 3 由法拉第电磁感应定律得感应电动势为 blv 由闭合电路欧姆定律得 uab ir 0 5v 联立解得v m s 1m s 答案 1 竖直向下 2 0 4v 3 1m s 知识建构 技能建构 路欧姆定律的应用 方法概述 解决电磁感应中的电路问题 必须按题意画出等效电路图 将感应电动势等效为电源电动势 产生感应电动势的导体的电阻等效为内阻 求电动势要用电磁感应定律 其余问题为电路分析及闭合电 知识建构 技能建构 例2如图所示两根电阻忽略不计的相同金属直角导轨相距为l 它们各有一边在同一水平面内 另一边垂直于水平面 且都是足够长 两金属杆ab cd与导轨垂直接触形成闭合回路 杆与导轨之间的动摩擦因数均为 且最大静摩擦力与滑动摩擦力相等 回路总电阻为r 整个装置处于竖直向上的匀强磁场中 现使杆ab受到f 5 5 1 25t n 的水平外力作用 从水平导轨的最左端由静止开始向右做匀加速直线运动 杆cd也同时从静止开始沿竖直导轨向下运动 已知l 2m 杆的质量均为m 1kg r 0 4 0 5 g取10m s2 求 二 电磁感应中的动力学问题分析 知识建构 技能建构 2 cd杆下落过程达到最大速度时 ab杆的速度大小 名师点金 明确杆ab和杆cd运动状态 直接从力作为切入点 应用牛顿运动定律或平衡条件求解 1 磁感应强度b的大小 知识建构 技能建构 规范全解 1 对ab杆 f1 mabg 5n 当t 0时 a 得a 0 5m s2 所以杆由静止开始以a 0 5m s2的加速度沿导轨向右匀加速运动 f安 bil e blv i 则f安 根据牛顿第二定律f f安 f1 maba 知识建构 技能建构 联立以上各式 得 1 25t 代入数据 解得b 0 5t 2 当cd杆下落过程达到最大速度时 cd杆处于平衡状态 mcdg f2 f安 f安 bi l 联立以上两式并代入数据 解得v 8m s 知识建构 技能建构 答案 1 0 5t 2 8m s 方法概述 电磁感应中的动力学动态分析 往往从运动和力的关系着手 运用牛顿第二定律研究 基本思路 受力分析 运动分析 变化趋向 确定运动过程和最终的稳定状态 由牛顿第二定律列方程求解 图示如下 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 变式训练1如图所示 mn pq为竖直放置的光滑平行金属导轨 在m点和p点间接一个电阻 在两导轨间某一矩形区域内有垂直导轨平面的匀强磁场 一导体棒ab垂直搁在导轨上 现使ab棒由静止开始释放 棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动 棒ab与导轨始终保持良好的接触 则下列描述导轨运动的v t图象中可能正确的是 其中v0是ab进入磁场时的速度 v是最后匀速运动的速度 知识建构 技能建构 规范全解 导体棒ab在进入磁场前只受重力作用而做自由落体运动 进入磁场后受到重力和安培力作用 安培力f 当安培力f mg时 导体棒做匀速运动 当f mg时 导体棒做减速运动 随着速度的减小 加速度减小 直到做匀速运动 当f mg时 导体棒做加速运动 随着速度的增大 加速度减小 直到做匀速运动 所以a b c正确 答案 abc 知识建构 技能建构 例3如图所示 两平行的足够长光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上 导轨间距为l 导轨电阻忽略不计 导轨所在平面的倾角为 匀强磁场的宽度为d 磁感应强度大小为b 方向与导轨平面垂直向下 长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起 总质量为m 置于导轨上 导体棒中通以大小恒为i的电流 方向如图所示 由外接恒流源产生 图中未图出 线框的边长为d d l 电阻为r 下边与磁场区域上边界重合 将装置由静止释放 导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回 导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直 重力加速度为g 问 三 电磁感应中的能量问题 知识建构 技能建构 1 装置从释放到开始返回的过程中 线框中产生的焦耳热q是多少 知识建构 技能建构 3 经过足够长时间后 线框上边与磁场区域下边界的最大距离xm是多少 名师点金 线框在磁场中运动 加速度不恒定 运动的速度不是线性变化 感应电流及其所受的安培力不是线性变化 研究运动往往从能量的角度入手 2 线框第一次向下运动即将离开磁场下边界时线框上边所受的安培力fa多大 知识建构 技能建构 规范全解 1 设装置由静止释放到导体棒运动到磁场下边界的过程中 作用在线框上的安培力做功为w 由动能定理有 mgsin 4d w bild 0 且q w 解得q 4mgdsin bild 知识建构 技能建构 2 设线框第一次向下运动刚离开磁场下边界时的速度为v1 则接着又向下运动2d 由动能定理 mgsin 2d bild 0 m 得v1 安培力fa bi d b d 知识建构 技能建构 3 经过足够长时间后 线框在磁场下边界与最大距离之间往复运动 由动能定理mgsin xm bil xm d 0 解得xm 答案 1 4mgdsin bild 2 3 知识建构 技能建构 方法概述 电磁感应中的能量问题 从能量转化和守恒着手 运用动能定理或能量守恒定律 基本思路 受力分析 弄清哪些力做功 做正功还是负功 明确有哪些形式的能量参与转化 哪增哪减 由动能定理或能量守恒定律列方程求解 能量转化特点 其他能 如 机械能 电能内能 焦耳热 知识建构 技能建构 变式训练2 2011年温州模拟 如图所示 ab cd为两个平行的水平光滑金属导轨 处在方向竖直向下 磁感应强度为b的匀强磁场中 ab cd间距为l 左右两端均接有阻值为r的电阻 质量为m长为l且不计电阻的导体棒mn放在导轨上 与导轨接触良好 并与轻质弹簧组成弹簧振动系统 开始时 弹簧处于自然长度 导体棒mn具有水平向左的初速度v0 经过一段时间 导体棒mn第一次运动到最左端 这一过程中ac间的电阻r上产生的焦耳热为q 则 知识建构 技能建构 a 初始时刻棒所受的安培力大小为2 b 从初始时刻至棒第一次到达最左端的过程中 整个回路产生的焦耳热为 c 当棒第一次到达最左端时 弹簧具有的弹性势能为m 2q d 当棒再次回到初始位置时 ac间电阻r的热功率为 知识建构 技能建构 规范全解 初始时刻感应电流i 棒所受的安培力bil 2 则a正确 从初始时刻至棒第一次到达最左端的过程中 ac和bd产生的焦耳热相等 整个回路产生的焦耳热为2q 则b错误 当棒第一次到达最左端的过程 由动能定理 w弹力 2q m 则弹簧具有的弹性势能w弹力为m 2q 则c正确 当棒再次回到初始位置时 速度小于v0 ac间电阻r的热功率小于 则d错误 答案 ac 知识建构 技能建构 例4在水平桌面上 一个圆形金属框置于匀强磁场b1中 线框平面与磁场垂直 圆形金属框与一