高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題七 電磁感應(yīng)和電路 第1講 電磁感應(yīng)問題課件

第1講電磁感應(yīng)問題專題七電磁感應(yīng)和電路知識回扣 規(guī)律方法高考題型2電磁感應(yīng)圖象問題高考題型3動力學(xué)觀點和能量觀點的應(yīng)用高考題型1楞次定律和電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用高考題精選精練知識回扣 規(guī)律方法1.楞次定律中楞次定律中“阻礙阻礙”的表現(xiàn)的表現(xiàn)(1)阻礙磁通量的變化(增反減同).(2)阻礙物體間的 (來拒去留).(3)阻礙 的變化(自感現(xiàn)象).2.感應(yīng)電動勢的計算感應(yīng)電動勢的計算(1)法拉第電磁感應(yīng)定律：E ，常用于計算感應(yīng)電動勢的 .若B變，而S不變，則E ；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答案(2)導(dǎo)體棒垂直切割磁感線：EBlv，主要用于求電動勢的 值.(3)如圖1所示，導(dǎo)體棒Oa圍繞棒的一端O在垂直磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動而切割磁感線，產(chǎn)生的電動勢E .瞬時圖1答案3.感應(yīng)電荷量的計算感應(yīng)電荷量的計算回路中發(fā)生磁通量變化時，在t時間內(nèi)遷移的電荷量(感應(yīng)電荷量)為qIt t t .可見，q僅由回路電阻R和 的變化量決定，與發(fā)生磁通量變化的時間t無關(guān).4.電磁感應(yīng)電路中產(chǎn)生的焦耳熱電磁感應(yīng)電路中產(chǎn)生的焦耳熱當(dāng)電路中電流恒定時，可用 計算；當(dāng)電路中電流變化時，則用功能關(guān)系或 計算.磁通量焦耳定律能量守恒定律規(guī)律方法解決感應(yīng)電路綜合問題的一般思路是“先電后力”，即：先作“源”的分析分析電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的“電源”，求出電源參數(shù)E和r；接著進行“路”的分析分析電路結(jié)構(gòu)，弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，以便求解安培力；然后是“力”的分析分析研究對象(通常是金屬棒、導(dǎo)體、線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力；接著進行“運動狀態(tài)”的分析根據(jù)力和運動的關(guān)系，判斷出正確的運動模型；最后是“能量”的分析尋找電磁感應(yīng)過程和研究對象的運動過程中，其能量轉(zhuǎn)化和守恒的關(guān)系.楞次定律和電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用高考題型1例例1(多選)(2017山東模擬)如圖2所示，豎直面內(nèi)有一個閉合導(dǎo)線框ACDE(由細軟導(dǎo)線制成)掛在兩固定點A、D上，水平線段AD為半圓的直徑，在導(dǎo)線框的E處有一個動滑輪，動滑輪下面掛一重物，使導(dǎo)線處于繃緊狀態(tài).在半圓形區(qū)域內(nèi)，有磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面向里的有界勻強磁場.設(shè)導(dǎo)線框的電阻為r，圓的半徑為R，在將導(dǎo)線上的C點以恒定角速度(相對圓心O)從A點沿圓弧移動的過程中，若不考慮導(dǎo)線中電流間的相互作用，則下列說法正確的是圖2A.在C從A點沿圓弧移動到D點的過程中，導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的方向先 逆時針，后順時針B.在C從A點沿圓弧移動到圖中ADC30位置的過程中，通過導(dǎo)線 上C點的電荷量為C.當(dāng)C沿圓弧移動到圓心O的正上方時，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動勢最大D.在C從A點沿圓弧移動到D點的過程中，導(dǎo)線框中產(chǎn)生的電熱為答案解析解析解析由題意知，在C從A點沿圓弧移動到D點的過程中，直角三角形的面積先增大后減少，穿過直角三角形的磁通量先增大后減少，由楞次定律知導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的方向先逆時針，后順時針，則A項正確；在C從A點沿圓弧移動到圖中ADC30位置的過程中，通過導(dǎo)線上C點的電荷量qIt 則B項正確；設(shè)DC與AD間夾角為，通過導(dǎo)線框的磁通量 B2Rsin 2Rcos 2R2Bsin cos R2Bsin 2，所以通過導(dǎo)線框的磁通量表達式為R2Bsin t，當(dāng)C沿圓弧移動到圓心O的正上方時，導(dǎo)線框中的磁通量最大，而感應(yīng)電動勢為零，則C項錯誤；在C從A點沿圓弧移動到D點的過程中，對t的表達式求導(dǎo)得ER2Bcos t，產(chǎn)生的熱量為Q ，則D項正確.技巧點撥技巧點撥1.求感應(yīng)電動勢的兩種方法(1)E ，用來計算感應(yīng)電動勢的平均值.(2)EBLv或E BL2，主要用來計算感應(yīng)電動勢的瞬時值.2.判斷感應(yīng)電流方向的兩種方法(1)利用右手定則，即根據(jù)導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動的情況進行判斷.(2)利用楞次定律，即根據(jù)穿過回路的磁通量的變化情況進行判斷.3.楞次定律中“阻礙”的四種表現(xiàn)形式(1)阻礙磁通量的變化“增反減同”.(2)阻礙相對運動“來拒去留”.(3)使線圈面積有擴大或縮小的趨勢“增縮減擴”.(4)阻礙電流的變化(自感現(xiàn)象)“增反減同”.1.(2017全國卷15)如圖3，在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與磁場垂直，金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)，線框與導(dǎo)軌共面.現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，關(guān)于感應(yīng)電流的方向，下列說法正確的是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?qū)c拓展練答案21解析圖3解析解析金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，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(yīng)電流產(chǎn)生的磁場垂直紙面向外，由安培定則可判斷感應(yīng)電流方向為逆時針方向；由于閉合回路PQRS中感應(yīng)電流產(chǎn)生的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(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，由安培定則可知T中感應(yīng)電流方向為順時針方向，選項D正確.212.(多選)(2017江西鷹潭市一模)如圖4甲所示，一個匝數(shù)為n的圓形線圈(圖中只畫了2匝)，面積為S，線圈的電阻為R，在線圈外接一個阻值為R的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(nèi)的磁場中，磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是A.0t1時間內(nèi)線圈中感應(yīng)電流沿逆時針方向B.0t1時間內(nèi)電壓表的讀數(shù)為C.t1t2時間內(nèi)R上的電流為D.t1t2時間內(nèi)P端電勢高于Q端電勢答案解析圖421解析解析0t1時間內(nèi)，穿過線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知線圈中感應(yīng)電流沿逆時針方向，故A正確；21t1t2時間內(nèi)，磁通量減小，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流沿順時針方向，線圈相當(dāng)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.21電磁感應(yīng)圖象問題高考題型2例例2(多選)(2017全國卷20)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直.邊長為0.1 m、總電阻為0.005 的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖5(a)所示.已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t0時刻進入磁場.線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正).下列說法正確的是圖5A.磁感應(yīng)強度的大小為0.5 TB.導(dǎo)線框運動的速度的大小為0.5 m/sC.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外D.在t0.4 s至t0.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N答案解析解析解析由E-t圖象可知，導(dǎo)線框經(jīng)過0.2 s全部進入磁場，則速度v m/s0.5 m/s，選項B正確；由圖象可知，E0.01 V，根據(jù)EBlv得，B 0.2 T，選項A錯誤；根據(jù)右手定則及正方向的規(guī)定可知，磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外，選項C正確；在t0.4 s至t0.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流I 2 A, 所受的安培力大小為FBIl0.220.1 N0.04 N，選項D錯誤.技巧點撥技巧點撥1.解決電磁感應(yīng)圖象問題的“三點關(guān)注”：(1)關(guān)注初始時刻，如初始時刻感應(yīng)電流是否為零，是正方向還是負方向.(2)關(guān)注變化過程，看電磁感應(yīng)發(fā)生的過程分為幾個階段，這幾個階段是否和圖象變化相對應(yīng).(3)關(guān)注大小、方向的變化趨勢，看圖線斜率的大小、圖線的曲直是否和物理過程對應(yīng).2.常用解決電磁感應(yīng)圖象問題的“兩個方法”(1)排除法；(2)函數(shù)法.3.(2017貴州畢節(jié)市模擬)如圖6所示，圓心為O、圓心角為90的扇形導(dǎo)線框N位于紙面內(nèi)(豎直面)，過O的水平面上方足夠大區(qū)域內(nèi)有一勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里.現(xiàn)使線框N在t0時從圖示位置開始，繞垂直于紙面、且過圓心O的軸逆時針勻速轉(zhuǎn)動.下列可能正確表示此導(dǎo)線框中感應(yīng)電流i隨時間t變化關(guān)系的圖象是對點拓展練答案43解析圖643解析解析當(dāng)線框進入磁場時，切割的有效長度為半圓的半徑，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(dāng)線框全部進入磁場后，穿過線框的磁通量不變，無感應(yīng)電流.離開磁場時，電流為順時針.4.(多選)(2017遼寧錦州市模擬)圖7甲為固定在勻強磁場中的正三角形導(dǎo)線框abc，磁場的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示.規(guī)定垂直紙面向里43圖7為磁場的正方向，abca的方向為線框中感應(yīng)電流的正方向，水平向右為安培力的正方向，關(guān)于線框中的電流I與ab邊所受的安培力F隨時間t變化的圖象(圖中不考慮2 s末線框中的電流及ab邊的受力情況)，下列各圖正確的是答案解析解析解析線框中的感應(yīng)電流決定于磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化率，01 s時間內(nèi)，B均勻增大，均勻增大，由右手定則可知線框中的感應(yīng)電流沿逆時針方向，因而是恒定的正值，B均勻增加，故安培力均勻增加，根據(jù)左手定則可知ab邊所受安培力方向向右，為正值.12 s、23 s穿過線框的磁通量不變，所以無感應(yīng)電流，安培力為0；34 s根據(jù)楞次定律得感應(yīng)電流沿逆時針方向，因而是正值且大小恒定，同樣B均勻減小，故安培力均勻減小，根據(jù)左手定則可知ab邊所受安培力方向向左，為負值.43動力學(xué)觀點和能量觀點的應(yīng)用高考題型3動摩擦因數(shù) .斜面以EF為界，EF上側(cè)有垂直于斜面向上的勻強磁場.一質(zhì)量為M的物體用絕緣細線跨過光滑定滑輪與線框相連，連接線框的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(dāng)cd邊離開磁場時線框即以v2 m/s的速度勻速下滑，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，t1 s后開始做勻加速運動.取g10 m/s2，求：例例3(2017四川資陽市4月模擬)如圖8所示，一足夠大的傾角30的粗糙斜面上有一個粗細均勻的由同種材料制成的金屬線框abcd，線框的質(zhì)量m0.6 kg，其電阻值R1.0 ，ab邊長L11 m，bc邊長L22 m，與斜面之間的圖8(1)勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大??；答案解析答案答案1 T解析解析線框cd邊離開磁場時勻速下滑，有：mgsin mgcos FB0FBBI1L1I1聯(lián)立解得：B1 T(2)細繩繃緊前，M下降的高度H；答案解析答案答案1.8 m解析解析由題意，線框第二次勻速運動方向向上，設(shè)其速度為v1，細線拉力為FT，則：v1FTmgsin mgcos BI2L10I2FTMg0設(shè)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：Imv1m(v)IMv0Mv1繩繃緊前M自由下落：v022gH聯(lián)立解得：H1.8 m(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的機械能E.答案解析答案答案21.6 J解析解析根據(jù)能量守恒定律：線框勻速下滑過程：Q1mgL2sin 繩子突然繃緊過程：Q2( Mv02 mv2) (Mm)v12線框勻速上滑過程：Q3MgL2mgL2sin EQ1Q2Q3聯(lián)立解得：E21.6 J.技巧點撥技巧點撥1.電荷量qIt，其中I必須是電流的平均值.由E 、I 、qIt聯(lián)立可得q ，與時間無關(guān).2.求解焦耳熱Q的三種方法(1)焦耳定律：QI2Rt.(2)功能關(guān)系：QW克服安培力.(3)能量轉(zhuǎn)化：QE其他能的減少量.5.(多選)(2017山東日照市一模)如圖9所示，在豎直面內(nèi)有一磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面向里、高度為h的有界勻強磁場，磁場上、下邊界水平.將一邊長為l(lh)、質(zhì)量為m的正方形導(dǎo)體框abcd從磁場上方由靜止釋放，ab邊剛進入磁場的瞬間和剛穿出磁場的瞬間速度相等.已知導(dǎo)體框的電阻為r，導(dǎo)體框下落過程中，ab邊始終保持水平，重力加速度為g.則A.導(dǎo)體框一定是減速進入磁場B.導(dǎo)體框可能勻速穿過整個磁場區(qū)域C.導(dǎo)體框穿過磁場的過程中，電阻產(chǎn)生的熱量為mg(lh)D.導(dǎo)體框進入磁場的過程中，通過某個橫截面的電荷量為對點拓展練答案65解析圖9解析解析導(dǎo)體框進入磁場時如果是勻速或加速，則完全進入磁場后再次加速，剛出磁場時的速度一定大于剛進入磁場時的速度，與ab邊剛進入磁場的瞬間和剛穿出磁場的瞬間速度相等相矛盾，A正確；由于l小于h，則可知，當(dāng)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，根據(jù)功能關(guān)系可知，產(chǎn)生的焦耳熱等于重力勢能的改變量，故為mgh，穿出和穿入過程中產(chǎn)生的焦耳熱相等，則在導(dǎo)體框穿過磁場的過程中，電阻產(chǎn)生的熱量為2mgh，故C錯誤；導(dǎo)體框進入磁場的過程中，通過某個橫截面的電荷量為q ，D正確.656.(2017江蘇南通市二模)如圖10所示，質(zhì)量為m、電阻為R的單匝矩形線框置于光滑水平面上，線框邊長abL、ad2L.虛線MN過ad、bc邊中點.一根能承受最大拉力F0的細線沿水平方向拴住ab邊中點O.從某時刻起，在MN右側(cè)加一方向豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小按Bkt的規(guī)律均勻變化.一段時間后，細線被拉斷，線框向左運動，ab邊穿出磁場時的速度為v.求：65圖10答案65解析(1)細線斷裂前線框中的電功率P；解析解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律答案65解析(2)細線斷裂后瞬間線框的加速度大小a及線框離開磁場的過程中安培力所做的功W；解析解析細線斷裂瞬間安培力FAF0答案65解析(3)線框穿出磁場過程中通過導(dǎo)線截面的電量q.解析解析設(shè)細線斷裂時刻磁感應(yīng)強度為B1，則有ILB1F0高考題精選精練A.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則電流大小恒定B.若從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，則電流沿a到b的方向流動C.若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化D.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉?的2倍題組題組1全國卷真題精選全國卷真題精選1.(多選)(2016全國卷20)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖11所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中.圓盤旋轉(zhuǎn)時，關(guān)于流過電阻R的電流，下列說法正確的是答案123456解析圖11由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動勢EBL BL2，I ，恒定時，I大小恒定，大小變化時，I大小變化，方向不變，故A對，C錯；123456解析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(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，則當(dāng)圓盤順時針(俯視)轉(zhuǎn)動時，根據(jù)右手定則可知圓盤上感應(yīng)電流從邊緣流向中心，流過電阻的電流方向從a到b，B對；由PI2R 知，當(dāng)變?yōu)樵瓉淼?倍時，P變?yōu)樵瓉淼?倍，D錯.2.(2015新課標(biāo)全國15)如圖12，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B，方向平行于ab邊向上.當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度逆時針轉(zhuǎn)動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是答案123456解析圖12A.UaUc，金屬框中無電流B.UbUc，金屬框中電流方向沿abcaC.Ubc Bl2，金屬框中無電流D.Ubc Bl2，金屬框中電流方向沿acba123456解析解析金屬框abc平面與磁場平行，轉(zhuǎn)動過程中磁通量始終為零，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項B、D錯誤.轉(zhuǎn)動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由右手定則判斷UaUc，UbUc，選項A錯誤.由轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的公式得Ubc Bl2，選項C正確.3.(2014新課標(biāo)全國18)如圖13(a)，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上.在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測得線圈cd間電壓如圖(b)所示.已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關(guān)系的圖中，可能正確的是答案123456解析圖13123456解析解析由題圖(b)可知在cd間不同時間段內(nèi)產(chǎn)生的電壓大小是恒定的，所以在該時間段內(nèi)線圈ab中的磁場是均勻變化的，則線圈ab中的電流是均勻變化的，故選項A、B、D錯誤，選項C正確.A.金屬環(huán)向上運動，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向為順時針方向B.金屬環(huán)向下運動，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向為順時針方向C.金屬環(huán)向左側(cè)直導(dǎo)線靠近，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向為逆時針方向D.金屬環(huán)向右側(cè)直導(dǎo)線靠近，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向為逆時針方向答案123456題組題組2各省市真題精選各省市真題精選4.(2016海南卷4)如圖14，一圓形金屬環(huán)與兩固定的平行長直導(dǎo)線在同一豎直面內(nèi)，環(huán)的圓心與兩導(dǎo)線距離相等，環(huán)的直徑小于兩導(dǎo)線間距.兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向向下的恒定電流.若解析圖14123456解析解析根據(jù)楞次定律，當(dāng)金屬環(huán)上、下移動時，穿過環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，故沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故選項A、B錯誤；當(dāng)金屬環(huán)向左移動時，則穿過金屬環(huán)的磁場垂直紙面向外并且增強，故根據(jù)楞次定律可以知道，產(chǎn)生的感應(yīng)電流為順時針方向，故選項C錯誤；當(dāng)金屬環(huán)向右移動時，則穿過金屬環(huán)的磁場垂直紙面向里并且增強，故根據(jù)楞次定律可以知道，產(chǎn)生的感應(yīng)電流為逆時針方向，故選項D正確.5.(多選)(2014江蘇單科7)如圖15所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通交流電源，過了幾分鐘，杯內(nèi)的水沸騰起來.若要縮短上述加熱時間，下列措施可行的有A.增加線圈的匝數(shù)B.提高交流電源的頻率C.將金屬杯換為瓷杯D.取走線圈中的鐵芯答案123456解析圖15解析解析當(dāng)電磁鐵接通交流電源時，金屬杯處在變化的磁場中產(chǎn)生渦電流發(fā)熱，使水溫升高.要縮短加熱時間，需增大渦電流，即增大感應(yīng)電動勢或減小電阻.增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率都是為了增大感應(yīng)電動勢，瓷杯不能產(chǎn)生渦電流，取走鐵芯會導(dǎo)致磁性減弱.所以選項A、B正確，選項C、D錯誤.1234566.(2016浙江理綜16)如圖16所示，a、b兩個閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成，匝數(shù)均為10匝，邊長la3lb，圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應(yīng)強度隨時間均勻增大，不考慮線圈之間的相互影響，則A.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流B.a、b線圈中感應(yīng)電動勢之比為91C.a、b線圈中感應(yīng)電流之比為34D.a、b線圈中電功率之比為31答案123456解析圖16解析解析根據(jù)楞次定律可知，兩線圈內(nèi)均產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，選項A錯誤；123456123456