高考物理大二轮总复习与增分策略 专题十七 电磁感应（加试）课件.ppt

专题十七电磁感应 加试 考点基础自清 考点互动探究 内容索引 考点基础自清 一 磁通量 答案 1 概念 在磁感应强度为B的匀强磁场中 与磁场方向的面积S和B的乘积 2 公式 3 单位 1Wb 4 物理意义 相当于穿过某一面积的的条数 垂直 BS 1T m2 磁感线 答案 二 电磁感应现象 1 电磁感应现象 当闭合电路的磁通量时 电路中有感应电流产生的现象 2 产生感应电流的两种情况 1 闭合电路的磁通量 2 闭合电路的一部分导体切割运动 3 电磁感应现象的实质 电路中产生 如果电路闭合则有感应电流产生 4 能量转化 发生电磁感应现象时 是机械能或其他形式的能量转化为 发生变化 发生变化 磁感线 感应电动势 电能 答案 三 楞次定律 1 楞次定律 1 内容 感应电流的磁场总要引起感应电流的的变化 2 适用范围 适用于一切回路变化的情况 2 右手定则 如图1所示 图1 阻碍 磁通量 磁通量 答案 1 使用方法 让磁感线穿入手手心 使大拇指指向的方向 则其余四指指向的方向 2 适用范围 适用于切割磁感线的情况 右 导体运动 感应电流 部分导体 四 法拉第电磁感应定律 1 感应电动势 1 感应电动势 在中产生的电动势 2 产生条件 穿过回路的发生改变 与电路是否闭合 3 方向判断 感应电动势的方向用或判断 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 闭合电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的 成正比 2 公式 E 其中n为线圈匝数 3 感应电流与感应电动势的关系 遵循定律 即I 闭合电路欧姆 答案 电磁感应现象 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 磁通量的变化 率 答案 五 自感涡流 1 自感现象 1 概念 由于导体本身的变化而产生的电磁感应现象称为自感 由于自感而产生的感应电动势叫做 2 表达式 E 3 自感系数L的影响因素 与线圈的大小 形状 以及是否有铁芯有关 电流 自感电动势 匝数 答案 2 涡流现象 1 涡流 块状金属放在磁场中 或者让它在磁场中运动时 金属块内产生的旋涡状感应电流 2 产生原因 金属块内变化 感应电动势 感应电流 3 涡流的利用 冶炼金属的高频感应炉利用产生焦耳热使金属熔化 家用电磁炉也是利用涡流原理制成的 4 涡流的减少 各种电机和变压器中 用涂有绝缘漆的硅钢片叠加成的铁芯 以减少涡流 变化 磁通量 强大的涡流 1 如图2所示为通电长直导线的磁感线图 等面积线圈S1 S2与导线处于同一平面 关于通过线圈S1 S2的磁通量 1 2 下列分析正确的是 A 1 2B 1 2C 1 2 0D 1 2 0 1 2 3 4 5 加试基础练 图2 解析磁通量的物理意义可理解为穿过某一截面的磁感线条数 由图可判断出 1 2 故A项正确 解析 1 2 3 4 5 解析 2 多选 2016 丽水模拟 下列图中不能产生感应电流的是 解析选项A中的回路不闭合 不能产生感应电流 选项C D回路中的磁通量不变化 也不能产生感应电流 B选项中的磁通量在增加 又是闭合回路 能产生感应电流 故本题选A C D 3 多选 下列各图是验证楞次定律实验的示意图 各图中分别标出了磁铁的极性 磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况 其中与事实相符的是 解析 1 2 3 4 5 解析A图中磁铁向下运动 穿过线圈的磁通量在向下增加 由楞次定律知感应电流的磁场阻碍原磁场的增加 方向向上 再由安培定则可以判断A中感应电流的方向与图中相反 所以A错 同理得B错 C D正确 4 多选 如图3所示 闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中 磁场的磁感应强度B的大小随时间变化而变化 下列说法中正确的是 解析 1 2 3 4 5 A 当B增大时 线框中的感应电流一定增大B 当B增大时 线框中的感应电流可能减小C 当B减小时 线框中的感应电流一定减小D 当B减小时 线框中的感应电流可能不变 图3 1 2 3 4 5 5 2016 杭州调研 如图4所示 在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水 给线圈通入电流 一段时间后 一个容器中水温升高 则通入的电流与水温升高的是 A 恒定直流 小铁锅B 恒定直流 玻璃杯C 变化的电流 小铁锅D 变化的电流 玻璃杯 1 2 3 4 5 图4 解析 返回 解析通入恒定电流时 所产生的磁场不变 不会产生感应电流 通入变化的电流时 所产生的磁场发生变化 在空间产生感生电场 铁锅是导体 感生电场在导体内产生涡流 电能转化为内能 使水温升高 涡流是由变化的磁场在导体内产生的 所以玻璃杯中的水不会升温 故C正确 1 2 3 4 5 返回 考点互动探究 1 穿过闭合电路的磁通量发生变化 大致有以下几种情况 1 磁感应强度B不变 线圈面积S发生变化 2 线圈面积S不变 磁感应强度B发生变化 3 磁感应强度B和回路面积S同时发生变化 此时可由 1 0计算并判断磁通量是否变化 4 线圈面积S不变 磁感应强度B也不变 但二者之间夹角发生变化 考点一电磁感应现象楞次定律 2 判断电磁感应现象能否发生的一般流程 3 楞次定律的使用步骤 解析 例1如图5所示 在两根平行长直导线M N中通以同方向 同大小的电流 矩形导线框abcd的两边与两导线平行 且与两导线在同一平面内 线框沿着与两导线垂直的方向自右向左在两导线间匀速移动 则在移动过程中线框中感应电流方向是 A 沿abcd不变B 沿adcb不变C 由abcd变成adcbD 由adcb变成abcd 图5 解析本题中M与N中电流的方向相同 在M的右侧电流所产生的磁场方向垂直纸面向里 且离得越远 磁感应强度越小 在N的左侧电流所产生的磁场方向垂直纸面向外 且离得越远 磁感应强度越小 也就是说 MN之间的磁场是变化的 要正确解决此问题 我们需要应用楞次定律 可以判断出 闭合线框abcd在从N到M的运动过程中 垂直纸面向外的磁通量减少 垂直纸面向里的磁通量增加 为了阻碍磁通量的变化 线框中的电流始终沿着adcb方向 故选项B正确 规律总结 利用楞次定律判断感应电流和感应电动势的方向 1 利用楞次定律判断的电流方向也是电路中感应电动势的方向 利用右手定则判断的电流方向也是做切割磁感线运动的导体上感应电动势的方向 若电路为开路 可假设电路闭合 应用楞次定律或右手定则确定电路中假想电流的方向即为感应电动势的方向 2 在分析电磁感应现象中的电势高低时 一定要明确产生感应电动势的那部分电路就是电源 在电源内部 电流方向从低电势处流向高电势处 1 如图6所示 直导线ab通有电流I 矩形线圈ABCD由图中实线位置运动到虚线所示位置的过程中 若第一次是平移 第二次是翻转180 设前后两次通过线圈平面磁通量的变化为 1 2 下列说法正确的是 A 1 2B 1 2C 1 2D 无法比较 1 2 3 变式题组 图6 解析 2 多选 如图7所示 下列情况能产生感应电流的是 1 2 3 图7 A 如图甲所示 导体AB顺着磁感线运动B 如图乙所示 条形磁铁插入或拔出线圈时C 如图丙所示 小螺线管A插入大螺线管B中不动 开关S一直接通时D 如图丙所示 小螺线管A插入大螺线管B中不动 开关S一直接通 当改变滑动变阻器的阻值时 解析A中导体AB顺着磁感线运动 穿过闭合电路的磁通量没有发生变化 无感应电流 故选项A错误 B中条形磁铁插入线圈时 线圈中的磁通量增加 拔出时线圈中的磁通量减少 都有感应电流产生 故选项B正确 C中开关S一直接通 回路中为恒定电流 螺线管A产生的磁场稳定 螺线管B中的磁通量无变化 线圈中不产生感应电流 故选项C错 D中开关S接通 滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化 螺线管A的磁场变化 螺线管B中的磁通量变化 线圈中产生感应电流 故选项D正确 1 2 3 解析 3 如图8所示 一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方 直导线与圆环在同一竖直面内 当通电直导线中电流增大时 弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将 A S增大 l变长B S减小 l变短C S增大 l变短D S减小 l变长 1 2 3 图8 解析当通电直导线中电流增大时 穿过金属圆环的磁通量增大 金属圆环中产生感应电流 根据楞次定律 感应电流要阻碍磁通量的增大 一是用缩小面积的方式进行阻碍 二是用远离直导线的方式进行阻碍 故选项D正确 1 2 3 1 决定因素 考点二法拉第电磁感应定律的理解及应用 2 适用范围 法拉第电磁感应定律适用于任何情况下感应电动势的计算 但在中学物理中一般用来计算某段时间内的平均电动势 若所取时间极短 即 t趋近于零时 所求感应电动势为该时刻的瞬时感应电动势 3 两种常见情况 例2 多选 如图9甲所示 一个阻值为R 匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路 线圈的半径为r1 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场 磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示 图线与纵 横轴的截距分别为B0和t0 导线的电阻不计 则0至t1时间内 A 电流的方向为由a到b 解析 图9 解析由图乙可知穿过线圈的磁通量在均匀减少 据楞次定律结合安培定则可判断出通过R1的电流方向为由b到a 故A错误 误区警示 对 和的理解和易错点拨 4 不能正确地分析初 末状态穿过线圈的磁通量的方向关系 从而不能正确利用公式 2 1求解 解析 4 将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中 关于线圈中产生的感应电动势和感应电流 下列表述正确的是 A 感应电动势的大小与线圈的匝数无关B 穿过线圈的磁通量越大 感应电动势越大C 穿过线圈的磁通量变化越快 感应电动势越大D 感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 4 5 6 变式题组 4 5 6 根据楞次定律知 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 即 增反减同 D错误 解析 5 多选 2016 舟山模拟 如图10所示 在t0 2t0时间内与0 t0时间内相比较 下列说法正确的有 4 5 6 A 感应电动势大小相等B 感应电流的方向不相同C 通过R1的电量相等D R1上产生的热量不相等 图10 4 5 6 解析在0 t0及t0 2t0的两段时间内 磁感应强度的变化率相同 故感应电动势 感应电流 通过R1的电量及在R1上产生的热量均相等 由楞次定律可判断出感应电流的方向也是相同的 故本题B D错误 A C正确 4 5 6 解析 图11 解析由楞次定律可知A对 4 5 6 acb部分等效为电源 其等效电路如图所示 故C错 1 公式E Blv的使用条件 考点三导体切割磁感线产生感应电动势的计算 1 匀强磁场 2 B l v三者相互垂直 2 相对性 的理解E Blv中的速度v是相对于磁场的速度 若磁场也运动 应注意速度间的相对关系 例3 2015 新课标全国 15 如图12 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 解析 A Ua Uc 金属框中无电流B Ub Uc 金属框中电流方向沿a b c a 图12 规律总结 感应电动势的计算及电势高低的判断 1 计算 说明 导体与磁场方向垂直 磁场为匀强磁场 2 判断 把产生感应电动势的那部分电路或导体当作电源的内电路 那部分导体相当于电源 若电路是不闭合的 则先假设有电流通过 然后应用楞次定律或右手定则判断出电流的方向 电源内部电流的方向是由负极 低电势 流向正极 高电势 外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低 解析 7 如图13所示 平行金属导轨的间距为d 一端跨接一阻值为R的电阻 匀强磁场的磁感应强度为B 方向垂直于导轨所在平面向里 一根足够长的直金属棒与导轨成60 角放置 且接触良好 则当金属棒以垂直于棒的恒定速度v沿金属导轨滑行时 其他电阻不计 电阻R中的电流为 7 8 变式题组 图13 7 8 解析 8 如图14所示 一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内 导轨间距0 4m 左端接有阻值为0 2 的电阻 一质量为0 2kg 电阻为0 1 的金属棒MN放置在导轨上 导轨之间有竖直向上的匀强磁场 磁感应强度大小为0 5T 棒在水平向右的外力作用下以0 3m s的速度匀速运动 运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触 已知导轨足够长且电阻不计 则 A MN棒运动过程中两端的电压为0 02VB MN棒运动过程中两端的电压为0 06VC 棒匀速运动1s过程中电阻R发热0 008JD 棒匀速运动1s过程中电阻R发热0 012J 7 8 图14 7 8 Q I2Rt 0 22 0 2 1J 0 008J C项正确 D项错误 1 图象类型 考点四电磁感应中的图象问题 电磁感应中主要涉及的图象有B t图象 t图象 E t图象和I t图象 还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象 即E x图象和I x图象 2 应用知识 1 四个规律 左手定则 安培定则 右手定则 楞次定律 2 应用公式 安培力F BIl 牛顿运动定律的相关公式等 3 基本方法 1 明确图象的种类 是B t图象还是 t图象 或者E t图象 I t图象等 2 分析电磁感应的具体过程 3 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律等规律列出函数方程 4 根据函数方程进行数学分析 如斜率及其变化 两轴的截距 图线与坐标轴所围图形的面积等代表的物理意义 5 画图象或判断图象 例4如图15 在光滑水平桌面上有一边长为L 电阻为R的正方形导线框 在导线框右侧有一宽度为d d L 的条形匀强磁场区域 磁场的边界与导线框的一边平行 磁场方向竖直向下 导线框以某一初速度向右运动 t 0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合 随后导线框进入并通过磁场区域 下列v t图象中 可能正确描述上述过程的是 解析 图15 方法技巧 电磁感应中图象问题的分析技巧 1 对于图象选择问题常用排除法 先看方向再看大小及特殊点 2 对于图象的描绘 先定性或定量表示出所研究问题的函数关系 注意横 纵坐标表达的物理量及各物理量的单位 画出对应物理图象 常有分段法 数学法 3 对图象的理解 看清横 纵坐标表示的量 理解图象的物理意义 9 磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区 刷卡器中有检测线圈 当以速度v0刷卡时 在线圈中产生感应电动势 其E t关系如图16所示 如果只将刷卡速度改为 线圈中的E t关系图可能是 9 10 变式题组 图16 解析 9 10 9 10 10 将一段导线绕成图17甲所示的闭合回路 并固定在水平面 纸面 内 回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场 中 回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场 以向里为磁场 的正方向 其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示 用F表示ab边受到的安培力 以水平向右为F的正方向 能正确反映F随时间t变化的图象是 9 10 图17 解析 返回 9 10 返回 9 10