高考物理考前三个月 名师专题讲义 专题六 电磁感应和电路 第1课时 电磁感应问题的综合分析课件

高考对本部分内容的要求较高，常在选择题中考查电磁高考对本部分内容的要求较高，常在选择题中考查电磁感应中的图像问题、变压器和交流电的描述问题，在计感应中的图像问题、变压器和交流电的描述问题，在计算题中作为压轴题，以导体棒运动为背景，综合应用电算题中作为压轴题，以导体棒运动为背景，综合应用电路的相关知识、牛顿运动定律和能量守恒定律解决导体路的相关知识、牛顿运动定律和能量守恒定律解决导体棒类问题棒类问题本专题考查的重点有以下几个方面：本专题考查的重点有以下几个方面：专题定位楞次定律的理解和应用；感应电流的图像问题；电楞次定律的理解和应用；感应电流的图像问题；电磁感应过程中的动态分析问题；综合应用电路知识和能磁感应过程中的动态分析问题；综合应用电路知识和能量观点解决电磁感应问题；直流电路的分析；变压器量观点解决电磁感应问题；直流电路的分析；变压器原理及三个关系；交流电的产生及描述问题原理及三个关系；交流电的产生及描述问题专题定位对本专题的复习应注意对本专题的复习应注意“抓住两个定律，运用两种观点，分抓住两个定律，运用两种观点，分析三种电路析三种电路”两个定律是指楞次定律和法拉第电磁感应定两个定律是指楞次定律和法拉第电磁感应定律；两种观点是指动力学观点和能量观点；三种电路指直流律；两种观点是指动力学观点和能量观点；三种电路指直流电路、交流电路和感应电路电路、交流电路和感应电路应考策略 知 识 方 法 聚 焦 热 点 考 向 例 析 审题破题 真题演练栏目索引知识方法聚焦1.(2)相对运动相对运动 (3)原电流原电流2.(1) 平均平均(2)瞬时瞬时 (3) Bl23.磁通量磁通量4.焦耳定律焦耳定律 能量守恒定律能量守恒定律 知识回扣 知识方法聚焦规律方法解决感应电路综合问题的一般思路是解决感应电路综合问题的一般思路是“先电后力先电后力”，即：，即：先作先作“源源”的分析的分析分析电路中由电磁感应所产生的电源，分析电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数求出电源参数E和和r；接着进行接着进行“路路”的分析的分析分析电路结构，弄清串、并联关分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力；系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力；然后是然后是“力力”的分析的分析分析研究对象分析研究对象(通常是金属棒、导体、通常是金属棒、导体、线圈等线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力；的受力情况，尤其注意其所受的安培力；接着进行接着进行“运动状态运动状态”的分析的分析根据力和运动的关系，判根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型；断出正确的运动模型；最后是最后是“能量能量”的分析的分析寻找电磁感应过程和研究对象的寻找电磁感应过程和研究对象的运动过程中，其能量转化和守恒的关系运动过程中，其能量转化和守恒的关系.热点考向例析考向1楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用例例1如图如图2甲所示，螺线管匝数甲所示，螺线管匝数n1 000匝，横截面积匝，横截面积S10 cm2，螺线管导线电阻，螺线管导线电阻r1 ，电阻，电阻R4 ，磁感应强度，磁感应强度B的的Bt图图像像如如图乙所示图乙所示(以向右为正方向以向右为正方向)，下列说法正确，下列说法正确的是的是()图图2A.通过电阻通过电阻R的电流是交变电流的电流是交变电流B.感应电流的大小保持不变感应电流的大小保持不变C.电阻电阻R两端的电压为两端的电压为6 VD.C点的电势为点的电势为4.8 V解析根据楞次定律可知，根据楞次定律可知，0到到1秒内，电流从秒内，电流从C流过流过R到到A，在在1秒到秒到2秒内，电流从秒内，电流从A流过流过R到到C，因此电流为交流电，故，因此电流为交流电，故A正确；正确；计算知感应电流的大小恒为计算知感应电流的大小恒为1.2 A，电阻，电阻R两端的电压两端的电压UIR1.24 V4.8 V，故，故B正确，正确，C错误；错误；当螺线管左端是正极时，当螺线管左端是正极时，C点的电势才为点的电势才为4.8 V，当右端是正极，当右端是正极时，则时，则C点电势为点电势为4.8 V，故，故D错误错误.答案AB1.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 常有两种特殊情况，即常有两种特殊情况，即 其中其中 是是Bt图图像像中图线的斜率，中图线的斜率，若斜率不变则感应电动势是恒定不变的若斜率不变则感应电动势是恒定不变的.2.楞次定律中的楞次定律中的“阻碍阻碍”有三层含义：阻碍磁通量的变化；有三层含义：阻碍磁通量的变化；阻碍物体间的相对运动；阻碍原电流的变化阻碍物体间的相对运动；阻碍原电流的变化.要注意灵活应用要注意灵活应用.以题说法针对训练针对训练1 如如图图3所示，在边长为所示，在边长为a的的正正方形方形区域内有匀强磁场，磁感应强度区域内有匀强磁场，磁感应强度为为B，其方向垂直纸面向外，一个边长也，其方向垂直纸面向外，一个边长也为为a的单匝正方形导线框架的单匝正方形导线框架EFGH正好与正好与上上述述磁场区域的边界重合，导线框的磁场区域的边界重合，导线框的电阻电阻为为R.现使导线框以周期现使导线框以周期T绕其中心绕其中心O点在纸面内匀速转动，点在纸面内匀速转动，经过经过 导导线框转到图中虚线位置，则线框转到图中虚线位置，则在在 这这 时间时间内内()图图3A.顺时针方向转动时，感应电流方向为顺时针方向转动时，感应电流方向为EFGHEB.平均感应电动势大小等于平均感应电动势大小等于C.平均感应电动势大小等于平均感应电动势大小等于D.通过导线框横截面的电荷量为通过导线框横截面的电荷量为解析由线框的磁通量变小可以判断出感应电流的方向为：由线框的磁通量变小可以判断出感应电流的方向为：EHGFE，故，故A错误错误.根据几何关系知面积的变化根据几何关系知面积的变化S(3 )a2，平均，平均感应电动势感应电动势 故故B错误，错误，C正确正确.通过导线框横截面的电荷量通过导线框横截面的电荷量 故故D正确正确.答案CD热点考向例析考向2电磁感应图像问题的分析例例2 (2014新课标新课标18)如图如图4(a)，线圈，线圈ab、cd绕在同一软铁绕在同一软铁芯上芯上.在在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电间电压如图压如图(b)所示所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，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，可能正确中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是的是()图图4解析 由由题图题图(b)可知在可知在cd间不同时间段内产生的电压是恒间不同时间段内产生的电压是恒定的，所以在该时间段内线圈定的，所以在该时间段内线圈ab中的磁场是均匀变化的，中的磁场是均匀变化的，则线圈则线圈ab中的电流是均匀变化的，故选项中的电流是均匀变化的，故选项A、B、D错误，错误，选项选项C正确正确.答案C对于电磁感应图对于电磁感应图像像问题的分析要注意以下三个方面：问题的分析要注意以下三个方面：(1)注意初始时刻的特征，如初始时刻感应电流是否为注意初始时刻的特征，如初始时刻感应电流是否为零，感应电流的方向如何零，感应电流的方向如何.以题说法(2)注意看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个注意看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图阶段是否和图像像变化相对应变化相对应.(3)注意观察图注意观察图像像的变化趋势，看图的变化趋势，看图像像斜率的大小、图斜率的大小、图像像的曲直是否和物理过程对应的曲直是否和物理过程对应.以题说法针对训练针对训练2 如如图图5所示，一个所示，一个“”“”形形光光滑滑导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为B的的匀匀强磁场中，强磁场中，ab是与导轨材料、是与导轨材料、粗细粗细程度程度相相同的同的导体棒，导体棒与导轨接触良好导体棒，导体棒与导轨接触良好.在在拉力拉力作用作用下，导体棒以恒定速度下，导体棒以恒定速度v向右运动，以导体棒在图中所向右运动，以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点，则回路中感应电动势示位置的时刻作为计时起点，则回路中感应电动势E、感应、感应电流电流I、导体棒所受拉力的功率、导体棒所受拉力的功率P和回路中产生的焦耳热和回路中产生的焦耳热Q随随时间变化的时间变化的图图像像中中正确的是正确的是()图图5解析设设“”“”形导轨的角度为形导轨的角度为，则经时间，则经时间t，产生的感应，产生的感应电动势电动势EBLvB(vttan )vBv2ttan ，可知感应电动势与，可知感应电动势与时间成正比，时间成正比，A正确正确；设单位长度的该导体电阻为设单位长度的该导体电阻为r，则经时间，则经时间t，回路总电阻，回路总电阻R(vtvttan )r，因此回路中的电流，因此回路中的电流I 为常量，与为常量，与时间无关，图时间无关，图像像为一条水平直线，为一条水平直线，B错误；错误；答案AC由于匀速运动，拉力的功率等于产生焦耳热的功率，由于匀速运动，拉力的功率等于产生焦耳热的功率，PI2R，由于由于I恒定不变，而恒定不变，而R与时间成正比，因此功率与时间成正比，因此功率P与时间成正与时间成正比，是一条倾斜的直线，比，是一条倾斜的直线，C正确；正确；而产生的热量而产生的热量QPt，这样，这样Q与时间的平方成正比，与时间的平方成正比，图图像像为为一一条曲线，条曲线，D错误错误.热点考向例析考向3电磁感应中的动力学问题分析电磁感应中的动力学问题分析例例3如图如图6甲所示，电流传感器甲所示，电流传感器(相当于一只理想电流表相当于一只理想电流表)能能将各时刻的电流数据实时通过数据采集器传输给计算机，经将各时刻的电流数据实时通过数据采集器传输给计算机，经计算机处理后在屏幕上同步显示出计算机处理后在屏幕上同步显示出It图图像像.电阻不计的足够电阻不计的足够长光滑平行金属轨道宽长光滑平行金属轨道宽L1.0 m，与水平面的夹角，与水平面的夹角37.轨道上端连接阻值轨道上端连接阻值R1.0 的定值电阻，金属杆的定值电阻，金属杆MN长与轨长与轨道宽相等，其电阻道宽相等，其电阻r0.50 、质量、质量m0.02 kg.在轨道区域在轨道区域加一垂直轨道平面向下的匀强磁场，让金属杆从图示位置加一垂直轨道平面向下的匀强磁场，让金属杆从图示位置由由静止静止开始释放，杆在整个运动过程中与轨道垂直，此后计开始释放，杆在整个运动过程中与轨道垂直，此后计算机屏幕上显示出如图乙所示的算机屏幕上显示出如图乙所示的It图图像像.重力加速度重力加速度g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，试求：，试求：图图6审题突破审题突破金属杆在倾斜轨道上运动时受到几个力作金属杆在倾斜轨道上运动时受到几个力作用？安培力有什么特点？图用？安培力有什么特点？图像像反映金属杆运动情况如反映金属杆运动情况如何？根据哪个过程可求磁感应强度何？根据哪个过程可求磁感应强度B的大小？的大小？解析由由It图图像像可知，可知，当当t1.2 s时，时，I0.15 A(1)t1.2 s时电阻时电阻R的热功率；的热功率；PI2R0.1521.0 W0.022 5 W答案0.022 5 W解析由题图乙知，当金属杆稳定运动时的电流为由题图乙知，当金属杆稳定运动时的电流为0.16 A(2)匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度B的大小；的大小；稳定时杆匀速运动，受力平衡，则有：稳定时杆匀速运动，受力平衡，则有：mgsin BIL代入数据解得：代入数据解得：B0.75 T答案0.75 T解析t1.2 s时电源电动势时电源电动势EI(Rr)BLv(3)t1.2 s时金属杆的速度大小和加速度大小时金属杆的速度大小和加速度大小.代入数据得：代入数据得：v0.3 m/smgsin BILma代入数据得：代入数据得：a m/s2答案0.3 m/s电磁感应与动力学问题的解题策略电磁感应与动力学问题的解题策略在此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约，在此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约，解决问题前要建立解决问题前要建立“动动电电动动”的思维顺序，可概的思维顺序，可概括为：括为：(1)找准主动运动者，用法拉第电磁感应定律和楞次定找准主动运动者，用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感应电动势的大小和方向律求解感应电动势的大小和方向.(2)根据等效电路图，求解回路中的电流根据等效电路图，求解回路中的电流.以题说法(3)分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响，从分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响，从而推理得出对电路中的电流的影响，最后定性分析导而推理得出对电路中的电流的影响，最后定性分析导体棒最终的运动情况体棒最终的运动情况.(4)列牛顿第二定律或平衡方程求解列牛顿第二定律或平衡方程求解.以题说法针对训练针对训练3 如如图图7所示，固定在同一水平面内的两根平行所示，固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为，其右端接有阻值为R的电阻，的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中的匀强磁场中.一质量为一质量为m(质量分布均匀质量分布均匀)的导体杆的导体杆ab垂直于导轨放置，垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止作用下从静止开始开始沿沿导轨运动距离导轨运动距离L时，速度恰好达到最大时，速度恰好达到最大(运动过程中杆运动过程中杆始始终与导轨保持垂直终与导轨保持垂直).设杆接入电路的电阻为设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不，导轨电阻不计，重力加速度大小为计，重力加速度大小为g.求：求：图图7解析当杆达到最大速度当杆达到最大速度vm时，时，EBdvm(1)此过程杆的速度最大值此过程杆的速度最大值vm；匀速时合力为零匀速时合力为零.(2)此过程流过电阻此过程流过电阻R的电量的电量.审题破题 真题演练10.综合应用动力学观点和能量观点分析电磁感应问题例例4 (22(22分分)如图如图8所示，平行金属导轨与水平面间夹角均为所示，平行金属导轨与水平面间夹角均为37，导轨间距为，导轨间距为1 m，电阻不计，导轨足够长，电阻不计，导轨足够长.两根金属棒两根金属棒ab和和ab的质量都是的质量都是0.2 kg，电阻都是，电阻都是1 ，与导轨垂直放置且，与导轨垂直放置且接触良好，金属棒和导轨之间的动摩擦因数为接触良好，金属棒和导轨之间的动摩擦因数为0.25，两个导，两个导轨平面处均存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场轨平面处均存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场(图图中中未画出未画出)，磁感应强度，磁感应强度B的大小相同的大小相同.让让ab固定不动，将金固定不动，将金属棒属棒ab由静止释放，当由静止释放，当ab下滑速度达到稳定时，整个回路消下滑速度达到稳定时，整个回路消耗的电功率为耗的电功率为8 W.求：求：图图8(1)ab下滑的最大加速度；下滑的最大加速度；(2)ab下落了下落了30 m高度时，其下滑速度已经达到稳定，则高度时，其下滑速度已经达到稳定，则此过程中回路电流的发热量此过程中回路电流的发热量Q为多大？为多大？(3)如果将如果将ab与与ab同时由静止释放，当同时由静止释放，当ab下落了下落了30 m高度时，其下滑速度也已经达到稳定，则此过程中回路高度时，其下滑速度也已经达到稳定，则此过程中回路电流的发热量电流的发热量Q为多大？为多大？(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)思维导图答题模板解析(1)当当ab棒刚下滑时，棒刚下滑时，ab棒的加速度有最大值：棒的加速度有最大值：agsin gcos 4 m/s2. (2分分)(2)ab棒达到最大速度时做匀速运动，有棒达到最大速度时做匀速运动，有mgsin BILmgcos ，(2分分)整个回路消耗的电功率整个回路消耗的电功率P电电BILvm(mgsin mgcos )vm8 W，(2分分)答题模板则则ab棒的最大速度为：棒的最大速度为：vm10 m/s(1分分)得：得：B0.4 T.(1分分)根据能量守恒得：根据能量守恒得：答题模板解得：解得：Q30 J.(1分分)(3)由对称性可知，当由对称性可知，当ab下落下落30 m稳定时其速度为稳定时其速度为v，ab也下也下落落30 m，其速度也为，其速度也为v，ab和和ab都切割磁感线产生电动势，都切割磁感线产生电动势，总电动势等于两者之和总电动势等于两者之和.根据共点力平衡条件，对根据共点力平衡条件，对ab棒受力分析，棒受力分析，得得mgsin BILmgcos (2分分)答题模板代入解得代入解得v5 m/s(1分分)代入数据得代入数据得Q75 J.(1分分)答案(1)4 m/s2(2)30 J(3)75 J高 考 现 场 (限时：15分钟，满分16分)(2014安徽安徽23)如图如图9甲所示，匀强磁场的磁感应强度甲所示，匀强磁场的磁感应强度B为为0.5 T，其方向垂直于倾角其方向垂直于倾角为为30的斜面向上的斜面向上.绝缘斜面上固定有绝缘斜面上固定有“”“”形状的光滑金属导轨形状的光滑金属导轨MPN(电阻忽略不计电阻忽略不计)，MP和和NP长长度均为度均为2.5 m，MN连线水平，长为连线水平，长为3 m.以以MN中点中点O为原点、为原点、OP为为x轴建立一维坐标系轴建立一维坐标系Ox.一根粗细均匀的金属杆一根粗细均匀的金属杆CD，长度，长度d为为3 m、质量、质量m为为1 kg、电阻、电阻R为为0.3 ，在拉力，在拉力F的作用下，的作用下，从从MN处以恒定速度处以恒定速度v1 m/s在导轨上沿在导轨上沿x轴正向运动轴正向运动(金属杆金属杆与导轨接触良好与导轨接触良好).g取取10 m/s2.图图9(1)求金属杆求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势运动过程中产生的感应电动势E及运动到及运动到x0.8 m处电势差处电势差UCD；解析金属杆金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势在匀速运动中产生的感应电动势EBlv(ld)E1.5 V(D点电势高点电势高)当当x0.8 m时，金属杆时，金属杆在导轨间的电势差为零在导轨间的电势差为零.设此时杆在导轨外的长度为设此时杆在导轨外的长度为l外外，则，则得得l外外1.2 m答案1.5 V0.6 V由楞次定律判断由楞次定律判断D点电势高，故点电势高，故C、D两端电势差两端电势差UCDBl外外v0.6 V.(2)推导金属杆推导金属杆CD从从MN处运动到处运动到P点过程中拉力点过程中拉力F与位置与位置坐标坐标x的关系式，并在图乙中画出的关系式，并在图乙中画出Fx关系图像；关系图像；解析杆在导轨间的长度杆在导轨间的长度l与位置与位置x的关系是的关系是杆受的安培力为杆受的安培力为F安安BIl7.53.75x根据平衡条件得根据平衡条件得FF安安mgsin F12.53.75x(0 x2)答案F12.53.75x(0 x2)见解析图见解析图画出的画出的Fx图图像像如如图所示图所示.(3)求金属杆求金属杆CD从从MN处运动到处运动到P点的全过程产生的焦耳热点的全过程产生的焦耳热.解析外力外力F所做的功所做的功WF等于等于Fx图线下所围的面积图线下所围的面积.答案7.5 J而杆的重力势能增加量而杆的重力势能增加量EpmgOPsin 故全过程产生的焦耳热故全过程产生的焦耳热QWFEp7.5 J.