2020高考物理二轮复习专题九电磁感应课件.pptx

专题九电磁感应,-2-,高考命题规律,-3-,电磁感应现象楞次定律法拉第电磁感应定律命题角度1“三定则一定律”在电磁感应现象中的应用高考真题体验对方向1.(多选)(2018全国19)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路.将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态,下列说法正确的是(),-4-,A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,-5-,答案:AD解析:如图甲所示,闭合开关瞬间右边线圈产生电流,左边线圈磁通量增强.由楞次定律可知,增反减同,左边线圈感应磁场方向向左.根据右手螺旋定则可得铁芯中电流方向为从南到北.由此可得铁芯上方磁场为垂直纸面向里,则磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A项正确.,-6-,开关闭合并保持一段时间后电路稳定,线圈中无磁通量变化,则铁芯中无电流,小磁针恢复南北指向,故B、C项错误;如图乙所示,开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,左边线圈磁通量减小,由增反减同得其感应磁场方向向右.由右手螺旋定则可得铁芯中电流由北到南,铁芯上方磁场为垂直纸面向外,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故D项正确.,-7-,2.(2017全国15)如图,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,-8-,答案:D解析:金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确.,-9-,1.判断感应电流方向的两种方法方法一用楞次定律判断(“四步法”),-10-,方法二用右手定则判断该方法适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生的感应电流.判断时注意掌心、拇指、四指的方向:(1)掌心磁感线垂直穿入;(2)拇指指向导体运动的方向;(3)四指指向感应电流的方向.2.“三定则一定律”的应用技巧(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则.(2)研究感应电流受到的安培力时,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定.,-11-,典题演练提能刷高分1.(多选)有一个铜盘,与支架之间的阻力非常小,因此轻轻拨动它,就能长时间地绕轴自由转动.如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘,但并不与铜盘接触,如图所示.下列说法正确的是()A.铜盘能够在较短的时间内停止转动B.铜盘在转动过程中磁通量将不断减小C.铜盘在转动过程中产生的感应电动势将不断减小D.铜盘边缘的电势高于圆心的电势,-12-,答案:ACD解析:当铜盘转动时,切割磁感线,产生感应电动势,由于电路闭合,则出现感应电流,处于磁场中受到安培力作用,此力阻碍铜盘转动,铜盘能够在较短的时间内停止转动,故A正确;铜盘在转动过程中磁通量不变,选项B错误;铜盘在转动过程中,由于转动速度减小,则产生的感应电动势将不断减小,选项C正确;由右手定则可知,铜盘边缘的电势高于圆心的电势,选项D正确.故选ACD.,-13-,2.(多选)如图所示,一根长1m左右的空心铝管竖直放置(图甲),及同样竖直放置的一根长度相同但有竖直裂缝的铝管(图乙)和一根长度相同的空心塑料管(图丙).把一枚磁场很强的小圆柱从上端管口放入管中后,小圆柱最终从下端管口落出.小圆柱在管内运动时,没有跟铝管内壁发生摩擦.设小圆柱在甲、乙、丙三条管中下落的时间分别为t1、t2、t3,则下列关于小圆柱在三管中下落的说法正确的是(),-14-,A.t1最大,因为铝管中涡电流产生的磁场阻碍小圆柱的相对运动B.t2=t3,因为有裂缝的铝管和塑料管中不会产生感应电流C.小圆柱在乙管内下落的过程中,管中会产生感应电动势D.铝管可看成一个个小圆环组成,在小圆柱下落过程中,小圆环中磁通量发生变化答案:ACD解析:甲管为无缝铝管,强磁体下落时,产生电磁感应,阻碍强磁体的运动,乙是有竖直裂缝的铝管,则小圆柱在铝管中下落时,在侧壁也产生涡流,但对磁体产生向上的阻力较小,下落的加速度小于g.丙管为绝缘体,不产生电磁感应,强磁体没有阻碍作用.所以磁体穿越甲管的时间比穿越乙管的时间长,磁体穿越乙管的时间比穿越丙管的时间长.故AC正确,B错误.小圆柱是强磁体,当它通过完整铝管时,导致铝管的磁通量发生变化,从而产生感应电流,故D正确,故选ACD.,-15-,3.如图甲所示.在同一平面内有两个绝缘金属细圆环A、B,两环重叠部分的面积为圆环A面积的一半,圆环B中电流i随时间t的变化关系如图乙所示,以甲图圆环B中所示的电流方向为负,则A环中()A.没有感应电流B.有逆时针方向的感应电流C.有顺时针方向的感应电流D.感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向答案:B解析:由于A环中磁通量变化,所以A环中有感应电流,A错误;根据楞次定律,A环中产生逆时针方向的感应电流,B正确,CD错误.,-16-,命题角度2楞次定律及推论的应用高考真题体验对方向(2019全国14)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现?()A.电阻定律B.库仑定律C.欧姆定律D.能量守恒定律答案:D解析:增反减同,来拒去留,都反映了电磁感应现象中安培力做负功,把其他形式的能转化为电能,楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现,A、B、C错误,D正确.,-17-,楞次定律推论的应用技巧1.线圈(回路)中磁通量变化时,感应电流产生的磁场阻碍原磁通量的变化“增反减同”;2.导体与磁体间有相对运动时,感应电流产生的效果阻碍相对运动“来拒去留”;当回路可以形变时,感应电流可使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”;4.自感现象中,感应电动势阻碍原电流的变化“增反减同”.,-18-,典题演练提能刷高分1.(多选)(2019山东潍坊二模)如图,螺线管内有平行于轴线的外加磁场,以图中箭头所示方向为其正方向.螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一闭合小金属圆环,圆环与导线框在同一平面内.当螺线管内的磁感应强度B随时间按图所示规律变化时()A.在0t1时间内,环有收缩趋势B.在t1t2时间内,环有扩张趋势C.在t1t2时间内,环内有逆时针方向的感应电流D.在t2t3时间内,环内有逆时针方向的感应电流,-19-,答案:BC解析:在0t1时间内,B均匀增加,则在线圈中产生恒定不变的感生电动势,则在导线框dcba中形成稳定的电流,则此时环中无感应电流产生,环也没有收缩趋势,选项A错误;在t1t2时间内,B的变化率逐渐减小,则螺线管中的感应电流的磁场方向为从下到上且逐渐减小,在导线框abcd中的磁通量为向外减小,穿过环的磁通量向外减小,根据楞次定律可知,环内有逆时针方向的感应电流,且有扩张趋势,选项BC正确;在t2t3时间内,B的方向向下,且B的变化率逐渐减小,则螺线管中的感应电流的磁场方向为从上到下且逐渐减小,在导线框abcd中的磁通量为向里减小,穿过环的磁通量向里减小,根据楞次定律可知,环内有顺时针方向的感应电流,选项D错误.,-20-,2.(2019安徽蚌埠二模)同一平面内固定有一长直导线PQ和一带缺口的刚性金属圆环,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于圆环所在平面固定放置的平行金属板MN连接,如图甲所示.导线PQ中通有正弦交变电流i,i的变化如图乙所示,规定从Q到P为电流的正方向,则在12s内()A.M板带正电,且电荷量增加B.M板带正电,且电荷量减小C.M板带负电,且电荷量增加D.M板带负电,且电荷量减小,-21-,答案:A解析:在12s内,穿过金属圆环的磁场垂直于纸面向里,磁感应强度变小,穿过金属圆环的磁通量变小,磁通量的变化率变大,假设环闭合,由楞次定律可知感应电流磁场与原磁场方向相同,即感应电流磁场方向垂直于纸面向里,然后由安培定则可知感应电流沿顺时针方向,由法拉第电磁感应定律可知感应电动势增大,由此可知M板电势高,带正电,电荷量增加,故A正确,B、C、D错误.故选A.,-22-,3.一条形磁铁平放在水平桌面上,一闭合线圈保持在竖直平面内,从条形磁铁探出桌面的一端的左上方竖直下落,线圈平面垂直于磁铁(如图).在线圈通过磁铁截面的过程中磁铁一直静止,关于磁铁的受力分析正确的是()A.线圈中感应电流的方向不会变化B.磁铁受桌面的支持力一直大于重力C.磁铁受到桌面的摩擦力一直向右D.磁铁受到桌面的摩擦力一直向左,-23-,答案:B解析:线圈向下运动的过程中穿过线圈的磁通量先增大后减小,根据楞次定律可知,线圈产生的感应电流的方向一定会发生变化,故A错误;根据楞次定律可知,线圈向下运动的过程中,产生的感应电流对线圈一直存在阻碍作用,即磁铁对线圈一直有向上的作用力,根据牛顿第三定律可知,线圈对磁铁一直有向下的作用力,所以磁铁受桌面的支持力一直大于重力,故B正确;根据楞次定律,线圈在桌面以上时,线圈对磁铁的作用力的方向为向右下方,所以磁铁还要受到向左的摩擦力;而线圈在桌面以下时,线圈对磁铁的作用力的方向为向左下方,所以磁铁还要受到向右的摩擦力,故CD错误.故选B.,-24-,命题角度3感应电动势大小的计算高考真题体验对方向1.(多选)(2018全国20)如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦式交变电流i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向.导线框R中的感应电动势(),D.在t=T时最大,且沿顺时针方向,-25-,答案:AC解析:PQ中的电流在导线框R中产生变化的磁场,所以线框R中的,为向外增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向里,感应电动势为顺时针方向,C选项正确;在T时刻,线框R中的磁场从垂直纸面向外减弱变为垂直纸面向里增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向外,感应电动势为逆时针方向,D选项错误.,-26-,2.(多选)(2016全国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,-27-,答案:AB解析:根据右手定则,转动过程中产生电流的方向只与圆盘转动方向有关,C选项错误;当圆盘顺时针转动时,圆盘中电流方向应由P到圆心,通过电阻的电流方向为ab,B选项正确;设圆盘半径为r,则圆,率应为原来的4倍,D选项错误.,-28-,1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况;(2)利用楞次定律确定感应电流的方向;(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解.2.几点注意,(4)导体棒转动切割磁感线类问题,导体各部分切割速度不同,应用E=BLv计算电动势时,v应是导体棒切割的平均速度.,-29-,典题演练提能刷高分1.(多选)如图所示,半径为2r的弹性螺旋线圈内有垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域,磁场区域的半径为r,已知弹性螺旋线圈的电阻为R,线圈与磁场区域共圆心,则以下说法正确的是()A.保持磁场不变,线圈的半径由2r变到3r的过程中,有顺时针的电流B.保持磁场不变,线圈的半径由2r变到0.5r的过程中,有逆时针的电流,-30-,答案:BC解析:由于磁场的面积不变,线圈的半径由2r变到3r的过程中,穿过线圈磁通量不变,所以在线圈中没有感应电流产生,故A错误;由于磁场的面积不变,线圈的半径由2r变到0.5r的过程中,线圈包含磁场的面积变小,磁通量变小,根据“楞次定律”可知,产生逆时针的电流,故B正确;保持半径不变,使磁场随时间按B=kt变化,磁场增大,穿过线圈磁通量增大,根据“楞次定律”可知,产生顺时针的电流,根据,-31-,2.(多选)(2019河南焦作检测)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置,间距为l=1m,cd间、de间、cf间分别接着阻值R=10的电阻.一阻值R=10的导体棒ab以速度v=4m/s匀速向左运动,导体棒与导轨接触良好;导轨所在平面存在磁感应强度大小B=0.5T、方向竖直向下的匀强磁场.下列说法中正确的是()A.导体棒ab中电流的流向为由b到aB.cd两端的电压为1VC.de两端的电压为1VD.fe两端的电压为1V,-32-,答案:BD解析:由右手定则可知ab中电流方向为ab,A错误;导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势E=Blv,ab为电源,cd间电阻R为外电路负载,de和cf间电阻中无电流,de和cf间无电压,因此cd和fe两端电压相等,即,-33-,电磁感应中的电路和图象问题命题角度1电磁感应中的电路问题高考真题体验对方向(2016全国24)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.,-34-,解析:(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a,由牛顿第二定律得ma=F-mg设金属杆到达磁场左边界时的速度为v,由运动学公式有v=at0当金属杆以速度v在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势E=Blv,-35-,(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流为I,根据欧,式中R为电阻的阻值.金属杆所受的安培力为f=BlI因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得F-mg-f=0,-36-,处理电磁感应电路问题的一般思路(1)确定电路电源: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,电源内部电流的方向是从低电势流向高电势.(2)分析电路结构:根据“等效电源”和电路中其他元件的连接方式画出等效电路.注意区别内、外电路,区别路端电压、电动势.(3)选用规律求解:根据E=BLv或E=n结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解.,-37-,典题演练提能刷高分1.(2019湖北宜昌模拟)如图所示,MN、PQ是间距为L的平行金属导轨,置于磁感应强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,M、P间接有一阻值为R的电阻.一根与导轨接触良好、有效阻值为的金属杆ab垂直导轨放置,并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动,则(不计导轨电阻)()A.通过电阻R的电流方向为PMB.a、b间的电压为BLvC.a端电势比b端电势高D.外力F做的功等于电阻R上产生的焦耳热,-38-,答案:C,-39-,2.如图甲所示,两电阻不计的平行光滑金属导轨倾斜放置,倾角=37,导轨间距d=0.4m,下端接有定值电阻R0=4,在导轨的CDEF矩形区域内存在垂直于导轨向上的匀强磁场,xDE=5m,该匀强磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,现将一金属棒在导轨上端由静止释放,金属棒电阻R=1,经t=1s金属棒运动到EF位置并开始做匀速运动,g取10m/s2,sin37=0.6,求:(1)01s和12s时间内通过金属棒中的电流分別为多大;(2)金属棒的质量及02s时间内金属棒中产生的热量.,-40-,答案:(1)0.8A0.96A(2)0.128kg1.5616J解析:(1)01s内,磁场均匀变化,由法拉第电磁感应定律有,金属棒从静止开始做匀加速运动,加速度a=gsin=6m/s2,t=1s末进入磁场区域的速度v=at1=6m/s,金属棒切割磁感线产生的电动势E2=Bdv=4.8V,(2)根据金属棒进入磁场区域做匀速运动,可知金属棒受到的合力为零,有mgsin=BI2d,解得m=0.128kg.02s时间内金属棒产生的热,-41-,命题角度2据图象分析判断电磁感应过程高考真题体验对方向1.(多选)(2019全国20)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示.一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上.t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示.则在t=0到t=t1的时间间隔内(),-42-,答案:BC,-43-,2.(多选)(2017全国20)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直.边长为0.1m、总电阻为0.005的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图(a)所示.已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场.线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正).下列说法正确的是(),-44-,A.磁感应强度的大小为0.5TB.导线框运动速度的大小为0.5m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t=0.4s至t=0.6s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1N答案:BC解析:cd边进入磁场向右运动切割磁感线,产生的感应电流方向为顺时针,由右手定则可知,磁感应强度方向垂直纸面向外,故选项C正确;导线框在磁场中一直做匀速直线运动,线框的边长L=0.1m,由E-,m/s=0.5m/s,故选项B正确;由E-t图象可知,t=0至t=0.2s,产生的感应电动势E=0.01V,由E=BLv得B=0.2T,故选项A错误;t=0.4s至,-45-,1.处理图象问题要做到“四明确、一理解”,-46-,2.解决电磁感应图象问题的“三点关注”(1)关注初始时刻,如初始时刻感应电流是否为零,是正方向还是负方向.(2)关注变化过程,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)关注大小、方向的变化趋势,看图线斜率的大小、图线的曲、直是否和物理过程对应.,-47-,典题演练提能刷高分1.(2019黑龙江大庆模拟)在半径为r、电阻为R的圆形导线框内,以直径为界,左、右两侧分别存在着方向如图甲所示的匀强磁场.以垂直纸面向外的磁场为正,两部分磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图乙所示.则0t0时间内,导线框中()A.没有感应电流B.感应电流方向为逆时针,-48-,答案:C解析:根据楞次定律可知,左边的导线框的感应电流是顺时针方向,而右边的导线框的感应电流也是顺时针方向,则整个导线框的感应电流方向是顺时针,故A、B错误;由法拉第电磁感应定律,因磁场的变化,导致导线框内产生感应电动势,结合题意可知,产生感应电动,-49-,2.如图甲所示,足够长的两金属导轨MN、PQ水平平行固定,两导轨电阻不计,且处在竖直向上的磁场中,完全相同的导体棒a、b垂直放置在导轨上,并与导轨接触良好,两导体棒的电阻均为R=0.5,且长度刚好等于两导轨间距L,两导体棒的间距也为L,开始时磁场的磁感应强度按图乙所示的规律变化,当t=0.8s时导体棒刚好要滑动.已知L=1m,滑动摩擦力等于最大静摩擦力.求:,-50-,(1)每根导体棒与导轨间的滑动摩擦力的大小及0.8s内整个回路中产生的焦耳热;(2)若保持磁场的磁感应强度B=0.5T不变,用如图丙所示的水平向右的力F拉导体棒b,刚开始一段时间内b做匀加速直线运动,一根导体棒的质量为多少?(3)在(2)问条件下a导体棒经过多长时间开始滑动?,-51-,答案:(1)0.25N0.2J(2)0.5kg(3)2s,-52-,-53-,命题角度3据电磁感应过程选择图象高考真题体验对方向1.(多选)(2019全国21)如图,两条光滑平行金属导轨固定,所在平面与水平面夹角为,导轨电阻忽略不计.虚线ab、cd均与导轨垂直,在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场.将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且接触良好.已知PQ进入磁场时加速度恰好为零.从PQ进入磁场开始计时,到MN离开磁场区域为止,流过PQ的电流随时间变化的图象可能正确的是(),-54-,答案:AD,-55-,解析:本题以棒轨模型考查电磁感应,属于电磁感应中动力学问题和图象问题.由于导体棒进入磁场时加速度为零,说明是匀速进入;两棒分别进入有两种情况,一是PQ在磁场中运动时,MN在磁场外,当PQ出磁场后,MN进入磁场,这时,MN切割磁感线的速度与PQ切割磁感线的速度相同,这一过程电流大小不变,流过PQ的电流方向相反,A正确,B、C错误.二是PQ在磁场中还没有出来时,MN进入,这时回路电流为零.两棒加速下滑,PQ出磁场时,MN的速度比刚进入磁场时大,所受安培力大于重力沿斜面的分力,MN做减速运动,电流减少,由此可知D正确.,-56-,2.(多选)(2019全国19)如图,方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨,两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上.t=0时,棒ab以初速度v0向右滑动.运动过程中,ab、cd始终与导轨垂直并接触良好,两者速度分别用v1、v2表示,回路中的电流用I表示.下列图象中可能正确的是(),-57-,答案:AC解析:对两棒分别受力分析可知,ab棒做减速直线运动,cd棒做加速直线运动,最后两棒速度相同.ab棒和cd棒在运动过程中都产生感应电动势,两个电动势方向相反,逐渐抵消,两棒速度相同时,总电动势减小为0,电流减小为0,C正确,D错误.对两棒整体受力分析可知,合力为零,动量守恒,mv0=2mv,解得v=,即两棒最后速度为.由C图和F安=BIl可知,F安不均匀变化,加速度不均匀变化,速度图象的斜率为加速度,A正确,B错误.,-58-,3.(2018全国18)如图,在同一水平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下,一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是(),-59-,答案:D解析:在00.5l过程,前、后两边均切割磁感线,产生相同方向(顺时针)、等大不变的电动势,产生同方向、不变的电流;在0.5ll过程,前、后两边均切割磁感线,产生反向、等大不变的电动势,线框中总电动势为零,电流为零;在l1.5l过程,前、后两边均切割磁感线,产生相同方向(逆时针)、等大不变的电动势,产生同方向、不变的电流,选项D正确.,-60-,1.解决电磁感应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、牛顿运动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.(6)画图象或判断图象.,-61-,2.对于电磁感应中图象类选择题的两个常用方法(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.,-62-,典题演练提能刷高分1.(2019重庆二模)半径为L的圆形边界内分布有垂直圆所在平面的磁场,垂直纸面向里的磁感应强度大小为2B,垂直纸面向外的磁感应强度大小为B,如图所示.AEO为V形导线框,其面积为圆面积的八分之一,其总电阻为R,以角速度绕O轴逆时针匀速转动,从图中所示位置开始计时,用i表示导线框中的感应电流(顺时针方向为正),线框中感应电流i随时间t变化图象可能是(),-63-,答案:B,-64-,2.(2019安徽淮南二模)如图所示,光滑绝缘的水平桌面上有一直角三角形导线框ABC,其中AB=L,BC=2L,两平行虚线间有一垂直于桌面向下的匀强磁场,磁场宽度为L,导线框BC边与虚线边界垂直.现让导线框从图示位置开始沿BC方向匀速穿过磁场区域.设线框中产生顺时针方向的感应电流为正,则在线框穿过磁场的过程中,产生的感应电流与线框运动距离x的函数关系图象正确的是(),-65-,答案:D,-66-,3.(多选)如图所示,光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成角,M、P之间接一阻值为R的定值电阻,阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置并良好接触,其他电阻不计.整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上.t=0时对棒施加一平行于导轨向上的外力F,棒由静止开始沿导轨向上做匀加速直线运动.下列关于通过ab的感应电荷量q、电流I、ab所受外力F及穿过abPM的磁通量随时间t变化的图象中,大致正确的是(),-67-,答案:BC解析:由题知,棒由静止开始沿导轨向上做匀加速直线运动,设加速度,误.故选BC.,-68-,电磁感应中的动力学和能量问题命题角度1电磁感应中的动力学问题高考真题体验对方向(2016全国24)如图,两固定的绝缘斜面倾角均为,上沿相连.两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平.右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上.已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为g.已知金属棒ab匀速下滑.求(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小;(2)金属棒运动速度的大小.,-69-,解析:(1)设导线的张力的大小为FT,右斜面对ab棒的支持力的大小为FN1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为FN2.对于ab棒,由力的平衡条件得2mgsin=FN1+FT+FFN1=2mgcos对于cd棒,同理有mgsin+FN2=FTFN2=mgcos联立式得F=mg(sin-3cos).,-70-,(2)由安培力公式得F=BIL这里I是回路abdca中的感应电流.ab棒上的感应电动势为=BLv式中,v是ab棒下滑速度的大小.由欧姆定律得,-71-,用动力学观点解答电磁感应问题的一般步骤,-72-,典题演练提能刷高分1.(多选)如图甲,间距L=1m且足够长的光滑平行金属导轨cd、ef固定在水平面(纸面)上,右侧cf间接有R=2的电阻.垂直于导轨跨接一根长L=2m、质量m=0.8kg的金属杆,金属杆每米长度的电阻为2.t=0时刻,宽度a=1.5m的匀强磁场左边界紧邻金属杆,磁场方向竖直向下、磁感应强度大小B=2T.从t=0时刻起,金属杆(在方向平行于导轨的水平外力F作用下)和磁场向左运动的速度一时间图象分别如图乙中的和.若金属杆与导轨接触良好,不计导轨电阻,则(),-73-,B.t=0.5s时刻,金属杆所受安培力的大小为1N、方向水平向左C.t=1.5s时刻,金属杆所受外力F做功的功率为4.8WD.金属杆和磁场分离前的过程中,从c到f通过电阻R的电荷量为0.5C,-74-,答案:BD解析:t=0时刻,棒的速度为零,磁场向左运动的速度为2m/s,等效为棒切割的速度为2m/s,E=BLv=212=4V,棒的内阻为r=21=2,-75-,2.如图所示,固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d(导轨电阻不计),其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B.一质量为m、电阻为r的匀质导体杆ab垂直于导轨放置,与导轨接触良好,杆与导轨之间的动摩擦因数为.对ab施加水平向左的恒力F,使ab从静止开始沿导轨运动,当运动距离为l时,速度恰好达到最大.已知重力加速度大小为g.在此过程中,求:(1)导体杆ab的最大速度vm;(2)电阻R产生的焦耳热QR.,-76-,解析:(1)ab速度最大时,加速度a=0F-Ff-F安=0Ff=mgE=Bdvm,-77-,(2)恒力F做功:WF=Fl摩擦生热:Qf=mgl.,-78-,命题角度2(储备)电磁感应中的能量问题【典题】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.,-79-,根据右手定则,感应电流的方向是从B端流向A端,因此,通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端.由欧姆定律可知,通过电阻R,-80-,(2)在竖直方向有mg-2FN=0式中,由于质量分布均匀,内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等,其值为FN.两导轨对运行的导体棒的滑动摩擦力均为Ff=FN在t时间内,导体棒在内、外圆导轨上扫过的弧长分别为I1=rt和I2=2rt克服摩擦力做的总功为Wf=Ff(l1+l2),-81-,1.解决电磁感应中能量问题的步骤(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(包括右手定则)确定感应电动势的大小和方向.(2)画出等效电路图,写出回路中电阻消耗的电功率的表达式.(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,联立求解.2.两类情况(1)若回路中电流恒定,可以利用电路结构及W=UIt或Q=I2Rt直接进行计算.(2)若电流变化.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.,-82-,典题演练提能刷高分1.(多选)如图所示,在竖直面内有方向垂直纸面向里、高度为h的有界匀强磁场,磁场上、下边界水平.将边长为l(lv3B.若v1v2,则一定有v2v3C.若v1=v2,从ab离开磁场到cd离开磁场的过程中,线框内产生的焦耳热为mghD.从ab进入磁场到cd离开磁场的过程中,线框内产生的焦耳热为,-83-,答案:ABC解析:若v1v2,说明线圈进入磁场过程一定做减速运动,所以线圈在穿出磁场过程中,也一定做减速运动,故当cd边通过磁场时,一定有v2v3,AB正确;若v1=v2,则线圈进入磁场过程中产生的热量和线圈穿出磁场过程中产生的热量相同,而在线圈进入磁场过程中,根据动,-84-,2.(多选)如图所示,一个半径为r、粗细均匀、阻值为R的圆形导线框,竖直放置在磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直.现有一根质量为m、电阻不计的导体棒,自圆形线框最高点由静止释放,棒在下落过程中始终与线框保持良好接触.已知下落距离为时棒的速度大小为v1,下落到圆心O时棒的速度大小为v2,忽略摩擦及空气阻力,下列说法正确的是(),-85-,答案:BD,-86-,3.(2019河北模拟)如图所示,水平虚线MN、PQ之间有垂直于纸面向里的水平匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B,两虚线间的距离为H,质量为m、电阻为R、边长为L的正方形金属线框abcd在磁场上方某一高度处由静止释放线框,在向下运动过程中线框始终在竖直平面内,ab边始终水平,结果线框恰好能匀速进入磁场,线框有一半出磁场时加速度恰好为零,已知LH,重力加速度为g,求:(1)线框开始释放时ab边离虚线MN的距离;(2)线框进磁场过程中通过线框截面的电荷量q及线框穿过磁场过程中线框中产生的焦耳热;(3)线框穿过磁场所用的时间.,-87-,-88-,-89-,-90-,命题角度3(储备)电磁感应现象与动量结合问题【典题】有一塑料小车从倾角为的光滑斜坡上下滑,撞击挡板后停下,如图甲所示.为了减少小车对挡板的冲击,某同学设想了一个电磁缓冲装置:在小车的底部固定一个与小车前端平齐、匝数为n、边长为L、总电阻为R的正方形闭合线框,在斜坡的下端加上宽度同为L的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直斜坡向下,如图乙所示(小车未画出).若小车与线框的总质量为m,小车在离挡板距离为d处静止释放,进入磁场后立即做减速运动,且小车在撞击挡板前已经匀速运动.求:,-91-,(1)小车刚进入磁场时的速度v1大小;(2)小车匀速运动的速度v2大小.(3)若小车从刚进入磁场到匀速运动时所用的时间为t,这过程中通过线框的电量q.,-92-,解析:(1)从释放至刚进入磁场,由动能定理有,(3)由动量定理有mgtsin-F安t=mv2-mv1nBILt=nBLq,-93-,电磁感应与动量综合问题的分析思路1.电磁感应与动量的结合问题主要有下面两种:(1)对与单杆模型,则是与动量定理结合.例如在光滑水平轨道上运动的单杆(不受其他力作用),由于在磁场中运动的单杆为变速运,经杆电量q、杆位移x及速度变化结合起来.(2)对于双杆模型