重難點09電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用解析版

1、重難點09 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用【知識梳理】考點一 電磁感應(yīng)中的電路問題1 .對電磁感應(yīng)中電源的理解(1)電源的正負(fù)極、感應(yīng)電流的方向、電勢的高低、電容器極板帶電問題，可用右手定則或楞次定律判定。(2)電源的電動勢的大小可由 £=8k或£ n 求解。 t2 .對電磁感應(yīng)電路的理解(1)在電磁感應(yīng)電路中，相當(dāng)于電源的部分把其他形式的能通過電流做功轉(zhuǎn)化為電能。(2)電源”兩端的電壓為路端電壓，而不是感應(yīng)電動勢?！局攸c歸納】1 .電磁感應(yīng)中電路知識的關(guān)系圖2 .電磁感應(yīng)中電路問題的題型特點閉合電路中磁通量發(fā)生變化或有部分導(dǎo)體做切割磁感線運動，在回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電 流.

2、從而考題中常涉及電流、電壓、電功等的計算，也可能涉及電磁感應(yīng)與力學(xué)、電磁感應(yīng)與能量 的綜合分析.3 .分析電磁感應(yīng)電路問題的基本思路(1)確定電源：用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動勢的大小和方向，電源內(nèi)部電流的方向是從低電勢流向高電勢；(2)分析電路結(jié)構(gòu)：根據(jù) 等效電源”和電路中其他元件的連接方式畫出等效電路.注意區(qū)別內(nèi)外電路，區(qū)別路端電壓、電動勢；(3)利用電路規(guī)律求解：根據(jù) E=BLv或E n 結(jié)合閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路知識和電 t功率、焦耳定律等關(guān)系式聯(lián)立求解?？键c二 電磁感應(yīng)中的圖象問題1 .題型特點一般可把圖象問題分為三類：(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫

3、出正確的圖象；(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量；(3)根據(jù)圖象定量計算。2 .解題關(guān)鍵弄清初始條件，正負(fù)方向的對應(yīng)，變化范圍，所研究物理量的函數(shù)表達(dá)式，進(jìn)、出磁場的轉(zhuǎn)折點是解決問題的關(guān)鍵.3 .解決圖象問題的一般步驟(1)明確圖象的種類，即是 Bt圖象還是 一t圖象，或者是 Et圖象、I t圖象等；(2)分析電磁感應(yīng)的具體過程；(3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系；(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式；(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等；(6)畫出圖象或判斷圖象?！局攸c歸納】1 .電磁感應(yīng)中圖象類選擇題

4、的兩個常見解法(1)排除法：定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是物理量的正負(fù)，排除錯誤的選項.(2)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖象作出分析和判斷，這未必是最簡捷的方法，但卻是最有效的方法.2 .分析物理圖象常用方法(1)定性分析物理圖象要明確圖象坐標(biāo)軸的意義；借助有關(guān)的物理概念、公式、定理和定律做出分析判斷.(2)定量計算弄清圖象所揭示的物理規(guī)律或物理量間的函數(shù)關(guān)系；挖掘圖象中的隱含條件，明確有關(guān)圖線所包圍的面積、圖線的斜率(或其絕對值)、截距所表示的物理意義.3 .電磁感應(yīng)中的圖

5、象問題(1)圖象類型電磁感應(yīng)中主要涉及的圖象有B -t圖象、-t圖象、E -t圖象和I -t圖象.還常涉及感應(yīng)電動勢 E和感應(yīng)電流I隨線圈位移x變化的圖象，即 E-x圖象和I-x圖象.(2)常見題型：圖象的選擇、圖象的描繪、圖象的轉(zhuǎn)換、圖象的應(yīng)用.(3)所用規(guī)律一般包括：左手定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運動定律等.考點三 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題分析1 .安培力的大小EB2L2v由感應(yīng)電動勢 E=BLv,感應(yīng)電流| 和安培力公式 F=BIL得F R rR r2 .安培力的方向判斷先用右手定則確定感應(yīng)電流方向，再用 左手定則確定安培力方向根搪楞次定律,安培力方向一定

6、和導(dǎo)體 切割磁感線的運動方向相反3 .導(dǎo)體兩種狀態(tài)及處理方法(1)導(dǎo)體的平衡態(tài)靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài).處理方法：根據(jù)平衡條件(合外力等于零)列式分析.(2)導(dǎo)體的非平衡態(tài)加速度不為零.處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析.考點四 電磁感應(yīng)中的能量問題分析1 .過程分析(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程.(2)電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應(yīng)電流的存在，必須有 外力”克服安培力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.外力”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.(3)當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時，電能又

7、轉(zhuǎn)化為其他形式的能.安培力做功的過程，或通過電阻發(fā)熱的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程.安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.2 .求解思路(1)若回路中電流恒定，可以利用電路結(jié)構(gòu)及W= UIt或Q = I2Rt直接進(jìn)行計算.(2)若電流變化，則：利用安培力做的功求解： 電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若只有電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，則機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能.【重點歸納】3 .電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化問題的分析技巧(1)電磁感應(yīng)過程往往涉及多種能量的轉(zhuǎn)化如圖中金屬棒ab沿導(dǎo)軌由靜止下滑時，重力勢能減少，一部分用來克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為感應(yīng) 電流的電能，最終

8、在 R上轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分轉(zhuǎn)化為金屬棒的動能.若導(dǎo)軌足夠長，棒最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)做勻速運動，之后重力勢能的減小則完全用來克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能.分析 雙桿模型”問題時，要注意雙桿之間的制約關(guān)系，即 動”桿與 被動”桿之間的關(guān)系，需要注意的是，最終兩桿的收尾狀態(tài)的確定是分析該類問題的關(guān)鍵.(2)安培力做功和電能變化的特定對應(yīng)關(guān)系外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.(3)解決此類問題的步驟用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(包括右手定則)確定感應(yīng)電動勢的大小和方向.畫出

9、等效電路圖，寫出回路中電阻消耗的電功率的表達(dá)式.分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程，聯(lián)立求解4 .應(yīng)用動力學(xué)和能量觀點解決電磁感應(yīng)中的導(dǎo)軌十桿”模型問題(1)模型概述導(dǎo)軌十桿”模型是電磁感應(yīng)問題在高考命題中的基本道具”，也是高考的熱點，考查的知識點多，題目的綜合性強，物理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點. 導(dǎo)軌十桿”模型又分為 單桿”型和雙 桿”型；導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運動狀態(tài)可分為勻速運動、勻變速運動、非勻 變速運動或轉(zhuǎn)動等；磁場的狀態(tài)可分為恒定不變、均勻變化和非均勻變化等等，情景復(fù)雜，形式多變.(2)常見模型電一動一

10、電”型動一電一動”型示意圖已知量棒ab長L,質(zhì)里m,電 阻R;導(dǎo)軌光滑水平，電 阻不計棒ab長L,質(zhì)里m,電 阻R;導(dǎo)軌光滑，電阻不 計過程分析S閉合，棒ab受安培力EF B - L ,此時加速度 RBLE 0 ，、 a ,棒ab速度mRvTt感應(yīng)電動勢E'=BLv T -電流I J 安培力F = BIL JTm速度 a，當(dāng)安培力F = 0時，a=0, v 取大，取后勻速運動棒ab釋放后下滑，此時 加速度a= gsin a,棒ab 速度vT感應(yīng)電動勢E=BLv T 流 I =E f 卡 R培力f = bil TTrn速度a J,當(dāng)女培力 F- mgsin a 時，a= 0, v最大,取

11、后勻速運動能量轉(zhuǎn)化通過安培力做功，把電能轉(zhuǎn)化為動能克服安培力做功，把重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能運動形式變加速運動變加速運動最終狀態(tài)勻速運動，E E%瓦瓦勻速運動mgRsinVmb2l2【限時檢測】(建議用時：30分鐘)1 .如圖所示，平行導(dǎo)體滑軌 MM、NM放置于同一水平面上，固定在豎直向下的勻強磁場中，導(dǎo)體棒AB、CD橫放在滑軌上且靜止，形成一個閉合電路。當(dāng) AB向右滑動的瞬間，電路中感應(yīng)電流的方向及CD受到的安培力方向分別為A.電流方向沿 ABCD,安培力方向向右B.電流方向沿 ADCB,安培力方向向右C.電流方向沿 ABCD,安培力方向向左D.電流方向沿 ADCB,安培力方向向左【解析】由右手安

12、培定則可知，當(dāng) AB向右運動時電流由B到A,故電流方向沿ADCB；則再由左手定則可得 CD受力向右，故B正確，ACD錯誤。故選Bo2 .如圖所示的平面直角坐標(biāo)系中，平行四邊形金屬線框的兩條鄰邊長度分別為a、2a,其銳角為60。,短邊與x軸之間的夾角為30。現(xiàn)讓金屬線框從圖示位置沿x軸正方向勻速穿過寬度為蟲a的勻2強磁場區(qū)域，磁場邊界與軸垂直，方向垂直于坐標(biāo)系平面向里。下圖中反映線框穿過磁場區(qū)域過程中的感應(yīng)電流I隨時間t變化關(guān)系正確的是（逆時針方向為電流的正方向）【解析】AD .根據(jù)圖中情景可知，線框水平方向的距離正好是磁場寬度的3倍，則線框三分之一進(jìn)入磁場的過程中，有效切割長度逐漸增大；當(dāng)線框

13、的第二個三分之一長度進(jìn)入磁場過程中，左邊界在磁場中的距離不變，但右邊界在磁場中的有效長度增加，故有效切割長度減小，則總電 動勢減小，電流減??；當(dāng)線框三分之二全部進(jìn)入磁場時，根據(jù)圖中情況可知，此時左右兩邊界距離相等，電動勢為0,則選項AD錯誤；BC.當(dāng)線框第三個三分之一長度進(jìn)入磁場時，此時有效切割長度增加，且電流方向相反，線圈第三部分從磁場中出來的時候，反向電流減小，故選項B錯誤，C正確；故選Co3 .如圖所示，在水平面上有一固定的U形金屬框架，框架上置一金屬桿ab,不計摩擦.在豎直方向上有勻強磁場，則A.若磁場方向豎直向上并增大時，桿ab將向右移動B.若磁場方向豎直向下并增大時，桿 ab將向右

14、移動C.若磁場方向豎直向上并減小時，桿 ab將向右移動D .若磁場方向豎直向下并減小時，桿ab將向左移動【答案】C【解析】A.若磁場方向豎直向上并增大時，由楞次定律得到ab中感應(yīng)電流方向：a-b,根據(jù)左手定則，ab受到的安培力向左，則 ab向左移動。故 A錯誤；B.若磁場方向豎直向下并增大時， 由楞次定律得到ab中感應(yīng)電流方向：b-a,根據(jù)左手定則，ab受到的安培力向左，則 ab向左 移動。故B錯誤；C.若磁場方向豎直向上并減小時，由楞次定律得到ab中感應(yīng)電流方向：b-a,根據(jù)左手定則，ab受到的安培力向右，則 ab向右移動。故 C正確；D.若磁場方向豎直向下并 減小時，由楞次定律得到ab中感

15、應(yīng)電流方向：a-b,根據(jù)左手定則，ab受到的安培力向右，則ab向右移動。故 D錯誤。故選：C.4.如圖所示，足夠長的 U形光滑金屬導(dǎo)軌平面與水平面成。角，其中MN與PQ平行且間距為L,導(dǎo)軌平面與磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直，導(dǎo)軌電阻不計.金屬棒ab由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑，并與兩導(dǎo)軌始終保持垂直且接觸良好，ab棒接入電路的電阻為 R,當(dāng)流過ab棒某一橫截面的電荷量為q時，棒的速度大小為 v,則金屬棒ab在這一過程中2A .加速度為2LB.下滑的位移為膽B(tài)L、,，心公H一 ,mgqR .12C.廣生的焦耳熱為 sin mvBL 2B2I 2vD.受到的最大安培力為 ET【答案】BCD【解析】A、金屬

16、棒ab開始做加速運動，速度增大，感應(yīng)電動勢增大，感應(yīng)電流也增大，金屬棒受到的安培力增大；根據(jù)牛頓第二定律，有：mgsin BIL ma ,又I BLv1則:R Ra g sinA錯誤。B2L2v1 ,所以加速度減小，即金屬棒做加速度逐漸減小的變加速運動。故 mRB、由感應(yīng)電量計算公式 q t E t t 旦x可得，下滑的位移x處，R tR R RBL故B正確。C、根據(jù)能量守恒定律：產(chǎn)生的焦耳熱Q mgxsin1 mv2 mgqRsin- mv2,2 BL 2故C正確。D、當(dāng)金屬棒的速度大小為v時，金屬棒ab受到的安培力最大，所以安培力的最大BLvB2L2v 值FAm BImL BL ，故D正確

17、。R R5.如圖甲所示，水平面上放置一矩形閉合線框abcd, 已知ab邊長li=1.0m、bc邊長l2=0.5m,電阻r=0.1 。勻強磁場垂直于線框平面，線框恰好有一半處在磁場中，磁感應(yīng)強度B在0.2s內(nèi)隨時間變化情況如圖乙所示，取垂直紙面向里為磁場的正方向。線框在摩擦力作用下保持靜止?fàn)顟B(tài)。求：(1)感應(yīng)電動勢的大??；(2)線框中產(chǎn)生的焦耳熱；(3)線框受到的摩擦力的表達(dá)式?！敬鸢浮?1) 0.25 V (2) 0.125J(3) 1.25 t 0.1 N【解析】(1)由題意可知，線框在磁場中的面積不變，而磁感應(yīng)強度在不斷增大，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知D cB bc -ab

18、B S2E n =t ttB?等于乙圖象中B-t圖線的斜率1T/s,聯(lián)立求得感應(yīng)電動勢 E 0.25V t(2)因磁場均勻變化，故而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定，根據(jù)閉合電路歐姆定律知，在這0.2s內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流EI 2.5A r再根據(jù)焦耳定律有Q=I2rt 0.125J(3)水平方向上線框受到靜摩擦力應(yīng)始終與所受安培力二力平衡，有f 5安=81 (0.1 t) 2.5 0.5N1.25(t 0.1)N6.如圖甲所示，一正方形線圈的匝數(shù)為240匝，邊長為a=0.5 m,對應(yīng)的總電阻為 2 0電阻R= 1并通過導(dǎo)線與線圈相連，線圈平面與勻強磁場垂直且固定，且一半處在磁場中，磁場方向垂直紙面向里，大小

19、隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示，求：(1)判斷線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是順時針還是逆時針;(2) 6 s內(nèi)通過電阻R的電荷量；(3)t=4 s時線圈受到的安培力。【答案】(1)逆時針方向(2) 6 C (3) 72& N【解析】(1)由楞次定律可知：電流的方向為逆時針方向(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：101 2匚 BS n B -a2 &/E = n= n 2=3 Vtt根據(jù)電路的串、并聯(lián)關(guān)系知，總電阻為1.5 Q由歐姆定律得I干路=2 A%則通過電阻R的電流為1 A解得 q = It = 6 C(3)安培力F = nBIL由題圖乙可知：t=4 s時，B=0.6 T有效長度為L

20、= 2 a解得F=72 2 N7. (2019浙江選考)如圖所示，在間距 L=0.2m的兩光滑平行水平金屬導(dǎo)軌間存在方向垂直于紙面(向內(nèi)為正)的磁場，磁感應(yīng)強度為分布沿y方向不變，沿x方向如下：1Tx 0.2mB 5 xT 0.2m x 0.2m1Tx 0.2m導(dǎo)軌間通過單刀雙擲開關(guān)S連接恒流源和電容 C=1F的未充電的電容器，恒流源可為電路提供恒定電流I=2A,電流方向如圖所示。有一質(zhì)量m=0.1kg的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌靜止放置于 x°=0.7m處。開關(guān)S擲向1,棒ab從靜止開始運動，到達(dá) x3=0.2m處時，開關(guān)S擲向2。已知棒ab在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直。求：-0.2 -0.

21、1 00.20.7 Wm(提示：可以用 F x圖象下的 面積”代表力F所做的功)(1)棒ab運動到x=0.2m時的速度 V1 ；(2)棒ab運動到x2=0.1m時的速度V2；(3)電容器最終所帶的電荷量Q。11【答案】(1) 2 m/s (2) J46m/s (3) 2c【解析】(1)安培力F BIL ,加速度a F BL m m速度 vi2a X0 xi2 m/s(2)在區(qū)間 0.2m x 0.2m安培力F 5xIL ,如圖所示安培力做功W 5L x2 x； 2,一一 L 1212根據(jù)動能定理可得Wmv2mv122解得 v2.4.6 m/s(3)根據(jù)動量定理可得BLQ mv mv3電荷量Q CU CBLv在x 0.2m處的速度