2022年高三物理二轮复习 电磁感应专题教学案

2022年高三物理二轮复习 电磁感应专题教学案一、电磁感应现象：一切电磁感应现象都可以归结为磁通量的变化引起的：如： 二、感应电流的方向判断：楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化对于导体切割磁感线时的感应电动势方向的判断，也可以利用右手定则：伸开右手，让磁场穿过掌心，大拇指指向运动方向，四指指向导体内感应电流方向或导体内感应电动势的正极。三、法拉第电磁感应定律：（1）在电磁感应现象中产生的感应电动势大小，跟穿过这一回路的磁通变化率成正比。表达式： 平均值（2）导体在磁场中切割磁感线产生电动势。表达式：=BLv（垂直切割） 瞬时值若v不与B垂直，则可以将v分解为垂直于B和平行于B，其中垂直分量产生感应电动势。（3）自感现象：由于通过导体本身电流发生变化而引起的电磁感应现象。自感电动势 ，即与电流的变化率成正比，式中L为自感系数由线圈本身的长度、横截面积、匝数以及有无铁芯决定。例题分析例1、通电直导线与闭合金属框彼此绝缘，它们处于同一平面内，导线位置与线框轴重合。为了使线框中产生如图所示方向的感应电流，可以采取的措施是：A、减弱直导线中的电流强度B、线框以直导线为轴转动C、线框向右平动D、线框向左平动分析：通电直导线产生磁场的磁感线是以电流为圆心的同心圆。闭合线框在如图所示状态下磁通量j为零。当直导线中电流强度发生变化或线框以直导线为轴转动时，通过线框的磁通量j始终是零，j=0，故无感应电流产生。当线框向右或向左平动时，通过线框的磁通量j都要增加。向右平动原磁场方向为“x”，向左平动原磁场方向为“”为了阻碍磁通量的增加产生题目中要求感生电流的方向。由楞次定律可判断线框应向左平动，故D选项是正确的。例2、如图所示，用金属导线变成闭合正方形导线框边长为L，电阻为R，当它以速度v匀速地通过宽也为L的匀强磁场区过程中，外力需做功W，则该磁场磁感应强度应为多大？若仍用此种导线变成边长为2L的正方形导线框，以相同速度通过同一磁场区，外力应做功为原来的几倍？解：正方形线框匀速通过磁场F=0，当进入磁场时，cd边切割磁感线产生产生I受F安：F外=F安。当出磁场时ab边切割磁感线产生产生I受F安，则F外=F安。外力功W=F外2L=F安2L=BIL2L=2BL2 。则磁感应强度 。当线框边长为2L时，此时真正产生感应电流的时候是当cd、ab边在磁场中运动时，外力功W为：（此时电阻为原来的2倍）W=F外2L= F安2L=BI2L2L =4BL2 = .故外力应做功为原来的2倍。例3、置于匀强磁场中，垂直磁场的水平面上有一光滑平行金属导轨，轨的电阻不计，轨间连有电阻R轨距L，一质量为m的导体棒在水平外力F外的作用下，从静止开始，在开关闭合情况下金属棒运动情况如何？解析：导体棒受水平F外产生加速度 速度由0开始增加（v）切割磁感线棒中产生感应电动势=BLv棒中电流 棒受培力F安=BIL方向与外力相反棒受合力F合=F外-F安加速度减小 速度仍继续增加IF安F合a导体棒做加速度减小的加速运动，直至加速度减小到0，棒做匀速运动，此刻a=0，F合=0，F外=F安=BIL=B L= BLvm= 匀速运动的速度 为棒在导轨上运动的最大速度。 例4、如图所示，图中E为电池组，L是自感系数足够大的电磁线圈（直流电阻不计），D1、D2是规格一样的灯泡，在开在S闭合或断开操作过程中灯泡均未被烧断。下列说法中正确的是：A、S刚闭合时，D1、D2同时亮且同样亮B、闭合S达到稳定后，D1熄灭，D2比刚闭合S时要亮C、再将S断开时，D2不立即熄灭D、再将S断开时，D1先闪亮后再熄灭解析：当开关S闭合瞬间，电路中电流增加，线圈因自感系数足够大，又无电阻产生自感电动势阻碍电流增加，故L与路中电流可视为零，此时两灯泡串联接在电流两端放两灯同时亮。A选项是正确的。闭合S到达稳定无电流变化，没有自感电动势。因L中无电阻，则只有灯D2接在电源两端，故灯D1不亮、D2比刚闭合时更亮。B选项是正确的。再将S断开，灯D2立即熄灭。C错误。而L中的电流变化产生自感电动势阻碍电流的减小，电流将流经D1、灯D1闪亮后，随着电流的减小而熄灭。D选项是正确的。答案：ABD习题1、在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接，如图所示，导轨上放一根导线ab，磁力线垂直于导轨所在平面。欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感生电流，则导线的运动情况可能是：（）A、匀速向右运动 B、加速向右运动C、减速向右运动 D、加速向左运动2、如右图所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其一部分处于方向垂直导轨所在平面且有上下水平边界的匀强磁场中，一根金属杆MN成水平沿导轨滑下，在与导轨和电阻R组成的闭合电路中，其他电阻不计。当金属杆MN进入磁场区后，其运动的速度图象可能是下图中的（） 3、如图所示，两光滑曲线导轨连接光滑水平导轨，水平导轨处在方向竖直向下的匀强磁场中。导体b静置在水平导轨上，导体a从曲线导轨上滑下，进入水平导轨的匀强磁场中后（始终未与b相接触）（）A、导体a将作匀减速运动，b作匀加速运动B、回路中的感应电流将不断减小C、a、b的速度最终会相同D、回路中的感应电流最终会为零4、图所示为演示实验电路图，L是带铁心的线圈，A是灯泡，原来电键K闭合，电路是接通的，若把电键K打开，在电路切断的瞬间，通过灯泡的电流方向是从_端到_端。这个实验是用来演示_现象。参考答案1、CD 2、ACD 3、BCD 4、a，b，自感 在线测试窗体顶端选择题1、第一个发现电磁感应现象的科学家是： A、奥斯特 B、库仑 C、法拉第 D、安培 窗体底端窗体顶端2、如图1所示，是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L两端并联一只伏特表，用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，将电路解体时应： A、先断开K1 B、先断开K2 C、先拆除安培表 D、先拆除伏特表 窗体底端窗体顶端3、如图2所示，由大小两个半圆弧组成的弯曲金属导线位于匀强磁场中，当整个导体向右平移时，下列结论正确的是： A、整个导线中的总感应电动势为零 B、A、C、E三点的电势相同 C、导线中将产生感应电动势，D点电势比B点高 D、无法判断 窗体底端窗体顶端4、如图3所示，矩形线框abcd在水平匀强磁场中，绕中央竖直轴匀速转动，转轴与外电路电阻R连通，t=0时刻线框平面跟磁场垂直，用T表示其转动周期，则： A、经T/4时，线框abcd中穿过的磁通量为零，磁通量变化率最大 B、经T/2时间内，通过导线a处横截面积的电量为零 C、电阻R上有电流通过 D、电阻R上恒无电流 窗体底端窗体顶端5、如图4所示，正方形线框abcd每边长l=20m，回路电阻为0.02欧，线框质量为m=100克，砝码质量M=140克，匀强磁场的磁感应强度B=0.5特，匀强磁场在竖直方向的宽度h=20cm，砝码M和线框用细绳绕过两个定滑轮相连，砝码M从某一位置下降，当线框上升到ab边进入磁场区时，开始匀速运动，（g取10m/s2）线框匀速上升的速为 m/s，在线框匀速上升的过程中有 J机械能转化为电能。窗体底端答案与解析 答案：1.C 2.B 3. A、B、C 4. A、D 5. 0.8 0.08 2、解：B。只要不断开K2，线圈L与伏特表就会组成闭合回答，在断开电路干路时，线圈L会因此产生感应电流，电流的方向与原方向相同。这时流过伏特表的电流方向与原来电流方向相反，伏特表中的指针将反向转动。损坏伏特表，所以必须先拆下伏特表，即断开K2。3、解：A、B、C。整个导体向右平动时，穿过闭合金属导线的磁通量不变，整个导线中的总感应电动势为零，由于A、C、E三个切割磁力线的有效长度为零，则A、C、E三点的电势相同。由右手定则判定UDUB。4、解：A、D。经 时刻，线圈abcd平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，而ab边和cd边切割磁场的有效速度最大，感应电动势最大，故磁通量的变化率最大。A对。经 时间内，线圈abcd内有电流，则通过导线a横截面积的电量不为零，B错。不管磁场的方向和线圈的转动方向如何，ab和cd相当于两个电源，如上图中其中一个图的连接，则OO等势，R上不会有电流。5、解：（1）线框ab边刚进入磁场区时，依题意有：F安+mg=Mg F安=BIl， 而=Blv，=IR （2）克服磁场力做的功转变为电能W=F安l=BIl2=0.540.22=0.08（J） 高考题萃 1(03辽宁)电学中的库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律（有关感应电动势大小的规律）、安培定律（磁场对电流作用的规律）都是一些重要的规律，右图为远距离输电系统的示意图（为了简单，设用户的电器是电动机），下列选项中正确的是A 发电机能发电的主要原理是库仑定律 变压器能变压的主要原理是欧姆定律 电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律B 发电机能发电的主要原理是安培定律 变压器能变压的主要原理是欧姆定律 电动机通电后能转动起来的主要原理是库仑定律C 发电机能发电的主要原理是欧姆定律 变压器能变压的主要原理是库仑定律 电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律D 发电机能发电的主要原理是法拉第电磁感应定律变压器能变压的主要原理是法拉第电磁感应定律电动机通电后能转动起来的主要原理是安培定律2. (03上海)传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用。如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器(10).演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是A 物体M运动时，电源内的电流会发生变化B 物体M运动时，电压表的示数会发生变化C 物体M不动时，电路中没有电流D 物体M不动时，电压表没有示数(11).唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是A 该传感器是根据电流的磁效应工作的B 该传感器是根据电磁感应原理工作的C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势3（03全国）曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图1为其结构示意图。图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平行，它的一端有一半径r01.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图2所示。当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动。设线框由N800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S20cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感强度B0.010T，自行车车轮的半径R135cm，小齿轮的半径R24.cm，大齿轮的半径R310.0cm（见图 2）。现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U3.2V？（假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动） 答案：1D2(10)B (11)B3参考解答：当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，其最大值0BSN式中0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度。发电机两端电压的有效值U /2m设自行车车轮转动的角速度为1，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，有R11R00小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同，也为1。设大齿轮转动的角速度为，有R3R21由以上各式解得( U/BSN)(R2r0/R3r1)代入数据得3.2s1 课外拓展 光纤传感器 近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。 所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉（比较），使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。 光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。 另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。其结构大致如下：传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用范围广，使用简便，但是精度比第一类传感器稍低。 光纤在传感器家族中是后起之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，是在生产实践中值得注意的一种传感器。 光纤传感器凭借着其大量的优点已经成为传感器家族的后起之秀，并且在各种不同的测量中发挥着自己独到的作用，成为传感器家族中不可缺少的一员。