高三物理一轮复习 第9章 电磁感应精品课件 新人教版.ppt

第1节电磁感应现象楞次定律 三 右手定则 楞次定律 楞次定律的理解和应用 1 楞次定律的含义 2 楞次定律的使用步骤 3 楞次定律与右手定则的比较 点拨 由原磁场的方向与磁通量的增减判断感应电流的磁场方向 根据右手螺旋定则判断感应电流的方向 解析 感应电流的磁场要阻碍线圈磁通量的增加 由图可以看出n极靠近 穿过线圈的向下的磁感线条数要增加 则感应电流的磁感线方向要向上以阻碍增加 再根据右手定则可判断感应电流方向从b到a 则c下板带正电 故d选项正确 答案 d 点睛笔记运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为 一原 二感 三电流 即 明确原磁场 弄清原磁场的方向及磁通量的变化情况 确定感应磁场 即根据楞次定律中的 阻碍 原则 结合原磁场磁通量变化情况 确定出感应电流产生的感应磁场的方向 判定电流方向 即根据感应磁场的方向 运用安培定则判断出感应电流方向 1 在沿水平方向的匀强磁场中 有一圆形金属线圈可绕沿其直径的竖直轴自由转动 开始时线圈静止 线圈平面与磁场方向既不平行也不垂直 所成的锐角为 在磁场开始减弱后的一个极短时间内 线圈平面 a 维持不动b 将向使 减小的方向转动c 将向使 增大的方向转动d 将转动 因不知磁场方向 不能确定 会增大还是会减小解析 由楞次定律可知 当磁场开始减弱时 线圈平面转动的效果是为了阻碍通过线圈磁通量的减少 而线圈平面与磁场间的夹角越大时 通过的磁通量越大 所以将向使 增大的方向转动 答案 c 闭合电路 或电路中可动部分导体 相对运动情况判断 1 楞次定律的推广感应电流阻碍原磁通量变化的方式有以下几种 1 当回路的磁通量发生变化时 感应电流的效果就阻碍变化阻碍原磁通量的变化 即 增反减同 2 当出现引起磁通量变化的相对运动时 感应电流的效果就阻碍变化阻碍 导体间的 相对运动 即 来拒去留 3 当回路可以形变时 感应电流可以使线圈面积有扩大或缩小的趋势 磁通量 增 面积 缩 磁通量 减 面积 扩 4 当回路磁通量变化由自身电流变化引起时 感应电流的效果是阻碍原电流的变化 自感现象 增反 减同 老师做了一个物理小实验让学生观察 一轻质横杆两侧各固定一金属环 横杆可绕中心点自由转动 老师拿一条形磁铁插向其中一个小环 后又取出插向另一个小环 同学们看到的现象是 a 磁铁插向左环 横杆发生转动b 磁铁插向右环 横杆发生转动c 无论磁铁插向左环还是右环 横杆都不发生转动d 无论磁铁插向左环还是右环 横杆都发生转动 点拨 解决本题注意两点 电磁感应的产生条件 深刻理解 阻碍 的推广含义 可直接根据运动趋势做出判断 解析 由题图可知 左环没有闭合 在磁铁插入过程中 不产生感应电流 故横杆不发生转动 右环闭合 在磁铁插入过程中 产生感应电流 阻碍磁铁和环的相互靠近 横杆将发生转动 选项b正确 答案 b 2 如图所示 粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈 当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线ab正上方等高快速经过时 若线圈始终不动 则关于线圈受到的支持力fn及在水平方向运动趋势的正确判断是 a fn先小于mg后大于mg 运动趋势向左b fn先大于mg后小于mg 运动趋势向左c fn先大于mg后大于mg 运动趋势向右d fn先大于mg后小于mg 运动趋势向右解析 由来拒去留可知 水平方向上线圈的运动趋势向右 在竖直方向上 先向下后向上 所以fn先大于mg后小于mg 答案 d 右手定则 左手定则和安培定则的区别和应用 1 三个定则的区别 2 相互联系 1 电流可以产生磁场 当电流的磁场发生变化时 也会发生电磁感应现象 对此类问题 再用一次楞次定律和法拉第电磁感应定律 逐步分析即可解决 2 感应电流在原磁场中也要受到安培力 这是确定感应电流阻碍 相对运动 的依据 如图所示 铁芯上绕有a b两线圈 a的两端接一平行导轨 导轨间有一匀强磁场垂直于纸面向里 导轨电阻不计 导体棒ab搁在导轨上 要使灵敏电流计内有从c到d的电流通过 则导体棒ab在导轨上应做 a 向左的减速运动b 向右的减速运动c 向左的加速运动d 向右的加速运动 点拨 根据灵敏电流计中感应电流的方向 判断感应电流的磁场方向 由楞次定律得出原磁场的方向及变化 由于原磁场是导体棒ab运动产生电流的磁场 结合右手定则判断导体棒ab的运动情况 解析 由于灵敏电流计中的电流方向由c到d 由右手螺旋定则可以得出感应电流在铁芯右边的磁场方向向上 如果b线圈中原磁场方向向上必定减小 即a线圈中原磁场方向向下并减小 由右手定则可以判断导体棒ab向左减速运动 如果b线圈中原磁场方向向下必定增强 即a线圈中原磁场方向向上并增强 由右手定则可以判断导体棒ab向右加速运动 答案 ad 3 如图所示 在水平地面下埋着一条沿东西方向通有恒定电流的水平直导线 现用一串有灵敏电流计的闭合圆形检测线圈检测此通电直导线的位置 若不考虑地磁场的影响 检测线圈在水平面内 从距直导线很远处的北边移至距直导线很远处的南边的过程中 俯视检测线圈 下列说法正确的是 a 线圈中感应电流的方向先顺时针后逆时针b 线圈中感应电流的方向先逆时针后顺时针 然后再逆时针c 线圈在导线正上方时 穿过线圈的磁通量为零d 线圈在导线正上方时 线圈中的电流为零 解析 根据通电导线周围的磁场分布情况 可知线圈从北向南运动的过程中穿过线圈的磁感线向下先增加后减少到零 然后磁感线向上先增加后减少 答案 bc 当电路的部分导体做切割磁感线运动时 感应电流的方向既可以用右手定则判断也可以用楞次定律判断 两种方法的结论应该是一致的 有时对电路的结构认识不清 确定回路的磁通量的变化情况 导致判断错误 如图所示 mn gh为平行导轨 ab cd为跨在导轨上的两根横杆 导轨和横杆均为导体 有匀强磁场垂直于导轨所在平面 用i表示回路中的电流 a 当ab不动而cd向右滑动时 i 0且沿顺时针方向b 当ab向左 cd向右滑动且速度大小相等时 i 0c 当ab cd都向右滑动且速度大小相等时 i 0d 当ab cd都向右滑动 且ab速度大于cd时 i 0且沿顺时针方向 错解 cd 正确 多选了c项 错解原因认为导体棒切割磁感线 电路中就产生了感应电流 其实电路中产生了电动势 ab cd间均有电势差 但在回路中相互抵消 因此没有电流 从磁通量的角度看 磁通量也没有变化 其他选项的分析如下 当ab不动而cd向右滑动时 穿过回路abdc的磁通量在增加 由楞次定律可知回路中产生沿逆时针方向的电流 a错误 当ab向左 cd向右滑动时 穿过回路abdc的磁通量在增加 回路中有电流 b错误 当ab cd都向右滑动 且ab速度大于cd时 穿过回路abdc的磁通量在减少 由楞次定律可知回路中产生顺时针方向的电流 d正确 答案 d 第2节法拉第电磁感应定律自感 涡流 对法拉第电磁感应定律的理解和应用 2009 广东物理卷 如图 a 所示 一个电阻值为r 匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2r的电阻r1连结成闭合回路 线圈的半径为r1 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场 磁感应强度b随时间t变化的关系图线如图 b 所示 图线与横 纵轴的截距分别为t0和b0 导线的电阻不计 在0至t1时间内求 1 通过电阻r1上的电流大小和方向 2 通过电阻r1上的电量q及电阻r1上产生的热量 点拨 点睛笔记感生电动势产生原因是由于磁感应强度变化产生电动势 则e ns b t 在计算时要注意闭合回路的有效面积 导体棒切割磁感线产生感应电动势的计算 1 导体棒平动切割 e blv 1 正交性本公式是在一定条件下得出的 除了是匀强磁场外 还需b l v三者相互垂直 实际问题中当它们不相互垂直时 应取垂直的分量进行计算 答案 abd 点拨 由右手定则可以判断感应电流的方向 根据i t图象可以看出t 2 0s时 线圈中的电流 点睛笔记1 在回路 不一定闭合 中 产生感应电动势的部分电路相当于电源 若该部分有电阻 则相当于电源的内阻 其余的部分则相当于外电路 2 在解题过程中必须先作出等效电路图再求解 注意弄清内 外电路的分压关系 3 在公式e blvsin 中的v是指杆相对磁场中的瞬时速度 答案 1 逆时针 2 0 4m s 解析 导体ab在磁场中切割磁感线的有效长度为2l ab相当于电路中的电源 ab之间的电势差为路端电压 答案 c 通电自感和断电自感的比较 如图所示 e为电池 l是电阻可忽略不计 自感系数足够大的线圈 d1 d2是两个规格相同的灯泡 s是控制电路的开关 对于这个电路 下列说法正确的是 a 刚闭合s的瞬间 通过d1 d2的电流大小相等b 刚闭合s的瞬间 通过d1 d2的电流大小不相等c 闭合s待电路达到稳定 d1熄灭 d2比原来更亮d 闭合s待电路达到稳定 再将s断开瞬间 d2立即熄灭 d1闪亮一下再熄灭 点拨 刚闭合s的瞬间由于电感的自感作用 两个灯泡串联在一起 电路稳定后电感中有电流流过后 d1处于短路状态 电路达到稳定再将s断开的瞬间 l和d1组成闭合回路 解析 刚闭合s的瞬间由于电感的自感作用 电流不会立即从电感中流过 两个灯泡串联在一起 因此通过d1 d2的电流大小相等 电路稳定后电感中有电流流过后 d1处于短路状态 电路达到稳定再将s断开瞬间 l和d1组成闭合回路 答案 acd点睛笔记解决自感问题应首先确定电源即电路中的自感线圈 分析电路的串并联关系 找出电流的流向 3 如图所示的电路中 a1和a2是完全相同的灯泡 线圈l的电阻可以忽略 下列说法中正确的是 a 合上开关s接通电路时 a2先亮 a1后亮 然后一样亮b 合上开关s接通电路时 a1和a2始终一样亮c 断开开关s切断电路时 a2立刻熄灭 a1过一会儿才熄灭d 断开开关s切断电路时 a1和a2都要过一会儿才熄灭解析 通电瞬间 l中有自感电动势产生 与l在同一支路的灯a1要逐渐变亮 而a2和电源构成回路 a2立刻亮 稳定后a1与a2并联 两灯一样亮 断开开关瞬间 l中有自感电动势 相当于电源 与a1 a2构成回路 所以两灯都过一会儿才熄灭 选项ad正确 答案 ad 电磁感应中的图象包括b t图象 t图象 e t图象和i t图象等 题目可分为两类 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 或由给定的有关图象分析电磁感应过程 求解相应的物理量 对于前者常出现的误区是电磁感应过程分析不细致 对于后者常出现的误区是图象提供的信息分析不全 解决此类题目的关键在于弄清初始条件 正负方向的对应变化范围 所研究物理量的函数表达式 进出磁场的转折点等 再者要明确图象的种类 解题过程中往往需要注意到图象斜率的物理意义 错解 b 正确 错解的原因是对2 4s分析不清 应分段分析 在0 1s由楞次定律或右手定则可判定线框刚开始进入磁场时的电流方向 即感应电动势的方向为顺时针方向 反方向 故d选项错误 在1 2s内 磁通量不变化 感应电动势为0 a选项错误 在2 3s内 产生感应电动势e 2blv blv 3blv 感应电动势的方向为逆时针方向 正方向 故c选项正确 答案 c 第3节电磁感应的综合应用 二 电磁感应的图象问题 电磁感应电路中问题 1 确定电源 在电磁感应现象中 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 2 解决电磁感应中的电路问题 必须按题意画出等效电路图 将感应电动势等效于电源电动势 产生感应电动势的导体的电阻等效于内电阻 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路的欧姆定律的应用 3 解决此类问题的基本思路 1 明确哪一部分电路产生感应电动势 则这部分电路就相当于电源 2 正确分析电路的结构 画出等效电路图 3 结合有关的电路规律建立方程求解 点拨 1 明确电源的电动势和内阻 2 明确电路的结构 画出等效电路图 3 应用电路的规律求解 答案 1 0 04a 2 1 25 10 2w 点睛笔记电磁感应电路中的电源是由于导体棒切割磁感线 公式为e blv 其大小可能变化 变化情况可根据其运动情况判断 或者由闭合回路中磁通量的变化产生 分析此类问题应找到电源 画出等效电路 应用电路的规律求解 电磁感应图象分析 1 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对应关系 4 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿定律等规律写出函数关系式 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 2 方法框图 如图所示 平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动 经过半径为r 磁感应强度为b的圆形匀强磁场区域 导体棒中的感应电动势e与导体棒位置x关系的图象是 点拨 找到导体棒切割磁感线的长度随位置x的函数关系 分析出对称性 解析 在x r左侧 设导体棒与圆的交点和圆心的连线与x轴正方向成 角 则导体棒切割有效长度l 2rsin 电动势与有效长度成正比 故在x r左侧 电动势与x的关系为正弦图象关系 由对称性可知在x r右侧与左侧的图象对称 答案 a点睛笔记处理图象问题 可从以下几个方面分析 一要看坐标轴表示什么物理量 二要看具体的图线 它反映了物理量的状态或变化 三要看斜率 斜率是纵坐标与横坐标的比值 往往有重要的物理意义 四要看图象在坐标轴上的截距 它反映的是一个物理量为零时另一物理量的状态 五要看面积 如果纵轴表示的物理量与横轴表示的物理量的乘积 与某个的物理量的定义相符合 则面积有意义 否则没有意义 六要看 多个图线 交点 2 2010 上海卷 如图所示 一有界区域内 存在着磁感应强度大小均为b 方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场 磁场宽度均为l 边长为l的正方形框abcd的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上 使线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域 若以逆时针方向为电流的正方向 能反映线框中感应电流变化规律的是 解析 在0 t1 电流均匀增大 排除c d 在t1 t2 两边感应电流方向相同 大小相加 故电流大 在t2 t3 因右边离开磁场 只有一边产生感应电流 故电流变小 答案 a 电磁感应中的动力学分析 1 安培力的特点 2 解题思路此类问题覆盖面广 题型也多种多样 解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态 如速度 加速度取最大值或最小值的条件等 基本思路 2010 江苏卷 如图所示 两足够长的光滑金属导轨竖直放置 相距为l 一理想电流表与两导轨相连 匀强磁场与导轨平面垂直 一质量为m 有效电阻为r的导体棒在距磁场上边界h处静止释放 导体棒进入磁场后 流经电流表的电流逐渐减小 最终稳定为i 整个运动过程中 导体棒与导轨接触良好 且始终保持水平 不计导轨的电阻 求 1 磁感应强度的大小b 2 电流稳定后 导体棒运动速度的大小v 3 流经电流表电流的最大值im 点拨 以导体棒为研究对象分析受力 匀速运动时导体棒受到重力和安培力作用处于平衡状态 点睛笔记分析综合问题时 可把问题分解成两部分 电学部分与力学部分来处理 电学部分思路 先将产生电动势的部分电路等效成电源 如果有多个 则应弄清它们间的 串 并联或是反接 关系 再分析内 外电路结构 作出等效电路图 应用欧姆定律找出电学量间的关系 力学部分思路 分析通电导体的受力情况及力的效果 并根据牛顿定律能量守恒等规律找出力学量间的关系 如图所示 mn pq是足够长的光滑平行导轨 其间距为l 且mp mn 导轨平面与水平面间的夹角 30 mp接有电阻r 有一匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为b0 将一根质量为m的金属棒ab紧靠pm放在导轨上 且与导轨接触良好 金属棒的电阻也为r 其余电阻均不计 现用与导轨平行的恒力f mg沿导轨平面向上拉金属棒 使金属棒从静止开始沿导轨向上运动 金属棒运动过程中始终与mp平行 当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度 cd到mp的距离为s 求 1 金属棒达到的稳定速度 2 若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t 0 从此时刻起 让磁感应强度逐渐减小 可使金属棒中不产生感应电流 写出磁感应强度b随时间t变化的关系式 电磁感应中的能量问题 2011 宣武模拟 如图所示 光滑的u型金属导轨pqmn水平的固定在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度为b 导轨的宽度为l 其长度足够长 qm之间接有一个阻值为r的电阻 其余部分电阻不计 一质量为m 电阻也为r的金属棒ab 恰能放在导轨之上并与导轨接触良好 当给棒施加一个水平向右的瞬间作用力 棒就沿轨道以初速度v0开始向右滑行 求 1 开始运动时 棒中的瞬时电流i和棒两端的瞬时电压u分别为多大 2 当棒的速度由v0减小到的过程中 棒中产生的焦耳热q是多少 点拨 先用电磁感应中的电路知识进行分析 然后用能量守恒的思想确定能的转化情况 4 如图所示 abcd为静止于水平面上宽度为l而长度很长的u型金属滑轨 bc边接有电阻r 其他部分电阻不计 ef为一可在滑轨平面上滑动 质量为m的均匀金属棒 今金属棒以一水平细绳跨过定滑轮 连接一质量为m的重物 一匀强磁场b垂直滑轨面 重物从静止开始下落 不考虑滑轮的质量 且金属棒在运动中均保持与bc边平行 忽略所有摩擦力 则 1 当金属棒做匀速运动时 其速率是多少 忽略bc边对金属棒的作用力 2 若重物从静止开始至匀速运动时下落的总高度为h 求这一过程中电阻r上产生的热量 感应电动势的大小只与磁通量的变化率 磁感应强度的变化率 有关 与磁感应强度的大小无关 有时磁感应强度很大 但是变化率为零 感应电流就为零 一矩形线圈位于一随时间t变化的磁场内 磁场方向垂直线圈所在的平面 纸面 向里 如图甲所示 磁感应强度b随t的变化规律如图乙所示 以i表示线圈中的感应电流 以图甲中线圈上箭头所示方向的电流为正 则以下的i t图象中正确的是 错解 分析4 5s时间内的感应电流时出错 磁感应强度不为零 误认为感应电流也不为零 产生恒定的感应电流 错选d 答案 a 九 模型法一 方法简介物理学从某种程度上可以说是一门模型课 无论是所研究的实际物体 物理过程或是物理情境 大都是理想化模型 如实体模型有 质点 点电荷 点光源 轻绳轻杆 弹簧振子 平行