2022年高考物理一轮精细复习电磁感应的.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载电磁感应的综合应用 （基础学问夯实 +综合考点应用 +名师分步奏详解压轴题,含精细解析）电磁感应中的电路问题 想一想 用匀称导线做成的正方形线框边长为0.2 m,正方形的一半放在垂直于纸面对里的匀强磁场中,如图931 所示；在磁场以10 T/s 的变化率增强时,线框中a、b 两点间的电势差是多少？图 9 31 提示 由 E t B S10 0.02 V 0.2 V ,由楞次定律及电路学问可知 tUabE 2 0.1 V 记一记 1内电路和外电路 1 切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源；2 该部分导体的电阻或

2、线圈的电阻相当于电源的内阻,其余部分是外电路；2电源电动势和路端电压 1 电动势： EBlv 或 En t；2 路端电压： UIREIr ； 试一试 名师归纳总结 1. 如图 932 所示, MN、PQ是间距为 L 的平行金属导轨,置于磁感应强度为B,方向第 1 页,共 14 页垂直导轨所在平面对里的匀强磁场中,M、 P 间接有一阻值为R 的电阻；一根与导轨接触良好、有效阻值为R 2的金属导线ab 垂直导轨放置, 并在水平外力F 的作用下以速度v 向右匀速- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 运动,就 不计导轨电阻 学习必备欢迎下载图 9 32 A通过电阻

3、 R的电流方向为 PR MBa、b 两点间的电压为 BLvCa 端电势比 b 端高D外力 F 做的功等于电阻R上发出的焦耳热b 到 a,即通过电阻R的电流方向解析：选 C 由右手定就可知通过金属导线的电流由为 MRP,A 错误；金属导线产生的电动势为BLv,而 a、b 两点间的电压为等效电路路端2电压, 由闭合电路欧姆定律可知,a、b两点间电压为 3BLv,B错误； 金属导线可等效为电源,在电源内部,电流从低电势流向高电势,所以 a 端电势高于 b 端电势, C正确；依据能量守恒定律可知,外力做功等于电阻 R和金属导线产生的焦耳热之和,D错误；电磁感应的图象问题 想一想 圆形导线框固定在匀强磁

4、场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直；规定磁场的正方向垂直纸面对里, 磁感应强度 B 随时间变化的规律如图 9 33 所示；如规定顺时针方向为感应电流 i 的正方向,请画出 i t 图象；图 9 33 提示：据法拉第电磁感应定律：En tnS B t,由 Bt 图象知, 13 s, B的变化率相同, 01 s 、34 s ,B 的变化率相同,再结合楞次定律,01 s 、3 4 s 内感应名师归纳总结 电流的方向为顺时针方向,1 3 s 内感应电流的方向为逆时针方向；故 i t 图象如下列图：第 2 页,共 14 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学

5、习必备 欢迎下载 记一记 1图象类型1 磁感应强度B、磁通量 、感应电动势E 和感应电流I 随时间 t 变化的图象,即Bt 图象、 t 图象、 Et 图象和 I 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形,仍常涉及感应电动势 E 和感应电流 I 随位移 x 变化的图象,即 2问题类型Ex 图象和 I x 的图象；1 由给定的电磁感应过程判定或画出正确的图象；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；3 利用给出的图象判定或画出新的图象； 试一试 2. 如图 934 所示,一闭合直角三角形线框以速度 v 匀速穿过匀强磁场区域；从 BC A 点离开磁场区为止的过程中,

6、线框内感应电流的情形 以逆时 边进入磁场区开头计时,到 针方向为电流的正方向 是图 9 35 中的 图 9 34 图 9 35 解析： 选 A BC边刚进入磁场时,产生的感应电动势最大,由右手定就可判定电流方向 为逆时针方向,是正值,随线框进入磁场,有效长度 l 逐步减小,由 EBlv 得电动势匀称减小,即电流匀称减小；当线框刚出磁场时,切割磁感线的有效长度l 最大,故电流最大,且为顺时针方向,是负值,此后电流匀称减小,故只有 A 图象符合要求；电磁感应中的力学综合问题 记一记 1安培力的大小名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - -

7、- - - 学习必备 欢迎下载感应电动势： EBlv感应电流： I E R . FB 2lR 2v安培力公式： FBIl2安培力的方向1 先用右手定就确定感应电流方向,再用左手定就确定安培力方向；2 依据楞次定律,安培力方向肯定和导体切割磁感线运动方向相反； 试一试 3. 如图 936 所示, ab 和 cd 是位于水平面内的平行金属轨道,轨道间距为 l ,其电阻可忽视不计； ac 之间连接一阻值为 R的电阻, ef 为一垂直于 ab和 cd 的金属杆,它与 ab和 cd 接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动,其电阻可忽视；整个装置处在匀强磁场中,磁场方向垂直于图中纸面对里,磁感应强度为B；当施

8、外力使杆ef 以速度 v 向右匀速运动时,杆 ef 所受的安培力为 图 9 36 A.vB R 2l2B.vBl RI E RBlv R,由 FBIlC.vB R 2lD.vBl R2解析：选A 金属杆以速度v 运动,电动势E Blv ,回路电流得 FB 2lR,A正确；2v电磁感应与电路学问的综合应用1. 对电磁感应电源的懂得1 电源的正、负极可用右手定就或楞次定律判定；名师归纳总结 2 电源电动势的大小可由EBlv 或 En t求得；第 4 页,共 14 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载2对电磁感应电路的懂得1 在电磁感应电路

9、中,相当于电源的部分把其他形式的能通过电流做功转化为电能；2 “ 电源” 两端的电压为路端电压,而不是感应电动势； 例 1 如图 937 所示,直角三角形导线框 abc 固定在匀强磁场中,ab 是一段长为L、电阻为 R的匀称导线, ac 和 bc 的电阻可不计, ac 长度为L 2；磁场的磁感应强度为 B,方向垂直纸面对里；现有一段长度为 2,电阻为 R 2的匀称导体棒 MN架在导线框上,开头时紧靠ac,然后沿 ab 方向以恒定速度 v 向 b 端滑动, 滑动中始终与 ac 平行并与导线框保持良好接触,当 MN滑过的距离为L 3时,导线 ac 中的电流为多大？方向如何？图 9 37 审题指导

10、处理此类问题的关键在于：明准确割磁感线的导体相当于电源,其电阻是电源的内阻,其他部分为外电路,电源的正负极由右手定就来判定；画出等效电路图,并结合闭合电路欧姆定律等有关学问解决相关问题； 尝试解题 MN滑过的距离为L 3时,它与 bc 的接触点为P,等效电路图如下列图由几何关系可知 MP长度为L 3, MP中的感应电动势1E3BLvMP段的电阻 r 1 3RMacP和 MbP两电路的并联电阻为名师归纳总结 r并3 21 2 R332 9R第 5 页,共 14 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由欧姆定律, PM中的电流 I 学习必备欢迎下载Er r

11、并ac 中的电流 Iac2 3I ,P 流向 M,所以电流Iac的方向由 a 流向 c；解得 Iac2BLv 5R依据右手定就,MP中的感应电流的方向由 答案 2BLv由 a 流向 c5R解决电磁感应中的电路问题三步曲1 确定电源；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,该导体或回路就相当于电源,利用En t或 EBlv sin 求感应电动势的大小,利用右手定就或楞次定律判定电流方向；2 分析电路结构 内、外电路及外电路的串、并联关系 ,画出等效电路图；3 利用电路规律求解；主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解；电磁感应图象问题电磁感应图象问题的解决方法1 明确

12、图象的种类,即是Bt 图象仍是 t 图象,或 Et 图象、 I t 图象等；2 分析电磁感应的详细过程；3 用右手定就或楞次定律确定方向对应关系；4 结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；5 依据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等；名师归纳总结 6 判定图象 或画图象或应用图象解决问题 ；第 6 页,共 14 页 例 2 2022 山东调研 如图 938 甲所示,光滑平行金属导轨MN、 PQ所在平面与水平面成角, M、P 两端接一阻值为R 的定值电阻,阻值为r 的金属棒 ab 垂直导轨放置,其他部分电阻不计；整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,

13、 磁场方向垂直导轨平面对上； t 0 时对金属棒施一平行于导轨的外力F,金属棒由静止开头沿导轨向上运动,通过 R的感应电流随时间t 变化的关系如图乙所示；图 939 中关于穿过回路abPMa的磁通量 和磁通量的瞬时变化率 以及 a、b 两端的电势差Uab和通过金属棒的电荷量q 随时 t间 t 变化的图线,正确选项 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载图 9 38 图 9 39 尝试解题 设导轨间距为 L,通过 R的电流 I Rr BLv R r,因通过 R的电流 I 随时间匀称增大,即金属棒 ab 的速度 v 随时间 t 匀称增大,金属

14、棒 ab 的加速度 a 为恒量,故金属棒 ab做匀2加速运动；磁通量 0BS0 BL12at 2 0BLat 2, 和 t 2成线性关系,而不是 1 和 t 成线性关系, A错误； t2BLat, tt , B错误；因 UabIR,且 I t ,所以 Uab2t ,C正确； qI t t Rr t R rBLatRr, qt 2,所以选项 D错误； 答案 C 电磁感应现象中的动力学问题1. 两种状态及处理方法状态特点处理方法平稳态加速度为零依据平稳条件列式分析非平稳态加速度不为零依据牛顿其次定律进行动态分析或结合功能关系进行分析2力学对象和电学对象的相互关系3动态分析的基本思路名师归纳总结 -

15、 - - - - - -第 7 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 导体受外力运动学习必备I欢迎下载FBIl 导体受安培力 合力EBlv 感应电动势ER r感应电流变化 F合ma加速度变化 速度变化 临界状态；4电磁感应中的动力学临界问题1 解决这类问题的关键是通过运动状态的分析,查找过程中的临界状态,如速度、加速度求最大值或最小值的条件；2 两种常见类型类型“ 电动电” 型“ 动电动” 型示意图已知量棒 ab 长 l 、质量 m、电阻 R,导轨棒 ab 长 l 、质量 m、电阻 R,导轨过程分析光滑水平,电阻不计光滑,电阻不计S闭合,棒 ab 受安培力 FBlE

16、 R,棒 ab 释放后下滑,此时agsin 此时 aBlE mR,棒 ab 速度 v 感 ,棒 ab 速度 v 感应电动势EBlv 电流 I E R 安培力应电动势 EBlv 与电源电动势反接使电流I 安培力FFBIl 加速度a ,当安培力BIl 加速度a ,当安培力FFmgsin a0 时, v 最大,0 a0 时, v 最大,最终匀速最终匀速运动运动 例 3 2022 海南高考 如图 9310,ab 和 cd 是两条竖直放置的长直光滑金属导轨, MN和 MN 是两根用细线连接的金属杆,其质量分别为 m和 2m；竖直向上的外力 F 作用在杆 MN上,使两杆水安静止,并刚好与导轨接触；两杆的总

17、电阻为 R,导轨间距为 l ；整个装置处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中, 磁场方向与导轨所在平面垂直；导轨电阻可忽视,重力加速度为 g；在 t 0 时刻将细线烧断,保持 F不变,金属杆和导轨始终接触良好；求：图 9310 1 细线烧断后,任意时刻两杆运动的速度之比；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载2 两杆分别达到的最大速度； 审题指导 第一步：抓关键点关键点 猎取信息外力 F作用在杆 MN上,两杆水安静止拉力 F 与两杆重力平稳细线烧断, F 不变 MN向上加速, M N 向下加速其次步：找突

18、破口1 要求“ 两杆速度之比” 可利用vat ,速度之比等于加速度之比；2 要求“ 两杆达到的最大速度” 两杆受力平稳； 尝试解题 1 设任意时刻MN、 MN 杆的速度分别为v1、v2；细线烧断前： Fmg 2mg 对 MN杆在任意时刻：Fmg F安ma1 对 M N 杆在任意时刻：2mgF 安2ma2由以上各式解得 a12a2任意时刻加速度之比等于速度之比即 a2v1解得： v1v221 2 当两杆达到最大速度时,对EBl v1v2 I E RF 安BIl由以上几式联立解得v14mgR 3B 2l 2,v22mgR 3B 2lM N 就有： 2mgF安0 答案 12 1 24mgR3B 2l

19、 22mgR3B 2l 2电磁感应中的能量问题1. 电能求解的三种主要思路名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载1 利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；2 利用能量守恒或功能关系求解；3 利用电路特点来求解：通过电路中所产生的电能来运算；2解题的一般步骤1 确定讨论对象 导体棒或回路 ；2 弄清电磁感应过程中,哪些力做功,哪些形式的能量相互转化；3 依据能量守恒定律列式求解； 例 4 2022 天津高考 如图 9311 所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间

20、距 l 0.5 m,左端接有阻值 R0.3 的电阻；一质量 m0.1 kg,电阻r 0.1 的金属棒 MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度 B0.4 T；棒在水平向右的外力作用下,由静止开头以 a2 m/s 2 的加速度做匀加速运动；当棒的位移 x 9 m 时撤去外力,棒连续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比 Q1Q221；导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触；求：图 9311 1 棒在匀加速运动过程中,通过电阻 R的电荷量 q；2 撤去外力后回路中产生的焦耳热 Q2；3 外力做的功 WF； 解析

21、1 设棒匀加速运动的时间为 t ,回路的磁通量变化量为 ,回路中的平均感应电动势为 E,由法拉第电磁感应定律得 E t其中 Blx设回路中的平均电流为I ,由闭合电路的欧姆定律得I E Rr就通过电阻R的电荷量为 qI t 联立式,代入数据得q 4.5 C 2 设撤去外力时棒的速度为 v 2 2axv,对棒的匀加速运动过程,由运动学公式得名师归纳总结 设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做功为W,由动能定理得W01 2mv 2第 10 页,共 14 页撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2 W联立式,代入数据得Q21.8 J - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - -

22、学习必备 欢迎下载3 由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比 Q1 3.6 J 10Q1Q22 1,可得在棒运动的整个过程中,由功能关系可知,WFQ1Q2,.由 . 式得 W F3.6 J 1.8 J 5.4 J . 答案 14.5 C 21.8 J 35.4 J 电磁感应与电路的综合问题,通常的情形是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,该导体或回路就相当于电源；本类压轴大题往往涉及楞次定律、法拉第电磁感应定律、 右手定就、闭合电路或部分电路的欧姆定律、串并联学问、 电功率的运算公式等, 电路的分析运算是考查的重点；本类压轴大题学问综合性较强,涉及物理的主干学问多,是

23、近几年高考命题的热点之一； 典例 22 分201 2 浙江高考 为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“ 闪耀” 装置； 如图 9312 所示,自行车后轮由半径 r15.0 102 m的金属内圈、半径r 20.40 m 的金属外圈和绝缘幅条构成；后轮的内、外圈之间等间隔地接有 4 根金属 条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为 R的小灯泡； 在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度 B 0.10 T、方向垂直纸面对外的“ 扇形” 匀强磁场,其内半径为 r 1、外半径为 r 2、张角 6；后轮以角速度 2 rad/s相对于转轴转动；如不计其它电阻,忽视磁场的边缘效应；名师归纳总结 - -

24、- - - - -第 11 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载图 9312 1 当金属条 ab 进入“ 扇形” 磁场时,求感应电动势E,并指出 ab 上的电流方向；2 当金属条 ab 进入“ 扇形” 磁场时,画出“ 闪耀” 装置的电路图；3 从金属条 ab 进入“ 扇形” 磁场时开头,经运算画出轮子转一圈过程中,内圈与外圈之间电势差 Uab 随时间 t 变化的 Uabt 图象；4 如挑选的是“1.5 V 、0.3 A ” 的小灯泡,该“ 闪耀” 装置能否正常工作？有同学提出,通过转变磁感应强度 B、后轮外圈半径 r2、角速度 和张角 等物理量的

25、大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评判； 解题流程 第一步：审题干,抓关键信息关键点 猎取信息 产生的电动势不是连续的,是时断时续的 金属外圈导电,可以作为连接电路的导线 辐条是绝缘的,不产生感应电动势 金属条周期性的产生感应电动势 金属条转动切割磁感线,产生电动势其次步：审设问,找问题的突破口要求感应电动势 E.依据法拉第电磁感应定律求解.要求 ab上的电流方向.依据楞次定律求解.要画“ 闪耀” 装置的电路图.切割导体为电源,其他三边并联相当于外电路名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载.要画

26、 Uabt 图象.依据闭合电路欧姆定律,分析电流电压关系第三步：三定位,将解题过程步骤化第四步：求规范,步骤严谨不失分 解 1 金属条 ab 在磁场中切割磁感线时,所构成的回路的磁通量变化；设经过时间 t ,磁通量变化量为 ,由法拉第电磁感应定律E t1 分 B S B1 2r 2 2 1 2r 1 2 2 分 由式并代入数值得E t1 2B r 2 2r 1 2 4.9 102 V1 分 依据右手定就 或楞次定律 ,可得感应电流方向为 ba； 1 分 2 通过分析,可得电路图为如图 9313 所示；图 9313 3 分 3 设电路中的总电阻为R总,依据电路图可知,R总R1 3R4 3R 2

27、分 ab 两端电势差名师归纳总结 UabE IREE R总R1 4E1.2 102 V2 分 t2,第 13 页,共 14 页设 ab离开磁场区域的时刻为t1,下一根金属条进入磁场区域的时刻为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - t 1 1 12 s 学习必备欢迎下载t22 1 4 s T,设轮子转一圈的时间为T2 1 s 2 分 由 T1 s ,金属条有四次进出,后三次与第一次相同； 由可画出如下 Uabt 图象； 3 分 图 9 34 1 分 4 “ 闪耀” 装置不能正常工作； 金属条的感应电动势只有4.9 102 V,远小于小灯泡的额定电压,因此无法

28、工作；B增大, E 增大,但有限度；r 2 增大, E 增大,但有限度； 增大, E 增大,但有限度； 增大, E 不变； 4 分 同学易犯错误 在中,同学误认为 S1 2r 22 而造成失分；因不明确灯泡的连接方式画不出或画错电路图而失分；在中误认为ab 两端的电压为ab 上小灯泡两端的电压而失分； 名师嘱咐 1 电阻的串并联关系不能只看连线,仍要看电流方向,本例中四个灯泡的连接方式没 有变化,但是各种情形的串并联关系并不相同；2 此题看似较难,其实所用学问很简洁,情形也不复杂,只要分析清晰电路结构结合 电磁感应学问即可求解；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 14 页