高考物理二轮复习 专题四 电路与电磁感应 第2讲 电磁感应规律及其应用课件

第2讲电磁感应规律及其应用 1.(多选)(2016全国卷，20)法 拉 第 圆 盘 发 电 机 的 示 意 图 如 图 1所 示 。 铜 圆 盘 安 装 在 竖 直 的 铜 轴 上 ， 两 铜 片 P、 Q分 别 与 圆 盘的 边 缘 和 铜 轴 接 触 。 圆 盘 处 于 方 向 竖 直 向 上 的 匀 强 磁 场 B中 。圆 盘 旋 转 时 ， 关 于 流 过 电 阻 R的 电 流 ， 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )图1 A.若 圆 盘 转 动 的 角 速 度 恒 定 ， 则 电 流 大 小 恒 定B.若 从 上 向 下 看 ， 圆 盘 顺 时 针 转 动 ， 则 电 流 沿 a到 b的 方 向流 动C.若 圆 盘 转 动 方 向 不 变 ， 角 速 度 大 小 发 生 变 化 ， 则 电 流 方向 可 能 发 生 变 化D.若 圆 盘 转 动 的 角 速 度 变 为 原 来 的 2倍 ， 则 电 流 在 R上 的 热功 率 也 变 为 原 来 的 2倍 答案AB 2.(多选)(2016全国卷，21)如 图 2， M为 半 圆 形 导 线 框 ， 圆 心 为OM； N是 圆 心 角 为 直 角 的 扇 形 导 线 框 ， 圆 心 为 ON； 两 导 线 框 在同 一 竖 直 面 (纸 面 )内 ； 两 圆 弧 半 径 相 等 ； 过 直 线 OMON的 水 平 面上 方 有 一 匀 强 磁 场 ， 磁 场 方 向 垂 直 于 纸 面 。 现 使 线 框 M、 N在 t 0时 从 图 示 位 置 开 始 ， 分 别 绕 垂 直 于 纸 面 、 且 过 OM和 ON的 轴 ，以 相 同 的 周 期 T逆 时 针 匀 速 转 动 ， 则 ( )图2 答案BC 3.(2015全国卷 15)如 图 3， 直 角 三 角 形 金 属 框 abc放 置 在 匀 强 磁 场 中 ， 磁 感 应 强 度 大 小 为 B， 方 向 平行 于 ab边 向 上 .当 金 属 框 绕 ab边 以 角 速 度 逆 时 针转 动 时 ， a、 b、 c三 点 的 电 势 分 别 为 Ua、 Ub、 Uc.已知 bc边 的 长 度 为 l.下 列 判 断 正 确 的 是 ( )图3 答案C 4.(2014新课标全国卷，18)如 图 4(a)， 线 圈 ab、 cd绕 在 同 一 软铁 芯 上 ， 在 ab线 圈 中 通 以 变 化 的 电 流 ， 用 示 波 器 测 得 线 圈 cd间电 压 如 图 (b)所 示 。 已 知 线 圈 内 部 的 磁 场 与 流 经 线 圈 的 电 流 成 正比 ， 则 下 列 描 述 线 圈 ab中 电 流 随 时 间 变 化 关 系 的 图 中 ， 可 能 正确 的 是 ( )图4 解析由图(b)可知c、d间的电压大小是不变化的，根据法拉第电磁感应定律可判断出线圈cd中磁通量的变化率是不变的，又因已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，所以线圈ab中的电流是均匀变化的，选项C正确，A、B、D均错误。答案 C 5.(2016全国卷，24)如 图 5， 水 平 面 (纸 面 )内 间 距 为 l的 平 行 金属 导 轨 间 接 一 电 阻 ， 质 量 为 m、 长 度 为 l的 金 属 杆 置 于 导 轨 上 ， t 0时 ， 金 属 杆 在 水 平 向 右 、 大 小 为 F的 恒 定 拉 力 作 用 下 由 静 止开 始 运 动 ， t0时 刻 ， 金 属 杆 进 入 磁 感 应 强 度 大 小 为 B、 方 向 垂 直于 纸 面 向 里 的 匀 强 磁 场 区 域 ， 且 在 磁 场 中 恰 好 能 保 持 匀 速 运 动 。杆 与 导 轨 的 电 阻 均 忽 略 不 计 ， 两 者 始 终 保 持 垂 直 且 接 触 良 好 ，两 者 之 间 的 动 摩 擦 因 数 为 。 重 力 加 速 度 大 小 为 g。 求图5 (1)金 属 杆 在 磁 场 中 运 动 时 产 生 的 电 动 势 的 大 小 ；(2)电 阻 的 阻 值 。 6.(2016全国卷，25)如 图 6， 两 条 相 距 l的 光 滑 平 行 金 属 导 轨 位于 同 一 水 平 面 (纸 面 )内 ， 其 左 端 接 一 阻 值 为 R的 电 阻 ； 一 与 导 轨垂 直 的 金 属 棒 置 于 两 导 轨 上 ； 在 电 阻 、 导 轨 和 金 属 棒 中 间 有 一面 积 为 S的 区 域 ， 区 域 中 存 在 垂 直 于 纸 面 向 里 的 均 匀 磁 场 ， 磁 感应 强 度 大 小 B1随 时 间 t的 变 化 关 系 为 B1 kt， 式 中 k为 常 量 ； 在 金属 棒 右 侧 还 有 一 匀 强 磁 场 区 域 ， 区 域 左 边 界 MN(虚 线 )与 导 轨 垂直 ， 磁 场 的 磁 感 应 强 度 大 小 为 B0， 方 向 也 垂 直 于 纸 面 向 里 。 某时 刻 ， 金 属 棒 在 一 外 加 水 平 恒 力 的 作 用 下 从 静 止 开 始 向 右 运 动 ，在 t 0时 刻 恰 好 以 速 度 v0越 过 MN， 此 后 向 右 做 匀 速 运 动 。 金 属 棒与 导 轨 始 终 相 互 垂 直 并 接 触 良 好 ， 它 们 的 电 阻 均 忽 略 不 计 。 求 ： 图6(1)在 t 0到 t t0时 间 间 隔 内 ， 流 过 电 阻 的 电 荷 量 的 绝 对 值 ；(2)在 时 刻 t(tt0)穿 过 回 路 的 总 磁 通 量 和 金 属 棒 所 受 外 加 水 平 恒 力的 大 小 。 备 考 指 导 【考情分析】2014 卷 T14： 产 生 感 应 电 流 的 条 件T18： 电 磁 感 应 中 的 图 象 问 题2015 卷 T19： 楞 次 定 律 、 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律卷 T15： 右 手 定 则 、 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 的 应 用2016 卷 T 20： 圆 盘 旋 转 切 割 产 生 电 动 势T24： 导 体 切 割 磁 感 线 、 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 的 应 用卷 T21： 感 应 电 流 和 感 应 电 动 势 的 产 生 与 计 算T25： 磁 通 量 的 计 算 ， 安 培 力 、 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 的 应用 电 磁 感 应 是 电 磁 学 中 最 为 重 要 的 内 容 ， 也 是 高 考 命 题 频 率 最 高 的内 容 之 一 ， 题 型 多 为 选 择 题 、 计 算 题 。 主 要 考 查 电 磁 感 应 现 象 、楞 次 定 律 、 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 、 自 感 等 知 识 。【备考策略】(1)抓 住 两 个 关 键 ： 一 是 电 动 势 的 大 小 ， 它 取 决 于 磁 通 量 的 变 化 率 ；二 是 电 动 势 的 方 向 ， 实 际 方 向 与 规 定 的 正 方 向 一 致 时 取 正 ， 反 之取 负 。 同 时 注 意 对 无 感 应 电 流 区 域 的 判 断 。(2)迁 移 力 学 知 识 、 规 律 解 决 电 磁 感 应 问 题 。(3)常 用 思 想 方 法 ： 图 象 法 等 效 法 守 恒 法 模 型 法 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用规 律 方 法 1.感应电流方向的判断方法(1)右 手 定 则 ， 即 根 据 导 体 在 磁 场 中 做 切 割 磁 感 线 运 动 的 情 况 进 行判 断 ；(2)楞 次 定 律 ， 即 根 据 穿 过 闭 合 回 路 的 磁 通 量 的 变 化 情 况 进 行 判 断 。 1.(2016北京理综，16)如 图 7所 示 ， 匀 强 磁 场 中 有 两 个 导 体 圆 环 a、b， 磁 场 方 向 与 圆 环 所 在 平 面 垂 直 。 磁 感 应 强 度 B随 时 间 均 匀 增大 。 两 圆 环 半 径 之 比 为 2 1， 圆 环 中 产 生 的 感 应 电 动 势 分 别 为Ea和 Eb， 不 考 虑 两 圆 环 间 的 相 互 影 响 。 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )精 典 题 组 图7 A.Ea Eb 4 1， 感 应 电 流 均 沿 逆 时 针 方 向B.Ea Eb 4 1， 感 应 电 流 均 沿 顺 时 针 方 向C.Ea Eb 2 1， 感 应 电 流 均 沿 逆 时 针 方 向D.Ea Eb 2 1， 感 应 电 流 均 沿 顺 时 针 方 向答案B 2.(多选)(2016江苏单科，6)电 吉 他 中 电 拾 音 器 的 基 本 结 构 如 图 8所 示 ， 磁 体 附 近 的 金 属 弦 被 磁 化 ， 因 此 弦 振 动 时 ， 在 线 圈 中 产生 感 应 电 流 ， 电 流 经 电 路 放 大 后 传 送 到 音 箱 发 出 声 音 ， 下 列 说法 正 确 的 有 ( )图8 A.选 用 铜 质 弦 ， 电 吉 他 仍 能 正 常 工 作B.取 走 磁 体 ， 电 吉 他 将 不 能 正 常 工 作C.增 加 线 圈 匝 数 可 以 增 大 线 圈 中 的 感 应 电 动 势D.弦 振 动 过 程 中 ， 线 圈 中 的 电 流 方 向 不 断 变 化 答案BCD 3.(多选)(2016江西新余模拟)如 图 9甲 ， 固 定 在 光 滑 水 平 面 上 的 正三 角 形 金 属 线 框 ， 匝 数 n 20， 总 电 阻 R 2.5 ， 边 长 L 0.3 m，处 在 两 个 半 径 均 为 r L/3的 圆 形 匀 强 磁 场 区 域 中 。 线 框 顶 点 与右 侧 磁 场 区 域 圆 心 重 合 ， 线 框 底 边 中 点 与 左 侧 磁 场 区 域 圆 心 重合 。 磁 感 应 强 度 B1垂 直 水 平 面 向 上 ， 大 小 不 变 ； B2垂 直 水 平 面向 下 ， 大 小 随 时 间 变 化 ， B1、 B2的 值 和 变 化 规 律 如 图 乙 所 示 。则 下 列 说 法 中 正 确 的 是 (取 3)( ) 图9A.通 过 线 框 中 的 感 应 电 流 方 向 为 逆 时 针 方 向B.t 0时 刻 穿 过 线 框 的 磁 通 量 为 0.1 WbC.在 0 0.6 s内 通 过 线 框 中 的 电 荷 量 为 0.006 CD.0 0.6 s时 间 内 线 框 中 产 生 的 热 量 为 0.06 J 答案 AD 4.如 图 10甲 所 示 ， 绝 缘 的 水 平 桌 面 上 放 置 一 金 属 圆 环 ， 在 圆 环 的正 上 方 放 置 一 个 螺 线 管 ， 在 螺 线 管 中 通 入 如 图 乙 所 示 的 电 流 ，电 流 从 螺 线 管 a端 流 入 为 正 ， 以 下 说 法 正 确 的 是 ( )图10A.从 上 往 下 看 ， 0 1 s内 圆 环 中 的 感 应 电 流 沿 顺 时 针 方 向B.0 1 s内 圆 环 面 积 有 扩 张 的 趋 势C.3 s末 圆 环 对 桌 面 的 压 力 小 于 圆 环 的 重 力 D.1 2 s内 和 2 3 s内 圆 环 中 的 感 应 电 流 方 向 相 反 解析由图乙知，01 s内螺线管中电流逐渐增大，穿过圆环向上的磁通量增大，由楞次定律知圆环中感应电流的磁场向下，圆环面积有缩小的趋势，从上往下看，01 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向，选项A正确，B错误；同理可得12 s内和23 s内圆环中的感应电流方向相同，选项D错误；3 s末电流的变化率为0，螺线管中磁感应强度的变化率为0，在圆环中不产生感应电流，圆环对桌面的压力等于圆环的重力，选项C错误。答案 A 电磁感应中的力、电综合问题规 律 方 法 解决电磁感应中的力、电问题的关键电 磁 感 应 与 力 学 问 题 联 系 的 桥 梁 是 磁 场 对 感 应 电 流 的 安 培 力 。 解答 电 磁 感 应 中 的 力 学 问 题 ， 在 分 析 方 法 上 ， 要 始 终 抓 住 导 体 的 受力 (特 别 是 安 培 力 )特 点 及 其 变 化 规 律 ， 明 确 导 体 的 运 动 过 程 以 及运 动 过 程 中 状 态 的 变 化 ， 准 确 把 握 运 动 状 态 的 临 界 点 。 1.(2016襄阳模拟)如 图 11， 两 根 相 距 L 1 m、 电 阻 不 计 的 平 行 光滑 金 属 导 轨 水 平 放 置 ， 导 轨 足 够 长 ,其 一 端 接 有 一 阻 值 为 R 2 的 电 阻 ， 导 轨 处 在 磁 感 应 强 度 为 B 0.5 T的 匀 强 磁 场 中 ， 磁 场 方向 垂 直 导 轨 平 面 向 里 。 一 根 质 量 m 0.2 kg、 电 阻 r 0.5 的 金 属棒 置 于 导 轨 左 端 ， 并 与 导 轨 垂 直 放 置 。 有 两 种 情 况 可 以 让 棒 在 导轨 上 做 匀 变 速 直 线 运 动 ： (1)给 棒 施 加 一 个 水 平 向 右 的 随 时 间 变化 的 力 F， 可 以 让 棒 从 静 止 开 始 向 右 以 加 速 度 a1 1 m/s2做 匀 加 速运 动 ； (2)将 轨 道 左 端 的 定 值 电 阻 换 成 一 个 随 时 间 变 化 的 电 阻 R 0，再 给 棒 一 个 水 平 向 右 的 初 速 度 v0 6 m/s， 可 以 使 棒 向 右 以 加 速度 a2 1 m/s2匀 减 速 运 动 一 段 时 间 。 则 上 述 两 种 情 况 所 描 述 的变 力 F和 变 化 的 电 阻 R0满 足 的 方 程 是 ( ) 精 典 题 组 图11A.F 0.1t 0.2(N)， R0 7 1.25t()B.F 0.1t 0.2(N)， R0 7 1.25t()C.F 0.125t 0.2(N)， R0 7.5 1.25t()D.F 0.125t 0.2(N)， R0 7.5 1.25t() 答案 A 2.(2016湖南益阳模拟)如 图 12所 示 ， 竖 直 面 内 的 正 方 形 导 线 框ABCD和 abcd的 边 长 均 为 l、 电 阻 均 为 R， 质 量 分 别 为 2m和 m，它 们 分 别 系 在 一 跨 过 两 个 定 滑 轮 的 绝 缘 轻 绳 两 端 ， 在 两 导 线 框之 间 有 一 宽 度 为 2l、 磁 感 应 强 度 为 B、 方 向 垂 直 纸 面 向 里 的 匀 强磁 场 。 开 始 时 ABCD的 下 边 界 与 匀 强 磁 场 的 上 边 界 重 合 ， abcd的 上 边 界 到 匀 强 磁 场 的 下 边 界 的 距 离 为 l。 现 将 两 导 线 框 由 静 止释 放 ， 当 ABCD全 部 进 入 磁 场 时 ， 两 导 线 框 开 始 做 匀 速 运 动 。不 计 摩 擦 和 空 气 阻 力 ， 重 力 加 速 度 为 g， 求 ： 图12(1)两 导 线 框 匀 速 运 动 的 速 度 大 小 ；(2)两 导 线 框 在 从 开 始 运 动 至 等 高 的 过 程 中 所 产 生 的 总 焦 耳 热 ；(3)导 线 框 abcd通 过 磁 场 的 时 间 。 图13(1)小 灯 泡 正 常 发 光 时 的 电 阻 R；(2)线 框 保 持 不 动 的 时 间 内 ， 小 灯 泡 产 生 的 热 量 Q。 答案 (1)1.25 (2)3.14 J 高频考点十电磁感应中的图象问题三“看”与三“找”妙解电磁感应图象问题(一)解决磁感应强度变化产生电动势问题的三“看”：一看区间、二看大小、三看方向。【典例】 一 矩 形 线 圈 位 于 一 随 时 间 t变 化 的 匀 强 磁 场 内 ， 磁 场 方向 垂 直 线 圈 所 在 的 平 面 (纸 面 )向 里 ， 如 图 14甲 所 示 。 磁 感 应 强度 B随 t的 变 化 规 律 如 图 乙 所 示 。 以 I表 示 线 圈 中 的 感 应 电 流 ， 以图 甲 中 线 圈 上 箭 头 所 示 方 向 为 电 流 的 正 方 向 ， 则 下 列 选 项 中 的 I t图 象 正 确 的 是 ( ) 图14 解析一看区间，根据法拉第电磁感应定律，45 s内磁通量不变，感应电动势和感应电流为0，排除C、D；二看大小，02 s内感应电流大小不变，A、B都符合要求；三看方向，根据楞次定律，01 s内感应电流方向为负方向，12 s内感应电流方向为正方向，B错误，A正确。答案 A 变式1根据感应电流，反推磁感应强度B的变化(多选)一 个 圆 形 闭 合 线 圈 固 定 在 垂 直 纸 面 的 匀 强 磁 场 中 ， 线圈 平 面 与 磁 场 方 向 垂 直 ， 如 图 15甲 所 示 。 设 垂 直 于 纸 面 向里 的 方 向 为 磁 感 应 强 度 的 正 方 向 ， 线 圈 中 顺 时 针 方 向 为 感应 电 流 的 正 方 向 。 已 知 圆 形 线 圈 中 的 感 应 电 流 i随 时 间 变 化的 图 象 如 图 乙 所 示 ， 则 线 圈 处 的 磁 场 的 磁 感 应 强 度 随 时 间变 化 的 图 象 可 能 是 下 列 选 项 中 的 ( ) 图15 解析一看区间，在01 s内感应电流方向发生了变化，因此01 s内Bt图象的斜率发生变化，排除B；二看大小，A、C、D都符合题意；三看方向，根据楞次定律，A中由于磁感应强度变化而产生的感应电流的方向在01 s内的前一段为正方向，A错误，通过03 s内的感应电流方向可知C、D符合题意。答案 CD 变式2判断安培力随时间的变化(2016河南郑州模拟)如 图 16甲 所 示 ， 正 三 角 形 硬 导 线 框 abc固 定 在 磁 场 中 ， 磁 场 方 向 与 线 框 平 面 垂 直 。 图 乙 表 示 该 磁场 的 磁 感 应 强 度 B随 时 间 t变 化 的 关 系 ， t 0时 刻 磁 场 方 向 垂直 纸 面 向 里 。 在 0 4t0时 间 内 ， 线 框 ab边 受 到 该 磁 场 对 它 的安 培 力 F随 时 间 t变 化 的 关 系 图 为 (规 定 垂 直 ab边 向 左 为 安 培力 的 正 方 向 )( ) 图16 解析利用排除法。本题四个选项中变化区间都符合要求，0t0和3t03.5t0时间内，电流方向相反，但磁场方向也相反，因此安培力的方向是相同的，选项B、C、D错误，A正确。答案 A (二)解决导体做切割磁感线运动产生电动势问题的三“找”：一找有效切割长度、二找变化趋势、三找方向。 图17 解析线框bc边在0L过程中不产生感应电流，在L2L过程中bc边切割磁感线的有效长度逐渐变大，由右手定则知感应电流沿顺时针方向，逐渐变大；线框bc边在2L3L过程中，bc边和ad边都有一部分切割磁感线，产生的感应电流沿逆时针方向，大小不变；线框bc边在3L4L过程中，ad边切割磁感线，有效长度逐渐变小，产生的感应电流沿顺时针方向，逐渐减小。答案 C 变式磁场区域变为正方形，且判断电流和安培力的变化(多选)如 图 18所 示 ， 在 光 滑 的 水 平 桌 面 上 有 一 直 角 边 长 为 l、电 阻 为 R的 等 腰 直 角 三 角 形 ABC导 线 框 ； 在 导 线 框 的 右 侧 有一 边 长 为 l的 正 方 形 匀 强 磁 场 区 域 ， 磁 场 的 左 边 界 与 导 线 框的 直 角 边 BC平 行 ， 磁 场 方 向 垂 直 纸 面 向 里 。 现 将 导 线 框 以恒 定 的 速 度 v向 右 运 动 ， t 0时 刻 ， 导 线 框 的 顶 点 A恰 好 到达 磁 场 的 左 边 界 ， 随 后 导 线 框 进 入 并 匀 速 通 过 磁 场 区 域 ，规 定 逆 时 针 方 向 为 感 应 电 流 (i)的 正 方 向 ， 水 平 向 左 为 安 培力 (F)的 正 方 向 ， 则 下 列 选 项 中 的 i t图 象 和 F t图 象 可 能 正确 的 是 ( ) 图18 答案 BD 反思总结1.电磁感应中的图象问题的分析解决图象问题的关键是分析磁通量的变化是否均匀，从而判断感应电动势(感应电流)或安培力的大小是否恒定，然后运用楞次定律或右手定则判断其方向，从而确定其正负。2.电磁感应中图象类选择题的两个常见解法(1)排除法：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：根据题目所给条件写出两个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。