2017年高考物理电磁感应部分备考分析

2017年高考物理电磁感应局部(júbù)备考分析第一页，共83页。2017年高考物理试题着重考查考生(kǎoshēng)的知识、能力和科学素养，注重理论联系实际，注意物理与科学技术、社会和经济开展的联系，注意物理知识在生产、生活等方面的广泛应用，以有利于高校选拨新生，有利于激发考生(kǎoshēng)学习科学的兴趣，培养实事求是的态度，形成正确的价值观，促进“知识与技能〞“过程与方法〞“情感态度与价值观〞三维课程培养目标的实现。考试(kǎoshì)说明第二页，共83页。科学(kēxué)素养的内涵非常广泛和深刻,不容易概括.科学(kēxué)素养应具备以下两方面的含义：〔1〕人们在学习科学(kēxué)知识中所形成的科学(kēxué)概念、科学(kēxué)过程等；〔2〕人在学习科学(kēxué)知识、运用科学(kēxué)知识改造自然过程中所形成的内在修养.第三页，共83页。目前，高考物理科要考查的能力主要包括以下几个方面：理解能力推理能力分析综合能力应用数学解决物理问题的能力实验(shíyàn)能力 在高考考查的五种能力的最后说明中，将“高考对考生发现问题、提出问题等探究能力的考查渗透在以上各种能力的考查中。〞改为“高考对考生发现问题、提出问题并加以论证解决等探究能力的考查渗透在以上各种能力的考查中。〞第四页，共83页。3-2中电磁感应(diàncí-gǎnyìng)的考试内容：电磁(diàncí)感应现象、磁通量、自感、涡流的要求都是Ⅰ，其中并没有提到电磁(diàncí)阻尼和电磁(diàncí)驱动。Ⅰ.的要求就是对所列知识要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用。第五页，共83页。法拉第电磁感应定律和楞次定律的要求是Ⅱ.Ⅱ.的要求就是对所列知识要理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进行表达和解释，并能在实际问题(wèntí)的分析、综合、推理和判断等过程中运用。与课程标准中的“理解〞和“应用〞相当。第六页，共83页。知识点一电磁感应现象(xiànxiàng)1.电磁感应现象(xiànxiàng)当穿过闭合电路的磁通量_________时，电路中有_________产生的现象(xiànxiàng).2.产生感应电流的条件(1)条件：穿过闭合电路的磁通量_________.(2)特例：闭合电路的一局部导体在磁场内做___________的运动.发生变化感应电流(gǎnyìngdiànliú)发生变化切割(qiēgē)磁感线第七页，共83页。3.产生电磁感应(diàncí-gǎnyìng)现象的实质电磁感应(diàncí-gǎnyìng)现象的实质是产生____________，如果回路闭合那么产生__________；如果回路不闭合，那么只产生___________，而不产生__________.4.能量转化发生电磁感应(diàncí-gǎnyìng)现象时，机械能或其他形式的能转化为_____.感应(gǎnyìng)电动势感应电流(gǎnyìngdiànliú)感应电动势感应电流电能第八页，共83页。(2015新课标I-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，如下图，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(qǐlái)，但略有滞后，以下说法正确的选项是A.圆盘上产生(chǎnshēng)了感应电动势B.圆盘内的感应电流产生(chǎnshēng)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了电流，此电流产生(chǎnshēng)的磁场导致磁针转动【答案】A、B第九页，共83页。【2015新课标II-15】15.如图，直角三角形金属(jīnshǔ)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(jīnshǔ)框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.bc边的长度为l。以下判断正确的选项是A．Ua>Uc，金属框中无电流(diànliú)B.Ub>Uc，金属框中电流(diànliú)方向沿a-b-c-aC.Ubc=-1/2Bl²ω，金属框中无电流(diànliú)D.Ubc=1/2Bl²w，金属框中电流(diànliú)方向沿a-c-b-a【答案】C第十页，共83页。知识点二楞次定律(lénɡcìdìnɡlǜ)阻碍(zǔài)磁通量导体(dǎotǐ)运动切割磁感线第十一页，共83页。要点一楞次定律的理解及应用[突破指南(zhǐnán)]1.判断感应电流方向的“四步法〞第十二页，共83页。审题指导(zhǐdǎo)第十三页，共83页。【借题发挥(jiètífāhuī)】楞次定律中“阻碍〞的主要表现形式第十四页，共83页。要点二“三个定那么、一个定律〞的综合应用技巧[突破指南]1.应用现象及规律(guīlǜ)比较基本现象应用的定则或定律运动电荷、电流产生的磁场安培定则磁场对运动电荷、电流的作用力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律第十五页，共83页。2016年〔上海卷，19〕.如图〔a〕，螺线管内有平行于轴线(zhóuxiàn)的外加匀强磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一小金属圆环L，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按图〔b〕所示规律变化时〔A〕在t1~t2时间内，L有收缩趋势(qūshì)〔B〕在t2~t3时间内，L有扩张趋势(qūshì)〔C〕在t2~t3时间内，L内有逆时针方向的感应电流〔D〕在t3~t4时间内，L内有顺时针方向的感应电流【答案】AD第十六页，共83页。2016、〔浙江卷，16〕16．如下图，a、b两个闭合正方形线圈用同样(tóngyàng)的导线制成，匝数均为10匝，边长la=3lb，图示区域内有垂直纸面向里的均强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，那么A．两线圈内产生顺时针方向的感应电流B．a、b线圈中感应电动势之比为9:1C．a、b线圈中感应电流之比为3:4D．a、b线圈中电功率之比为3:1【答案】B第十七页，共83页。2016〔海南卷，4〕如图，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直(shùzhí)平面内，环的圆心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。假设A．金属环向上运动，那么环上的感应电流方向为顺时针方向B．金属环向下运动，那么环上的感应电流方向为顺时针方向C．金属环向左侧直导线靠近，那么环上的感应电流方向为逆时针D．金属环向右侧直导线靠近，那么环上的感应电流方向为逆时针【答案(dáàn)】D第十八页，共83页。知识点三、自感涡流1.自感现象由于通过导体(dǎotǐ)自身的_____________而产生的电磁感应现象.2.自感电动势(1)定义：在________中产生的感应电动势.(2)表达式：________.(3)自感系数L①相关因素：与线圈的大小、形状、_____以及是否有______等因素有关.②单位：亨利(H)，常用单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)、1mH＝______H， 1μH＝_____H.电流(diànliú)发生变化自感(zìɡǎn)现象圈数铁芯10－310－6第十九页，共83页。【名师(mínɡshī)助学】第二十页，共83页。3.涡流当线圈中的电流发生变化时，在它附近的导体中产生的像水的旋涡一样的_________.电磁阻尼:当导体在磁场中运动时,感应电流(gǎnyìngdiànliú)会使导体受到_______,安培力的方向总是______导体的相对运动.感应电流(gǎnyìngdiànliú)安培力阻碍(zǔài)第二十一页，共83页。1.感应电动势(1)概念：在_____________中产生的电动势.(2)产生条件：穿过(chuānɡuò)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.电磁感应(diàncí-gǎnyìng)现象磁通量无关(wúguān)楞次定律右手定那么知识点三法拉第电磁感应定律第二十二页，共83页。2.法拉第电磁感应定律(1)内容：闭合电路(diànlù)中感应电动势的大小，跟穿过这一电路(diànlù)的_______________成正比.(2)公式：_________，其中n为_________.(3)感应电流与感应电动势的关系：遵守______________定律，即I＝______.磁通量的变化率线圈(xiànquān)匝数闭合电路(bìhédiànlù)欧姆第二十三页，共83页。第二十四页，共83页。要点(yàodiǎn)四导体切割磁感线产生感应电动势的计算1.四种求感应电动势方法的比较表达式情景图研究对象意义适用条件E＝回路(不一定闭合)一般求平均电动势，当Δt→0时求的是瞬时电动势匀强磁场定量计算，非匀强磁场定性分析第二十五页，共83页。第二十六页，共83页。第二十七页，共83页。2016年〔全国新课标II卷，20〕法拉第圆盘发动机的示意图如下图．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(biānyuán)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，以下说法正确的选项是A．假设圆盘转动的角速度恒定，那么电流大小恒定B．假设从上向下看，圆盘顺时针转动，那么电流沿a到b的方向流动C．假设圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，那么电流方向可能发生变化D．假设圆盘转动的角速度变为原来的两倍，那么电流在R上的热功率也变为原来的2倍【答案(dáàn)】AB第二十八页，共83页。⑴金属杆在磁场(cíchǎng)中运动时产生的电动势的大小；⑵电阻的阻值．第二十九页，共83页。要点五电磁感应中的电路问题(wèntí)[突破指南]1.电磁感应中电路知识的关系图第三十页，共83页。3.分析(fēnxī)电磁感应电路问题的根本思路第三十一页，共83页。第三十二页，共83页。(2)安培力的方向(fāngxiàng)判断(3)牛顿第二定律(dìnglǜ)及功能关系第三十三页，共83页。第三十四页，共83页。【借题发挥】分析电磁感应中动力学问题的根本思路电磁感应中产生的感应电流使导体棒在磁场中受到安培力的作用，从而影响导体棒的受力情况(qíngkuàng)和运动情况(qíngkuàng).分析如下：第三十五页，共83页。要点七电磁感应中的能量问题[突破指南]1.电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现(shíxiàn)的，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，外力克服安培力做功，那么是其他形式的能转化为电能的过程.第三十六页，共83页。2.能量转化(zhuǎnhuà)及焦耳热的求法(1)能量转化(zhuǎnhuà)(2)求解焦耳(jiāoěr)热Q的三种方法①利用焦耳(jiāoěr)定律求Q即Q＝I2Rt②利用功能关系求Q即Q＝W克服安培力③利用能量转化求Q即Q＝ΔE其他能的减少量.第三十七页，共83页。〔2015四川-11〕．〔18分〕如下图，金属导轨MNC和PQD，MN与PQ平行且间距为L，所在平面与水平面夹角为α，N、Q连线与MN垂直，M、P间接有阻值为R的电阻；光滑直导轨NC和QD在同一水平面内，与NQ的夹角都为锐角θ。均匀金属棒ab和ef质量均为m，长均为L，ab棒初始位置在水平导轨上与NQ重合；ef棒垂直放在倾斜导轨上，与导轨间的动摩擦因数为μ〔μ较小〕，由导轨上的小立柱1和2阻挡而静止。空间有方向竖直的匀强磁场〔图中未画出〕。两金属棒与导轨保持良好接触。不计所有导轨和ab棒的电阻，ef棒的阻值为R，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，忽略感应电流产生(chǎnshēng)的磁场，重力加速度为g。第三十八页，共83页。〔1〕假设磁感应强度大小为B，给ab棒一个垂直于NQ、水平(shuǐpíng)向右的速度v1，在水平(shuǐpíng)导轨上沿运动方向滑行一段距离后停止，ef棒始终静止，求此过程ef棒上产生的热量；〔2〕在〔1〕问过程中，ab棒滑行距离为d，求通过ab棒某横截面的电量；〔3〕假设ab棒以垂直于NQ的速度v2在水平(shuǐpíng)导轨上向右匀速运动，并在NQ位置时取走小立柱1和2，且运动过程中ef棒始终静止。求此状态下最强磁场的磁感应强度及此磁场下ab棒运动的最大距离。第三十九页，共83页。[2016·浙江卷]小明设计的电磁健身器的简化装置如图1­10所示，两根平行金属导轨相距l＝0.50m，倾角θ＝53°，导轨上端串接一个R＝0.05Ω的电阻．在导轨间长d＝0.56m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B＝2.0T．质量m＝4.0kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连．CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s＝0.24m．一位健身者用恒力F＝80N拉动GH杆，CD棒由静止(jìngzhǐ)开始运动，上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直．当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置(重力加速度g取10m/s2，sin53°＝，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量)．求：第四十页，共83页。(1)CD棒进入磁场时速度v的大小；(2)CD棒进入磁场时所受的安培力FA的大小；(3)在拉升CD棒的过程中，健身(jiànshēn)者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q.[答案(dáàn)](1)2.4m/s(2)48N(3)64J26.88J第四十一页，共83页。(2013·上海高考)如图,两根相距l、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置,一端与阻值的电阻相连。导轨间x>0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场,其方向与导轨平面垂直,变化率k=0.5T/m,x=0处磁场的磁感应强度B0。一根(yīɡēn)质量、电阻的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直。棒在外力作用下从x=0处以初速度v0=2m/s沿导轨向右运动,运动过程中电阻上消耗的功率不变。求:第四十二页，共83页。(1)回路中的电流(diànliú);(2)金属棒在x=2m处的速度;(3)金属棒从x=0运动到x=2m过程中安培力做功的大小;(4)金属棒从x=0运动到x=2m过程中外力的平均功率。第四十三页，共83页。一、电磁感应中图象问题三类题型的分析1.图象类型电磁感应中主要涉及(shèjí)的图象有B­t图象、Φ­t图象、E­t图象和I­t图象.还常涉及(shèjí)感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象，即E­x图象和I­x图象.2.常见题型图象的选择、图象的描绘、图象的转换、图象的应用.第四十四页，共83页。3.所用规律一般(yībān)包括：左手定那么、安培定那么、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等.4.分析步骤(1)明确图象的种类；(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写出函数方程；(4)根据函数方程进行数学分析，例如分析斜率的变化、截距等；(5)画图象或判断图象.第四十五页，共83页。题型一图象(túxiànɡ)的选择问题类型由给定的电磁感应过程选出正确的图象解题关键根据题意分析相关物理量的函数关系、分析物理过程中的转折点、明确“＋、－”号的含义，结合数学知识做正确的判断第四十六页，共83页。【典例1】如图，在水平面(纸面)内有三根相同(xiānɡtónɡ)的均匀金属棒ab、ac和MN，其 中ab、ac在a点接触，构成“V〞字型导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使MN向右匀速运动，从图示位置开始计时，运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触.以下关于回路中电流i与时间t的关系图线，可能正确的选项是()第四十七页，共83页。答案(dáàn)A第四十八页，共83页。题型二图象(túxiànɡ)的转换问题类型由一种电磁感应的图象分析求解出对应的另一种电磁感应图象的问题解题关键(1)要明确已知图象表示的物理规律和物理过程；(2)根据所求的图象和已知图象的联系，对另一图象做出正确的判断进行图象间的转换第四十九页，共83页。【典例2】将一段导线绕成图甲所示的闭合回路，并固定在水平面(纸面)内.回路的ab边置于垂直纸面向(miànxiànɡ)里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ，以向里为磁场Ⅱ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，能正确反响F随时间t变化的图象是()第五十页，共83页。解析结合题给的B－t图象(túxiànɡ).利用楞次定律可以判断：在0～T/2时间内，ab中的电流由b到a，且大小恒定；在T/2～T时间内.ab中的电流由a到b，大小也恒定.再利用左手定那么可以判断，ab边先受到向左、恒定的安培力.后受到向右、恒定的安培力.综上可知，B正确.答案B第五十一页，共83页。题型三图象(túxiànɡ)的应用问题类型由电磁感应图象得出的物理量和规律分析求解动力学、电路等问题解题关键从图象上读取有关信息是求解本题的关键，图象是数理综合的一个重要的窗口，在运用图象解决物理问题时，第一个关键是破译，即解读图象中的关键信息(尤其是过程信息)，另一个关键是转换，即有效地实现物理信息和数学信息的相互转换.第五十二页，共83页。【典例3】水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆(见图甲)，金属杆与导轨的电阻忽略不计；磁场竖直向下.用与导轨平行的恒定(héngdìng)拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动.当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如图乙.(取重力加速度g＝10m/s2)第五十三页，共83页。(1)金属杆在匀速运动之前做什么(shénme)运动？(2)假设m＝0.5kg，L＝0.5m，R＝0.5Ω，磁感应强度B为多大？(3)由v­F图线的截距可求得什么(shénme)物理量？其值为多少？第五十四页，共83页。第五十五页，共83页。(3)由直线的截距可以求得金属杆受到的摩擦阻力Ff＝2N假设金属杆受到的阻力仅为动摩擦力，由截距可求得动摩擦因数(yīnshù)μ＝0.4.答案(1)变加速运动(2)1T(3)见解析第五十六页，共83页。二、电磁感应(diàncí-gǎnyìng)中两类含容电路的分析1.电磁感应(diàncí-gǎnyìng)回路中只有电容器元件这类问题的特点是电容器两端电压等于感应电动势，充电电流等于感应电流.第五十七页，共83页。【典例1】如下图，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ，间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于(chǔyú)匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面.在导轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触.金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g,忽略所有电阻.让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：(1)电容器极板上积累的电荷(diànhè)量与金属棒速度大小的关系；(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系.第五十八页，共83页。第五十九页，共83页。第六十页，共83页。第六十一页，共83页。第六十二页，共83页。2.电磁感应回路中，电容器与电阻并联问题这一类问题的特点是电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压，充电过程中的电流只是(zhǐshì)感应电流的一支流.稳定后，充电电流为零.第六十三页，共83页。【典例2】如下图，质量为M的导体棒ab，垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上.导轨平面与水平面的夹角为θ，并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.左侧是水平放置、间距为d的平行金属板.R和Rx分别(fēnbié)表示定值电阻和滑动变阻器的阻值，不计其他电阻.(1)调节Rx＝R，释放导体棒，当导体棒沿导轨匀速下滑时，求通过导体棒的 电流I及导体棒的速率v；(2)改变Rx，待导体棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为m、带电荷量为＋q的微粒水平射入金属板间，假设(jiǎshè)它能匀速通过，求此时的Rx.第六十四页，共83页。解析(jiěxī)(1)对匀速下滑的导体棒进行受力分析如下图.第六十五页，共83页。(3)由题意知，其等效电路图如下图.由图知，平行金属板两板间的电压等于Rx两端的电压.设两金属板间的电压为U，因为导体棒匀速下滑时的电流(diànliú)仍为I，所以由欧姆定律知U＝IRx⑥第六十六页，共83页。第