2022年高中物理第章电磁感应章末分层突破粤教版 .pdf

1 第 1 章 电磁感应 自我校对 电生磁磁生电BS名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - 2 E感I感SBLv? 自身结构电磁感应中的图象问题图象类型(1) 磁感应强度B、磁通量 、感应电动势E、感应电流i、电压u、电量q随时间t变化的图象，即B-t图象、 -t图象、E-t图象、i-t图象、u-t图象、q-t图象(2) 对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流i随线圈位移x变化的图象，即E-x图象和i-x图象问题类型(1) 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象(2) 由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量应用知识左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律、相关数学知识等(2014全国卷 ) 如图 1-1(a) ，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上，在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图1-1(b) 所示已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是( ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - 3 图 1-1【解析】本题可由法拉第电磁感应定律判断由题图 (b) 可知在cd间不同时间段内产生的电压是恒定的，所以在该时间段内线圈ab中的磁场是均匀变化的，则线圈ab中的电流是均匀变化的，故选项A、B、D错误，选项C正确【答案】C (2016扬州高二检测)如图 1-2 所示，有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域，其直角边长为L，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B. 一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd，从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域取沿abcd的感应电流为正，则下列选项中表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图象正确的是 ( ) 【导学号： 90270047】图 1-2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - 4 【解析】线框bc边从L到 2L的过程中，bc边切割磁感线，且bc边的有效切割长度均匀增大，在2L处最大，故回路电流均匀增大，由右手定则判断电流方向为正方向；在2L到 3L，ad边切割磁感线，且有效切割长度增大，用右手定则判定电流方向为负方向，综上分析， C项正确【答案】C 解决线框进出磁场问题需要注意的事项1线框是什么形状的？切割磁感线的有效长度是否变化，如何变化？2若只有一个磁场且足够宽，关注两个过程即可：进入磁场的过程；离开磁场的过程3若有两个不同的磁场，还需注意两条边分别在不同磁场时产生感应电流方向的关系电磁感应中的电路问题回路中的部分导体做切割磁感线运动或穿过回路的磁通量发生变化时，回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源因此，电磁感应问题往往和电路问题联系在一起，解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是：1明确哪一部分电路产生感应电动势，则这部分电路就是等效电源，该部分电路的电阻是电源的内阻，而其余部分电路则是用电器，是外电路2分析电路结构，画出等效电路图3用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，再运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功、电热等知识求解(2016黄冈高二期末) 如图 1-3 所示，OAC是半径为l、圆心角为120的扇形金属框，O点为圆心，OA边与OC边电阻不计；圆弧AC单位长度的电阻相等，总阻值为4r. 长度也为l、电阻为r的金属杆OD绕O点从OA位置以角速度 顺时针匀速转动，整个过程中金属杆两端与金属框接触良好求：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - 5 图 1-3 (1) 金属杆OD转过 60时它两端的电势差UOD；(2) 金属杆OD转过 120过程中，金属杆OD中的电流I与转过的角度 的关系式【解析】(1) 设金属杆OD旋转切割磁感线产生的感应电动势为E，有：E12Bl2金属杆OD转过 60时，由题意可知：RADRDC2r由串并联电路的规律可知：电路外电阻RRADRDCRADRDC由闭合电路欧姆定律有：UODRRrE由式可得：UODBl24. (2) 设金属杆OD转过 时，由题意可知：RAD6rRDC 46r由闭合电路欧姆定律有：IERr由式及式可得：IB2l2212182r023. 【答案】(1) Bl24(2) 见解析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - 6 求解电磁感应中电路问题的关键电磁感应中的电路问题，实际上是电磁感应和恒定电流问题的综合题感应电动势大小的计算、方向的判定以及电路的等效转化，是解决此类问题的关键电磁感应中的力与能量问题1. 方法步骤(1) 画出等效电路图(2) 求出导体棒上电流的大小及方向(3) 确定导体棒所受安培力的大小及方向(4) 分析其他外力，列动力学或平衡方程求解2收尾速度的求解导体受力运动产生感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力变化速度变化电动势变化周而复始循环循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态3能量分析解决电磁感应中能量转化问题的一般思路：(1) 在电磁感应现象中， 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源(2) 分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了转化如：有摩擦力做功，必有内能产生克服安培力做功，就有电能产生如果安培力做正功，就有电能转化为其他形式的能(3) 列有关能量的关系式求解(2016中山高二检测)如图 1-4 甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为 的绝缘斜面上， 两导轨间距为L.M、P两点间接有阻值为R的电阻 一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - 7 图 1-4(1) 由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；(2) 在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；(3) 求在下滑过程中，ab杆可以达到的最大速度【解析】(1)ab杆受到的力有：重力mg，竖直向下；支持力N，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上受力示意图如图所示(2) 当ab杆速度为v时，感应电动势EBLv，此时电路中电流IERBLvR，ab杆受到的安培力FBILB2L2vR，根据牛顿运动定律，有mgsin Fmgsin B2L2vRma，则agsin B2L2vmR. (3) 当a0 即B2L2vRmgsin 时，ab杆达到最大速度vmmgRsin B2L2. 【答案】(1) 见解析(2)BLvRgsin B2L2vmR(3)mgRsin B2L2如图 1-5 所示，两根相同的劲度系数为k的金属轻弹簧用两根等长的绝缘线悬挂在水平天花板上， 弹簧的上端通过导线与阻值为R的电阻相连， 弹簧的下端接一质量为m、长度为L、电阻为r的金属棒，金属棒始终处于宽度为d的垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中 开始时弹簧处于原长，金属棒从静止释放，其下降高度为h时达到了最大速度已知弹簧始终在弹性限度内，且当弹簧的形变量为x时，它的弹性势能为12kx2，不计空气阻力和其他电阻，求：【导学号： 90270048】名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - 8 图 1-5(1) 金属棒的最大速度是多少？(2) 这一过程中R消耗的电能是多少？【解析】(1) 当金属棒有最大速度时，加速度为零，金属棒受向上的弹力、安培力和向下的重力作用，有2khBIdmgIBdvmaxRrvmaxmg2khRrB2d2. (2) 据能量关系得mgh2(12kh2) 12mv2maxE电又知R、r共同消耗了总电能ERErRr，ERErE电整理得R消耗的电能为ERRRrE电RRrmghkh2m mg2kh2Rr22B4d4 【答案】(1)mg2khRrB2d2(2)RRrmghkh2m mg2kh2Rr22B4d4 1( 多选)(2016 全国卷甲) 法拉第圆盘发电机的示意图如图1-6 所示铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是( ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - 9 图 1-6A若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动C若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D若圆盘转动的角速度变为原来的2 倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2 倍【解析】由右手定则知， 圆盘按如题图所示的方向转动时，感应电流沿a到b的方向流动，选项B正确；由感应电动势E12Bl2 知，角速度恒定，则感应电动势恒定，电流大小恒定，选项A正确；角速度大小变化，感应电动势大小变化，但感应电流方向不变，选项C错误；若 变为原来的2 倍，则感应电动势变为原来的2 倍，电流变为原来的2 倍，由PI2R知，电流在R上的热功率变为原来的4 倍，选项D错误【答案】AB 2. (2015全国卷 ) 如图 1-7，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上当金属框绕ab边以角速度 逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc. 已知bc边的长度为l. 下列判断正确的是( ) 【导学号：90270049】图 1-7AUaUc，金属框中无电流BUb Uc，金属框中电流方向沿abcaCUbc12Bl2，金属框中无电流DUbc12Bl2，金属框中电流方向沿acba【解析】金属框abc平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B、D错误转动过程中bc边和ac边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - 10 定则判断UaUc，UbUc，选项 A错误由转动切割产生感应电动势的公式得Ubc12Bl2，选项 C正确【答案】C 3(2016北京高考 ) 如图 1-8 所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直磁感应强度B随时间均匀增大两圆环半径之比为21，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb. 不考虑两圆环间的相互影响下列说法正确的是( ) 图 1-8AEaEb41，感应电流均沿逆时针方向BEaEb41，感应电流均沿顺时针方向CEaEb21，感应电流均沿逆时针方向DEaEb21，感应电流均沿顺时针方向【解析】由楞次定律知， 题中圆环感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，故感应电流沿顺时针方向 由法拉第电磁感应定律知EtBStBR2t，由于两圆环半径之比RaRb21，所以EaEb41，选项 B正确【答案】B 4(2016浙江高考 ) 如图 1-9 所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为 10 匝，边长la3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则( ) 图 1-9A两线圈内产生顺时针方向的感应电流Ba、b线圈中感应电动势之比为91 Ca、b线圈中感应电流之比为34 Da、b线圈中电功率之比为31 【解析】当磁感应强度变大时，由楞次定律知， 线圈中感应电流的磁场方向垂直纸面向外， 由安培定则知，线圈内产生逆时针方向的感应电流，选项A错误；由法拉第电磁感应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - 11 定律ESBt及SaSb91 知，Ea9Eb，选项 B正确；由RLS知两线圈的电阻关系为Ra3Rb， 其感应电流之比为IaIb31， 选项 C错误；两线圈的电功率之比为PaPbEaIaEbIb271，选项 D错误【答案】B 5( 多选)(2016 江苏高考) 电吉他中电拾音器的基本结构如图1-10 所示，磁体附近的金属弦被磁化， 因此弦振动时， 在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音下列说法正确的有( ) 【导学号： 90270050】图 1-10A选用铜质弦，电吉他仍能正常工作B取走磁体，电吉他将不能正常工作C增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势D弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化【解析】铜不能被磁化，铜质弦不能使电吉他正常工作，选项A错误；取走磁体后，弦的振动无法通过电磁感应转化为电信号，音箱不能发声，选项B正确；增加线圈匝数，根据法拉第电磁感应定律ENt知，线圈的感应电动势变大，选项C正确；弦振动过程中，线圈中感应电流的磁场方向发生变化，则感应电流的方向不断变化，选项D正确【答案】BCD 6.(2014 全国卷 ) 半径分别为r和 2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、 质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图1-11 所示整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻 ( 图中未画出 ) 直导体棒在水平外力作用下以角速度 绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒和导轨的电阻均可忽略重力加速度大小为g. 求：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 13 页 - - - - - - - - - 12 图 1-11 (1) 通过电阻R的感应电流的方向和大小；(2) 外力的功率【解析】根据右手定则、 法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律及能量守恒定律解题(1) 根据右手定则， 得导体棒 AB上的电流方向为BA，故电阻R上的电流方向为CD.设导体棒 AB中点的速度为v，则vvAvB2而vAr，vB2r根据法拉第电磁感应定律，导体棒AB上产生的感应电动势EBrv根据闭合电路欧姆定律得IER，联立以上各式解得通过电阻R的感应电流的大小为I3Br22R. (2) 根据能量守恒定律，外力的功率P等于安培力与摩擦力的功率之和，即PBIrvfv，而fmg解得P9B22r44R3mgr2. 【答案】(1) 方向为 CD大小为3Br22R(2)9B22r44R3mgr27(2016全国卷甲 ) 如图 1-12 所示，水平面 ( 纸面 )内间距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上t0 时，金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动t0时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为. 重力加速度大小为g. 求：图 1-12 (1) 金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - 13 (2) 电阻的阻值【解析】(1) 设金属杆进入磁场前的加速度大小为a，由牛顿第二定律得maFmg设金属杆到达磁场左边界时的速度为v，由运动学公式有vat0当金属杆以速度v在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律，杆中的电动势为EBlv联立式可得EBlt0Fmg. (2) 设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆中的电流为I，根据欧姆定律IER式中R为电阻的阻值金属杆所受的安培力为fBlI因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得Fmgf0联立式得RB2l2t0m. 【答案】(1)Blt0Fmg(2)B2l2t0m我还有这些不足：(1) (2) 我的课下提升方案：(1) (2) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - -