(统考版)2023高考物理二轮专题复习学案-专题五电路与电磁感应第11讲电磁感应规律及其应用.docx
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1、第11讲电磁感应规律及其应用命 题 热 点(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;(4)动量观点在电磁感应中的应用;(5)电磁感应规律在生活、生产、科技中的应用常 考 题 型选择题计算题高频考点能力突破考点一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用1感应电流方向的判断(1)楞次定律(2)右手定则2求感应电动势的方法(1)法拉第电磁感应定律EntS不变时,E=nSBtB不变时,E=nBSt(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:E12BL2.(4)线圈绕与磁场垂直的轴匀速转动:enBSsin t.例1
2、 2022浙江1月如图所示,将一通电螺线管竖直放置,螺线管内部形成方向竖直向上、磁感应强度大小Bkt的匀强磁场,在内部用绝缘轻绳悬挂一与螺线管共轴的金属薄圆管,其电阻率为、高度为h、半径为r、厚度为d(dr),则()A从上向下看,圆管中的感应电流为逆时针方向B圆管的感应电动势大小为kr2hC圆管的热功率大小为dhk2r32D轻绳对圆管的拉力随时间减小例2 2022全国乙卷如图,一不可伸长的细绳的上端固定,下端系在边长为l0.40 m的正方形金属框的一个顶点上金属框的一条对角线水平,其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场已知构成金属框的导线单位长度的阻值为5.0103 /m;在t0到t3.0
3、 s时间内,磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)0.30.1t(SI)求(1)t2.0 s时金属框所受安培力的大小;(2)在t0到t2.0 s时间内金属框产生的焦耳热预测12022北京石景山一模安培曾做过如图所示的实验:把绝缘导线绕制成线圈,在线圈内部悬挂一个用薄铜片做成的圆环,圆环所在平面与线圈轴线垂直,取一条形磁铁置于铜环的右侧,条形磁铁的右端为N极闭合开关,电路稳定后,发现铜环静止不动,安培由此错失发现电磁感应现象的机会实际上,在电路闭合的瞬间()A从右侧看,铜环中有逆时针的感应电流B从右侧看,铜环中有顺时针的感应电流C铜环仍保持不动D铜环会远离磁铁预测22022河北卷将一根绝缘硬
4、质细导线顺次绕成如图所示的线圈,其中大圆面积为S1,小圆面积均为S2,垂直线圈平面方向有一随时间t变化的磁场,磁感应强度大小BB0kt,B0和k均为常量,则线圈中总的感应电动势大小为()AkS1B5kS2 Ck(S15S2) Dk(S15S2)考点二电磁感应中的图象问题1掌握两个技法,快速解答图象问题(1)排除法最快捷:根据选择题的特点,定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是物理量的正负,排除错误的选项(2)函数法最有效:根据题目所给条件定量地写出两处物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图象作出分析和判断2三个关注例3 2022河
5、北卷(多选)如图,两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中,一根导轨位于x轴上,另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成,其中bc段与x轴平行,导轨左端接入一电阻R.导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动,t0时刻通过坐标原点O,金属棒始终与x轴垂直设运动过程中通过电阻的电流强度为i,金属棒受到安培力的大小为F,金属棒克服安培力做功的功率为P,电阻两端的电压为U,导轨与金属棒接触良好,忽略导轨与金属棒的电阻下列图象可能正确的是()预测32022福建押题卷如图所示,两条相距L的平行虚线间存在一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里现将一个上底为L、下底为3L、高为2L的等腰梯形闭合线圈,从图示
6、位置以垂直于磁场边界的速度向右匀速穿过磁场,取逆时针方向为感应电流正方向,则该过程线圈中感应电流i随位移x变化的图象是()预测4如图(a)所示,电阻R1、电阻R2和长直导线与波动高压电源相连在长导线的中间有一线圈,其中心与长直导线的距离r0.1 m,线圈的横截直径为0.02 m,如图(b)所示线圈的两端连接一个电阻R390 与电容器C,线圈电阻为10 ,匝数N2103.接通高压电源后,在长直导线回路中产生电流I,大小如图(c)所示,线圈一开始产生的感应电流方向从A到B.在t2103时,电容器所带的电荷量等于流过电阻R3的电荷量,且此时电容器恰好饱和资料表明线圈各处的磁感应强度大小均可视为BkI
7、r,其中k2107 Tm/A.求:(1)电容器的电容;(2)若规定AR3B为电流的正方向,考虑线圈自感,定性画出通过电阻R3的电流与时间t图象考点三电磁感应中的动力学与能量问题电磁感应中的动力学和能量问题的分析思路:例4 2022湖北卷如图所示,高度足够的匀强磁场区域下边界水平、左右边界竖直,磁场方向垂直于纸面向里正方形单匝线框abcd的边长L0.2 m、回路电阻R1.6103、质量m0.2 kg.线框平面与磁场方向垂直,线框的ad边与磁场左边界平齐,ab边与磁场下边界的距离也为L.现对线框施加与水平向右方向成45角、大小为42 N的恒力F,使其在图示竖直平面内由静止开始运动从ab边进入磁场开
8、始,在竖直方向线框做匀速运动;dc边进入磁场时,bc边恰好到达磁场右边界重力加速度大小取g10 m/s2,求:(1)ab边进入磁场前,线框在水平方向和竖直方向的加速度大小;(2)磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热;(3)磁场区域的水平宽度预测52022河南郑州二模如图所示,ef、gh为两光滑的导轨,两导轨分别与平行金属板CC、DD相连,导轨和金属板的间距均为d,在导轨间有方向垂直于导轨所在平面、宽度相等的两个匀强磁场一金属杆PQ与两导轨垂直,在外力作用下保持v0向右匀速运动,金属杆PQ进入磁场的同时,有一带电粒子以平行于金属板的速度v1沿着板的中心轴线飞入,当PQ离
9、开两个磁场时,带电粒子恰好从轴线飞出电场金属板长为L,粒子的电量为q,质量为m,金属杆PQ与导轨始终接触良好,不计电容器充、放电时间,忽略粒子重力,求:(1)每个磁场的宽度;(2)两个磁场的磁感应强度大小关系;(3)为保证带电粒子能飞出电场,第一个磁场的磁感应强度的最大值预测6如图所示,宽度为2L,磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于倾角为的绝缘光滑斜面,方向向上一电阻不计、宽为L的U形光滑金属框静止放在斜面上,ab边距磁场上边界为2L;电阻为R、长为L的金属棒cd平行于ab边静止放到金属框上面,且与金属框导电良好某时刻同时由静止释放U形框和棒cd,ab边进入磁场后恰好做匀速运动;ab边到达磁场
10、下边界时,棒cd正好进入磁场,并匀速穿过磁场运动过程中棒cd始终平行于ab边,不计其他电阻和摩擦阻力,斜面足够长,重力加速度取g,求:(1)U形金属框的质量m;(2)棒cd中产生的焦耳热;(3)棒cd在U形框上面运动的总时间考点四动量观点在电磁感应中的应用1与动量定理结合在电磁感应中可用动量定理求变力的作用时间、速度、位移和电荷量(一般应用于单杆切割磁感线运动)(1)求速度或电荷量:BIltmv2mv1,qIt.(2)求时间:FtIAmv2mv1,IABIltBlR总.(3)求位移:BIltB2l2vtR总mv2mv1,即B2l2R总xm(v2v1)2与动量守恒定律的结合相互平行的水平轨道间的
11、双棒做切割磁感线运动问题,由于这两根导体棒所受的安培力等大反向,合外力为零,若不受其他外力,两导体棒的总动量守恒,解决此类问题往往要应用动量守恒定律例5 2022浙江1月如图所示,水平固定一半径r0.2 m的金属圆环,长均为r、电阻均为R0的两金属棒沿直径放置,其中一端与圆环接触良好,另一端固定在过圆心的导电竖直转轴OO上,并随轴以角速度600 rad/s匀速转动,圆环内左半圆存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场圆环边缘、与转轴良好接触的电刷分别与间距l1的水平放置的平行金属轨道相连,轨道间接有电容C0.09 F的电容器,通过单刀双掷开关S可分别与接线柱1、2相连电容器左侧存在宽度也为l1、长度
12、为l2、磁感应强度大小为B2的匀强磁场区域在磁场区域内靠近左侧边缘处垂直轨道放置金属棒ab,磁场区域外有间距也为l1的绝缘轨道与金属轨道平滑连接,在绝缘轨道的水平段上放置“”形金属框fcde.棒ab长度和“”形框的宽度也均为l1、质量均为m0.01 kg,de与cf长度均为l30.08 m,已知l10.25 m,l20.068 m,B1B21 T、方向均为竖直向上;棒ab和“”形框的cd边的电阻均为R0.1 ,除已给电阻外其他电阻不计,轨道均光滑,棒ab与轨道接触良好且运动过程中始终与轨道垂直开始时开关S和接线柱1接通,待电容器充电完毕后,将S从1拨到2,电容器放电,棒ab被弹出磁场后与“”形
13、框粘在一起形成闭合框abcd,此时将S与2断开,已知框abcd在倾斜轨道上重心上升0.2 m后返回进入磁场 (1)求电容器充电完毕后所带的电荷量Q,哪个极板(M或N)带正电?(2)求电容器释放的电荷量Q;(3)求框abcd进入磁场后,ab边与磁场区域左边界的最大距离x.预测7(多选)如图所示,空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B,足够长的光滑平行金属导轨水平放置,导轨左、右两部分的间距分别为l、2l,质量分别为m、2m的导体棒a、b均垂直导轨放置,导体棒a接入电路的电阻为R,其余电阻均忽略不计a、b两棒分别以v0、2v0的初速度同时向右运动,两棒在运动过程中始终与导轨垂直且保持良好接
14、触,a总在窄轨上运动,b总在宽轨上运动,直到两棒达到稳定状态,从开始运动到两棒稳定的过程中,下列说法正确的是()Aa棒加速度的大小始终等于b棒加速度的大小B稳定时a棒的速度为1.5v0C电路中产生的焦耳热为32mv02D通过导体棒a的某一横截面的电荷量为mv02Bl素养培优情境命题电磁感应规律在生活、生产、科技中的应用随着现代科技的发展,生活中的很多应用都涉及电磁感应现象例如生活应用中、现代传感器应用中、交通运输中分析这些问题都要用到电磁感应的原理情境1(多选)安检门是一种用于安全检查的“门”,如图所示,“门框”内有线圈,线圈里通有交变电流,交变电流在“门”内产生交变磁场,金属物品通过“门”时
15、能产生涡流,涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流,从而引起报警以下关于这个安检门的说法正确的是()A这个安检门也能检查出毒品携带者B这个安检门只能检查出金属物品携带者C如果这个“门框”内的线圈中通上恒定电流,也能检查出金属物品携带者D这个安检门工作时,既利用了电磁感应现象,又利用了电流的磁效应情境2零刻度在表盘正中间的电流计非常灵敏,通入电流后,线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时,指针将在示数附近摆动,很难停下,使读数变得困难在指针转轴下方装上扇形铝框或扇形铝板,并在合适区域加上磁场,可以解决此问题下列方案合理的是()情境3(多选)如图是公路上安装的一种测速“电子眼”的原理示意图,在“电子
16、眼”前方路面下间隔一段距离埋设两个通电线圈,当车辆通过线圈上方的道路时,会引起线圈中电流的变化,系统根据两次电流变化的时间及线圈之间的距离,对超速车辆进行抓拍,下列判断正确的是()A车辆经过线圈时有感应电流产生B“电子眼”测量的是车辆经过第二个线圈时的瞬时速率C线圈中电流的变化是车辆经过线圈时发生电磁感应引起的D如果某个线圈出现故障,没有电流通过,“电子眼”还可以正常工作情境4列车进站时的电磁制动可借助如图所示模型来理解,在站台轨道下方埋一励磁线圈,通电后形成竖直向上的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.在车身下方固定一由粗细均匀导线制成的矩形线框,利用线框进入磁场时所受的安培力进行制动,已知列车
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