高考物理二轮复习 专题整合高频突破 专题四 电路和电磁感应2 电磁感应规律及综合应用课件.ppt

第2讲电磁感应规律及综合应用 2 网络构建 要点必备 3 网络构建 要点必备 1 三定则 一定律 的应用 1 安培定则 判断运动电荷 电流产生的磁场方向 2 左手定则 判断磁场对运动电荷 电流的作用力的方向 3 右手定则 判断部分导体切割磁感线产生感应电流的方向 4 楞次定律 判断闭合电路磁通量发生变化产生感应电流的方向 2 求感应电动势的两种方法 1 e 用来计算感应电动势的平均值 2 e blv 用来计算感应电动势的瞬时值或平均值 4 1 2 3 4 1 2017全国 卷 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 a 5 1 2 3 4 解析装置的原理是利用电磁阻尼 当薄板进出磁场时产生感应电流 薄板受安培力 安培力总是阻碍导体相对磁场的运动 从而使薄板尽快停下来 选项中 b项无法有效阻碍上下振动 c项无法有效阻碍上下左右振动 d项无法有效阻碍上下振动 只有a项阻碍上下左右振动最有效 考点定位 电磁感应命题能力点 侧重考查理解能力 分析综合能力解题思路与方法 阻碍紫铜薄板上下及左右振动的有效方法就是产生感应电流 利用电磁阻尼 6 1 2 3 4 2 多选 2017全国 卷 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 bc 7 1 2 3 4 考点定位 e blv的理解和应用命题能力点 侧重考查理解能力 分析综合能力解题思路与方法 由于导线框一直向右做匀速直线运动 所以不管是cd边还是ab边切割磁感线时产生的感应电动势大小相等 8 1 2 3 4 3 多选 2016全国 卷 法拉第圆盘发电机的示意图如图所示 铜圆盘安装在竖直的铜轴上 两铜片p q分别与圆盘的边缘和铜轴接触 圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场b中 圆盘旋转时 关于流过电阻r的电流 下列说法正确的是 a 若圆盘转动的角速度恒定 则电流大小恒定b 若从上向下看 圆盘顺时针转动 则电流沿a到b的方向流动c 若圆盘转动方向不变 角速度大小发生变化 则电流方向可能发生变化d 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍 则电流在r上的热功率也变为原来的2倍 ab 9 1 2 3 4 10 1 2 3 4 考点定位 法拉第电磁感应定律命题能力点 侧重考查理解能力 分析综合能力解题思路与方法 法拉第圆盘是课本上介绍的装置 在高考中多次出现 解题时要会进行电源的等效 相当于一条半径旋转切割磁感线 记住求解感应电动势的公式e bl2 并能搞清整个电路的结构 11 1 2 3 4 4 多选 2016全国 卷 如图 m为半圆形导线框 圆心为om n是圆心角为直角的扇形导线框 圆心为on 两导线框在同一竖直面 纸面 内 两圆弧半径相等 过直线omon的水平面上方有一匀强磁场 磁场方向垂直于纸面 现使线框m n在t 0时从图示位置开始 分别绕垂直于纸面且过om和on的轴 以相同的周期t逆时针匀速转动 则 a 两导线框中均会产生正弦交式变电流b 两导线框中感应电流的周期都等于tc 在时 两导线框中产生的感应电动势相等d 两导线框的电阻相等时 两导线框中感应电流的有效值也相等 bc 12 1 2 3 4 解析因半径 周期相同 故两线框进入磁场过程产生的感应电动势大小为 两线框中产生的电动势瞬时值随时间关系如图 所以选项a错误 选项b c正确 由有效值定义可知m n线圈中电流的有效值不相等 d项错误 13 1 2 3 4 考点定位 楞次定律的应用 e blv的理解 有效值的概念命题能力点 侧重考查理解能力 分析综合能力解题思路与方法 在分析导体切割磁感线运动 计算电动势时 一定要注意导体切割磁感线的有效长度 在计算交变电流的有效值时 一定要注意三个相同 相同电阻 相同时间 相同热量 14 1 2 3 4 命题规律研究及预测分析高考试题可以看出 电磁感应问题高考试题每年都出现 主要考查电磁感应现象 楞次定律 法拉第电磁感应定律 题型一般为选择题 在2018年的备考过程中要重视楞次定律 法拉第电磁感应定律的复习 尤其是图象问题 15 考点一 考点二 考点三 考点四 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 m 典题1 2017全国 卷 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 d 16 考点一 考点二 考点三 考点四 解析金属杆从静止开始突然向右运动 产生感应电动势 感应电流从无到有 根据右手定则可知 感应电流的方向由q指向p pqrs中的电流沿逆时针方向 该感应电流在金属线框t中产生的磁通量向外 故穿过金属线框t向里的磁通量减小 根据楞次定律 t中感应电流沿顺时针方向 d正确 17 考点一 考点二 考点三 考点四 c 18 考点一 考点二 考点三 考点四 19 考点一 考点二 考点三 考点四 规律方法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 适用于普遍情况 2 e blv 适用于导体棒平动切割磁感线的情况 3 e bl2 适用于导体棒旋转切割磁感线的情况 20 考点一 考点二 考点三 考点四 电磁感应中的图象问题 h 解题策略对于电磁感应图象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 注意观察图象的变化趋势 看图象斜率的大小 图象的曲直是否和物理过程对应 21 考点一 考点二 考点三 考点四 典题3 多选 在绝缘的水平桌面上有mn pq两根平行的光滑金属导轨 导轨间的距离为l 金属棒ab和cd垂直放在导轨上 两棒正中间用一根长为l的绝缘细线相连 棒ab右侧有一直角三角形匀强磁场区域 磁场方向竖直向下 三角形的两条直角边长均为l 整个装置的俯视图如图所示 从图示位置在棒ab上加水平拉力 使金属棒ab和cd向右匀速穿过磁场区 则金属棒ab中感应电流i和绝缘细线上的张力大小f随时间t变化的图象 可能正确的是 规定金属棒ab中电流方向由a到b为正 ac 22 考点一 考点二 考点三 考点四 解析在ab棒通过磁场的时间内 ab棒切割磁感线的有效长度均匀增大 由e blv分析可知 ab产生的感应电动势均匀增大 则感应电流均匀增大 由楞次定律知感应电流的方向由b到a 为负值 根据cd棒受力平衡知 细线上的张力f为0 在cd棒通过磁场的时间内 cd棒切割磁感线的有效长度均匀增大 由e blv分析可知 cd产生的感应电动势均匀增大 则感应电流均匀增大 由楞次定律知感应电流的方向由a到b 为正值 根据cd棒受力平衡知 细线上的张力f bil l为切割磁感线的有效长度 l均匀增大 则f与l2成正比 故b d错误 a c正确 故选ac 23 考点一 考点二 考点三 考点四 典题4如图甲所示 矩形线圈abcd固定于方向相反的两个磁场中 两磁场的分界线oo 恰好把线圈分成对称的左右两部分 两磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示 规定磁场垂直于纸面向里为正 线圈中感应电流逆时针方向为正 则线圈感应电流随时间的变化图象为 a 24 考点一 考点二 考点三 考点四 解析当垂直于纸面向里的磁通量在增大时 垂直于纸面向外的磁通量在减小 故总磁通量变化为垂直于纸面向里增大 根据楞次定律 可知感应电流方向为正 b d错误 由可知 电路中电流大小恒定不变 故a正确 25 考点一 考点二 考点三 考点四 思维发散画出ab和cd边受到的安培力随时间变化的图象 向右为正方向 答案见解析解析根据左手定则 电流方向和磁场方向可画出f安 t图象 26 考点一 考点二 考点三 考点四 规律方法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 27 考点一 考点二 考点三 考点四 电磁感应中的电路问题 m 典题5 多选 直角三角形金属框abc放置在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度大小为b 方向平行于ab边向上 若金属框绕ab边向纸面外以角速度 匀速转动90 从上往下看逆时针转动 如图甲所示 c a两点的电势差为uca 通过ab边的电荷量为q 若金属框绕bc边向纸面内以角速度 匀速转动90 如图乙所示 c a两点的电势差为uca 通过ab边的电荷量为q 已知bc ab边的长度都为l 金属框的总电阻为r 下列判断正确的是 ad 28 考点一 考点二 考点三 考点四 29 考点一 考点二 考点三 考点四 典题6 多选 如图所示 边长为l 不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域 其磁感应强度b随时间t的变化关系为b kt 常量k 0 回路中滑动变阻器r的最大阻值为r0 滑片p位于滑动变阻器中央 定值电阻r1 r0 r2 闭合开关s 电压表的示数为u 不考虑虚线mn右侧导体的感应电动势 则 a r2两端的电压为b 电容器的a极板带正电c 滑动变阻器r的热功率为电阻r2的5倍d 正方形导线框中的感应电动势为kl2 ac 30 考点一 考点二 考点三 考点四 31 考点一 考点二 考点三 考点四 规律方法解答电磁感应中电路问题的三个步骤1 确定电源 利用或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 32 考点一 考点二 考点三 考点四 电磁感应中的动力学和能量问题 h 典题7 多选 2017河北石家庄模拟 如图甲所示 质量m 3 0 10 3kg的 形金属细框竖直放置在两水银槽中 形框的水平细杆cd长l 0 20m 处于磁感应强度大小b1 1 0t 方向水平向右的匀强磁场中 有一匝数n 300匝 面积s 0 01m2的线圈通过开关s与两水银槽相连 线圈处于与线圈平面垂直 沿竖直方向的匀强磁场中 其磁感应强度b2随时间t变化的关系如图乙所示 t 0 22s时闭合开关s 瞬间细框跳起 细框跳起瞬间安培力远大于重力 跳起的最大高度h 0 20m 不计空气阻力 重力加速度g取10m s2 下列说法正确的是 33 考点一 考点二 考点三 考点四 a 0 0 10s内线圈中的感应电动势大小为3vb 开关s闭合瞬间 cd中的电流方向由c到dc 磁感应强度b2的方向竖直向下d 开关s闭合瞬间 通过细杆cd的电荷量为0 03c 答案bd 34 考点一 考点二 考点三 考点四 35 考点一 考点二 考点三 考点四 典题8 多选 2017江西南昌模拟 在如图所示的倾角为 的光滑斜面上 存在着两个磁感应强度大小均为b的匀强磁场区域 区域 的磁场方向垂直于斜面向上 区域 的磁场方向垂直于斜面向下 磁场宽度hp及pn均为l 一个质量为m 电阻为r 边长也为l的正方形导线框 由静止开始沿斜面下滑 t1时刻ab边刚越过gh进入磁场 区域 此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动 t2时刻ab边下滑到jp与mn的中间位置 此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动 重力加速度为g 下列说法正确的是 36 考点一 考点二 考点三 考点四 a 当ab边刚越过jp时 导线框的加速度大小为a gsin b 导线框两次匀速直线运动的速度v1 v2 4 1c 从t1到t2的过程中 导线框克服安培力做功的大小等于重力势能的减少量d 从t1到t2的过程中 有机械能转化为电能 答案bd 37 考点一 考点二 考点三 考点四 38 考点一 考点二 考点三 考点四 典题9 2017湖北名校联考 如图所示 ad与a1d1为水平放置的无限长平行金属导轨 dc与d1c1为倾角为 37 的平行金属导轨 两组导轨的间距均为l 1 5m 导轨电阻忽略不计 质量为m1 0 35kg 电阻为r1 1 的导体棒ab置于倾斜导轨上 质量为m2 0 4kg 电阻为r2 0 5 的导体棒cd置于水平导轨上 轻质细绳跨过光滑滑轮一端与cd的中点相连 另一端悬挂一轻质挂钩 导体棒ab cd与导轨间的动摩擦因数相同 且最大静摩擦力等于滑动摩擦力 整个装置处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度为b 2t 初始时刻 棒ab在倾斜导轨上恰好不下滑 g取10m s2 sin37 0 6 39 考点一 考点二 考点三 考点四 1 求导体棒与导轨间的动摩擦因数 2 在轻质挂钩上挂上物体p 细绳处于拉伸状态 将物体p与导体棒cd同时由静止释放 当p的质量不超过多大时 ab始终处于静止状态 导体棒cd运动过程中 ab cd一直与dd1平行 且没有与滑轮相碰 3 若p的质量取第 2 问中的最大值 由静止释放开始计时 当t 1s时cd已经处于匀速直线运动状态 求在这1s内ab上产生的热量为多少 40 考点一 考点二 考点三 考点四 解析 1 对ab棒 由平衡条件得m1gsin m1gcos 0解得 或0 75 2 当p的质量最大时 p和cd的运动达到稳定时 p和cd一起做匀速直线运动 ab处于静止状态 但摩擦力达到最大且沿斜面向下 设此时电路中的电流为i对ab棒 由平衡条件得沿斜面方向 ilbcos m1gsin fn 0垂直于斜面方向 fn ilbsin m1gcos 0或水平方向 ilb fnsin fncos 0竖直方向 fncos fnsin m1g 0对cd棒 设绳中的张力为ft 由平衡条件得ft ilb m2g 0对p 由平衡条件得mg ft 0联立以上各式得 m 1 5kg故当p的质量不超过1 5kg时 ab始终处于静止状态 41 考点一 考点二 考点三 考点四 42 考点一 考点二 考点三 考点四 思维激活1 当p的质量最大时 ab杆受到的摩擦力方向如何 cd杆做何种运动 2 分析p物体下滑过程中的能量转化 答案1 沿斜面向下 达到最大静摩擦力 cd杆做匀速直线运动 2 物体p减少的重力势能转化为cd杆与导轨摩擦产生的热量 电路中产生的热量及物体p和杆cd的动能 43 考点一 考点二 考点三 考点四 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用1 2017山东菏泽模拟 如图1所示 固定闭合线圈abcd处于方向垂直于纸面向外的磁场中 磁感线分布均匀 磁场的磁感应强度大小b随时间t的变化规律如图2所示 则下列说法正确的是 a t 1s时 ab边受到的安培力方向向左b t 2s时 ab边受到的安培力为0c t 2s时 ab边受到的安培力最大d t 4s时 ab边受到的安培力最大 b 44 考点一 考点二 考点三 考点四 解析由题图2知 0 2s内磁感应强度大小逐渐增大 根据楞次定律和左手定则判断知ab边受到的安培力方向向右 故a错误 t 2s时 感应电流i 0 安培力f 0 故b正确 c错误 t 4s时 b 0 安培力f 0 故d错误 45 考点一 考点二 考点三 考点四 2 多选 2017江西南昌模拟 如图所示 光滑水平面上存在有界匀强磁场 磁感应强度为b 质量为m 边长为a的正方形导体线框abcd斜向穿进磁场 当ac刚进入磁场时速度为v 方向与磁场边界成45 若线框的总电阻为r 则 cd 46 考点一 考点二 考点三 考点四 47 考点一 考点二 考点三 考点四 电磁感应中的图象问题3 多选 2017山东泰安模拟 矩形导体线框abcd固定放在匀强磁场中 磁场方向与线圈平面垂直 磁感应强度b随时间t变化的图象如图所示 设t 0时刻 磁感应强度的方向垂直于纸面向