高三物理一轮复习选修3-2全套教学案.doc

高三物理一轮复习选修3-2 第九章电磁感应第1讲电磁感应现象、楞次定律考点说明考点要求说明电磁感应现象磁通量楞次定律知识梳理一、电磁感应现象不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生，这种利用变化的磁场产生电流的现象叫_；产生感应电流的条件是.二、磁通量在匀强磁场中_与_的乘积叫穿过这个面的磁通量单位为_，符号为_物理意义是_；磁通量是_量，但有正负之分，若有两个磁场穿过某一面积，设某一方向的磁通量为正，另一方向的磁通量为负，它们的_就为穿过这一面积的磁通量三、磁通量发生变化的三种情况(1)；(2)；(3).四、楞次定律感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是_引起感应电流的_在理解楞次定律时，应特别注意：(1)谁阻碍谁：_阻碍_(2)阻碍什么：阻碍的是穿过回路的磁通量的_，而不是磁通量本身(3)如何阻碍：原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向_；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向_，即“增反减同”五、应用楞次定律判断感应电流的方向的具体步骤(1)明确_，(2)判断_，(3)确定_的方向，(4)利用_反推感应电流的方向六、右手定则导体切割磁感线产生感应电流的方向用_来判断较为简便其内容是：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入掌心，大拇指指向是_，其余四指所指的方向就是_基本现象应用的定则或定律运动电荷、电流产生磁场磁场对运动电荷、电流的作用力部分导体切割磁感线产生感应电流的方向闭合回路磁通量的变化七、楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是反抗(或阻碍)引起感应电流的原因如：(1)阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化；(2)阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”；(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势；(4)阻碍原电流的变化(自感现象)疑难解析楞次定律：本讲的知识点不多，重点集中在楞次定律，楞次定律的核心在于“阻碍”，真正理解了“变化”和“阻碍”，就真正掌握了这个定律应用楞次定律解题的步骤可分为：(1)确定闭合回路中磁场的方向；(2)判断磁通量是增加还是减小；(3)根据感应电流的磁场总要阻碍磁通量的变化判断感应电流的方向具体地说，如果磁通量是增加的，则感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；如果磁通量是减少的，则感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同，即所谓的增“反”减“同”；(4)利用安培定则确定感应电流的方向典例分析题型一：判断感应电流的方向题型综述感应电流产生的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化以上表述是充分必要条件不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流楞次定律解决的是感应电流的方向问题感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化它关系到两个磁场：感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)前者和后者的关系不是“同向”或“反向”的简单关系，而是前者“阻碍”后者“变化”的关系例题与变式例1(11年江苏调研)如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，另一较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下落的过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则在线圈2从正上方落至1的正下方过程中，从上往下看，线圈2中的感应电流应为() A始终有顺时针方向的电流 B先是顺时针方向，后是逆时针方向的感应电流 C先是逆时针方向，后是顺时针方向的感应电流 D在1正上方有顺时针方向的感应电流，在1正下方无感应电流【解析】由楞次定律知，线圈2从正上方落至线圈1处时，从上往下看，线圈2中的感应电流为顺时针，从线圈1处落至正下方时，线圈2中的感应电流为逆时针，故选B.【答案】B【点评】本题考查对楞次定律的理解应用能力及空间想象能力学生用楞次定律解题时，一定要沿楞次定律解题的步骤进行推理判断，比较规范的解题，以达到熟能生巧变式训练11如图所示，线圈M和线圈P绕在同一铁芯上设两个线圈中的电流方向与图中所标的电流方向相同时为正当M中通入下列哪种电流时，在线圈P中能产生正方向的恒定感应电流()变式训练12(11年广东调研)如图甲所示，光滑的水平桌面上固定着一根绝缘的长直导线，可以自由移动的矩形导线框abcd靠近长直导线静止放在桌面上当长直导线中的电流按图乙所示的规律变化时(图甲中电流所示的方向为正方向)，则()甲乙 A在t2时刻，线框内没有电流，线框不受力 Bt1到t2时间内，线框内电流的方向为abcda Ct1到t2时间内，线框向右做匀减速直线运动 Dt1到t2时间内，线框克服磁场力做功题型二：判断物体的运动题型综述应用楞次定律，从“阻碍磁通量变化”的角度来解决相关问题例题与变式例2(11年上海模拟)如图所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是() A一直向右 B一直向左 C先向左、后向右 D先向左、后向右、再向左【解析】根据楞次定律可知，当磁铁向右运动时，线圈要远离它，所以有向右运动的趋势，故摩擦力方向向左；当磁铁都到线圈右边时，线圈要靠近它，故也有向右运动的趋势，即摩擦力方向向左当部分磁铁处于线圈正下方时，线圈总有向右运动的趋势来削弱磁铁与线圈的相对运动，摩擦力方向与运动趋势方向相反即摩擦力向左所以答案选B.【答案】B变式训练21如图所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路当一条形磁铁从高处落下接近回路时，则() AP、Q将互相靠拢 BP、Q将互相远离 C磁铁的加速度仍为g D磁铁的加速度小于g 题型三：分析物体的运动状态题型综述应用楞次定律，从“阻碍相对运动”的角度来解决相关问题例题与变式例3如图所示，在一均匀磁场中有一U形导线框abcd，线框处于水平面，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动杆 ef及线框中导线的电阻都可不计开始时，给ef一个向右的初速度，则() Aef将减速向右运动，但不是匀减速 Bef将匀减速向右运动，最后停止 Cef将匀速向右运动 Def将往返运动【解析】当ef开始向右运动时，回路中会产生感应电流，所受安培力向左，阻碍其运动，所以ef速度减小，感应电流减小，安培力随之减小，因此ef在运动过程中受到逐渐变小的阻力作用，但不是匀减速运动【答案】A【点评】本题考查对楞次定律阻碍含义的正确理解，应用此含义方便快捷的解题此题易错的地方是没有理解“阻碍”的含义，又不能对过程进行全面的分析，从而导致错选变式训练31在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接，如图所示，导轨上放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面欲使M所包围的小闭合线圈N中产生顺时针方向的感应电流，则导线ab的运动情况可能是() A匀速向右运动 B加速向右运动 C减速向右运动 D加速向左运动题型四：判断物体的运动及能量转化题型综述根据楞次定律，由能量转化和守恒定律来判断：有电流产生，就一定有其他形式的能向电能转化例题与变式例4如图所示，用一根长为L质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点联结并悬挂于O点，悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且d0L.先将线框拉开到如图所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦下列说法中正确的是() A金属线框进入磁场时感应电流的方向为abcda B金属线框离开磁场时感应电流的方向为adcba C金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等 D金属线框最终将在磁场内做简谐运动【解析】金属线框进入磁场时，由于穿过线框的磁通量增加，产生感应电流，根据楞次定律判断电流的方向为adcba.金属线框离开磁场时，由于穿过线框的磁通量减小，产生感应电流，根据楞次定律判断电流的方向为 abcda.根据能量转化和守恒定律可知，金属线框的机械能将逐渐减小，转化为电能，如此往复摆动，最终金属线框在匀强磁场内摆动，由于d0L，满足单摆运动的条件，所以，最终为简谐运动因此答案为D.【答案】D【点评】此题易错的地方是不能正确理解楞次定律中能量转化和守恒定律的含义和单摆运动的条件，从而导致错解为了能灵活应用楞次定律解决问题，应注意楞次定律的几种特殊形式：(1)阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化；(2)阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”；(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势；(4)阻碍原电流的变化(自感现象)利用上述规律分析问题可以独辟蹊径，达到快速准确的效果变式训练41如图所示，一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉离平衡位置并释放，圆环摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界，若不计空气阻力，则() A圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度 B在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流 C圆环进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大 D圆环最终将静止在平衡位置课堂练习1(10年广东调研)在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步下列说法中不正确的是() A牛顿把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，建立了万有引力定律 B伽利略以实验和数学推理相结合的科学研究方法得到了落体运动规律 C欧姆首先总结了导体的电阻与其长度的横截面积的关系 D奥斯特发现了电流的磁效应2如图所示，导线框abcd与导线AB在同一平面内，直导线中通有恒定电流I，当线框由左向第2题图右匀速通过直导线过程中，线框中感应电流的方向是() A先abcda，再dcbad，后abcda B先abcda，再dcbad C始终是dcbad D先dcbad，再abcda，后dcbad第3题图3如图，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是() AFN先小于mg后大于mg，运动趋势向左 BFN先大于mg后小于mg，运动趋势向左 CFN先小于mg后大于mg，运动趋势向右 DFN先大于mg后小于mg，运动趋势向右第4题图4电阻为R的矩形导线框abcd，边长abl，adh，质量为m，自某一高度自由落下，通过一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁场区域的宽度为h(如图所示)若线框恰好以恒定速度通过磁场，求线框中产生的焦耳热是多少？第2讲法拉第电磁感应定律(一)考点说明考点要求说明法拉第电磁感应定律知识梳理一 、法拉第电磁感应定律1电路中感应电动势的大小跟_成正比，表达式为E_.2当导体在匀强磁场中做切割磁感线的相对运动时产生的感应电动势E_，是B与v之间的夹角3导体棒绕某一固定转轴旋转切割磁感线，虽然棒上各点的切割速度并不相同，但可用棒上_等效替代切割速度常用公式E_.二、应用法拉第电磁感应定律时应注意1E_适用于一般回路若磁通量不随时间均匀变化，则/t为t时间内通过该回路的磁通量的_2E_，适用于导体各部分以相同的速度切割磁感线的情况，式中L为导线的有效切割长度，为运动方向和磁感线方向的夹角若v为瞬时速度，则E为_若v为平均速度，则E为_3若磁感应强度B不变，回路的面积S发生变化，则E_；若回路的面积S不变，磁感应强度B发生变化，则E_；若磁感应强度B、回路的面积S都发生变化，则E_.三、要注意严格区分、/t的物理意义是指.是指./t是指.疑难解析1本讲的重点集中在感应电动势大小的计算，对感应电动势的计算用法拉第电磁感应定律En/t分为两种情况：(1)导体各部分以相同的速度平动切割磁感线的情况用公式E BLvsin，为运动方向和磁感线方向的夹角；(2)导体棒绕某一固定转轴旋转切割磁感线的情况用公式E Bl2.2本讲的难点是要求学生能应用电磁感应定律解释一些生活和技术中的现象，要会用电磁感应定律计算有关问题，能从力和能的观点分析电磁感应现象，以加深对电磁感应的理解，提高学生应用物理知识分析问题的能力典例分析题型一：基本公式计算题型综述用法拉第电磁感应定律解题时，经常会计算感应电动势，感应电流，安培力等物理量，这就要求同学们掌握好基本公式，及一些相关的基本规律例题与变式例1如图所示，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，(1)拉力F大小；(2)拉力的功率P; (3)拉力做的功W; (4)线圈中产生的电热Q；(5)通过线圈某一截面的电荷量q.【解析】(1)EBL2v，I，FBIL2，F(2)PFv(3)WFL1(4)QW(5)qItt与v无关求出q【答案】(1)(2)(3)(4)(5)【点评】这是一道基本练习题，应该思考一下所求的各物理量与速度v之间有什么关系此题易错的地方是电热Q和电荷量q的求解方法，在求感应电量q时，不论磁通量是否均匀变化，我们总可以利用平均值加以计算q/R，即感应电量仅由磁通量变化大小和电路的电阻决定，与变化时间、磁通量变化快慢无关变式训练11(10年重庆高考)法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究实验装置的示意图可用图表示，两块面积均为S的矩形金属板，平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为d.水流速度处处相同，大小为v，方向水平金属板与水流方向平行，地磁场磁感应强度的竖直分量为B，水的电阻率为，水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电键K连接到两金属板上忽略边缘效应，求：(1)该发电装置的电动势；(2)通过电阻R的电流强度；(3)电阻R消耗的电功率题型二：感应电动势的分析题型综述电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即Ek，在国际单位制中可以证明其中的k1，所以有E.对于n匝线圈有En(平均值)在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，由法拉第电磁感应定律可推导出感应电动势大小的表达式是：EBLvsin(是B与v之间的夹角)(瞬时值)例题与变式例2(10年全国高考)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5105 T一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100 m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过设落潮时，海水自西向东流，流速为2 ms.下列说法正确的是() A电压表记录的电压为5 mV B电压表记录的电压为9 mV C河南岸的电势较高 D河北岸的电势较高【解析】由EBLv4.510510029103(V)可知A项错误，B项正确再由右手定则可判断河北岸电势高，故C项错误，D项正确【答案】BD变式训练21一直升飞机停在南半球的地磁极上空该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B.直升飞机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示如果忽略a到转轴中心线的距离，用表示每个叶片中的感应电动势，则() Afl2B，且a点电势低于b点电势 B2fl2B，且a点电势低于b点电势 Cfl2B，且a点电势高于b点电势 D2fl2B，且a点电势高于b点电势题型三：感应电流的分析计算题型综述由感应电动势计算感应电流，需要根据闭合电路欧姆定律分析整个回路，注意区分内外电路；解题时最好画出等效电路图例题与变式例3矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示，若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列it图象中正确的是()【解析】由楞次定律可判断出在前4 s内感应电流的方向分别为负方向、正方向、正方向、负方向由题图可知：在每一秒内，磁感应强度的变化率的大小相同，导线框中磁通量的变化率S的大小相同，形成的感应电流的大小i相同因此选D.【答案】D【点评】本题主要考查了楞次定律、法拉第电磁感应定律的综合应用，正确理解和掌握楞次定律、法拉第电磁感应定律是解决此题的关键变式训练31如图所示，在x0的区域内存在匀强磁场，磁场的方向垂直于xy平面(纸面)向里具有一定电阻的矩形线框abcd位于xy平面内，线框的ab边与y轴重合令线框从t0的时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流I(取逆时针方向的电流为正)随时间t的变化图线It图可能是下图中的哪一个()课堂练习1法拉第通过精心设计的一系列实验，发现了电磁感应定律，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来在下面几个典型的实验设计思想中，所作的推论后来被实验否定的是() A既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流 B既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流 C既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势 D既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流第2题图2(09年天津高考)如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于() A棒的机械能增加量 B棒的动能增加量 C棒的重力势能增加量 D电阻R上放出的热量3(10年浙江调研)如图所示，金属棒AB垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，棒与导轨接触良好，棒AB和导轨电阻均忽略不计导轨左端接有电阻R，垂直于导轨平面的匀强磁场向下穿过平面现以水平向右的恒定外力F拉着棒AB向右移动，t秒末棒AB速度为v，移动的距离为l，且在t秒内速度大小一直在变化，则下列判断正确的是()第3题图 At秒内AB棒所受的安培力方向水平向左，大小逐渐增大 Bt秒内外力F做的功等于电阻R释放的电热 Ct秒内AB棒做加速度逐渐减小的加速运动 Dt秒末外力F做功的功率等于第4题图4如图所示，空间存在垂直于纸面的均匀磁场，在半径为a的圆形区域内外，磁场方向相反，磁感应强度大小均为B.一半径为b ，电阻为R的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合，在内、外磁场的磁感应强度同时由B均匀地减小到零的过程中，求通过导线截面的电量q.第3讲法拉第电磁感应定律(二)考点说明考点要求说明法拉第电磁感应定律知识梳理一、在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生_该导体或回路就相当于.二、在外电路中，电流从_电势流向_电势；在内电路中，电流则从_电势流向_电势三、当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生_，电流在导体内形成_，很像水中的漩涡，因此称为_，简称涡流四、电磁感应现象中能量转化的规律电磁感应现象中出现的电能一定是由_转化而来的分析时应牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分清哪些力做了功就知道有哪些形式的能量参与了转化，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，并且安培力做了多少功，就产生多少电能，然后利用_列出方程求解疑难解析1本讲的重点是理解电磁感应中的能量问题，能用功能观点综合解决问题分析时应牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分清哪些力做了功就知道有哪些形式的能量参与了转化，然后利用能量守恒列出方程求解具体步骤是：(1)受力情况、运动情况的动态分析；(2)物体所受各力的做功情况；(3)列出动力学及能量守恒的方程求解2电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，从而影响导体棒(或线圈)的受力情况和运动情况解决这类电磁感应现象中的力学综合题，要将电磁学、力学中的有关知识综合起来应用具体方法是：确定电源(E，r)感应电流运动导体所受的安培力临界状态a变化情况合外力典例分析题型一：感应电动势与受力分析题型综述应用法拉第电磁感应定律求解电动势，应用闭合电路欧姆定律求解电流，计算得出安培力，进而由受力平衡分析求解例题与变式例1(11年山东模拟)如图甲所示，MN、PQ是倾斜放置的粗糙平行长直导轨，轨道面与水平面夹角为30，其间距L0.2m，R是接在导轨一端的电阻，ab是跨在导轨上质量m0.1kg的导体棒，空间存在B0.5T、方向垂直于轨道平面斜向右下方的匀强磁场从t0开始，对原来静止的ab棒施加一个大小为F1.25N，方向平行于轨道面斜向上的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，棒始终保持与导轨垂直且接触良好，图乙是棒的速度时间图象，其中AO是图象在O点的切线，AB是图象的渐近线(g取10m/s2)甲乙(1)除R以外，其余部分的电阻均不计，求R的阻值；(2)当棒的位移s1m时，其速度已经达到了最大速度v1m/s，求在此过程中电阻R上产生的热量【解析】(1)由速度时间图象得，此时的加速度等于直线AO的斜率a2.5m/s2由牛顿第二定律F(fmgsin)ma两式联立解得(fmgsin)1N设当棒达到最大速度v时，电动势为E，电流为I，棒受到的安培力为F安，则EBLvIE/RF安BIL此时棒处于平衡状态F(fmgsin)F安解得R0.04(2)电阻上产生的热量等于过程中导体棒克服安培力所做的功W对棒应用动能定理Fs(fmgsin)sWmv2代入数据得QW0.2J【答案】(1)0.04 (2)0.2 J【点评】本题综合考查了法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力及牛顿第二定律知识变式训练11(11年广东模拟)如图所示，一金属杆弯成如图所示形状的固定导轨，左侧导轨处于水平面内，右侧导轨处在倾角30的斜面上，前后导轨的间距处处都为l.质量为m、电阻为R的金属棒ab水平放置在倾斜的导轨上整个装置处在方向垂直于斜面的匀强磁场中，磁感应强度为B.给棒一定的初速度，可使棒恰好沿斜面匀速下滑，然后再进入水平轨道滑行不计整个导轨的电阻和摩擦，重力加速度为g.求： (1)金属棒沿斜面匀速下滑的速度v0.(2)金属棒在水平导轨滑行过程加速度的最大值(设棒从倾斜导轨进入水平导轨过程速度大小保持不变)题型二：导体棒的动态分析题型综述根据法拉第电磁感应定律及受力情况分析其运动状态，与牛顿第二定律相结合求解(1)处理电磁感应中的动态问题时，要抓住“速度变化引起磁场力的变化”这个相互关联的关系，这也正是这类题容易出错的地方另外从分析物体的受力情况与运动情况入手是解题的关键(2)要学会从动态分析的过程中来选择是从动力学方面，还是从能量方面来解决问题(3)在分析运动导体的受力时，常画出平面示意图和物体受力图例题与变式例2如图所示，在一对光滑平行的金属导轨的上端连接一阻值为R的固定电阻，两导轨所决定的平面与水平面成30角，今将一质量为m、长为L的导体棒ab垂直放于导轨上，并使其由静止开始下滑，已知导体棒电阻为r，整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中，磁感应强度为B.求导体棒最终下滑的速度及电阻R最终生热功率分别为多少？【解析】导体棒由静止释放后，加速下滑，受力图如下，导体棒中产生的电流逐渐增大，所受安培力(沿导线向上)逐渐增大，其加速度a gsin30逐渐减小当a0时，导体棒开始做匀速运动，其速度达到最大则由平衡条件得：mgsin30BIL0 其中IEBLvm解联立方程组得： vmR的发热功率为： PI2R2R【答案】【点评】这是导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题，使用公式E BLvsin进行计算比较方便，但是要注意各种情况下角的分析此题易错的地方是不会把立体图改画成平面图，这样会造成受力分析的困难，解不出答案因此我们在做题中要积累经验，使复杂的问题简单化此外本题还考查左、右手定则的正确使用问题变式训练21(11年广东模拟)两根足够长的光滑金属导轨平行固定在倾角为的斜面上，它们的间距为d.磁感应强度为B的匀强磁场充满整个空间、方向垂直于斜面向上两根金属杆ab、cd的质量分别为m和2m，垂直于导轨水平放置在导轨上，如图所示设杆和导轨形成的回路总电阻为R而且保持不变，重力加速度为g.(1)给ab杆一个方向沿斜面向上的初速度，同时对ab杆施加一平行于导轨方向的恒定拉力，结果cd杆恰好保持静止而ab杆则保持匀速运动，求拉力做功的功率(2)若作用在ab杆的拉力与第(1)问相同，但两根杆都是同时从静止开始运动，求两根杆达到稳定状态时的速度题型三：能量守恒及综合应用题型综述本章以电场、磁场、电路等知识为基础，综合力与运动、能量等力学体系的知识，是高中物理中综合程度最高的章节之一，所以本章的难点也很突出在高考中出现的题型通常会有感应电流的产生条件、方向判定，感应电流大小的计算等，在大题中则常会出现电磁感应和电路知识的综合、电磁感应和力的综合、电磁感应和能量的综合等综合的题目，还会有比较多的图象问题会牵连到题目当中所以，本章的难点在于正确理顺知识体系，通过严密的分析、推理，综合应用所学知识处理实际问题例题与变式例3在质量为M1kg的小车上，竖直固定着一个质量为m0.2kg，高h0.05m、总电阻R100、n100匝矩形线圈，且小车与线圈的水平长度l相同现线圈和小车一起在光滑的水平面上运动，速度为v110m/s，随后穿过与线圈平面垂直，磁感应强度B1.0T的水平有界匀强磁场，方向垂直纸面向里，如图(1)所示已知小车运动(包括线圈)的速度v随车的位移s变化的vs图象如图(2)所示求：(1)小车的水平长度l和磁场的宽度d；(2)小车的位移s10cm时线圈中的电流大小I以及此时小车的加速度a；(3)线圈和小车通过磁场的过程中线圈电阻的发热量Q.图(1)图(2)【解析】(1)由图可知，从s5cm开始，线圈进入磁场，线圈中有感应电流，受安培力作用，小车做减速运动，速度v随位移s减小，当s15cm时，线圈完全进入磁场，线圈中感应电流消失，小车做匀速运动因此小车的水平长度l10cm.当s30cm时，线圈开始离开磁场，则d(305)cm25cm(2)当s10cm时，由图象中可知线圈右边切割磁感线的速度v28m/s由闭合电路欧姆定律得线圈中电流I解得IA0.4A此时线圈所受安培力FnBIh10010.40.05N2N小车的加速度am/s21.67m/s2(3)由图象可知，线圈左边离开磁场时，小车的速度为v32m/s.线圈进入磁场和离开磁场时，克服安培力做功，线卷的动能减小，转化成电能消耗在线圈上产生电热Q(Mm)(vv)解得线圈电阻发热量Q57.6J【答案】(1)10cm25 cm(2)1.67 m/s2(3)57.6J变式训练31如图，竖直放置的光滑平行金属导轨MN、PQ相距L，在M点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间OO1O1O矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m，电阻为r的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场上边边界相距d0.现使ab棒由静止开始释放，棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的电接触且下落过程中始终保持水平，导轨电阻不计)求：(1)棒ab在离开磁场下边界时的速度；(2)棒ab在通过磁场区的过程中产生的焦耳热；(3)试分析讨论ab棒在磁场中可能出现的运动情况课堂练习1如图甲所示，一个电阻为R、面积为S的矩形导线框abcd，水平放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与ad边垂直并与线框平面成45角，o、o分别是ab边和cd边的中点现将线框右半边obco绕oo逆时针旋转90到图乙所示位置在这一过程中，导线中通过的电荷量是()第1题图 A. B. C. D02如图所示，平行金属导轨与水平面成角，导轨与固定电阻R1和R第2题图2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值均相等，与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，受到安培力的大小为F.此时下列表述错误的是() A电阻R1消耗的热功率为Fv/3 B电阻R2消耗的热功率为Fv/6 C整个装置因摩擦而消耗的热功率为mgvcos D整个装置消耗的机械功率为(Fmgcos)v3如图所示，有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B.一根质量为m的金属杆从轨道第3题图上由静止滑下经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则() A如果B增大，vm将变大 B如果变大，vm将变大 C如果R变大，vm将变大 D如果m变小，vm将变大4(11年广东模拟)如图甲，水平面上有两电阻不计的光滑金属导轨平行固定放置，间距为d，右端通过导线与阻值为R的小灯泡L连接，在面积为S的CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B随时间变化如图乙，在t0时，一阻值为R的金属棒在恒力F作用下由静止开始从ab位置沿导轨向右运动，当tt0时恰好运动到CD位置，并开始在磁场中匀速运动求：(1)0t0时间内通过小灯泡的电流；(2)金属棒在磁场中运动速度的大小；(3)金属棒的质量m.甲乙第4题图第4讲电磁感应的图象问题自感考点说明考点要求说明自感、涡流知识梳理一、 1.自感现象是.2自感现象中产生的感应电动势称自感电动势，其大小为E_.3L为_，它的大小由线圈自身结构特征决定线圈越_，单位长度上的匝数越_，横截面积越_，它的自感系数越_，加入铁芯后，会使线圈的自感系数大大_，自感系数的单位为_4自感电动势的方向：自感电动势总是_即：若电路中电流增加，则自感电动势与电流方向_；若电路中电流减少，则自感电动势与电流方向_5自感电动势的作用：.二、日光灯电路是由启动器、镇流器和灯管组成，日光灯电路图如图镇流器，其作用是在灯开始点燃时起_的作用；在日光灯正常发光时起_作用典例分析题型一：电磁感应现象的图象问题题型综述本讲的重点是电磁感应现象中的的图象问题，其中涉及磁感应强度、磁通量、感应电动势和感应电流随时间变化的图象这些图象问题大体可分为两类：(1)由给出的电磁感应过程画出正确的图象；(2)给定有关图象分析电磁感应的过程，求解相应的物理量例题与变式例1(10年广东高考)如图所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域，细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动到MN的过程中，棒上感应电动势E随时间t变化的图示，可能正确的是()【解析】在金属棒PQ进入磁场区域之前或出磁场后，棒上均不会产生感应电动势，D项错误在磁场中运动时，感应电动势EBlv，与时间无关，保持不变，故A选项正确【答案】A变式训练11如图，一个边长为L的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场；一个边长也为L的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直；虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba的延长线平分导线框在t0时，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正下列表示it关系的图示中，可能正确的是()题型二：断电自感与通电自感题型综述本讲的难点是记住断电自感和通电自感的现象，而且还要从原理上弄明白为什么会出现这些现象，流过线圈L中的电流，由于自感电动势的作用，只能逐渐变化，而不能突变自感电动势作用是阻碍流过线圈自身电流的变化，而不是阻止电流的变化要正确理解阻碍的含义，是解决自感问题的关键例题与变式例2(10年江苏高考)如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值在t0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在tt1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是()【解析】S闭合时，由于自感L有感抗，经过一段时间电流稳定时L电阻不计可见电路的外阻是从大变小的过程由U外E可知U外也是从大变小的过程，所以A、C错t1时刻断开S，由于自感在L、R、D构成的回路中电流从B向A中间流过D，所以t1时刻UAB反向，B正确【答案】B变式训练21如图所示电路中，电源内电阻和线圈L的电阻均不计，K闭合前，电路中电流为IE/2R.将K闭合时，线圈中的自感电动势() A有阻碍电流作用，最后电流小于2I B有阻碍电流的作用，最后电流总小于I C有阻碍电流增大的作用，电流保持I不变 D有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是要增大到2I课堂练习1有一种高速磁悬浮列车的设计方案是：在每节车厢底部安装强磁铁(磁场方向向下)，并且在沿途两条铁轨之间平放一系列线圈下列说法中不正确的是() A列车运动时，通过线圈的磁通量会发生变化 B列车速度越快，通过线圈的磁通量变化越快 C列车运动时，线圈中会产生感应电动势 D线圈中的感应电动势的大小与列车速度无关2(09年江苏模拟)如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽略R1和R2是两个定值电第2题图阻，L是一个自感系数较大的线圈开关S原来是断开的从开关S闭合到电路中电流达到稳定的时间内，通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是() AI1开始较大而后逐渐变小 BI1开始很小而后逐渐变大 CI2开始很小而后逐渐变大第3题图 DI2开始较大而后逐渐变小3在如图所示的电路中，两个灵敏电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央，当电流从“”接线柱流入时，指针向右摆；电流从“”接线柱流入时，指针向左摆在电路接通后再断开的瞬间，下列说法中符合实际情况的是() A.G1表指针向左摆，G2表指针向右摆 B.G1表指针向右摆，G2表指针向左摆 C.G1、G2表的指针都向左摆 D.G1、G2表的指针都向右摆4如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计电键K从闭合状态突然断开时，下列判断正确的是()第4题图 Aa先变亮，然后逐渐变暗 Bb先变亮，然后逐渐变暗 Cc先变亮，然后逐渐变暗 Db、c都逐渐变暗第十章交变电流传感器第5讲交变电流的产生和描述考点说明考点要求说明交变电流交变电流的图象正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值知识梳理一、交变电流的产生1交变电流的定义：_和_都随时间做_变化的电流叫交变电流2正弦交变电流：随时间按_变化的交变电流叫做正弦交变电流正弦交变电流的图象是_曲线3交变电流的产生：将一个平面线圈置于_中，并使它绕_于磁感线的轴做_转动，线圈中就产生出正(余)弦交变电流二、交变电流的变化规律1正弦交变电流的电动势、电压和电流随时间的变化规律eEmsintuUmsintiImsint，以上各式均以线圈在_的位置为计时起点2正弦交变电流的图象(如图所示)三、交流发电机1发电机主要是由_和_两部分组成，用电磁铁做磁极的发电机叫做_发电机2磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为_反之，电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为_转动部分叫做_，固定不动的部分叫做_四、表征交变电流的物理量1交变电流的最大值EmnBSIm(R为电路的总电阻)UmImR(R为某段电路的电阻)2交变电流的有效值：交变电流的有效值是根据电流的_规定的没有特别说明时，通常所说的交流电流、电压、电动势都是指_，交流电表测量的值也是_，交流用电设备铭牌标出电压、电流值也是指_在正弦交变电流中有效值与最大值之间的关系为：E_，U_，I_.3交变电流的周期和频率(1)周期T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间(2)频率f：交变电流在1 s内完成_变化的次数周期和频率的关系：_.(3)我国生产和生活用交变电流的周期T_s，频率f_Hz，这种交变电流的方向在1 s内改变_次疑难解析一、有效值和平均值的区别交流电的有效值是按电流的热效应来定义的，对一个确定的交流电来说，其有效值是恒定的，而平均值是由公式n确定的，其值大小与所取的时间间隔有关在计算交流电通过电阻产生的热量、热功率时，只能用有效值；在计算通过导体的电量时，只能用平均值交流电的有效值用得很多，交流电器铭牌上标示的是额定电压、额定电流的有效值二、正弦交流电的产生及变化规律1产生过程：如图(1)所示，将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦式交变电流(1)如图(2)所示，由中性面开始经过时间t转过t角，线圈ad，bc切割的磁感线产生感应电动势(2)e2BL1v22BL1vsin2BL1sintBSsint若线圈有N匝，eNBSsint，其中S为线圈面积线圈从中性面开始转动，一周内感应电动势大小和感应电流方向变化如下：t：0Te的大小：0m0m0i的方向：abcdaadcba矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，将经过两个特殊位置(1)中性面：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面线圈平面处于中性面时：A. 线圈各边都不切割磁感线，感应电动势为零，感应电流为零B. 磁感线垂直于该时刻的线圈平面，磁通量最大，但磁通量的变化率为零C. 交变电流的方向在中性面的两侧是相反的D. 线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次(2)线圈平面处于跟中性面垂直的位置即线圈平面平行于磁感线时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变2交变电流的变化规律(1)正弦交变电流的三角函数表达式，从线圈转至中性面开始计时，则：电动势eEmsint电压uUmsint电流iImsint(2)正弦式交变电流的图象正弦式交变电流的图象是一条正弦曲线，从图象上可以看出交变电流最大值，周期等思考：如果线圈从平行于磁场的平面开始转动计时，交流电动势的瞬时值表达式如何？典例分析题型一：交变电流的“四值问题”及应用题型综述(1)瞬时值电动势的瞬时值：eEmsint电流的瞬时值：iImsint电压的瞬时值：uUmsint其中：EmNBS本质：法拉第电磁感应定律的应用(EBLv)正、余弦的区分：若以线圈平面与磁感线平行时为计时零点，则表达式为余弦；若以线圈平面与磁感线垂直时为计时零点，则表达式为正弦应用：求线圈某时刻或某位置时的电动势、电流或受到的磁力矩时，应用瞬时值(2)最大值特点：交变电流的最大值反映了交变电流在变化过程中所能达到的最大值以及交变电流的变化范围这一特点表达式：EmNBS(当线圈平面与磁感线平行时，电动势最大；当线圈平面与磁感线垂直时电动势最小)应用：一般涉及电容器或二极管的耐压问题时要用到交变电流的最大值(3)平均值本质：法拉第电磁感应定律表达式E的应用应用：在计算一段时间通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值，qt，即q.(4)有效值本质：是由电流的热效应来定义的，因此，涉及到用交变电流的有效值时，必涉及到电流的功方法：在正弦交变电流中，最大值与有效值的关系是倍的关系，但其他形式的交变电流只能根据电流的热效应来计算应用：求电功、电功率、焦耳热，以及保险丝的熔断电流等物理量时，要用交流电的有效值来计算，各种交流用电器铭牌上标明的额定电压、额定电流和交流电表测得的数值都是指有效值，不加特别说明，提到交流电的电压、电流都是指有效值例题与变式例1(11年广东模拟)一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示由图可知() A该交流电的电压瞬时值的表