高考物理 考前三个月 第1部分 专题9 电磁感应课件.ppt

专题9电磁感应 1 多选 2015 新课标全国 19 1824年 法国科学家阿拉果完成了著名的 圆盘实验 实验中将一铜圆盘水平放置 在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针 如图1所示 实验中发现 当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时 磁针也随着一起转动起来 但略有滞后 下列说法正确的是 真题示例 图1 A 圆盘上产生了感应电动势B 圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C 在圆盘转动的过程中 磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D 圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流 此电流产生的磁场导致磁针转动 解析当圆盘转动时 圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线 产生感应电动势 选项A正确 如题图所示 铜圆盘上存在许多小的闭合回路 当圆盘转动时 穿过小的闭合回路的磁通量发生变化 回路中产生感应电流 根据楞次定律 感应电流阻碍其相对运动 但抗拒不了相对运动 故磁针会随圆盘一起转动 但略有滞后 选项B正确 在圆盘转动过程中 磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零 选项C错误 圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向 会使磁针沿轴线方向偏转 选项D错误 答案AB 2 2015 安徽理综 19 如图2所示 abcd为水平放置的平行 形光滑金属导轨 间距为l 导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场 磁感应强度大小为B 导轨电阻不计 已知金属杆MN倾斜放置 与导轨成 角 单位长度的电阻为r 保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动 金属杆滑动过程中与导轨接触良好 则 图2 答案B 3 2015 山东理综 19 如图3甲 R0为定值电阻 两金属圆环固定在同一绝缘平面内 左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上 经二极管整流后 通过R0的电流i始终向左 其大小按图乙所示规律变化 规定内圆环a端电势高于b端时 a b间的电压uab为正 下列uab t图象可能正确的是 图3 同理可知0 25T0 t 0 5T0时 uab 0 且 uab 逐渐增大 0 5T0 T0内重复0 0 5T0的变化规律 故选项C正确 答案C 4 2014 新课标全国 25 半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内 一长为r 质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面 BA的延长线通过圆导轨中心O 装置的俯视图如图4所示 整个装置位于一匀强磁场中 磁感应强度的大小为B 方向竖直向下 在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻 图中未画出 直导体棒在水平外力作用下以角速度 绕O逆时针 图4 匀速转动 在转动过程中始终与导轨保持良好接触 设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 导体棒和导轨的电阻均可忽略 重力加速度大小为g 求 1 通过电阻R的感应电流的方向和大小 解析根据右手定则 得导体棒AB上的电流方向为B A 故电阻R上的电流方向为C D 而vA r vB 2 r 根据法拉第电磁感应定律 导体棒AB上产生的感应电动势E Brv 2 外力的功率 解析根据能量守恒定律 外力的功率P等于安培力与摩擦力的功率之和 即P BIrv fv 而f mg 1 题型特点 1 考查楞次定律的应用问题 2 考查电磁感应中的图象问题 3 考查法拉第电磁感应定律和楞次定律的综合应用问题 如电路问题 图象问题 动力学问题 能量问题等 考纲解读 2 命题趋势 1 综合考查楞次定律 法拉第电磁感应定律及电路 安培力等相关知识 2 考查学生的识图能力 由图象获取解题信息的能力 3 电流恒定时 考查焦耳定律 电功率的相关知识 4 电流变化时 考查不同能量的转化问题 5 与牛顿第二定律 运动学结合的动态分析问题 6 电磁感应中的安培力问题 涉及受力分析及功能关系的问题 内容索引 考题一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 考题二电磁感应的图象问题 考题三电磁感应中的电路问题 考题四电磁感应中的动力学 能量转化问题 专题综合练 考题一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 1 2015 新课标全国 15 如图5 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5 答案C 2 半径为r的带缺口刚性金属圆环在纸面上固定放置 并处在变化的磁场中 在圆环的缺口两端引出两根导线 分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接 两板间距为d 如图6甲所示 磁场的方向垂直于纸面 规定垂直纸面向里为正方向 磁感应强度变化规律如图乙所示 则以下说法正确的是 图6 解析第2s内情况 由楞次定律可知 金属板上极板带正电 金属板下极板带负电 故A正确 第3s内情况 由楞次定律可知 金属板上极板带正电 金属板下极板带负电 故B错误 根据法拉第电磁感应定律可知 第2s末感应电动势不变 则两极板之间的电场强度大小不为零 故C错误 答案A 3 如图7所示的圆形线圈共n匝 电阻为R 过线圈中心O垂直于线圈平面的直线上有A B两点 A B两点的距离为L A B关于O点对称 一条形磁铁开始放在A点 中心与O点重合 轴线与A B所在直线重合 此时线圈中的磁通量为 1 将条形磁铁以速度v匀速向右移动 轴线始终与直线重合 磁铁中心到O点时线圈中的磁通量为 2 下列说法正确的是 图7 解析磁铁在A点时 线圈中的磁通量为 1 故通过一匝线圈的磁通量也为 1 与匝数无关 故A错误 磁铁从A到B的过程中 磁通量先增加后减小 磁通量的变化量为零 故平均感应电动势为零 故平均感应电流为零 故通过线圈某一截面的电荷量为零 故C D错误 答案B 1 楞次定律中 阻碍 的表现 1 阻碍磁通量的变化 增反减同 2 阻碍物体间的相对运动 来拒去留 3 阻碍原电流的变化 自感现象 知识小结 2 楞次定律和右手定则的适用对象 1 楞次定律 一般适用于线圈面积不变 磁感应强度发生变化的情形 2 右手定则 一般适用于导体棒切割磁感线的情形 4 如图8所示 边长为L的菱形由两个等边三角形abd和bcd构成 在三角形abd内存在垂直纸面向外的磁感应强度为B的匀强磁场 在三角形bcd内存在垂直纸面向里的磁感应强度也为B的匀强磁场 一个边长为L的等边三角形导线框efg在纸面内向右匀速穿过磁场 顶点e始终在直线ab上 底边gf始终与直线dc重合 规定逆时针方向为电流的正方向 在导线框通过磁场的过程中 感应电流随位移变化的图象是 考题二电磁感应的图象问题 图8 L 2L过程中 继续移动gm切割磁感线 产生感应电动势 L有 gm 逐渐减小 直至全部出磁场电流为零 故A正确 答案A 图9 可推出 E ktR 对金属棒在沿导轨方向列出动力学方程F BIl ma 可见F t图象是一条斜率大于零且与F轴正半轴有交点的直线 故C错误 答案B 6 多选 如图10甲所示 将长方形导线框abcd垂直磁场方向放入匀强磁场B中 规定垂直ab边向右为ab边所受安培力F的正方向 F随时间的变化关系如图乙所示 选取垂直纸面向里为磁感应强度B的正方向 不考虑线圈的形变 则B随时间t的变化关系可能是下列选项中的 图10 解析由题图乙可知0 1s内F 0即ab边受到向左的安培力 线框有面积扩大的趋势 所以磁场应当减弱 故C错误 同理可以判断A B D正确 答案ABD 1 解决电磁感应图象问题的 三点关注 1 关注初始时刻 如初始时刻感应电流是否为零 是正方向还是负方向 2 关注变化过程 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象变化相对应 3 关注大小 方向的变化趋势 看图线斜率的大小 图线的曲 直是否和物理过程相对应 规律小结 2 解决电磁感应图象问题的一般步骤 1 明确图象的种类 即是B t图还是 t图 或者E t图 I t图等 2 分析电磁感应的具体过程 3 用右手定则或楞次定律确定方向对应关系 4 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律等规律写出函数关系式 5 根据函数关系式 进行数学分析 如分析斜率的变化 截距等 6 画图象或判断图象 7 2015 福建理综 18 如图11 由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd 固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中 一接入电路电阻为R的导体棒PQ 在水平拉力作用下沿ab dc以速度v匀速滑动 滑动过程PQ始终与ab垂直 且与线框接触良好 不计摩擦 在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中 考题三电磁感应中的电路问题 图11 A PQ中电流先增大后减小B PQ两端电压先减小后增大C PQ上拉力的功率先减小后增大D 线框消耗的电功率先减小后增大 由于导体棒做匀速运动 拉力等于安培力 即F BIL 拉力的功率P BILv 故先减小后增大 所以C正确 答案C 图12 解析金属棒从轨道最低位置cd运动到ab处的过程中 穿过回路的磁通量减小 根据楞次定律得知通过R的电流方向为由外向内 故A正确 B错误 答案AC 9 如图13所示 一根有一定电阻的直导体棒质量为m 长为L 其两端放在位于水平面内间距也为L的光滑平行导轨上 并与之接触良好 棒左侧两导轨之间连接一可控电阻 导轨置于匀强磁场中 磁场的磁感应强度大小为B 方向垂直于导轨所在平面 t 0时刻 给导体棒一个平行于导轨的初速度 此时可控电阻的阻值为R0 在棒运动过程中 通过可控电阻的变化使棒中的电流强度保持恒定 不计导轨电阻 导体棒一直在磁场中 图13 1 求可控电阻R随时间t变化的关系式 解析因棒中的电流强度保持恒定 故棒做匀减速直线运动 设棒的电阻为r 电流为I 其初速度为v0 加速度大小为a 经时间t后 棒的速度变为v 则有v v0 at 2 若已知棒中电流强度为I 求0 t时间内可控电阻R上消耗的平均功率P 解析将可控电阻改为定值电阻R0 棒将做变减速运动 答案2 1 解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 右手定则 确定感应电动势的大小和方向 2 画出等效电路 对整个回路进行分析 确定哪一部分是电源 哪一部分为负载以及负载间的连接关系 3 运用闭合电路欧姆定律 串并联电路的性质 电功率等公式求解 方法小结 考题四电磁感应中的动力学 能量转化问题 图14 A 外力F为恒力 解析由于磁场是变化的 故线框切割磁感线产生的感应电动势也为变值 安培力也为变力 故要保持线框匀速运动 外力F不能为恒力 故A错误 t 0时 左右两边的磁感应强度均为B0 方向相反 则感应电动势E 2B0Lv 拉力等于安培力即F 2B0IL 故B正确 答案BCD 11 2015 天津理综 11 如图15所示 凸 字形硬质金属线框质量为m 相邻各边互相垂直 且处于同一竖直平面内 ab边长为l cd边长为2l ab与cd平行 间距为2l 匀强磁场区域的上下边界均水平 磁场方向垂直于线框所在平面 开始时 cd边到磁场上边界的距离为2l 线框由静止释放 从cd边进入磁场直到ef pq边进入磁场前 线框做匀速运动 在ef pq边离开磁场后 ab边离开磁场之前 线框又做匀速运动 线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q 线框在下落过程中始终处于原竖直平面内 且ab cd边保持水平 重力加速度为g 求 图15 1 线框ab边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍 由于线框做匀速运动 其受力平衡 有mg F1 由 式得v2 4v1 答案4倍 2 磁场上 下边界间的距离H 线框完全穿过磁场的过程中 由能量守恒定律 有 此类问题中力现象和电磁现象相互联系 相互制约 解决问题首先要建立 动 电 动 的思维顺序 1 基本思路 1 找准主动运动者 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 右手定则 求解电动势大小和方向 2 根据欧姆定律 求解回路中电流 规律小结 3 分析安培力对导体棒加速度 速度的影响 从而推理得出对电路中电流的影响 最后定性分析出导体棒的最终运动情况 4 运用运动学方程 牛顿第二定律 平衡方程或功能关系求解 2 注意的问题运用功能关系时 确定有哪些形式的能量发生了转化 如有摩擦力做功 必有内能产生 有重力做功 重力势能必然发生变化 安培力做负功 必然有其他形式的能转化为电能 专题综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 2015 重庆理综 4 图17为无线充电技术中使用的受电线圈示意图 线圈匝数为n 面积为S 若在t1到t2时间内 匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈 其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2 则该段时间线圈两端a和b之间的电势差 a b 图17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 如图18所示 一正三角形导线框ABC 高度为a 从图示位置沿x轴正向匀速穿过匀强磁场区域 两磁场区域磁感应强度大小均为B 方向相反 垂直于平面 宽度均为a 下列选项反映感应电流I与线框移动距离x的关系 以逆时针方向为电流的正方向 图象正确的是 图18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析x在0 a范围 线框穿过左侧磁场时 根据楞次定律 感应电流方向为逆时针方向 为正值 故B错误 x在a 2a范围 线框穿过左 右两侧磁场时 根据楞次定律 感应电流方向为顺时针 为负值 且为x在0 a范围内电流的2倍 最大值为2I0 故A错误 x在2a 3a范围 线框穿过右侧磁场时 根据楞次定律 感应电流方向为逆时针 为正值 故C正确 D错误 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 一闭合线圈固定在垂直于纸面的均匀磁场中 设垂直纸面向里为磁感应强度B的正方向 线圈中的箭头方向为电流i的正方向 如图19 a 所示 已知线圈中感应电流i随时间变化的图象如图 b 所示 则磁感应强度B随时间变化的图象可能是下图中的 图19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 若原磁场均匀减小 则原磁场向外 为负向均匀减小 根据以上的分析知A正确 答案A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 多选 如图20所示 在半径为R的半圆形区域内 有磁感应强度为B的垂直纸面向里的有界匀强磁场 PQM为圆内接三角形 且PM为圆的直径 三角形的各边由材料相同的细软导线组成 不考虑导线中电流间的相互作用 设线圈的总电阻为r且不随形状改变 此时 PMQ 37 已知sin37 0 6 cos37 0 8 则下列说法正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图20 A 穿过线圈PQM的磁通量为 0 96BR2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C 保持P M两点位置不变 将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中 线圈中感应电流的方向先沿逆时针 后沿顺时针D 保持P M两点位置不变 将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中 线圈中不会产生焦耳热 答案ABC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 如图21所示 A B是两个完全相同的灯泡 D是理想二极管 L是带铁芯的线圈 其自感系数很大 直流电阻忽略不计 下列说法正确的是 图20 A S闭合瞬间 A先亮B S闭合瞬间 A B同时亮C S断开瞬间 B逐渐熄灭D S断开瞬间 A闪亮一下 然后逐渐熄灭 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析闭合开关S瞬间线圈相当于断路 二极管为反向电压 故电流不走A灯泡 B逐渐变亮 故A错误 B错误 开关S断开瞬间B立刻熄灭 由于二极管正向导通 故自感线圈与A形成回路 A闪亮一下 然后逐渐熄灭 故C错误 D正确 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 多选 如图22所示 电阻不计 相距L的两条足够长的平行金属导轨倾斜放置 与水平面的夹角为 整个空间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场 磁感应强度为B 导轨上固定有质量为m 电阻为R的两根相同的导体棒 导体棒MN上方轨道粗糙下方光滑 将两根导体棒同时释放后 观察到导体棒MN下滑而EF始终保持静止 当MN下滑的距离为x时 速度恰好达到最大值vm 则下列叙述正确的是 图22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析导体棒MN速度最大时做匀速直线运动 由平衡条件得 在MN下滑的过程中 穿过回路的磁通量增大 根据楞次定律判断知 EF受到沿导轨向下的安培力 根据平衡条件得 导体棒EF所受的静摩擦力Ff mgsin F安 故B错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案AC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 如图23所示 区域是宽度L均为0 5m的匀强磁场 磁感应强度大小均为B 1T 方向相反 一边长L 0 5m 质量m 0 1kg 电阻R 0 5 的正方形金属线框abcd的ab边紧靠磁场边缘 在外力F的作用下向右匀速运动穿过磁场区域 速度v0 10m s 在线框穿过磁场区域的过程中 外力F所做的功为 图23 A 5JB 7 5JC 10JD 15J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 2015 浙江理综 24 小明同学设计了一个 电磁天平 如图24甲所示 等臂天平的左臂为挂盘 右臂挂有矩形线圈 两臂平衡 线圈的水平边长L 0 1m 竖直边长H 0 3m 匝数为N1 线圈的下边处于匀强磁场内 磁感应强度B0 1 0T 方向垂直线圈平面向里 线圈中通有可在0 2 0A范围内调节的电流I 挂盘放上待测物体后 调节线圈中电流使天平平衡 测出电流即可测得物体的质量 重力加速度取g 10m s2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 为使 电磁天平 的量程达到0 5kg 线圈的匝数N1至少为多少 解析题中 电磁天平 中的线圈受到安培力F N1B0IL 由天平平衡可知 mg N1B0IL 代入数据解得 N1 25匝 答案25匝 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 线圈受到的安培力F N2B0I L 答案0 1T s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 用密度为d 电阻率为 粗细均匀的金属导线制成两个闭合正方形线框M和N 边长均为L 线框M N的导线横截面积分别为S1 S2 S1 S2 如图25甲 乙所示 匀强磁场仅存在于相对磁极之间 磁感应强度大小为B 其他地方的磁场忽略不计 金属线框M水平放在磁场上边界的狭缝间 线框平面与磁场方向平行 开始运动时可认为M的aa 边和bb 边都处在磁场中 线框N在线框M的正上方 与线框M相距为h 两线框均从静止开始同时释放 其平面在下落过程中保持水平 设磁场区域在竖直方向足够长 不计空气阻力及两线框间的相互作用 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 求线框N刚进入磁场时产生的感应电流 刚进入磁场时切割磁感线 有 E 2BLv1 由闭合电路欧姆定律可得 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由电阻定律可得 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 在下落过程中 若线框N恰能追上线框M 追上时线框M下落高度为H 追上线框M之前线框N一直做减速运动 求该过程中线框N产生的焦耳热 解析以线框M为研究对象 当线框在磁场中运动达到匀速时 设速度为v2 线框所受重力 G mg 4LS1dg安培力 F 2BIML切割电动势 E 2BLv2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 匀速时受力平衡 G F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由上式可知匀速运动速度与导线截面积无关 所以两线框匀速运动速度相同 均为v2 由此可知当线框N恰好追上M时 两者速度相等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10