高考物理復習專題七電磁感應和電路第1講電磁感應問題市賽課公開課一等獎省課獲獎課件

第1講電磁感應問題專題七電磁感應和電路1/57知識回扣規(guī)律方法高考題型2電磁感應圖象問題高考題型3動力學觀點和能量觀點應用高考題型1楞次定律和電磁感應定律應用高考題精選精練2/57知識回扣規(guī)律方法3/571.楞次定律中“妨礙”表現(xiàn)(1)妨礙磁通量改變(增反減同).(2)妨礙物體間

(來拒去留).(3)妨礙

改變(自感現(xiàn)象).2.感應電動勢計算(1)法拉第電磁感應定律：E＝

，慣用于計算感應電動勢

.①若B變，而S不變，則E＝

；②若S變，而B不變，則E＝

.答案知識回扣相對運動原電流平均值4/57答案(2)導體棒垂直切割磁感線：E＝Blv，主要用于求電動勢

值.(3)如圖1所表示，導體棒Oa圍繞棒一端O在垂直磁場平面內做勻速圓周運動而切割磁感線，產生電動勢E＝

.瞬時圖15/57答案3.感應電荷量計算回路中發(fā)生磁通量改變時，在Δt時間內遷移電荷量(感應電荷量)為q＝I·Δt＝·Δt＝

·Δt＝

.可見，q僅由回路電阻R和

改變量ΔΦ決定，與發(fā)生磁通量改變時間Δt無關.4.電磁感應電路中產生焦耳熱當電路中電流恒定時，可用

計算；當電路中電流改變時，則用功效關系或

計算.磁通量焦耳定律能量守恒定律6/57規(guī)律方法處理感應電路綜合問題普通思緒是“先電后力”，即：先作“源”分析——分析電路中由電磁感應所產生“電源”，求出電源參數(shù)E和r；接著進行“路”分析——分析電路結構，搞清串、并聯(lián)關系，求出相關部分電流大小，方便求解安培力；然后是“力”分析——分析研究對象(通常是金屬棒、導體、線圈等)受力情況，尤其注意其所受安培力；接著進行“運動狀態(tài)”分析——依據(jù)力和運動關系，判斷出正確運動模型；7/57最終是“能量”分析——尋找電磁感應過程和研究對象運動過程中，其能量轉化和守恒關系.8/57楞次定律和電磁感應定律應用高考題型19/57例1

(多項選擇)(·山東模擬)如圖2所表示，豎直面內有一個閉合導線框ACDE(由細軟導線制成)掛在兩固定點A、D上，水平線段AD為半圓直徑，在導線框E處有一個動滑輪，動滑輪下面掛一重物，使導線處于繃緊狀態(tài).在半圓形區(qū)域內，有磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里有界勻強磁場.設導線框電阻為r，圓半徑為R，在將導線上C點以恒定角速度ω(相對圓心O)從A點沿圓弧移動過程中，若不考慮導線中電流間相互作用，則以下說法正確是圖210/57A.在C從A點沿圓弧移動到D點過程中，導線框中感應電流方向先

逆時針，后順時針B.在C從A點沿圓弧移動到圖中∠ADC＝30°位置過程中，經過導線

上C點電荷量為C.當C沿圓弧移動到圓心O正上方時，導線框中感應電動勢最大D.在C從A點沿圓弧移動到D點過程中，導線框中產生電熱為答案解析√√√11/57解析由題意知，在C從A點沿圓弧移動到D點過程中，直角三角形面積先增大后降低，穿過直角三角形磁通量先增大后降低，由楞次定律知導線框中感應電流方向先逆時針，后順時針，則A項正確；在C從A點沿圓弧移動到圖中∠ADC＝30°位置過程中，經過導線上C點電荷量q＝It＝

則B項正確；設DC與AD間夾角為θ，經過導線框磁通量Φ＝

B·2Rsinθ·2Rcosθ＝2R2Bsinθcosθ＝R2Bsin2θ，所以經過導線框磁通量表示式為Φ＝R2Bsinωt，當C沿圓弧移動到圓心O正上方時，導線框中磁通量最大，而感應電動勢為零，則C項錯誤；12/57在C從A點沿圓弧移動到D點過程中，對Φ－t表示式求導得E＝R2Bωcosωt，產生熱量為Q＝

，則D項正確.13/57技巧點撥1.求感應電動勢兩種方法(1)E＝

，用來計算感應電動勢平均值.(2)E＝BLv或E＝

BL2ω，主要用來計算感應電動勢瞬時值.2.判斷感應電流方向兩種方法(1)利用右手定則，即依據(jù)導體在磁場中做切割磁感線運動情況進行判斷.(2)利用楞次定律，即依據(jù)穿過回路磁通量改變情況進行判斷.14/573.楞次定律中“妨礙”四種表現(xiàn)形式(1)妨礙磁通量改變——“增反減同”.(2)妨礙相對運動——“來拒去留”.(3)使線圈面積有擴大或縮小趨勢——“增縮減擴”.(4)妨礙電流改變(自感現(xiàn)象)——“增反減同”.15/571.(·全國卷Ⅲ·15)如圖3，在方向垂直于紙面向里勻強磁場中有一U形金屬導軌，導軌平面與磁場垂直，金屬桿PQ置于導軌上并與導軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成區(qū)域內，線框與導軌共面.現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始瞬間，關于感應電流方向，以下說法正確是A.PQRS中沿順時針方向，T中沿逆時針方向B.PQRS中沿順時針方向，T中沿順時針方向C.PQRS中沿逆時針方向，T中沿逆時針方向D.PQRS中沿逆時針方向，T中沿順時針方向對點拓展練答案21解析圖3√16/57解析金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始瞬間，閉合回路PQRS中磁場方向垂直紙面向里，磁通量增大，由楞次定律可判斷，閉合回路PQRS中感應電流產生磁場垂直紙面向外，由安培定則可判斷感應電流方向為逆時針方向；因為閉合回路PQRS中感應電流產生磁場方向垂直紙面向外，與原磁場方向相反，則T中磁通量減小，由楞次定律可判斷，T中感應電流產生磁場方向垂直紙面向里，由安培定則可知T中感應電流方向為順時針方向，選項D正確.2117/572.(多項選擇)(·江西鷹潭市一模)如圖4甲所表示，一個匝數(shù)為n圓形線圈(圖中只畫了2匝)，面積為S，線圈電阻為R，在線圈外接一個阻值為R電阻和一個理想電壓表，將線圈放入垂直線圈平面指向紙內磁場中，磁感應強度隨時間改變規(guī)律如圖乙所表示，以下說法正確是A.0～t1時間內線圈中感應電流沿逆時針方向B.0～t1時間內電壓表讀數(shù)為C.t1～t2時間內R上電流為D.t1～t2時間內P端電勢高于Q端電勢答案√解析圖4√2118/57解析0～t1時間內，穿過線圈磁通量增大，依據(jù)楞次定律可知線圈中感應電流沿逆時針方向，故A正確；2119/57t1～t2時間內，磁通量減小，依據(jù)楞次定律，感應電流沿順時針方向，線圈相當于電源，上端為負極，下端為正極，所以P端電勢低于Q端電勢，故D錯誤.2120/57電磁感應圖象問題高考題型221/57例2

(多項選擇)(·全國卷Ⅱ·20)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應強度方向與紙面垂直.邊長為0.1m、總電阻為0.005Ω正方形導線框abcd位于紙面內，cd邊與磁場邊界平行，如圖5(a)所表示.已知導線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進入磁場.線框中感應電動勢隨時間改變圖線如圖(b)所表示(感應電流方向為順時針時，感應電動勢取正).以下說法正確是圖522/57A.磁感應強度大小為0.5TB.導線框運動速度大小為0.5m/sC.磁感應強度方向垂直于紙面向外D.在t＝0.4s至t＝0.6s這段時間內，導線框所受安培力大小為0.1N答案√解析√23/57解析由E-t圖象可知，導線框經過0.2s全部進入磁場，則速度v＝

＝

m/s＝0.5m/s，選項B正確；由圖象可知，E＝0.01V，依據(jù)E＝Blv得，B＝

＝0.2T，選項A錯誤；依據(jù)右手定則及正方向要求可知，磁感應強度方向垂直于紙面向外，選項C正確；在t＝0.4s至t＝0.6s這段時間內，導線框中感應電流I＝

＝2A,所受安培力大小為F＝BIl＝0.2×2×0.1N＝0.04N，選項D錯誤.24/57技巧點撥1.處理電磁感應圖象問題“三點關注”：(1)關注初始時刻，如初始時刻感應電流是否為零，是正方向還是負方向.(2)關注改變過程，看電磁感應發(fā)生過程分為幾個階段，這幾個階段是否和圖象改變相對應.(3)關注大小、方向改變趨勢，看圖線斜率大小、圖線曲直是否和物理過程對應.2.慣用處理電磁感應圖象問題“兩個方法”(1)排除法；(2)函數(shù)法.25/573.(·貴州畢節(jié)市模擬)如圖6所表示，圓心為O、圓心角為90°扇形導線框N位于紙面內(豎直面)，過O水平面上方足夠大區(qū)域內有一勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里.現(xiàn)使線框N在t＝0時從圖示位置開始，繞垂直于紙面、且過圓心O軸逆時針勻速轉動.以下可能正確表示此導線框中感應電流i隨時間t改變關系圖象是對點拓展練答案43解析圖6√26/5743解析當線框進入磁場時，切割有效長度為半圓半徑，即電動勢及電流大小不變，由右手定則可知，電流為逆時針，當線框全部進入磁場后，穿過線框磁通量不變，無感應電流.離開磁場時，電流為順時針.27/574.(多項選擇)(·遼寧錦州市模擬)圖7甲為固定在勻強磁場中正三角形導線框abc，磁場方向與導線框所在平面垂直，磁感應強度B隨時間t改變規(guī)律如圖乙所表示.要求垂直紙面向里43圖7為磁場正方向，abca方向為線框中感應電流正方向，水平向右為安培力正方向，關于線框中電流I與ab邊所受安培力F隨時間t改變圖象(圖中不考慮2s末線框中電流及ab邊受力情況)，以下各圖正確是答案√√解析28/57解析線框中感應電流決定于磁感應強度B隨時間t改變率，0～1s時間內，B均勻增大，Φ均勻增大，由右手定則可知線框中感應電流沿逆時針方向，因而是恒定正值，B均勻增加，故安培力均勻增加，依據(jù)左手定則可知ab邊所受安培力方向向右，為正值.1～2s、2～3s穿過線框磁通量不變，所以無感應電流，安培力為0；3～4s依據(jù)楞次定律得感應電流沿逆時針方向，因而是正值且大小恒定，一樣B均勻減小，故安培力均勻減小，依據(jù)左手定則可知ab邊所受安培力方向向左，為負值.4329/57動力學觀點和能量觀點應用高考題型330/57動摩擦因數(shù)μ＝.斜面以EF為界，EF上側有垂直于斜面向上勻強磁場.一質量為M物體用絕緣細線跨過光滑定滑輪與線框相連，連接線框細線與斜面平行且細線最初處于松弛狀態(tài).現(xiàn)先釋放線框再釋放物體，當cd邊離開磁場時線框即以v＝2m/s速度勻速下滑，在ab邊運動到EF位置時，細線恰好被拉直繃緊(時間極短)，隨即物體和線框一起勻速運動，t＝1s后開始做勻加速運動.取g＝10m/s2，求：例3

(·四川資陽市4月模擬)如圖8所表示，一足夠大傾角θ＝30°粗糙斜面上有一個粗細均勻由同種材料制成金屬線框abcd，線框質量m＝0.6kg，其電阻值R＝1.0Ω，ab邊長L1＝1m，bc邊長L2＝2m，與斜面之間圖831/57(1)勻強磁場磁感應強度B大??；答案解析答案1T解析線框cd邊離開磁場時勻速下滑，有：mgsinθ－μmgcosθ－FB＝0FB＝BI1L1I1＝聯(lián)立解得：B＝1T32/57(2)細繩繃緊前，M下降高度H；答案解析答案1.8m33/57解析由題意，線框第二次勻速運動方向向上，設其速度為v1，細線拉力為FT，則：v1＝FT－mgsinθ－μmgcosθ－BI2L1＝0I2＝FT－Mg＝0設繩突然繃緊過程中繩子作用力沖量大小為I，對線框和物體分別用動量定理有：I＝mv1－m(－v)34/57I＝Mv0－Mv1繩繃緊前M自由下落：v02＝2gH聯(lián)立解得：H＝1.8m35/57(3)系統(tǒng)在線框cd邊離開磁場至重新進入磁場過程中損失機械能ΔE.答案解析答案21.6J解析依據(jù)能量守恒定律：線框勻速下滑過程：Q1＝mgL2sinθ繩子突然繃緊過程：Q2＝(Mv02＋

mv2)－(M＋m)v12線框勻速上滑過程：Q3＝MgL2－mgL2sinθΔE＝Q1＋Q2＋Q3聯(lián)立解得：ΔE＝21.6J.36/57技巧點撥1.電荷量q＝IΔt，其中I必須是電流平均值.由E＝

、I＝

、q＝IΔt聯(lián)立可得q＝

，與時間無關.2.求解焦耳熱Q三種方法(1)焦耳定律：Q＝I2Rt.(2)功效關系：Q＝W克服安培力.(3)能量轉化：Q＝ΔE其它能降低許.37/575.(多項選擇)(·山東日照市一模)如圖9所表示，在豎直面內有一磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里、高度為h有界勻強磁場，磁場上、下邊界水平.將一邊長為l(l<h)、質量為m正方形導體框abcd從磁場上方由靜止釋放，ab邊剛進入磁場瞬間和剛穿出磁場瞬間速度相等.已知導體框電阻為r，導體框下落過程中，ab邊一直保持水平，重力加速度為g.則A.導體框一定是減速進入磁場B.導體框可能勻速穿過整個磁場區(qū)域C.導體框穿過磁場過程中，電阻產生熱量為mg(l＋h)D.導體框進入磁場過程中，經過某個橫截面電荷量為對點拓展練答案65解析圖9√√38/57解析導體框進入磁場時假如是勻速或加速，則完全進入磁場后再次加速，剛出磁場時速度一定大于剛進入磁場時速度，與ab邊剛進入磁場瞬間和剛穿出磁場瞬間速度相等相矛盾，A正確；因為l小于h，則可知，當線圈全部進入磁場時要做加速運動，故B錯誤；從線框ab邊進入磁場到剛出磁場過程中，依據(jù)功效關系可知，產生焦耳熱等于重力勢能改變量，故為mgh，穿出和穿入過程中產生焦耳熱相等，則在導體框穿過磁場過程中，電阻產生熱量為2mgh，故C錯誤；導體框進入磁場過程中，經過某個橫截面電荷量為q＝

，D正確.6539/576.(·江蘇南通市二模)如圖10所表示，質量為m、電阻為R單匝矩形線框置于光滑水平面上，線框邊長ab＝L、ad＝2L.虛線MN過ad、bc邊中點.一根能承受最大拉力F0細線沿水平方向拴住ab邊中點O.從某時刻起，在MN右側加一方向豎直向下勻強磁場，磁感應強度大小按B＝kt規(guī)律均勻改變.一段時間后，細線被拉斷，線框向左運動，ab邊穿出磁場時速度為v.求：65圖1040/57答案65解析(1)細線斷裂前線框中電功率P；解析依據(jù)法拉第電磁感應定律41/57答案65解析(2)細線斷裂后瞬間線框加速度大小a及線框離開磁場過程中安培力所做功W；解析細線斷裂瞬間安培力FA＝F042/57答案65解析(3)線框穿出磁場過程中經過導線截面電量q.解析設細線斷裂時刻磁感應強度為B1，則有ILB1＝F043/57高考題精選精練44/57A.若圓盤轉動角速度恒定，則電流大小恒定B.若從上向下看，圓盤順時針轉動，則電流沿a到b方向流動C.若圓盤轉動方向不變，角速度大小發(fā)生改變，則電流方向可能發(fā)生改變D.若圓盤轉動角速度變?yōu)樵瓉?倍，則電流在R上熱功率也變?yōu)樵瓉?倍題組1全國卷真題精選1.(多項選擇)(·全國卷Ⅱ·20)法拉第圓盤發(fā)電機示意圖如圖11所表示.銅圓盤安裝在豎直銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上勻強磁場B中.圓盤旋轉時，關于流過電阻R電流，以下說法正確是√答案123456解析圖11√45/57由法拉第電磁感應定律得感應電動勢E＝BL＝

BL2ω，I＝

，ω恒定時，I大小恒定，ω大小改變時，I大小改變，方向不變，故A對，C錯；123456解析將圓盤看成無數(shù)幅條組成，它們都在切割磁感線從而產生感應電動勢和感應電流，則當圓盤順時針(俯視)轉動時，依據(jù)右手定則可知圓盤上感應電流從邊緣流向中心，流過電阻電流方向從a到b，B對；由P＝I2R＝

知，當ω變?yōu)樵瓉?倍時，P變?yōu)樵瓉?倍，D錯.46/572.(·新課標全國Ⅱ·15)如圖12，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于ab邊向上.當金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉動時，a、b、c三點電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊長度為l.以下判斷正確是答案123456解析圖12A.Ua＞Uc，金屬框中無電流B.Ub＞Uc，金屬框中電流方向沿abcaC.Ubc＝－

Bl2ω，金屬框中無電流D.Ubc＝

Bl2ω，金屬框中電流方向沿acba√47/57123456解析金屬框abc平面與磁場平行，轉動過程中磁通量一直為零，所以無感應電流產生，選項B、D錯誤.轉動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線，產生感應電動勢，由右手定則判斷Ua<Uc，Ub<Uc，選項A錯誤.由轉動切割產生感應電動勢公式得Ubc＝－

Bl2ω，選項C正確.48/573.(·新課標全國Ⅰ·18)如圖13(a)，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上.在ab線圈中通以改變電流，用示波器測得線圈cd間電壓如圖(b)所表示.已知線圈內部磁場與流經線圈電流成正比，則以下描述線圈ab中電流隨時間改變關系圖中，可能正確是答案123456解析圖13√49/57123456解析由題圖(b)可知在cd間不一樣時間段內產生電壓大小是恒定，所以在該時間段內線圈ab中磁場是均勻改變，則線圈ab中電流是均勻改變，故選項A、B、D錯誤，選項C正確.50/57A.金屬環(huán)向上運動，則環(huán)上感應電流方向為順時針方向B.金屬環(huán)向下運動，則環(huán)上感應電流方向為順時針方向C.金屬環(huán)向左側直導線靠近，則環(huán)上感應電流方向為逆時針方向D.金屬環(huán)向右側直導線靠近，則環(huán)上感應電流