高二轮复习第一篇专题四第16课时电磁感应.pptx
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1、专题四电路与电磁感应第16课时电磁感应命题规律1.命题角度:(1)楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用;(2)电磁感应中的图象问题;(3)电磁感应中的动力学与能量问题.2.常考题型:选择题、计算题.内容索引NEIRONGSUOYIN高考题型1楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用高考题型2电磁感应中的图象问题专题强化练高考预测高考题型3电磁感应中的动力学与能量问题楞次定律右手定则一般用于导体棒切割磁感线的情形1.感应电流方向的判断高考题型1楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用2.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式(1)阻碍原磁通量的变化“增反减同”;(2)阻碍物体间的相对运动“来拒去留”;(3)使线圈面
2、积有扩大或缩小的趋势一般情况下为“增缩减扩”;(4)阻碍原电流的变化(自感现象)一般情况下为“增反减同”.3.求感应电动势的方法(1)法拉第电磁感应定律:(2)导体棒垂直切割磁感线:EBLv.(3)导体棒绕与磁场平行的轴匀速转动:(4)线圈绕与磁场垂直的轴匀速转动:enBSsint.4.应用法拉第电磁感应定律的三点注意例1(多选)(2018全国卷20)如图1(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向.导线框R中的感应电动势考向一楞次定律、法拉第电磁感应定律的应用图图1例2(多选)(2019全
3、国卷20)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图2(a)中虚线MN所示.一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上.t0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示.则在t0到tt1的时间间隔内A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向图图2解析在0t0时间内,磁感应强度减小,根据楞次定律可知感应电流的方向为顺时针,圆环所受安培力水平向左;在t0t1时间内,磁感应强度反向增大,感应电流的方向仍为顺时针,圆环所受安培力水平向右,所以选项A错误,B正确;例3(201
4、8全国卷17)如图3,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心.轨道的电阻忽略不计.OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好.空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B(过程).在过程、中,流过OM的电荷量相等,则等于图图3解析通过导体横截面的电荷量为:依题意有:q1q2,1.电磁感应中常见的图象常见的有磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、速度、安培力等随时间或位移的变化图象.2.解答此类问题的两个
5、常用方法(1)排除法:定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化情况,把握三个关注,快速排除错误的选项.这种方法能快速解决问题,但不一定对所有问题都适用.高考题型2电磁感应中的图象问题如某一过程的起点、终点、转折点的感应电动势是否为零,电流方向(正负)看电磁感应的发生过程分为几个阶段,这几个阶段是否和图象变化相对应关注特殊时刻或特殊位置关注变化过程 关注变化趋势看图象的斜率大小、图象的曲直是否和物理过程相对应,分析大小和方向的变化趋势(2)函数关系法:根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系,再对图象作出判断,这种方法得到的结果准确、详细,但不够简捷.例4(2018全国卷18)如图4,在同一水平
6、面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下.一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是图图4解析设线路中只有一边切割磁感线时产生的感应电流为i.由分析知,选项D符合要求.例5(多选)(2021安徽蚌埠市高三期末)如图5所示,光滑金属导轨DCEF固定在水平面并处于竖直向下的匀强磁场中,CD、EF平行且足够长,CE是粗细均匀、电阻率一定的导体,且与EF夹角为(90),CD和EF的电阻不计.导体棒MN与CE的材料、粗细均相同,用外力F使MN向右匀速运动,从E点开始计时,运动中MN始
7、终与EF垂直且和导轨接触良好.若图中闭合电路的电动势为E,电流为I,消耗的电功率为P,下列图象正确的是图图5解析导体棒由E运动到C的过程中,切割磁感线的有效长度Lvttan,设CE、MN中单位长度的电阻为R0,则回路中电阻回路中的感应电动势E1BLvBv2ttant,感应电流I1与t无关且为定值;导体棒匀速运动时,外力F1等于安培力,则F1BI1LBI1vttant,消耗的电功率P1F1vBI1v2ttant,当导体棒过C点后,回路中切割磁感线的有效长度L、回路中的电阻R不变,感应电动势EBLv为定值,回路中的电流I也为定值,且II1,外力F等于安培力,则FBIL,也为定值;消耗的电功率PFv
8、也为定值.综上所述,A、B正确,C、D错误.1.电磁感应中的动力学与能量问题常出现的两类情景:一是线框进出磁场;二是导体棒切割磁感线运动.两类情景都综合了电路、动力学、能量知识,有时还会与图象结合,解题方法有相通之处.分析思路如下:高考题型3电磁感应中的动力学与能量问题2.求解焦耳热Q的三种方法(1)焦耳定律:QI2Rt,适用于电流恒定的情况;(2)功能关系:QW克安(W克安为克服安培力做的功);(3)能量转化:QE(其他能的减少量).例6(多选)(2021全国甲卷21)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈,两线圈的质量相等,但所用导线的横截面积不同,甲线圈的匝数是乙的2倍.
9、现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落,一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域,磁场的上边界水平,如图6所示.不计空气阻力,已知下落过程中线圈始终平行于纸面,上、下边保持水平.在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前,可能出现的是A.甲和乙都加速运动B.甲和乙都减速运动C.甲加速运动,乙减速运动D.甲减速运动,乙加速运动图图6解析设线圈下边到磁场上边界的高度为h,线圈的边长为l,感应电动势为EnBlv,两线圈材料相同(设密度为0),质量相同(设为m),则m04nlS,设材料的电阻率为,则线圈电阻由牛顿第二定律有mgFma加速度与线圈的匝数、横截面积无关,则甲和乙进入磁场时,具有相同
10、的加速度.故选A、B.例7(多选)(2018江苏卷9)如图7所示,竖直放置的“”形光滑导轨宽为L,矩形匀强磁场、的高和间距均为d,磁感应强度为B.质量为m的水平金属杆由静止释放,进入磁场和时的速度相等.金属杆在导轨间的电阻为R,与导轨接触良好,其余电阻不计,重力加速度为g.金属杆A.刚进入磁场时加速度方向竖直向下B.穿过磁场的时间大于在两磁场之间的运动时间C.穿过两磁场产生的总热量为4mgd图图7解析穿过磁场后,金属杆在磁场之间做加速运动,在磁场上边缘的速度大于从磁场出来时的速度,因进入磁场时速度等于进入磁场时速度,大于从磁场出来时的速度,金属杆在磁场中做减速运动,加速度方向向上,A错.金属杆
11、在磁场中做减速运动,由牛顿第二定律知a随着减速过程逐渐变小,即在前一段做加速度减小的减速运动;在磁场之间做加速度为g的匀加速直线运动,两个过程位移大小相等,由vt图象(可能图象如图所示)可以看出前一段用时多于后一段用时,B对.由于进入两磁场时速度相等,由动能定理知,mg2dW安10,可得W安12mgd,即通过磁场产生的热量为2mgd,故穿过两磁场产生的总热量为4mgd,C对.设刚进入磁场时速度为v0,则由机械能守恒定律知例8如图8所示,两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角为的绝缘斜面上,两导轨间距为L,导轨的电阻不计.导轨顶端M、P两点间接有滑动变阻器和阻值为R的定值电阻.一根质
12、量为m、电阻不计的均匀直金属杆ab放在两导轨上,与导轨垂直且接触良好.空间存在磁感应强度大小为B、方向垂直斜面向下的匀强磁场.调节滑动变阻器的滑片,使得滑动变阻器接入电路的阻值为2R,让ab由静止开始沿导轨下滑.不计空气阻力,重力加速度大小为g.(1)求ab下滑的最大速度vm;图图8答案见解析解析ab下滑的速度最大时,其切割磁感线产生的感应电动势为:EBLvm,ab杆所受安培力大小为:F安BIL,由受力平衡得mgsinBIL,(2)求ab下滑的速度最大时,定值电阻上消耗的电功率P;答案见解析解析由电功率公式有:PI2R,(3)若在ab由静止开始至下滑到速度最大的过程中,定值电阻上产生的焦耳热为
13、Q,求该过程中ab下滑的距离x以及通过滑动变阻器的电荷量q.答案见解析解析由题意滑动变阻器接入电路的阻值为2R,为定值电阻的2倍,根据焦耳定律可知,滑动变阻器上产生的焦耳热为2Q;由能量守恒定律可得:在ab由静止开始至下滑到速度最大的过程中,穿过回路的磁通量的变化为:BLx,1.(多选)(2021四川高三期末)图9(a)所示是两个同心且共面的金属圆环线圈A和B,A中的电流按图(b)所示规律变化,规定顺时针方向为电流的正方向.下列说法中正确的是A.0t1时间内,线圈B中的感应电流沿逆时针方向B.0t1时间内,线圈B有扩张的趋势C.t1时刻,线圈B既没有扩张的趋势,也没有收缩的趋势D.0t2时间内
14、,线圈B中的感应电流大小、方向均不变图图9123高考预测45解析在0t1时间内,线圈A中顺时针方向的电流在减小,电流产生的磁场在减小,根据安培定则与磁场叠加原则可知,线圈B所处磁场的方向向里且在减小,根据楞次定律可知线圈B的感应电流方向为顺时针,两线圈的电流同向,相互吸引,所以线圈B有收缩趋势,选项A、B错误;t1时刻,线圈A中的电流为零,与线圈B没有相互作用力,因此线圈B既没有扩张的趋势,也没有收缩的趋势,选项C正确;12345t1t2时间内,线圈A中逆时针电流在增大,电流产生磁场在增强,根据安培定则与磁场叠加原则可知,线圈B所处磁场的方向向里,且在增强,根据楞次定律可知线圈B的感应电流方向
15、为顺时针,所以0t2时间内,线圈B中的感应电流方向不变,又由于线圈A中的电流变化率相同,因此线圈B中的感应电流大小也不变,选项D正确.123452.(2021江苏苏州市统考)一个闭合正三角形金属框架,左边竖直且与磁场右边界平行,完全处于垂直框架平面向里的匀强磁场中.现用外力F把框架水平匀速向右拉出磁场,如图10所示,设正三角形金属框架开始出磁场的时刻t0,则电动势E、外力F和外力的功率P随时间t的变化图象正确的是123图图1045由PFv可知,P与t2成正比例关系,选项D错误.123453.(多选)(2021山东师范大学附中高三打靶卷)如图11所示,半径为2l的圆形金属导轨固定在水平面上,一根
16、长也为2l、电阻为2R的金属棒ab一端与导轨接触良好,另一端固定在圆心处的导电转轴OO上,由电动机A带动旋转.在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面、大小为B的匀强磁场,金属导轨区域中心半径为l的区域内磁场竖直向上,其余部分磁场竖直向下.另有一质量为m、长为l、电阻为R的金属棒MN放置于固定在竖直平面内的平行导轨后面并与导轨保持良好接触,导轨间距为l,处于大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中.从圆形金属导轨引出导线和通过电刷从转轴引出导线与平行导轨连接.MN处于静止状态,MN与竖直平行导轨间的动摩擦因数为,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,12345则下列说法正确的是A.MN中电流方向
17、由M到NB.MN两端电压为Bl2图图1112345解析MN处于静止状态,竖直方向上受重力和静摩擦力处于平衡,可知MN所受安培力方向垂直导轨向外(垂直纸面向外),根据左手定则知,通过MN中的电流方向由M到N,A正确;12345123454.(多选)(2021辽宁营口市高三期末)如图12所示,在倾角为的光滑斜面上,存在着两个匀强磁场区域.区域的磁场方向垂直斜面向上,磁感应强度为2B,区域的磁场方向垂直斜面向下,磁感应强度为B,磁场边界MN、PQ、GH均平行于斜面底边,MP、PG长均为L.一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框,由静止开始沿斜面下滑,下滑过程中ab边始终与斜面底边平行.t1
18、时刻ab边刚越过GH进入磁场区域,此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动;t2时刻ab边下滑到PQ与MN之间的某位置,此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动.重力加速度为g,图图1212345下列说法中正确的是12345由牛顿第二定律得F安mgsinma12345联立解得v1v294,故B错误;从t1到t2的过程中,根据功能关系,导线框克服安培力做功的大小等于机械能的减少量,故C正确;从t1到t2的过程中,设导线框下降的高度为h,123455.(2021天津市南开区高三期末)如图13甲所示,水平面内固定两根间距L1m的长直平行光滑金属导轨PQ、MN,其Q、N端接有阻值R1.5的电阻,一质量m
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