2022年高三物理第二轮复习 电磁感应规律及其应用 新人教版

2022年高三物理第二轮复习 电磁感应规律及其应用 新人教版第3讲 电磁感应规律及其应用【核心要点突破】知识链接一、 安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用情况二、法拉第电磁感应定律1.公式：，N为线圈匝数2、 导体切割磁感线的情形（1）一般情况：运动速度v与磁感应线方向夹角为时则（2）E=BLv (垂直平动切割) L是导线的有效切割长度 (v为磁场与导体的相对切割速度) (B不动而导体动；导体不动而B运动)（3） (直导体绕一端转动切割)深化整合一、感应电流方向的判断、楞次定律的理解楞次定律判定感应电流方向的一般步骤，基本思路可归结为：“一原、二感、三电流”，（1）明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何； （2）确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化(是增还是减)（3）根据楞次定律确定感应电流磁场的方向（4）再利用安培定则，根据感应电流磁场的方向来确定感应电流方向2.楞次定律中“阻碍”两字的含义：（1）谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量;（2）阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身;（3）如何阻碍?当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即”增反减同”;（4）结果如何?阻碍不是阻止,只是延缓了磁通量变化的快慢,结果是增加的还是增加,减少的还是减少.【典例训练1】（xx全国理综T18）如图，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b 和下边界d水平。在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平。线圈从水平面a开始下落。已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离。若线圈下边刚通过水平面b、c（位于磁场中）和d时，线圈所受到的磁场力的大小分别为、和，则 A B. D. E2，a端为正 B. E1E2，b端为正 C. E1E2，a端为正 D. E1E2，b端为正【命题立意】本题以水平金属棒在两通电螺线管间的水平圆形匀强磁场中自由下落，垂直切割磁感线产生感应电动势，考查考生的空间想象能力和把立体图转化为平面图思维方法。【思路点拨】解答本题可按以下思路分析：将立体图转化为平面图由安培定则判螺线管磁场方向由E=BLv计算得结果确定有效切割长度和切割速度【规范解答】选D，将立体图转化为平面图如右图所示，由几何关系计算有效切割长度L由机械能守恒定律计算切割速度v，即：，得，则：，根据E=BLv， ，可见E1E2。又根据右手定则判断电流方向从a到b，在电源内部，电流是从负极流向正极的，所以选项D正确。【类题拓展】求动生电动势的“一变三看”法：（1）变立体图为平面图（2）一看三量夹角关系（3）二看有效切割长度（4）三看有效切割速度【专题模拟演练】一、选择题1. 如图1所示，质量为m的金属环用线悬挂起来，金属环有一半处于水平且与环面垂直的匀强磁场中，从某时刻开始，磁感应强度均匀减小，则在磁感应强度均匀减小的过程中，关于线的拉力大小,下列说法中正确的是（ ）A.大于环重力mg,并逐渐减小B.始终等于环重力mgC.小于环重力mg，并保持恒定D.大于环重力mg,并保持恒定2. 矩形金属导线框ABCD固定在水平面内，匀强磁场区域abc沿着矩形线框的对称轴线匀速穿过矩形导线框，如图2所示.若规定导线框中的顺时针方向为电流的正方向，那么在磁场区域穿越ABCD导线框的过程中，导线框中产生的感应电流可以用下列哪个选项的图象来定量描述（ ）3.在光滑水平面上方，有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的水平匀强磁场，如图3所示，PQ为两个磁场的边界，磁场范围足够大.一个边长为a，质量为m，电阻为R的正方形金属线框垂直磁场方向，以速度v从图示位置向右运动，当线框中心线AB运动到与PQ重合时，线框的速度为 ，则（ ）A.此时线框中的电功率为4B2a2v2/RB.此时线框的加速度为4B2a2v/(mR)C.此过程通过线框截面的电量为Ba2/RD.此过程回路产生的电能为0.75 mv24.如图4所示，边长为L=2 m的正方形导线框ABCD和一金属棒MN由粗细相同的同种材料制成，每米长电阻为R0=1 .以导线框两条对角线交点O为圆心，半径r=0.5 m的匀强磁场区域的磁感应强度为B=0.5 T,方向垂直纸面向里.金属棒MN与导线框接触良好,且与对角线AC平行.若棒MN以v=4 m/s的速度沿垂直于AC方向向右匀速运动,当运动至AC位置时（ ）A.棒MN上通过的电流为0.41 AB.棒MN上通过的电流为1.2 AC.棒MN所受安培力大小为1.2 ND.棒MN所受安培力大小为0.21 N5.在竖直平面内建立如图5所示的直角坐标系，x轴水平，y轴正向竖直向上，AOB是坐标平面内光滑的半圆形金属轨道，A、B连线水平，其最低点在坐标原点，在x轴上方存在着垂直纸面向外的磁场（图中未画出），磁感应强度大小的变化规律为B=yB0(B0为一不为零的常数，y为纵坐标值).一质量分布均匀、有一定电阻的金属棒PQ（长度与AO连线等长）放在轨道上，初始位置如图，由于重力作用从静止开始运动的过程中（PQ始终与轨道接触良好）,下列说法正确的是（ ）A.金属棒中的感应电流可能是从Q到PB.最终金属棒PQ可能在轨道上来回运动C.最终金属棒PQ一定停在水平方向D.金属棒PQ一定在轨道上往复运动多次，最终停下6.（xx济南市二模）两块水平放置的金属板间的距离为d，用导线与一个n匝线圈相连，线圈电阻为r，线圈中有竖直方向的磁场，电阻R与金属板连接，其余电阻均不计。如图所示，两板间有一个质量为m、电量q的带正电的油滴恰好处于静止状态，则线圈中的磁感应强度B的变化情况和磁通量的变化率分别是A磁感应强度B竖直向上且正在增强,B 磁感应强度B竖直向下且正在增强, C磁感应强度B竖直向上且正在减弱, D磁感应强度B竖直向下且正在减弱, 7.（xx徐州市三模）如图所示,通电螺线管置于水平放置的两根光滑平行金属导轨MN和PQ之间,ab和cd是放在导轨上的两根金属棒,它们分别放在螺线管的左右两侧.保持开关闭合,最初两金属棒处于静止状态,当滑动变阻器的滑动触头向左滑动时,ab和cd棒的运动情况是A. ab向左,cd向右 B. ab向右,cd向左C. ab、cd都向右运动 D.ab、cd都不动8.（xx扬州四模）在我省某中学实验室的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向，如图所示已知北半球地磁场的竖直分量向下下列说法中正确的是A若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势高，线圈中感应电流方向为abcdaB若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势高，线圈中感应电流方向为adcbaC若以ab为轴将线圈向上翻转，则a点的电势比b点的电势高，线圈中感应电流方向为abcdaD若以ab为轴将线圈向上翻转，则b点的电势比a点的电势高，线圈中感应电流方向为adcba二、计算题9.(16分)如图8（a）所示，两根足够长的水平平行金属导轨相距为L=0.5 m，其右端通过导线连接阻值R=0.6 的电阻，导轨电阻不计，一根质量为m=0.2 kg、阻值r=0.2 的金属棒ab放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，金属棒与导轨间的动摩擦因数=0.5.整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，取g=10 m/s2.若所加磁场的磁感应强度大小恒为B，通过小电动机对金属棒施加水平向左的牵引力，使金属棒沿导轨向左做匀加速直线运动，经过0.5 s电动机的输出功率达到P=10 W，此后电动机功率保持不变.金属棒运动的v-t图象如图（b）所示，试求：（1）磁感应强度B的大小；（2）在00.5 s时间内金属棒的加速度a的大小；（3）若在0 0.3 s时间内电阻R产生的热量为0.15 J，则在这段时间内电动机做的功为多少.10.（17分）如图9甲所示，空间存在竖直向上磁感应强度B=1 T的匀强磁场，ab、cd是相互平行间距L=1 m的长直导轨，它们处在同一水平面内，左边通过金属杆ac相连，质量m=1 kg的导体棒MN水平放置在导轨上，已知MN与ac的总电阻R=0.2 ，其他电阻不计.导体棒MN通过不可伸长细线经光滑定滑轮与质量也为m的重物相连，现将重物由如图所示的静止状态释放后与导体棒MN一起运动，并始终保持导体棒与导轨接触良好.已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为=0.5,其他摩擦不计，导轨足够长，重物离地面足够高，重力加速度g取10 m/s2.（1）请定性说明：导体棒MN在达到匀速运动前，速度和加速度是如何变化的；到达匀速运动时MN受到的哪些力合力为零，并在图乙中定性画出棒从静止至匀速的过程中所受的安培力大小随时间变化的图象（不需说明理由及计算达到匀速的时间）.（2）若已知重物下降高度h=2 m时，导体棒恰好开始做匀速运动，在此过程中ac边产生的焦耳热Q=3 J，求导体棒MN的电阻值r.答案及解析一、选择题1. 【解析】选A.因穿过圆环的减小，由楞次定律知，将产生顺时针感应电流，再由左手定则得，圆环所受安培力向下，故线的拉力变大，即F拉=mg+F安=mg+BIL.因B在减小，故拉力减小，所以选A.2. 【解析】选C.区域abc匀速穿过ABCD，等效于导线框ABCD向左穿过磁场区域，进入过程中，由E=Blv，i=知，l均匀增大，故E和i也均匀变大，i的方向沿逆时针方向，当磁场完全在ABCD内时，i=0，同理，在离开过程中，i又沿顺时针方向均匀变大，故选C.3. 4. 5. 【解析】选A、C.当金属棒PQ向下滑时，金属棒与圆形金属轨道所围的面积不变，但由于磁感应强度大小的变化规律为B=yB0,所以磁通量发生变化，当金属棒PQ刚向下滑时，回路中的磁通量减小，由楞次定律可知此时金属棒中的感应电流是从Q到P，所以A正确；又根据楞次定律，感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量发生变化，所以金属棒运动过程中始终受到阻力，机械能将逐渐减小，最终静止，选项B错误；当金属棒静止时，金属棒受重力、两端指向圆心的弹力，因这三个力不平行，根据力的平衡条件可知三个力必共点，金属棒只能在水平位置平衡，其他位置都不可能平衡，选项C正确；金属棒PQ从静止开始运动后，可能到达水平方向就直接停在水平位置，没有在轨道上往复运动多次，D错误.所以选项A、C正确.6.C7.A8.C二、计算题9. 【解析】（1）当vm=5 m/s时，棒匀速运动，E=BLvm, （1分）I=E/(R+r) （1分）FA=BIL （1分）10.【解析】（1）当MN棒匀速运动时，悬挂重物的细绳的拉力与安培力及摩擦力三力合力为零；在达到稳定速度前，导体棒的加速度逐渐减小，速度逐渐增大.安培力大小随时间变化的图象如图所示.（5分）【备课资源】1.（xx全国理综T17）某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为T。一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100m，该河段涨潮和落潮时有海水（视为导体）流过。设落潮时，海水自西向东流，流速为2m/s。下列说法正确的是A电压表记录的电压为5mV B电压表记录的电压为9mVC河南岸的电势较高 D河北岸的电势较高【命题立意】本题以在竖直向下的磁场中涨潮和落潮时海水的流动作为背景材料,要我们根据法拉第电磁感应定律求南北两岸电势的高低及大小，体现了理论联系实际，本题主要考查导体棒切割磁场的实际应用。【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：落潮时海水的运动方向根据及右手定则求出的大小及方向 【规范解答】选.海水在落潮时自西向东流，该过程可以理解为：自西向东运动的导体棒在切割竖直向下的磁场。根据右手定则，北岸是正极电势高，南岸电势低,所以D正确C错。根据法拉第电磁感应定律V, 所以B正确A错2.（xx.上海物理卷T13）. 如图，长为的直导线拆成边长相等，夹角为的形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为，当在该导线中通以电流强度为的电流时，该形通电导线受到的安培力大小为（A）0 （B）0.5 （C）（D）【命题立意】本题考查安培力大小的计算。【思路点拨】可以分别求出两股导线受到的安培力，然后再将这两个力合成，也可以先计算导线有效长度，然后用安培力公式求解【规范解答】选C，导线有效长度为2lsin30=l，根据安培力公式，该V形通电导线收到的安培力大小为。3.（xx.上海物理卷T19）如右图，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为，边长为的正方形框的边紧靠磁场边缘置于桌面上，使线框从静止开始沿轴正方向匀加速通过磁场区域，若以逆时针方向为电流的正方向，能反映线框中感应电流变化规律的是图【命题立意】本题主要考查感应电流的判断。【思路点拨】感应电动势的大小EBLv，当线圈有两个边切割磁感线时，要注意感应电动势的的方向是相同还是相反。【规范解答】选A，在0-，电流均匀增大，排除CD.在-，两边感应电流方向相同，大小相加，故电流大。在，因右边离开磁场，只有一边产生感应电流，故电流小.4.用相同导线绕制的边长为L和2 L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示，在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是（ ）A.UaUbUcUd B.UdUbUaUcC.Ua=Ub=Uc=Ud D.UaUbUdUc5.如图所示，两个垂直于纸面的匀强磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B，磁场区域的宽度均为a,一正三角形（高度为a）导线框ABC从图示位置沿图示方向匀速穿过两磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，则下列关于感应电流I与导线框移动距离x的关系图象正确的是（ ）【解析】选C.根据楞次定律可判断出当导线框刚进入第一个磁场区域的过程中感应电流的方向为逆时针，故选项B、D错误；当导线框逐渐进入第二个磁场区域的过程中感应电流方向为顺时针，且逐渐增大，选项A错误、C正确.6.如图所示，在空间中存在两个相邻的、磁感应强度大小相等、方向相反的有界匀强磁场，其宽度均为L，现将宽度也为L的矩形闭合线圈，从图示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域，则在该过程中，能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图象是（ ）【解析】选D.线框穿越磁场区可分为三个过程：过程1：线框右边切割磁感线；过程2：线框左右两边均切割磁感线；过程3：线框左边切割磁感线.由右手定则判断出三个过程中感应电流方向分别为逆时针、顺时针、逆时针，大小分别为 ，仅从大小即可判断A、B均错误.由左手定则判断出三个过程中线框受力方向始终向左.三个过程中安培力的大小分别为 ，故D正确，C错误.7.（xx福建理综T21）如图所示，两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面上，导轨上端连接一个定值电阻。导体棒a和b放在导轨上，与导轨垂直并良好接触。斜面上水平虚线PQ以下区域内，存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场。现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力，使它沿导轨匀速向上运动，此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界PQ处时，撤去拉力，a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动，此时b棒已滑离导轨。当a棒再次滑回到磁场边界PQ处时，又恰能沿导轨匀速向下运动。已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R，b棒的质量为m，重力加速度为g，导轨电阻不计。求a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中，a棒中的电流强度I，与定值电阻R中的电流强度IR之比；a棒质量ma;a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F。【命题立意】本题以两条平行的光滑金属导轨中导体棒a的运动为背景,主要考查学生对电磁感应的受力分析、电路问题、力和运动的观点分析问题的能力。【思路点拨】以导轨下端的b棒恰好静止进行受力分析得Ib,进而根据等效电路分析a棒的电流和a棒受力情况，根据力和运动的关系求解问题【规范解答】（1）由于a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R，由等效电路可得 且Ib=IR 因此有 （2）由于a棒继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动过程中机械能守恒，a棒离开磁场的速度与下滑时匀速速度大小相等， 有E=BLV a棒上滑时 由受力分析得 a棒下滑时 联立解得 (3)由受力分析，并代入数据联立求解 可得a棒上滑时 【答案】（1） （2） （3）【类题拓展】巧解电磁感应中力、电、能等综合问题电磁感应类的问题是综合性较强的问题，有些省份的高考题经常作为压轴题出现，学生普遍感到较难，实际上学生若能够按照正确的分析问题的习惯，还是能轻松解决此类问题：认真审题，弄清题目给出的情景和运动过程的关键状态。明确等效电源，画出等效电路，进行电路的分析并列式。确定研究对象进行受力分析， 画出受力示意图。写出安培力的表达式，抓住关键状态列出牛顿运动定律的表达式。确定研究过程，明确安培力做功与电路中电能的转化关系，列出动能定理的表达式。联立方程进行求解。8.（xx江苏物理卷T13）（15分）如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L, 一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放。导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I。整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻。求： （1）磁感应强度的大小B；（2）电流稳定后， 导体棒运动速度的大小v；（3）流经电流表电流的最大值【命题立意】本题以一导体棒在匀强磁场中运动，来考查电磁感应的规律和电磁感应与力学的综合，题目设置难度相对较容易些。【思路点拨】（1）通过对导体棒在匀强磁场中受力分析，利用平衡条件mg=BIL可求解；（2）由导体棒在匀强磁场处于平衡状态、闭合电路欧姆定律及切割公式E=BLv联立求解；（2）通过受力分析可知，导体棒在进入磁场瞬间时，速度最大，可由机械能守恒和E=BLv联立求解。【规范解答】（1）电流稳定后，导体棒做匀速运动，则有：BIL=mg解得： （2）感应电动势E=BLv 感应电流 由式解得（3）由题意知，导体棒刚进入磁场时的速度最大，设为根据机械能守恒感应电动势的最大值感应电流最大值解得【答案】（1）；（2）；（3）。【类题拓展】 巧解电磁感应与力学综合题的两个基本思路 思路主要有两种，一种是力的观点，另一种是能量的观点。 1力的观点：是指应用牛顿第二定律和运动学公式解决问题的方法，即先对研究对象进行受力分析，根据受力变化应用牛顿第二定律判断加速度变化情况，最后找出求解问题的方法。 2能量的观点：动能定理、能量转化守恒定律在电磁感应中同样适用。