高考物理考前三個月 名師專題講義 專題六 電磁感應和電路 第1課時 電磁感應問題的綜合分析課件

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1、高考對本部分內容的要求較高，常在選擇題中考查電磁高考對本部分內容的要求較高，常在選擇題中考查電磁感應中的圖像問題、變壓器和交流電的描述問題，在計感應中的圖像問題、變壓器和交流電的描述問題，在計算題中作為壓軸題，以導體棒運動為背景，綜合應用電算題中作為壓軸題，以導體棒運動為背景，綜合應用電路的相關知識、牛頓運動定律和能量守恒定律解決導體路的相關知識、牛頓運動定律和能量守恒定律解決導體棒類問題棒類問題本專題考查的重點有以下幾個方面：本專題考查的重點有以下幾個方面：專題定位楞次定律的理解和應用；感應電流的圖像問題；電楞次定律的理解和應用；感應電流的圖像問題；電磁感應過程中的動態(tài)分析問題；綜合應用電路

2、知識和能磁感應過程中的動態(tài)分析問題；綜合應用電路知識和能量觀點解決電磁感應問題；直流電路的分析；變壓器量觀點解決電磁感應問題；直流電路的分析；變壓器原理及三個關系；交流電的產生及描述問題原理及三個關系；交流電的產生及描述問題專題定位對本專題的復習應注意對本專題的復習應注意“抓住兩個定律，運用兩種觀點，分抓住兩個定律，運用兩種觀點，分析三種電路析三種電路”兩個定律是指楞次定律和法拉第電磁感應定兩個定律是指楞次定律和法拉第電磁感應定律；兩種觀點是指動力學觀點和能量觀點；三種電路指直流律；兩種觀點是指動力學觀點和能量觀點；三種電路指直流電路、交流電路和感應電路電路、交流電路和感應電路應考策略 知 識

3、 方 法 聚 焦 熱 點 考 向 例 析 審題破題 真題演練欄目索引知識方法聚焦1.(2)相對運動相對運動 (3)原電流原電流2.(1) 平均平均(2)瞬時瞬時 (3) Bl23.磁通量磁通量4.焦耳定律焦耳定律 能量守恒定律能量守恒定律 知識回扣 知識方法聚焦規(guī)律方法解決感應電路綜合問題的一般思路是解決感應電路綜合問題的一般思路是“先電后力先電后力”，即：，即：先作先作“源源”的分析的分析分析電路中由電磁感應所產生的電源，分析電路中由電磁感應所產生的電源，求出電源參數求出電源參數E和和r；接著進行接著進行“路路”的分析的分析分析電路結構，弄清串、并聯(lián)關分析電路結構，弄清串、并聯(lián)關系，求出相關

4、部分的電流大小，以便求解安培力；系，求出相關部分的電流大小，以便求解安培力；然后是然后是“力力”的分析的分析分析研究對象分析研究對象(通常是金屬棒、導體、通常是金屬棒、導體、線圈等線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力；的受力情況，尤其注意其所受的安培力；接著進行接著進行“運動狀態(tài)運動狀態(tài)”的分析的分析根據力和運動的關系，判根據力和運動的關系，判斷出正確的運動模型；斷出正確的運動模型；最后是最后是“能量能量”的分析的分析尋找電磁感應過程和研究對象的尋找電磁感應過程和研究對象的運動過程中，其能量轉化和守恒的關系運動過程中，其能量轉化和守恒的關系.熱點考向例析考向1楞次定律和法拉第電磁感應定律

5、的應用例例1如圖如圖2甲所示，螺線管匝數甲所示，螺線管匝數n1 000匝，橫截面積匝，橫截面積S10 cm2，螺線管導線電阻，螺線管導線電阻r1 ，電阻，電阻R4 ，磁感應強度，磁感應強度B的的Bt圖圖像像如如圖乙所示圖乙所示(以向右為正方向以向右為正方向)，下列說法正確，下列說法正確的是的是()圖圖2A.通過電阻通過電阻R的電流是交變電流的電流是交變電流B.感應電流的大小保持不變感應電流的大小保持不變C.電阻電阻R兩端的電壓為兩端的電壓為6 VD.C點的電勢為點的電勢為4.8 V解析根據楞次定律可知，根據楞次定律可知，0到到1秒內，電流從秒內，電流從C流過流過R到到A，在在1秒到秒到2秒內，

6、電流從秒內，電流從A流過流過R到到C，因此電流為交流電，故，因此電流為交流電，故A正確；正確；計算知感應電流的大小恒為計算知感應電流的大小恒為1.2 A，電阻，電阻R兩端的電壓兩端的電壓UIR1.24 V4.8 V，故，故B正確，正確，C錯誤；錯誤；當螺線管左端是正極時，當螺線管左端是正極時，C點的電勢才為點的電勢才為4.8 V，當右端是正極，當右端是正極時，則時，則C點電勢為點電勢為4.8 V，故，故D錯誤錯誤.答案AB1.法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律 常有兩種特殊情況，即常有兩種特殊情況，即 其中其中 是是Bt圖圖像像中圖線的斜率，中圖線的斜率，若斜率不變則感應電動勢是恒定不變的若

7、斜率不變則感應電動勢是恒定不變的.2.楞次定律中的楞次定律中的“阻礙阻礙”有三層含義：阻礙磁通量的變化；有三層含義：阻礙磁通量的變化；阻礙物體間的相對運動；阻礙原電流的變化阻礙物體間的相對運動；阻礙原電流的變化.要注意靈活應用要注意靈活應用.以題說法針對訓練針對訓練1 如如圖圖3所示，在邊長為所示，在邊長為a的的正正方形方形區(qū)域內有勻強磁場，磁感應強度區(qū)域內有勻強磁場，磁感應強度為為B，其方向垂直紙面向外，一個邊長也，其方向垂直紙面向外，一個邊長也為為a的單匝正方形導線框架的單匝正方形導線框架EFGH正好與正好與上上述述磁場區(qū)域的邊界重合，導線框的磁場區(qū)域的邊界重合，導線框的電阻電阻為為R.現

8、使導線框以周期現使導線框以周期T繞其中心繞其中心O點在紙面內勻速轉動，點在紙面內勻速轉動，經過經過 導導線框轉到圖中虛線位置，則線框轉到圖中虛線位置，則在在 這這 時間時間內內()圖圖3A.順時針方向轉動時，感應電流方向為順時針方向轉動時，感應電流方向為EFGHEB.平均感應電動勢大小等于平均感應電動勢大小等于C.平均感應電動勢大小等于平均感應電動勢大小等于D.通過導線框橫截面的電荷量為通過導線框橫截面的電荷量為解析由線框的磁通量變小可以判斷出感應電流的方向為：由線框的磁通量變小可以判斷出感應電流的方向為：EHGFE，故，故A錯誤錯誤.根據幾何關系知面積的變化根據幾何關系知面積的變化S(3 )

9、a2，平均，平均感應電動勢感應電動勢 故故B錯誤，錯誤，C正確正確.通過導線框橫截面的電荷量通過導線框橫截面的電荷量 故故D正確正確.答案CD熱點考向例析考向2電磁感應圖像問題的分析例例2 (2014新課標新課標18)如圖如圖4(a)，線圈，線圈ab、cd繞在同一軟鐵繞在同一軟鐵芯上芯上.在在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測得線圈線圈中通以變化的電流，用示波器測得線圈cd間電間電壓如圖壓如圖(b)所示所示.已知線圈內部的磁場與流經線圈的電流成正比，已知線圈內部的磁場與流經線圈的電流成正比，則下列描述線圈則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關系的圖中，可能正確中電流隨時間變化關系的圖中，可能正

10、確的是的是()圖圖4解析 由由題圖題圖(b)可知在可知在cd間不同時間段內產生的電壓是恒間不同時間段內產生的電壓是恒定的，所以在該時間段內線圈定的，所以在該時間段內線圈ab中的磁場是均勻變化的，中的磁場是均勻變化的，則線圈則線圈ab中的電流是均勻變化的，故選項中的電流是均勻變化的，故選項A、B、D錯誤，錯誤，選項選項C正確正確.答案C對于電磁感應圖對于電磁感應圖像像問題的分析要注意以下三個方面：問題的分析要注意以下三個方面：(1)注意初始時刻的特征，如初始時刻感應電流是否為注意初始時刻的特征，如初始時刻感應電流是否為零，感應電流的方向如何零，感應電流的方向如何.以題說法(2)注意看電磁感應發(fā)生

11、的過程分為幾個階段，這幾個注意看電磁感應發(fā)生的過程分為幾個階段，這幾個階段是否和圖階段是否和圖像像變化相對應變化相對應.(3)注意觀察圖注意觀察圖像像的變化趨勢，看圖的變化趨勢，看圖像像斜率的大小、圖斜率的大小、圖像像的曲直是否和物理過程對應的曲直是否和物理過程對應.以題說法針對訓練針對訓練2 如如圖圖5所示，一個所示，一個“”“”形形光光滑滑導軌垂直于磁場固定在磁感應強度為導軌垂直于磁場固定在磁感應強度為B的的勻勻強磁場中，強磁場中，ab是與導軌材料、是與導軌材料、粗細粗細程度程度相相同的同的導體棒，導體棒與導軌接觸良好導體棒，導體棒與導軌接觸良好.在在拉力拉力作用作用下，導體棒以恒定速度下

12、，導體棒以恒定速度v向右運動，以導體棒在圖中所向右運動，以導體棒在圖中所示位置的時刻作為計時起點，則回路中感應電動勢示位置的時刻作為計時起點，則回路中感應電動勢E、感應、感應電流電流I、導體棒所受拉力的功率、導體棒所受拉力的功率P和回路中產生的焦耳熱和回路中產生的焦耳熱Q隨隨時間變化的時間變化的圖圖像像中中正確的是正確的是()圖圖5解析設設“”“”形導軌的角度為形導軌的角度為，則經時間，則經時間t，產生的感應，產生的感應電動勢電動勢EBLvB(vttan )vBv2ttan ，可知感應電動勢與，可知感應電動勢與時間成正比，時間成正比，A正確正確；設單位長度的該導體電阻為設單位長度的該導體電阻為

13、r，則經時間，則經時間t，回路總電阻，回路總電阻R(vtvttan )r，因此回路中的電流，因此回路中的電流I 為常量，與為常量，與時間無關，圖時間無關，圖像像為一條水平直線，為一條水平直線，B錯誤；錯誤；答案AC由于勻速運動，拉力的功率等于產生焦耳熱的功率，由于勻速運動，拉力的功率等于產生焦耳熱的功率，PI2R，由于由于I恒定不變，而恒定不變，而R與時間成正比，因此功率與時間成正比，因此功率P與時間成正與時間成正比，是一條傾斜的直線，比，是一條傾斜的直線，C正確；正確；而產生的熱量而產生的熱量QPt，這樣，這樣Q與時間的平方成正比，與時間的平方成正比，圖圖像像為為一一條曲線，條曲線，D錯誤錯

14、誤.熱點考向例析考向3電磁感應中的動力學問題分析電磁感應中的動力學問題分析例例3如圖如圖6甲所示，電流傳感器甲所示，電流傳感器(相當于一只理想電流表相當于一只理想電流表)能能將各時刻的電流數據實時通過數據采集器傳輸給計算機，經將各時刻的電流數據實時通過數據采集器傳輸給計算機，經計算機處理后在屏幕上同步顯示出計算機處理后在屏幕上同步顯示出It圖圖像像.電阻不計的足夠電阻不計的足夠長光滑平行金屬軌道寬長光滑平行金屬軌道寬L1.0 m，與水平面的夾角，與水平面的夾角37.軌道上端連接阻值軌道上端連接阻值R1.0 的定值電阻，金屬桿的定值電阻，金屬桿MN長與軌長與軌道寬相等，其電阻道寬相等，其電阻r0

15、.50 、質量、質量m0.02 kg.在軌道區(qū)域在軌道區(qū)域加一垂直軌道平面向下的勻強磁場，讓金屬桿從圖示位置加一垂直軌道平面向下的勻強磁場，讓金屬桿從圖示位置由由靜止靜止開始釋放，桿在整個運動過程中與軌道垂直，此后計開始釋放，桿在整個運動過程中與軌道垂直，此后計算機屏幕上顯示出如圖乙所示的算機屏幕上顯示出如圖乙所示的It圖圖像像.重力加速度重力加速度g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，試求：，試求：圖圖6審題突破審題突破金屬桿在傾斜軌道上運動時受到幾個力作金屬桿在傾斜軌道上運動時受到幾個力作用？安培力有什么特點？圖用？安培力有什么特點？圖像像反映金屬桿運動情況如反映金屬桿

16、運動情況如何？根據哪個過程可求磁感應強度何？根據哪個過程可求磁感應強度B的大小？的大?。拷馕鲇捎蒊t圖圖像像可知，可知，當當t1.2 s時，時，I0.15 A(1)t1.2 s時電阻時電阻R的熱功率；的熱功率；PI2R0.1521.0 W0.022 5 W答案0.022 5 W解析由題圖乙知，當金屬桿穩(wěn)定運動時的電流為由題圖乙知，當金屬桿穩(wěn)定運動時的電流為0.16 A(2)勻強磁場的磁感應強度勻強磁場的磁感應強度B的大??；的大??；穩(wěn)定時桿勻速運動，受力平衡，則有：穩(wěn)定時桿勻速運動，受力平衡，則有：mgsin BIL代入數據解得：代入數據解得：B0.75 T答案0.75 T解析t1.2 s時電源

17、電動勢時電源電動勢EI(Rr)BLv(3)t1.2 s時金屬桿的速度大小和加速度大小時金屬桿的速度大小和加速度大小.代入數據得：代入數據得：v0.3 m/smgsin BILma代入數據得：代入數據得：a m/s2答案0.3 m/s電磁感應與動力學問題的解題策略電磁感應與動力學問題的解題策略在此類問題中力現象和電磁現象相互聯(lián)系、相互制約，在此類問題中力現象和電磁現象相互聯(lián)系、相互制約，解決問題前要建立解決問題前要建立“動動電電動動”的思維順序，可概的思維順序，可概括為：括為：(1)找準主動運動者，用法拉第電磁感應定律和楞次定找準主動運動者，用法拉第電磁感應定律和楞次定律求解感應電動勢的大小和方

18、向律求解感應電動勢的大小和方向.(2)根據等效電路圖，求解回路中的電流根據等效電路圖，求解回路中的電流.以題說法(3)分析安培力對導體棒運動速度、加速度的影響，從分析安培力對導體棒運動速度、加速度的影響，從而推理得出對電路中的電流的影響，最后定性分析導而推理得出對電路中的電流的影響，最后定性分析導體棒最終的運動情況體棒最終的運動情況.(4)列牛頓第二定律或平衡方程求解列牛頓第二定律或平衡方程求解.以題說法針對訓練針對訓練3 如如圖圖7所示，固定在同一水平面內的兩根平行所示，固定在同一水平面內的兩根平行長直金屬導軌的間距為長直金屬導軌的間距為d，其右端接有阻值為，其右端接有阻值為R的電阻，的電阻

19、，整個裝置處在豎直向上磁感應強度大小為整個裝置處在豎直向上磁感應強度大小為B的勻強磁場中的勻強磁場中.一質量為一質量為m(質量分布均勻質量分布均勻)的導體桿的導體桿ab垂直于導軌放置，垂直于導軌放置，且與兩導軌保持良好接觸，桿與導軌之間的動摩擦因數為且與兩導軌保持良好接觸，桿與導軌之間的動摩擦因數為.現桿在水平向左、垂直于桿的恒力現桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止作用下從靜止開始開始沿沿導軌運動距離導軌運動距離L時，速度恰好達到最大時，速度恰好達到最大(運動過程中桿運動過程中桿始始終與導軌保持垂直終與導軌保持垂直).設桿接入電路的電阻為設桿接入電路的電阻為r，導軌電阻不，導軌電阻不計

20、，重力加速度大小為計，重力加速度大小為g.求：求：圖圖7解析當桿達到最大速度當桿達到最大速度vm時，時，EBdvm(1)此過程桿的速度最大值此過程桿的速度最大值vm；勻速時合力為零勻速時合力為零.(2)此過程流過電阻此過程流過電阻R的電量的電量.審題破題 真題演練10.綜合應用動力學觀點和能量觀點分析電磁感應問題例例4 (22(22分分)如圖如圖8所示，平行金屬導軌與水平面間夾角均為所示，平行金屬導軌與水平面間夾角均為37，導軌間距為，導軌間距為1 m，電阻不計，導軌足夠長，電阻不計，導軌足夠長.兩根金屬棒兩根金屬棒ab和和ab的質量都是的質量都是0.2 kg，電阻都是，電阻都是1 ，與導軌垂

21、直放置且，與導軌垂直放置且接觸良好，金屬棒和導軌之間的動摩擦因數為接觸良好，金屬棒和導軌之間的動摩擦因數為0.25，兩個導，兩個導軌平面處均存在著垂直軌道平面向上的勻強磁場軌平面處均存在著垂直軌道平面向上的勻強磁場(圖圖中中未畫出未畫出)，磁感應強度，磁感應強度B的大小相同的大小相同.讓讓ab固定不動，將金固定不動，將金屬棒屬棒ab由靜止釋放，當由靜止釋放，當ab下滑速度達到穩(wěn)定時，整個回路消下滑速度達到穩(wěn)定時，整個回路消耗的電功率為耗的電功率為8 W.求：求：圖圖8(1)ab下滑的最大加速度；下滑的最大加速度；(2)ab下落了下落了30 m高度時，其下滑速度已經達到穩(wěn)定，則高度時，其下滑速度

22、已經達到穩(wěn)定，則此過程中回路電流的發(fā)熱量此過程中回路電流的發(fā)熱量Q為多大？為多大？(3)如果將如果將ab與與ab同時由靜止釋放，當同時由靜止釋放，當ab下落了下落了30 m高度時，其下滑速度也已經達到穩(wěn)定，則此過程中回路高度時，其下滑速度也已經達到穩(wěn)定，則此過程中回路電流的發(fā)熱量電流的發(fā)熱量Q為多大？為多大？(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)思維導圖答題模板解析(1)當當ab棒剛下滑時，棒剛下滑時，ab棒的加速度有最大值：棒的加速度有最大值：agsin gcos 4 m/s2. (2分分)(2)ab棒達到最大速度時做勻速運動，有棒達到最大速度時做勻速運動，有mgsin

23、 BILmgcos ，(2分分)整個回路消耗的電功率整個回路消耗的電功率P電電BILvm(mgsin mgcos )vm8 W，(2分分)答題模板則則ab棒的最大速度為：棒的最大速度為：vm10 m/s(1分分)得：得：B0.4 T.(1分分)根據能量守恒得：根據能量守恒得：答題模板解得：解得：Q30 J.(1分分)(3)由對稱性可知，當由對稱性可知，當ab下落下落30 m穩(wěn)定時其速度為穩(wěn)定時其速度為v，ab也下也下落落30 m，其速度也為，其速度也為v，ab和和ab都切割磁感線產生電動勢，都切割磁感線產生電動勢，總電動勢等于兩者之和總電動勢等于兩者之和.根據共點力平衡條件，對根據共點力平衡條

24、件，對ab棒受力分析，棒受力分析，得得mgsin BILmgcos (2分分)答題模板代入解得代入解得v5 m/s(1分分)代入數據得代入數據得Q75 J.(1分分)答案(1)4 m/s2(2)30 J(3)75 J高 考 現 場 (限時：15分鐘，滿分16分)(2014安徽安徽23)如圖如圖9甲所示，勻強磁場的磁感應強度甲所示，勻強磁場的磁感應強度B為為0.5 T，其方向垂直于傾角其方向垂直于傾角為為30的斜面向上的斜面向上.絕緣斜面上固定有絕緣斜面上固定有“”“”形狀的光滑金屬導軌形狀的光滑金屬導軌MPN(電阻忽略不計電阻忽略不計)，MP和和NP長長度均為度均為2.5 m，MN連線水平，長

25、為連線水平，長為3 m.以以MN中點中點O為原點、為原點、OP為為x軸建立一維坐標系軸建立一維坐標系Ox.一根粗細均勻的金屬桿一根粗細均勻的金屬桿CD，長度，長度d為為3 m、質量、質量m為為1 kg、電阻、電阻R為為0.3 ，在拉力，在拉力F的作用下，的作用下，從從MN處以恒定速度處以恒定速度v1 m/s在導軌上沿在導軌上沿x軸正向運動軸正向運動(金屬桿金屬桿與導軌接觸良好與導軌接觸良好).g取取10 m/s2.圖圖9(1)求金屬桿求金屬桿CD運動過程中產生的感應電動勢運動過程中產生的感應電動勢E及運動到及運動到x0.8 m處電勢差處電勢差UCD；解析金屬桿金屬桿CD在勻速運動中產生的感應電

26、動勢在勻速運動中產生的感應電動勢EBlv(ld)E1.5 V(D點電勢高點電勢高)當當x0.8 m時，金屬桿時，金屬桿在導軌間的電勢差為零在導軌間的電勢差為零.設此時桿在導軌外的長度為設此時桿在導軌外的長度為l外外，則，則得得l外外1.2 m答案1.5 V0.6 V由楞次定律判斷由楞次定律判斷D點電勢高，故點電勢高，故C、D兩端電勢差兩端電勢差UCDBl外外v0.6 V.(2)推導金屬桿推導金屬桿CD從從MN處運動到處運動到P點過程中拉力點過程中拉力F與位置與位置坐標坐標x的關系式，并在圖乙中畫出的關系式，并在圖乙中畫出Fx關系圖像；關系圖像；解析桿在導軌間的長度桿在導軌間的長度l與位置與位置x的關系是的關系是桿受的安培力為桿受的安培力為F安安BIl7.53.75x根據平衡條件得根據平衡條件得FF安安mgsin F12.53.75x(0 x2)答案F12.53.75x(0 x2)見解析圖見解析圖畫出的畫出的Fx圖圖像像如如圖所示圖所示.(3)求金屬桿求金屬桿CD從從MN處運動到處運動到P點的全過程產生的焦耳熱點的全過程產生的焦耳熱.解析外力外力F所做的功所做的功WF等于等于Fx圖線下所圍的面積圖線下所圍的面積.答案7.5 J而桿的重力勢能增加量而桿的重力勢能增加量EpmgOPsin 故全過程產生的焦耳熱故全過程產生的焦耳熱QWFEp7.5 J.