高三物理一輪復習復習課教學設計：電磁感應

《電磁感應》復習課教學設計教學目標1、知識與技能：熟練掌握磁通量及其變化的計算方法，理解感應電流的產生條件，深刻理解楞次定律并能夠熟練、靈活應用。2、過程與方法：通過教師的引導，一起重新整理知識脈絡，從而加深對本章本節(jié)知識內容的理解；同時，通過對練習題的'歸類分析，從而加深對楞次定律的理解。3、情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生深入學習本章的興趣和信心。教學重難點1、磁通量及其變化；2、感應電流的產生條件；3、楞次定律、右手定則的理解和應用教學過程考向1電磁感應現(xiàn)象與楞次定律【真題探究】試題：如圖（a），在同一平面內固定有一長直導線PQ和一導線框R，R在PQ的右側。導線PQ中通有正弦交變電流i，i的變化如圖（b）所示，規(guī)定從Q到P為電流的正方向。導線框R中的感應電動勢A．在時為零B．在時改變方向C．在時最大，且沿順時針方向D．在時最大，且沿順時針方向審題指導：長直導線PQ中通有正弦交變電流，在導線周圍產生同頻率變化的磁場，導線框R中的磁通量發(fā)生變化，產生感應電動勢，根據法拉第電磁感應定律可求感應電動勢的大小。根據楞次定律可判斷導線框R中的感應電動勢的方向。素養(yǎng)解碼：本題考查電磁感應現(xiàn)象中感應電動勢的大小和應用楞次定律判斷感應電動勢的方向。題中涉及到兩個可見的實際物體即導線PQ和導線框R，而研究的問題是導線PQ中的電流產生的磁場和導線框R中感應電流的磁場二者的關系，磁場是看不見摸不著的，但磁場是客觀存在的特殊物質，這考查了物理思維中的物質觀念。導線框R中感應電流的磁場總要阻礙導線PQ中電流產生的磁場的變化，反應了兩個磁場之間存在相互作用，這考查了物理思維中的相互作用觀念。原電流的磁場變化越快，導線框R中的感應電動勢就越大，即原電流的變化是導線框R中產生感應電流的原因，導線框R中的電能是通過磁場的相互作用從導線PQ中轉移而來的，這考查了物理思維中的能量觀念。解析：導線中通有向上的電流時，根據右手定則可知電流在線框處的產生磁場的方向向里。由圖可知，在時刻，電流的變化率為0，電流產生的磁場的變化率為0，則線框產生的感應電動勢與感應電流為0，且在感應電流為0的時刻，感應電流的方向會發(fā)生變化，選項A正確、B錯誤。結合正弦曲線變化的特點可知，當PQ中的電流為0時，電流的變化率最大，則電流產生的磁場的變化率最大，所以在時刻時或t=T時刻線框內磁通量的變化率最大，因而產生的電動勢最大；在時刻，導線右側向里的磁場減小，由楞次定律可知，線框R內產生的感應電流的磁場的方向也向里，根據安培定則可知，電流的方向為順時針方向。同理可知，在t=T時刻感應電流的方向為逆時針方向，選項C正確、D錯誤。

答案：AC?！驹瓌?chuàng)好題1】試題：某科技館利用電磁爐展示了一個實驗：將鋁箔剪成一個圓盤，中間剪一個與衛(wèi)生紙圓筒一樣大小的圓洞。把衛(wèi)生紙圓筒立在電磁爐中央，把鋁箔圓盤套在圓筒上面。打開電磁爐開關，可以看到圓盤浮上來了，好像要飛起來一樣。以下說法正確的是A．鋁箔圓盤上產生了感應電動勢B．圓盤內的渦流產生的磁場與電磁爐的磁場方向相反C．改變交流電的頻率，不影響實驗效果D．如果把鋁箔換成等質量的銅箔做實驗，效果會更明顯創(chuàng)新視角：本題考查了電磁感應在生活中的應用。電磁爐是現(xiàn)代家庭生活常見的灶具，其主要工作原理利用高頻電流在電磁爐內部線圈中產生變化的磁場，在鐵鍋底部形成渦流從而產生熱量，這個過程主要是將電能轉化為熱能。本題將鋁箔圓盤放在電磁爐上，打開電磁爐開關，可以看到圓盤浮上來了，好像要飛起來一樣，形象地展示了這種看不見、摸不著的變化的磁場是客觀存在的。圓盤內的渦流產生的磁場與電磁爐的磁場方向相反，體現(xiàn)了楞次定律“阻礙”的一種效果，這個過程將電能不僅轉化為圓盤內的焦耳熱，還有圓盤的機械能。解析：電磁爐內線圈中通有交流電，產生變化的磁場，穿過鋁箔圓盤的磁通量發(fā)生變化，在鋁箔圓盤上會產生感應電動勢，選項A正確。根據楞次定律，圓盤內的渦電流產生的磁場與電磁爐的磁場方向相反，選項B正確。交流電的頻率越高，實驗效果越明顯，選項C錯誤。如果把鋁箔換成等質量的銅箔做實驗，銅箔電阻率小，產生渦電流大，效果會更明顯，選項D正確。答案：ABD。【原創(chuàng)好題2】試題：在中央電視臺《加油向未來》節(jié)目中，設置了一個“小車砸西瓜”的實驗節(jié)目：現(xiàn)場有三條不同的軌道豎直放置，軌道上半部分4m的長度都為木質的，軌道剩余的下半部分分別為銅質的、鋁制的和不銹鋼的，軌道底端放置一個西瓜。三個軌道頂端分別固定有一個質量為22kg的小車，小車上裝有相同的強力釹鐵硼磁鐵。使小車從高8.8m的軌道頂端自由降落，結果不銹鋼軌道上下落的小車將西瓜砸碎，另兩個西瓜完好無損。下列分析判斷正確的是A．小車剛到達軌道金屬部分瞬間加速度大小相等B．銅質軌道上的小車比鋁制軌道上的小車先到達底端C．不銹鋼軌道和小車組成的系統(tǒng)產生的熱量最少D．不銹鋼軌道上下落的下車到達底端時重力做的功最多創(chuàng)新視角：本題情境源于電視節(jié)目中的科學實驗，展示了電磁感應現(xiàn)象中楞次定律的“阻礙”的效果。學生要從能量的觀念來審視這個實驗過程，磁鐵與金屬之間的“阻礙”體現(xiàn)的是能量轉化的過程，小車損失的機械能轉化為系統(tǒng)的電能，而總能量守恒。解析：當帶磁鐵的小車到達軌道金屬部分時，根據楞次定律可知，軌道內的渦電流產生的磁場與磁鐵的磁場方向相反，不同材料的電阻率不同，產生的感應電流不同，小車受到的磁場阻力大小不同，故小車剛到達軌道金屬部分瞬間加速度大小不相等，選項A錯誤。銅軌道電阻率最小，產生渦電流大，阻礙效果更強，銅質軌道上的小車受到的阻力更大，因而銅質軌道上的小車比鋁制軌道上的小車后到達底端，選項B錯誤。根據能量守恒可知，不銹鋼軌道上的小車最終的動能最大，機械能損失最少，因而系統(tǒng)產生的熱量最少，選項C正確。小車在三個軌道上下落到底端時的總高度相同，重力做功一樣多，選項D錯誤。答案：C?？枷?電磁感應的圖象問題【真題探究】試題：（2018．新課標2．18）如圖，在同一平面內有兩根平行長導軌，導軌間存在依次相鄰的矩形勻強磁場區(qū)域，區(qū)域寬度均為l，磁感應強度大小相等、方向交替向上向下。一邊長為的正方形金屬線框在導軌上向左勻速運動，線框中感應電流i隨時間t變化的正確圖線可能是審題指導：正方形金屬線框在勻強磁場中勻速運動，有兩個邊同時切割磁感線，在線框中同時產生兩個感應電動勢，當感應電流方向一致時，兩電動勢相加，當感應電流方向相反時，兩電動勢相減。根據閉合電路歐姆定律求解電流大小，運用右手定則判斷電流方向。素養(yǎng)解碼：本題考查電磁感應現(xiàn)象中感應電動勢的大小和應用右手定則判斷感應電流的方向。題中讓有形的金屬線框在無形的磁場中做切割磁感線的運動，這考查了物理思維中的物質觀念。金屬線框中產生感應電流的磁場總要阻礙金屬線框中原磁通量的變化，且線框受到的安培力總要阻礙線框與原磁場之間的相對運動，這考查了物理思維中的運動與相互作用觀念。通過克服安培力做功將金屬線框的機械能轉化為線框中的電能，體現(xiàn)了能量守恒的思想，這考查了物理思維中的能量觀念。本題從直觀的導體相對磁場運動的現(xiàn)象出發(fā)，要求學生能夠從物理學的視角分析現(xiàn)象背后的內在規(guī)律，認識可見物體線框和不可見物質磁場的相互關系，體現(xiàn)了從現(xiàn)象到模型的抽象概括過程，同時還要用數(shù)學的觀點區(qū)分感應電流隨時間的變化規(guī)律，用到了分析綜合、推理論證的物理方法，考查了核心素養(yǎng)的科學思維。解析：設磁感應強度為B，線圈的速度為v、電阻為R。如果某時刻線框左邊位于方向向外的磁場中、線框右邊位于方向向里的磁場中，此時兩邊都切割磁感應線，產生的感應電動勢為：，根據閉合電路歐姆定律得電流為：，根據右手定則可知電流方向為順時針；當線框左右兩邊都處于方向相同的磁場中時，感應電動勢為零，感應電流為零；當左邊位于方向向里的磁場中、右邊位于方向向外的磁場中，此時兩邊都切割磁感應線，產生的感應電動勢為：，根據閉合電路歐姆定律得電流為：，根據右手定則可知電流方向為逆時針。選項D正確、ABC均錯誤。

答案：D?！驹瓌?chuàng)好題1】試題：在一個斜面上放置了三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點接觸，構成“V”字形導軌，空間存在垂直于斜面的勻強磁場?，F(xiàn)用一沿斜面向上的力拉著MN沿斜面向上勻速運動。從圖示位置開始計時，運動中MN始終平行于底邊且與導軌保持良好接觸，不計摩擦。關于回路中的電流i、bc兩點間的電壓U、回路中的電功率P、MN受到的拉力F隨時間t的關系圖線，正確的是創(chuàng)新視角：此題考查電磁感應現(xiàn)象中各物理量隨時間變化的圖像問題，考查學生運用數(shù)學解決物理問題的能力。通過推導各物理量隨時間變化的函數(shù)關系，可判斷圖線關系?！窘馕觥拷夥ㄒ唬涸Oab與ac的夾角為2θ，金屬棒MN勻速運動的速度為v，初始時刻MN距底邊的距離為l，則經過t時間，金屬棒切割磁感線的有效長度為L=2（l+vt）tanθ。設導軌單位長度的電阻為R0，則組成閉合回路的電阻，電動勢E=BLv=2Bv（l+vt）tanθ，電流為恒定值，選項A正確；bc兩端的電壓，U與t為一次函數(shù)關系，不是正比例函數(shù)，選項B錯誤；回路中的電功率，P與t為一次函數(shù)關系，且不過原點，選項C正確；設斜面的傾角為α，由于MN勻速運動，故受力平衡有：，F(xiàn)與t為一次函數(shù)關系，選項D錯誤。解法二：本題可采用特殊值法快速求解。假設導軌夾角為600，初始時刻MN的有效切割長度為x，單位長度的電阻為R0，則有E=Bxv，R=3xR0，電流，由此可看出電流為定值，與t無關，選項A正確?；芈分械碾姽β?，P與t為一次函數(shù)關系，且不過原點，選項C正確。答案：AC?！驹瓌?chuàng)好題2】試題：（原創(chuàng)）在如圖所示的平面直角坐標系xoy中，第Ⅱ、Ⅳ象限的環(huán)形區(qū)域內存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B。將一個由粗細均勻的同種材料的電阻絲折成的金屬線框abcd垂直磁感線放入磁場，且線框繞O點沿著磁場邊界以角速度ω順時針勻速轉動。已知oa=ab=r，在t=0時刻，線框邊界與磁場邊界恰好重合，設順時針方向為線框中電流的正方向。則線框中的電流i、ab兩點間的電壓uab隨時間t的變化關系為（）解析：AC。線框在運動過程中始終有一個邊在切割磁感線，產生的感應電動勢大小不變，因而線圈中感應電流大小不變，根據楞次定律可判斷感應電流先沿著順時針方向，然后沿著逆時針方向，周期性變化，選項A正確、B錯誤。當ab邊切割磁感線時，ab邊為電源，uab為路端電壓，當cd邊切割磁感線時，cd邊為電源，為電路中ab段電阻兩端的電壓，二者大小關系為，且uab<0，，選項C正確、D錯誤?？枷?電磁感應的綜合問題【真題探究】試題：（2018．天津卷．12）真空管道超高速列車的動力系統(tǒng)是一種將電能直接轉換成平動動能的裝置。圖1是某種動力系統(tǒng)的簡化模型，圖中粗實線表示固定在水平面上間距為l的兩條平行光滑金屬導軌，電阻忽略不計，ab和cd是兩根與導軌垂直，長度均為l，電阻均為R的金屬棒，通過絕緣材料固定在列車底部，并與導軌良好接觸，其間距也為l，列車的總質量為m。列車啟動前，ab、cd處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向下，如圖1所示，為使列車啟動，需在M、N間連接電動勢為E的直流電源，電源內阻及導線電阻忽略不計，列車啟動后電源自動關閉。（1）要使列車向右運行，啟動時圖1中M、N哪個接電源正極，并簡要說明理由；（2）求剛接通電源時列車加速度a的大小；（3）列車減速時，需在前方設置如圖2所示的一系列磁感應強度為B的勻強磁場區(qū)域，磁場寬度和相鄰磁場間距均大于l。若某時刻列車的速度為，此時ab、cd均在無磁場區(qū)域，試討論：要使列車停下來，前方至少需要多少塊這樣的有界磁場？審題指導：列車的啟動過程，是由于通電金屬棒在磁場中受到安培力提供動力，安培力的方向應與列車運動方向相同，根據左手定則確定電流的方向，再由此判定電源的正負極。對回路分析串并聯(lián)結構，運用閉合電路歐姆定律求解回路電流，求得金屬棒所受安培力，根據牛頓第二定律求解加速度。列車的減速過程，回路中的直流電源已關閉，金屬棒切割磁感線，產生感應電動勢，金屬棒受到的安培力是阻力，為列車提供制動力。因安培力為變力，且磁場等間隔分布，動力學分析比較復雜，如對列車減速過程全程分析，運用動量定理求解可簡化問題。素養(yǎng)解碼：本題以最新科技真空管道超高速列車的動力系統(tǒng)為命題背景，引導學生關注科技發(fā)展，認知科學本質，在認識科學、技術、社會、環(huán)境的基礎上，發(fā)展探索自然的內在動力，這個角度體現(xiàn)物理素養(yǎng)中的科學態(tài)度與責任。題目主要提供了兩種情境，第一種情境是通電金屬棒在磁場中受到的安培力為列車提供動力，第二種情境是列車減速駛入等間距分布的勻強磁場，兩金屬棒與導軌所圍回路內產生感應電流，受到的安培力為列車提供阻力，這是電路中金屬棒與磁場相互作用的結果，這考查了物理思維中的物質觀念、運動與相互作用觀念。第一種情境通過安培力做正功將電能直接轉換成平動動能，第二種情境通過克服安培力做功將列車的機械能轉化為線框中的電能，均體現(xiàn)了能量守恒的思想，這考查了物理思維中的能量觀念。本題將實際復雜問題簡化為物理模型，使學生認識到從現(xiàn)象到模型的抽象概括，要抓住現(xiàn)象背后的內在規(guī)律，抓住研究問題的主要因素。認識宏觀列車通過導體棒和不可見物質磁場的相互作用產生動力或阻力，并且討論要使列車停下來，前方至少需要多少塊這樣的有界磁場，在這里要運用動量定理來解決變力作用的問題，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域中的具體應用，考查了物理核心素養(yǎng)中的科學思維。解析：（1）M接電源正極，列車要向右運動，安培力方向應向右，根據左手定則，接通電源后，金屬棒中電流方向由a到b，由c到d，故M接電源正極。（2）由題意，啟動時ab、cd并聯(lián)，設回路總電阻為，由電阻的串并聯(lián)知識得；設回路總電阻為I，根據閉合電路歐姆定律有設兩根金屬棒所受安培力之和為F，有F=BIl根據牛頓第二定律有F=ma，聯(lián)立得（3）設列車減速時，cd進入磁場后經時間ab恰好進入磁場，此過程中穿過兩金屬棒與導軌所圍回路的磁通量的變化為，平均感應電動勢為，由法拉第電磁感應定律有，其中；設回路中平均電流為，由閉合電路歐姆定律有設cd受到的平均安培力為，有以向右為正方向，設時間內cd受安培力沖量為，有同理可知，回路出磁場時ab受安培力沖量仍為上述值，設回路進出一塊有界磁場區(qū)域安培力沖量為，有設列車停下來受到的總沖量為，由動量定理有聯(lián)立得討論：若恰好為整數(shù)，設其為n，則需設置n塊有界磁場，若不是整數(shù)，設的整數(shù)部分為N，則需設置N+1塊有界磁場。答案：（1）M接電源正極，列車要向右運動，安培力方向應向右，根據左手定則，接通電源后，金屬棒中電流方向由a到b，由c到d，故M接電源正極。（2）；（3）討論：若恰好為整數(shù)，設其為n，則需設置n塊有界磁場，若不是整數(shù)，設的整數(shù)部分為N，則需設置N+1塊有界磁場?！驹瓌?chuàng)好題1】試題：如圖所示，有一傾角為θ的光滑斜面，中間寬度為L的區(qū)域存在垂直與斜面向上的勻強磁場，磁感應強度大小為B。一個邊長為x的等邊三角形金屬線框，質量為m，電阻為R，由斜面頂端某位置處靜止釋放，線框底邊始終與斜面底端平行。設線框底邊到達磁場MN邊界時為Ⅰ號位置，線框頂點到達磁場MN邊界時為Ⅱ號位置，線框底邊到達磁場PQ邊界時為Ⅲ號位置，線框頂點到達磁場上PQ邊界時為Ⅳ號位置。已知線框在Ⅰ號位置和Ⅲ號位置時速度相同，且L>x，重力加速度為g，求：（1）從Ⅰ號位置到Ⅲ號位置流過線框的電量；（2）從Ⅰ號位置到Ⅳ號位置，線框產生的焦耳熱；（3）線框從Ⅰ號位置到Ⅲ號位置經歷的時間。創(chuàng)新視角：在電磁感應中，當閉合電路部分導體切割磁感線運動時產生感應電流，從而受到安培力的作用，在運動過程中，安培力往往是變力，使得導體做變加速運動。這些變加速運動往往無法直接用動力學方法求解，采用動量定理、動能定理可巧妙解決?！窘馕觥浚?）根據法拉第電磁感應定律有：，由閉合電路歐姆定律有：，由平均電量公式得：，線框從Ⅰ號位置到Ⅲ號位置，，故流過線框的平均電量。(2)線框在Ⅰ號位置和Ⅲ號位置時速度相同，設此時速度為v，底邊切割磁感線產生電動勢為，由閉合電路歐姆定律有：，底邊所受安培力為：，另外底邊還要受到沿斜面向下的重力分力，大小為，可知，線框在Ⅰ號位置和Ⅲ號位置受力情況完全相同，則運動情況也相同。故線框從Ⅰ號位置到Ⅱ號位置產生的焦耳熱與從Ⅲ號位置到Ⅳ號位置產生的焦耳熱相同。研究線框從Ⅰ號位置到Ⅲ號位置過程，根據動能定理有：，根據功能關系可知，線框克服安培力做的功等于線框產生的焦耳熱，即，則從Ⅰ號位置到Ⅳ號位置，線框產生的焦耳熱為。（3）對線框從Ⅰ號位置到Ⅲ號位置，根據動量定理有：，又，可得，解得答案：（1）（2）（3）【原創(chuàng)好題2】試題：如圖所示，兩根平行光滑的金屬導軌M1N1-M2N2末端固定兩根絕緣柱，導軌間距L=lm，導軌處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度大小B=2T。兩根完全相同的金屬棒a、b分別垂直導軌靜置于圓弧頂端M1、M2處和水平導軌中某位置，兩金屬棒質量均為m=lkg、電阻均為R=2Ω。金屬棒a瞬間獲得一個水平向