新高考物理二轮复习讲与练专题4.2 电磁感应（讲）原卷版

专题4.2电磁感应一、考情分析近3年考情分析考点要求等级要求考题统计202220212020电磁感应现象楞次定律Ⅱ2021·北京卷·T112020·浙江1月卷·T82020·江苏卷·T32020·北京卷·T8法拉第电磁感应定律及简单应用Ⅱ2022·重庆卷·T132022·重庆卷·T72022·江苏卷·T52022·上海卷·T122022·湖南卷·T102022·广东卷·T12022·广东卷·T42022·山东卷·T122022·全国甲卷·T202022·全国甲卷·T162022·浙江1月卷·T132021·重庆卷·T32021·北京卷·T72021·全国甲卷·T212021·广东卷·T102021·河北卷·T72021·河北卷·T52021·湖南卷·T102021·山东卷·T122021·山东卷·T82021·福建卷·T72020·全国=1\*ROMANI卷·T212020·浙江7月卷·T122020·全国=3\*ROMANIII卷·T242020·北京卷·T182020·海南卷·T13电磁感应中的图象问题Ⅱ2021·辽宁卷·T92020·山东卷·T12电磁感应中的动力学、动量和能量问题Ⅱ2022·海南卷·T182022·上海卷·T202022·辽宁卷·T152022·浙江1月卷·T212022·全国乙卷·T242021·浙江省6月卷·T22021·天津卷·T122021·湖北卷·T162021·海南卷·T182021·全国乙卷·T252021·浙江1月卷·T222020·江苏卷·T212020·天津卷·T112020·浙江7月卷·T222020·北京卷·T20考情总结高考对本部分内容的考查频率较高，常以选择题考查楞次定律、电磁感应中的电路、法拉第电磁感应定律、电磁感应中的图象问题、能量转换及电荷量的计算等知识点．电磁感应中常涉及B­t图象、Φ­t图象、E­t图象、I­t图象、F­t图象和v­t图象，还涉及E­x图象、I­x图象等，考查考生运用数学知识解决物理问题的能力．应考策略1．抓住两个关键：一是电动势的大小，它取决于磁通量的变化率；二是电动势的方向，实际方向与规定的正方向一致时取正，反之取负．同时注意对无感应电流区域的判断．2．加强知识迁移能力的训练：综合试题涉及力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识．主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等．二、思维导图三、讲知识1.电磁问题方向判断“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)楞次定律：判断闭合电路磁通量发生变化产生的感应电流的磁场方向。(4)右手定则：判断闭合电路中部分导体切割磁感线产生的感应电流的方向。2．楞次定律推论的应用技巧(1)“增反减同”；(2)“来拒去留”；(3)“增缩减扩”。3．四种求电动势的方法(1)平均电动势E＝neq\f(ΔΦ,Δt)。(2)垂直切割E＝BLv。(3)导体棒绕与磁场平行的轴匀速转动E＝eq\f(1,2)Bl2ω。(4)线圈绕与磁场垂直的轴匀速转动e＝nBSωsinωt。4．感应电荷量的两种求法(1)当回路中的磁通量发生变化时，由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流。通过的电荷量表达式为q＝IΔt＝neq\f(ΔΦ,ΔtR总)·Δt＝neq\f(ΔΦ,R总)。(2)导体切割磁感线运动通过的电荷量q满足的关系式：－Beq\x\to(I)lΔt＝－Blq＝mΔv。5．解决电磁感应图象问题的两种常用方法(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及是否过某些特殊点，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象进行分析和判断。6．三步解决电磁感应中电路问题(1)确定电源：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)或E＝Blv。(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)应用闭合电路欧姆定律及串并联电路的基本规律等列方程求解。7．电磁感应中力、能量和动量综合问题的分析方法(1)分析“受力”：分析研究对象的受力情况，特别关注安培力的方向。(2)分析“能量”：搞清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了变化，根据动能定理或能量守恒定律等列方程求解。(3)分析“动量”：在电磁感应中可用动量定理求变力的作用时间、速度、位移和电荷量(一般应用于单杆切割磁感线运动)。①求速度或电荷量：－Beq\x\to(I)lΔt＝mv2－mv1，q＝eq\x\to(I)Δt。②求时间：FΔt＋IA＝mv2－mv1，IA＝－Beq\x\to(I)lΔt＝－Bleq\f(ΔΦ,R总)。③求位移：－Beq\x\to(I)lΔt＝－eq\f(B2l2\x\to(v)Δt,R总)＝mv2－mv1，即－eq\f(B2l2,R总)x＝m(v2－v1)。四、讲重点重点1电磁感应现象楞次定律1.产生感应电流的三种常见情况导线切割磁感线结论：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就会产生感应电流磁铁与回路相对运动磁场发生变化2.深刻理解楞次定律中“阻碍”的含义，巧判感应电流的方向推论例证阻碍原磁通量变化——“增反减同”阻碍相对运动——“来拒去留”使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”阻碍原电流的变化——“增反减同”3.“三定则、一定律”的比较定则或定律适用的现象因果关系安培定则电流的磁效应——电流、运动电荷产生的磁场因电生磁左手定则1.安培力——磁场对电流的作用力；2．洛伦兹力——磁场对运动电荷的作用力因电受力右手定则导体做切割磁感线运动产生的电磁感应现象因动生电楞次定律闭合回路磁通量变化产生的电磁感应现象因磁生电重点2法拉第电磁感应定律及简单应用1．法拉第电磁感应定律的三种变形表达式(1)磁通量的变化仅由面积S变化引起时，ΔΦ＝BΔS，则E＝neq\f(BΔS,Δt)。(2)磁通量的变化仅由磁感应强度B变化引起时，ΔΦ＝ΔBS，则E＝neq\f(ΔBS,Δt)。注意：S为线圈在磁场中的有效面积。(3)磁通量的变化是由于面积S和磁感应强度B的共同变化引起的，应根据定义求E，ΔΦ＝|Φ末－Φ初|，则E＝neq\f(|B2S2－B1S1|,Δt)≠neq\f(ΔBΔS,Δt)。2.导体棒切割磁感线产生感应电动势平动切割E＝BlvB、l、v三者互相垂直旋转切割E＝eq\f(1,2)Bl2ω导体棒在垂直于磁场的平面绕一端以角速度ω匀速转动3.自感中灯泡“闪亮”与“不闪亮”问题与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2：①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2＞I1，灯泡“闪亮”后逐渐变暗。两种情况下灯泡中电流方向均改变4．电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力效果安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，而对外做功相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动重点3电磁感应中的图象问题分析电磁感应中的图象问题的思路与方法图象类型(1)各量随时间变化的图象：如B­t图象、φ­t图象、E­t图象、I­t图象、F­t图象等(2)各量随位移变化的图象：如E­x图象、I­x图象等问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出相应的图象(画图象)(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的问题(用图象)常用规律有关方向的判断左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律六类公式(1)平均感应电动势E＝neq\f(ΔΦ,Δt)(2)平动切割电动势E＝Blv(3)转动切割电动势E＝eq\f(1,2)Bl2ω(4)闭合电路欧姆定律I＝eq\f(E,R＋r)(5)安培力F＝BIl(6)牛顿运动定律及运动学的相关公式等常用方法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象进行分析和判断重点4电磁感应中的动力学、动量和能量问题电磁感应中的动力学、动量和能量问题解题策略动力学问题平衡态非平衡态能量问题能量转化eq\x(\a\al(其他形式,的能量))eq\o(→,\s\up7(克服安培),\s\do5(力做功))eq\x(\a\al(电,能))eq\o(→,\s\up7(电流做功),\s\do5())eq\x(\a\al(焦耳热或其他,形式的能量))焦耳热Q的三种方法动量问题对于两导体棒在平直的光滑导轨上运动的情况，如果两棒所受的外力之和为零，则考虑应用动量守恒定律处理问题当题目中涉及电荷量或平均电流时，可应用动量定理eq\x\to(BI)L·Δt＝m·Δv、q＝eq\x\to(I)·Δt来解决问题重点1电磁感应现象楞次定律例题1：（2023届·山东学情空间区域校验共同体高三上学期开学考试）“让体育走进生活，让体育锻炼人人可为、人人爱为，既是体育强国建设的目标，也是推动人的全面发展的重要途径”。深受喜爱的健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质飞轮的外侧有一些磁铁（与飞轮不接触），人在健身时带动飞轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍，拉动控制拉杆可以改变磁铁与飞轮间的距离。则（）A.飞轮受到阻力大小与其材料密度有关B.飞轮受到阻力大小与其材料电阻率无关C.飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，其受到的阻力越大D.磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到的阻力越大训练2：（2023·北京市房山区高三上学期期末）如图甲所示，探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度。若将线圈放在被测磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，磁场方向垂直纸面向里，磁场的磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是（）A.SKIPIF1<0时刻感应电动势为零B.SKIPIF1<0时间内a点电势高于b点电势CSKIPIF1<0时间内冲击电流计中电流大小保持不变D.SKIPIF1<0时间内线圈中感应电流的方向始终为逆时针方向重点2法拉第电磁感应定律及简单应用例题2：（2023届·西南汇高三上学期开学考试）如图所示，边长为L、匝数为n的正方形金属线框，它的质量为m，电阻为R，用细线把它悬挂于一个有界的垂直纸面向里的匀强磁场中，线框的上一半处于磁场内，下一半处于磁场外，磁感应强度大小随时间的变化规律为SKIPIF1<0（SKIPIF1<0）。已知细线能够承受的最大拉力为SKIPIF1<0。则（）A.线框中感应电流沿逆时针方向B.从SKIPIF1<0开始计时，线框处于静止状态的时间SKIPIF1<0C.从SKIPIF1<0开始计时，线框处于静止状态的时间SKIPIF1<0D.细线断后，若保持磁感应强度B不变，则线框将匀加速下落训练2：（2023届·山东莒南县一中高三上学期开学考试）如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，一导体棒ab绕O点在垂直于磁场的平面内匀速转动，角速度为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，导体棒产生的感应电动势大小为（）A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0重点3电磁感应中的图象问题例题3：（2023届·安徽省卓越县中联盟高三上学期开学考试）某同学将一段金属丝弯成如图1所示的平面线圈，已知圆形区域的面积为SKIPIF1<0，五角星形区域的面积为SKIPIF1<0，连接圆和五角星部分区域的面积忽略不计。现将该线圈沿垂直于磁场的方向放入一匀强磁场（垂直纸面向里的方向为磁场的正方向），且磁场磁感应强度SKIPIF1<0随时间SKIPIF1<0变化的规律如图2所示。则下列图像中能正确描述线圈两端点SKIPIF1<0间电势差SKIPIF1<0随时间SKIPIF1<0变化规律的是令SKIPIF1<0（）A. B.C. D.训练3：重点4电磁感应中的动力学、动量和能量问题例题4：（2023届·湖南九师联盟高三上学期开学考试）如图甲所示，质量为SKIPIF1<0粗细均匀总电阻为R，边长为d的正方形金属框abcd由静止开始下落（计时开始），经过一段时间进入磁感应强度大小为SKIPIF1<0的有界匀强磁场，磁场水平向里与金属框面（纸面）垂直，沿水平方向的上下边界1、2之间的距离为L