2019高考物理二轮复习 第13讲 电磁感应课件.ppt

第13讲电磁感应 总纲目录 考点1楞次定律和法拉第电磁感应定律 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 2 楞次定律中 阻碍 的主要表现形式 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍相对运动 来拒去留 3 使线圈面积有扩大或缩小的趋势 增缩减扩 4 阻碍原电流的变化 自感现象 增反减同 3 感应电动势大小的计算 1 法拉第电磁感应定律 E n 适用于普遍情况 2 E Blv 适用于导体棒切割磁感线的情况 3 E Bl2 适用于导体棒旋转切割磁感线的情况 1 2018湖北八校二联 多选 已知地磁场类似于条形磁铁产生的磁场 地磁N极位于地理南极附近 如图所示 在湖北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框abcd 线框的ad边沿南北方向 ab边沿东西方向 下列说法正确的是 A 若使线框向东平移 则a点电势比d点电势低B 若使线框向北平移 则a点电势等于b点电势C 若以ad边为轴 将线框向上翻转90 则翻转过程线框中电流方向始终为ad cba方向D 若以ab边为轴 将线框向上翻转90 则翻转过程线框中电流方向始终为ad cba方向 答案AC地球北半部的磁场方向由南向北斜向下 可分解为水平向北和竖直向下两个分量 若线圈向东平移 根据右手定则可知a点电势低于d点电势 A项正确 若线圈向北平移 根据右手定则可知a点电势高于b点电势 B项错误 若以ad边为轴 将线框向上翻转90 过程中 根据楞次定律及安培定则可知线框中的电流方向始终为adcba方向 C项正确 若以ab边为轴 将线框向上翻转90 过程中 穿过线框的磁通量先增大后减小 根据楞次定律及安培定则可知 线框中的电流方向为先沿abcda方向再沿adcba方向 故D错误 2 多选 如图甲所示 一宽为l的匀强磁场B区域 磁场方向垂直于纸面向里 一个边长为a l a 的正方形导线框ABCD位于纸面内 以垂直于磁场边界的恒定速度v通过该磁场区域 导线框电阻为R 在运动过程中 线框有一条边始终与磁场区域的边界平行 取它刚进入磁场的时刻t 0 线框中感应电流随时间变化规律的I t图像如图乙所示 则下列说法正确的是 A 在第1s内 线框中感应电流为逆时针方向 大小恒定为0 3AB 在第2s内 穿过线框的磁通量最大 感应电流大小恒定为0 6AC 在第3s内 线框中感应电流方向为顺时针方向 大小恒定为0 3AD 在第1s内 线框中C点电势高于D点电势 感应电流大小为0 答案AC在第1s内 线框进入磁场 穿过线框的磁通量均匀增加 感应电流为逆时针方向 取为正方向 大小I 0 3A 选项A正确 在第2s内 整个线框在磁场中运动 穿过线框的磁通量最大且不变 没有感应电流 选项B错误 在第3s内 线框从磁场中出来 穿过线框的磁通量均匀减小 感应电流为顺时针方向 为负方向 大小I 0 3A 选项C正确 在第1s内 感应电流方向沿逆时针方向 则C点电势低于D点电势 选项D错误 3 用一根横截面积为S 电阻率为 的硬质导线做成一个半径为r的圆环 ab为圆环的直径 t 0时刻在ab的左侧存在一个匀强磁场 磁场垂直圆环所在平面 方向如图甲 磁感应强度B与时间t的关系如图乙 则0 t1时间内下面说法正确的是 A 圆环一直具有扩张的趋势B 圆环中产生逆时针方向的感应电流C 圆环中感应电流的大小为D 图中a b两点之间的电势差Uab 答案C由题图乙可知 0 t0时间内 磁通量向里减小 t0 t1时间内 磁通量向外增大 由楞次定律的 增缩减扩 可知 圆环先有扩张的趋势后有收缩的趋势 故A错误 由楞次定律的 增反减同 可知 圆环中的感应电流方向始终为顺时针方向 故B错误 由法拉第电磁感应定律可知 E S 感应电流I 故C正确 a b两点之间的电势差Uab E 故D错误 方法技巧三定则一定律的应用技巧 1 应用楞次定律时 一般要用到安培定则 2 研究感应电流受到的安培力时 一般先用右手定则确定电流方向 再用左手定则确定安培力方向 有时也可以直接应用楞次定律的推论确定 考点2电磁感应的图像问题 1 常见的图像 1 随时间t变化的图像 如B t图 t图 E t图 F t图 i t图等 2 随位移x变化的图像 如E x图 i x图等 2 对于电磁感应图像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零 感应电流的方向如何 2 注意分析电磁感应发生的过程分为几个阶段 这几个阶段是否和图像变化相对应 3 注意观察图像的变化趋势 看图像斜率的大小 图像的曲直是否和物理过程对应 1 2018湖北黄冈期末 多选 如图所示 在光滑水平面内 虚线右侧存在匀强磁场 磁场方向垂直纸面向外 一正方形金属线框质量为m 电阻为R 边长为L 从虚线处进入磁场时开始计时 在外力作用下 线框由静止开始 以垂直于磁场的恒定加速度a进入磁场区域 t1时刻线框全部进入磁场 规定顺时针方向为感应电流i的正方向 外力大小为F 线框中电功率的瞬时值为P 通过导线横截面的电荷量为q 其中P t和q t图像均为抛物线的一部分 则这些量随时间变化的图像正确的是 答案CD线框切割磁感线 运动速度v at 产生的感应电动势e BLv 产生的感应电流i 故A错误 对线框受力分析 由牛顿第二定律 有F F安 ma 其中F安 BLi 得F ma 故B错误 功率P i2R P t图线为抛物线的一部分 故C正确 由电荷量表达式q 有q q t图线为抛物线的一部分 故D正确 2 2018山西五市联考 如图所示 等腰直角三角形区域内有垂直于纸面向内的匀强磁场 左边有一形状与磁场边界完全相同的闭合导线框 线框斜边长为l 线框从图示位置开始水平向右匀速穿过磁场区域 规定线框中感应电流逆时针方向为正方向 其感应电流i随位移x变化的图像正确的是 答案B首先判断感应电流的方向 闭合导线框穿过磁场的过程中 磁通量先增加后减小 根据楞次定律 感应电流的磁场方向先向外后向内 根据安培定则 感应电流先逆时针后顺时针 即先正后负 故A D错误 再考虑大小情况 导线框向右运动过程中切割的有效长度是先增大后减小 根据E BLv 知感应电动势的大小是先增大后减小 则感应电流先增大后减小 所以B正确 C错误 3 多选 如图甲所示 水平面上的平行导轨MN PQ上放着两根垂直导轨的光滑导体棒ab cd 两棒间用绝缘细线连接 已知平行导轨MN PQ间距为L1 导体棒ab cd间距为L2 导轨电阻可忽略 每根导体棒在导轨之间的电阻为R 开始时匀强磁场垂直纸面向里 磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示 则以下说法正确的是 A 在t0时刻回路中产生的感应电动势E 0B 在0 t0时间内导体棒中的电流为C 在时刻绝缘细线所受拉力为D 在0 2t0时间内回路中电流方向是abdca 答案BC由图乙可知 回路面积S L1L2 在t0时刻回路中产生的感应电动势E S L1L2 选项A错误 0 t0时间内回路中产生的感应电流大小为I 选项B正确 在时刻 由左手定则 导体棒ab所受安培力方向向左 导体棒cd所受安培力方向向右 磁场磁感应强度为 安培力大小为F B0 IL1 在时刻绝缘细线所受拉力为 选项C正确 在0 t0时间内磁感应强度减小 在t0 2t0时间内磁感应强度反向增大 根据楞次定律及安培定则 回路内产生的感应电流方向为顺时针方向 即电流方向是acdba 选项D错误 方法技巧求解电磁感应图像类选择题的两种常用方法 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 特别是分析物理量的正负 以排除错误的选项 2 函数法 根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系 然后由函数关系对图像进行分析和判断 考点3电磁感应与电路知识的综合应用 解答电磁感应中电路问题的三个步骤 1 确定电源 利用E n或E Blvsin 求感应电动势的大小 利用右手定则或楞次定律判断感应电流的方向 如果在一个电路中切割磁感线的部分有多个并相互联系 可等效成电源的串 并联 2 分析电路结构 分析内 外电路 以及外电路的串 并联关系 画出等效电路图 3 利用电路规律求解 应用闭合电路欧姆定律及串 并联电路的基本性质等列方程求解 例如图 水平边界的匀强磁场上方h 5m处有一个边长L 1m的正方形导线框从静止开始下落 已知线框质量m 1kg 电阻为R 10 磁感应强度为B 1T 取重力加速度g 10m s2 当线框的cd边刚进入磁场时 1 求线框中产生的感应电动势大小 2 求cd两点间的电势差大小 3 若线框此时加速度等于0 则线框电阻应该变为多少 1 2018江西鹰潭一模 多选 如图甲所示 一个匝数为n的圆形线圈 图中只画了2匝 面积为S 线圈的电阻为R 在线圈外接一个阻值为R的电阻和一个理想电压表 将线圈放入垂直纸面向里的磁场中 磁感应强度随时间变化规律如图乙所示 下列说法正确的是 A 0 t1时间内P端电势高于Q端电势B 0 t1时间内电压表的读数为C t1 t2时间内R上的电流为D t1 t2时间内P端电势高于Q端电势 答案AC0 t1时间内 磁通量向里增大 根据楞次定律及安培定则可知感应电流沿逆时针方向 线圈相当于电源 所以P端电势高于Q端电势 故A正确 0 t1时间内线圈产生的感应电动势E n nS nS 电压表的示数等于电阻R两端的电压U IR R 故B错误 t1 t2时间内线圈产生的感应电动势E n nS 根据闭合电路欧姆定律有I 故C正确 t1 t2时间内 磁通量向里减小 根据楞次定律及安培定则 感应电流沿顺时针方向 线圈相当于电源 所以P端电势低于Q端电势 故D错误 答案AD根据右手定则可知 A点相当于电源的正极 电势高 A正确 AC产生的感应电动势为E 2BLv AC两端的电压为UAC B错误 由功能关系得Fd mv2 Q Q摩擦 故C错误 此过程中平均感应电流为 通过电阻R0的电荷量为q t D正确 3 2018安徽六安一中一模 如图所示 匀强磁场的方向垂直于光滑的金属导轨平面向里 极板间距为d的平行板电容器与总电阻为2R0的滑动变阻器通过平行导轨连接 电阻为R0的导体棒MN可在外力的作用下沿导轨从左向右做匀速直线运动 当滑动变阻器的滑动触头位于a b的中间位置 导体棒MN的速度为v0时 位于电容器中P点的带电油滴恰好处于静止状态 若不计摩擦和平行导轨及导线的电阻 重力加速度为g 则下列判断正确的是 A 油滴带正电B 若将上极板竖直向上移动距离d 油滴将向上加速运动 加速度a C 若将导体棒的速度变为2v0 油滴将向上加速运动 加速度a 2gD 若保持导体棒的速度为v0不变 而将滑动触头置于a位置 同时将电容器上极板向上移动距离 油滴仍将静止 答案D根据右手定则可知 M端相当于电源的正极 油滴静止 因此带负电 故A错误 设导体棒接入导轨间的长度为L 导体棒切割磁感线形成的感应电动势E BLv 电容器两端电压U1 开始油滴静止 有q mg 若将上极板竖直向上移动距离d 有mg q ma1 联立 式解得a1 方向竖直向下 故B错误 若将导体棒的速度变为2v0 有q mg ma2 将U1 中v0换为2v0联立 式解得a2 g 方向竖直向上 故C错误 若保持导体棒的速度为v0不变 而将滑动触头置于a位置 同时将电容器上极板向上移动 距离 电容器两端之间的电压为U2 BLv0 此时油滴所受电场力为F mg 因此油滴仍然静止 故D正确 考点4电磁感应中的 杆 导轨 模型 例 2018江苏盐城二模 如图所示 在匀强磁场中有一足够长的光滑平行金属导轨 与水平面间的夹角 30 间距L 0 5m 上端接有阻值R 0 3 的电阻 匀强磁场的磁感应强度大小B 0 4T 磁场方向垂直导轨平面向上 一质量m 0 2kg 电阻r 0 1 的导体棒MN在平行于导轨的外力F作用下 由静止开始向上做匀加速运动 运动过程中导体棒始终与导轨垂直 且接触良好 当棒的位移d 9m时电阻R上消耗的功率为P 2 7W 其他电阻不计 g取10m s2 求 1 此时通过电阻R上的电流 2 这一过程通过电阻R上的电荷量q 3 此时作用于导体棒上的外力F的大小 由I 解得此时速度v 6m s由匀变速运动公式有v2 2ax解得a 2m s2对导体棒由牛顿第二定律得F F安 mgsin30 ma解得F 2N 1 多选 如图所示 相距L的两平行光滑金属导轨MN PQ间接有两定值电阻R1和R2 它们的阻值均为R 导轨间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场 磁感应强度大小为B 现有一根质量为m 电阻为2R的金属棒在恒力F的作用下由静止开始运动 运动距离x时恰好达到稳定速度v 运动过程中金属棒与导轨始终接触良好 则在金属棒由静止开始运动到刚达到稳定速度v的过程中 A 电阻R1上产生的焦耳热为Fx mv2B 电阻R1上产生的焦耳热为Fx mv2C 通过电阻R1的电荷量为D 通过电阻R1的电荷量为 答案AD设整个电路中产生的焦耳热为Q 由能量守恒定律得Q Fx mv2 电阻R1上产生的焦耳热为Q1 I2R1t I2Rt 电阻R2上产生的焦耳热为Q2 I2R2t I2Rt Q1 金属棒上产生的焦耳热为Qr 2I 2 2Rt 8I2Rt 8Q1 结合Q Q1 Q2 Qr 可得Q1 Fx mv2 故A正确 B错误 通过金属棒的电荷量为q 因为R1 R2 所以通过电阻R1的电荷量为q1 故C错误 D正确 2 2018江苏单科 13 15分 如图所示 两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为 间距为d 导轨处于匀强磁场中 磁感应强度大小为B 方向与导轨平面垂直 质量为m的金属棒被固定在导轨上 距底端的距离为s 导轨与外接电源相连 使金属棒通有电流 金属棒被松开后 以加速度a沿导轨匀加速下滑 金属棒中的电流始终保持恒定 重力加速度为g 求下滑到底端的过程中 金属棒 1 末速度的大小v 2 通过的电流大小I 3 通过的电荷量Q 方法技巧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及运动过程中状态的变化 准确把握运动状态的临界点 我们根据导体的运动状态合理地选取物理规律 如平衡条件 牛顿运动定律 能量守恒定律 特别是 杆 轨道问题 中的单双杆问题 要根据情况恰当选用动量定理或动量守恒定律 1 2018课标 19 6分 多选 如图 两个线圈绕在同一根铁芯上 其中一线圈通过开关与电源连接 另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路 将一小磁针悬挂在直导线正上方 开关未闭合时小磁针处于静止状态 下列说法正确的是 A 开关闭合后的瞬间 小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B 开关闭合并保持一段时间后 小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C 开关闭合并保持一段时间后 小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间 小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动 答案AD本题考查电流的磁效应 楞次定律等知识 当开关闭合瞬间 右侧线圈中电流突然增大 铁芯上向右的磁场增强 由楞次定律可知左侧线圈中正面感应电流向上 则远处直导线上电流向左 由安培定则可知小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向里 A项正确 开关闭合并保持一段时间后 磁场不再变化 左侧线圈中没有感应电流 小磁针N S极回到原始方向 故B C两项错误 开关断开的瞬间 右侧线圈中电流减小 左侧线圈正面感应电流向下 远处直导线上电流向右 由安培定则知 小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向外 故D项正确 答案B本题考查法拉第电磁感应定律及电荷量公式 由公式E I q It得q 设半圆弧半径为r 对于过程 q1 对于过程 q2 由q1 q2得 故B项正确 答案AC本题考查楞次定律的应用及法拉第电磁感应定律 由i t图像可知 在t 时 0 此时穿过导线框R的磁通量的变化率 0 由法拉第电磁感应定律可知 此时导线框R中的感应电动势为0 选项A正确 同理在t 和t T时 为最大值 为最大值 导线框R中的感应电动势为最大值 不改变方向 选项B错误 根据楞次定律 t 时 导线框R中的感应电动势的方向为顺时针方向 而t T时 导线框R中的感应电动势的方向为逆时针方向 选项C正确 选项D错误 4 2018课标 18 6分 如图 在同一水平面内有两根平行长导轨 导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域 区域宽度均为l 磁感应强度大小相等 方向交替向上向下 一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动 线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是 答案D本题考查右手定则 E BLv 由右手定则判定 线框向左移动0 过程 回路中电流方向为顺时针 由E 2BLv可知 电流i为定值 线框向左移动 l过程 线框左 右两边产生的感应电动势相抵消 回路中电流为零 线框向左移动l l过程 回路中感应电流方向为逆时针 由上述分析可见 选项D正确 5 2017课标 18 6分 扫描隧道显微镜 STM 可用来探测样品表面原子尺度上的形貌 为了有效隔离外界振动对STM的扰动 在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板 并施加磁场来快速衰减其微小振动 如图所示 无扰动时 按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场 出现扰动后 对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 答案A本题考查电磁阻尼 若要有效衰减紫铜薄板上下及左右的微小振动 则要求施加磁场后 在紫铜薄板发生上下及左右的微小振动时 穿过紫铜薄板横截面的磁通量都能发生变化 由选项图可知只有A满足要求 故选A 6 2017课标 15 6分 如图 在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨 导轨平面与磁场垂直 金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS 一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内 线框与导轨共面 现让金属杆PQ突然向右运动 在运动开始的瞬间 关于感应电流的方向 下列说法正确的是 A PQRS中沿顺时针方向 T中沿逆时针方向B PQRS中沿顺时针方向 T中沿顺时针方向C PQRS中沿逆时针方向 T中沿逆时针方向D PQRS中沿逆时针方向 T中沿顺时针方向 答案D金属杆PQ向右运动 穿过PQRS的磁通量增加 由楞次定律可知 感应电流在PQRS内的磁场方向垂直纸面向外 由安培定则可判断PQRS中产生逆时针方向的电流 穿过T的磁通量是外加匀强磁场和PQRS产生的感应电流的磁场的磁通量代数和 穿过T的合磁通量垂直纸面向里减小 据楞次定律和安培定则可知 T中产生顺时针方向的感应电流 故D正确 7 2017课标 20 6分 多选 两条平行虚线间存在一匀强磁场 磁感应强度方向与纸面垂直 边长为0 1m 总电阻为0 005 的正方形导线框abcd位于纸面内 cd边与磁场边界平行 如图 a 所示 已知导线框一直向右做匀速直线运动 cd边于t 0时刻进入磁场 线框中感应电动势随时间变化的图线如图 b 所示 感应电流的方向为顺时针时 感应电动势取正 下列说法正确的是 A 磁感应强度的大小为0 5TB 导线框运动速度的大小为0 5m sC 磁感应强度的方向垂直于纸面向外D 在t 0 4s至t 0 6s这段时间内 导线框所受的安培力大小为0 1N 答案BC导线框匀速进入磁场时速度v m s 0 5m s 选项B正确 由E BLv 得B T 0 2T 选项A错误 由右手定则可确定磁感应强度方向垂直于纸面向外 选项C正确 导线框所受安培力F BLI BL 0 2 0 1 N 0 04N 选项D错误