高考第一轮复习教案-电磁感应

第1课电磁感应现象第1课一、电磁感应【例1】线圈在长直导线电流的磁场中，作如图所示的运动：A向右平动；B向下平动，C、绕轴转动（ad边向外），D、从纸面向纸外作平动，E、向上平动（E线圈有个缺口），判断线圈中有没有感应电流？【例2】如图所示，当导线MN中通以向右方向电流的瞬间，则cd中电流的方向（B）A．由C向dB．由d向CC．无电流产生D．AB两情况都有可能二、感应电流方向的判定【例3】图中为地磁场磁感线的示意图，在南半球地磁场的竖直分量向上，飞机在南半球上空匀速飞行，机翼保持水平，飞机高度不变，由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差．设飞行员左方机翼末端处的电势为U1，右方机翼末端处的电势为U2A．若飞机从西往东飞，U1比U2高；B．若飞机从东往西飞，U2比U1高；C．若飞机从南往北飞，U1比U2高；D．若飞机从北往南飞，U2比U1高；2.楞次定律(1)楞次定律:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．(2)对“阻碍”的理解这里的“阻碍”不可理解为“相反”，感应电流产生的磁场的方向，当原磁场增加时，则与原磁场方向相反，当原磁场减弱时，则与原磁场方向相同；也不可理解为“阻止”，这里是阻而未止．(3)楞次定律的另一种表达:感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因.即由电磁感应现象而引起的一些受力、相对运动、磁场变化等都有阻碍原磁通量变化的趋势。(4)楞次定律应用时的步骤①先看原磁场的方向如何．②再看原磁场的变化（增强还是减弱）．③根据楞次定律确定感应电流磁场的方向．④再利用安培定则，根据感应电流磁场的方向来确定感应电流方向．【例4】如图所示，小金属环靠近大金属环，两环互相绝缘，且在同一平面内，小圆环有一半面积在大圆环内，当大圆环接通电源的瞬间，小圆环中感应电流的情况是A.无感应电流B.有顺时针方向的感应电流C.有逆时针方向的感应电流D.无法确定【例5】如图所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电导线的下方，当通电直导线中电流I增大时，圆环的面积S和橡皮绳的长度L将变化：①S增大；②S减小；③L变长；.④L变短．正确的是（）A.①③;B.①④;C.②③;D.①④【例6】如图所示，闭合线框ABCD和abcd可分别绕轴线OO/，转动．当abcd绕OO/轴逆时针转动时〔俯视图），问ABCD如何转动？【例7】用一种新材料制成一闭合线圈，当它浸入液氮中时，会成为超导体，这时手拿一永磁体，使任一磁极向下，放在线圈的正上方，永磁体便处于悬浮状态，这种现象称为超导体磁悬浮，可以用电磁感应及有关知识来解释这一现象．【例8】在光滑水平面上固定一个通电线圈，如图所示，一铝块正由左向右滑动穿过线圈，那么下面正确的判断是（）A.接近线圈时做加速运动，离开时做减速运动B.接近和离开线圈时都做减速运动C.一直在做匀速运动D.在线圈中运动时是匀速的规律方法1、楞次定律的理解与应用【例9】如图所示，一个电感很大的线圈通过电键与电源相连，在其突出部分的铁芯上套有一个很轻的铝环，关于打开和闭合电键时将会发生的现象，有以下几种说法：①闭合电键瞬间，铝环会竖直向上跳起；②打开电键瞬间，铝环会增大对线圈的压力；③闭合电键瞬间，铝环会增大对线圈的压力；④打开电键瞬间，铝环会竖直向上跳起。其中判断正确的是()A.①②;B.①③;C.①④;D.②③;【例10】磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内，有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd，沿垂直于磁感线方向，以速度v匀速通过磁场，如图所示，从ab边进入磁场算起．画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象线框中感应电流的方向【例11】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abcdaB．先abcda，再dcbadC．始终是dcbadD．先dcbad，再abcda，后dcbad【例12】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从正上方下落至l的正下方过程中，从上往下看，线圈2中的感应电流应为（）A．无感应电流B．有顺时针方向的感应电流C、先是顺时针方向，后是逆时针方向的感应电流D、先是逆时针方向，后是顺时针方向的感应电流【例13】如图所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆如图立在导轨上,OP＞OQ，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中QO端始终在OC上，P端始终在AO上，直到完全落在OC上，空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ棒滑动的过程中，下列判断正确的是（）A.感应电流的方向始终由P→QB.感应电流的方向先由P→Q，再是Q→PC.PQ受磁场力的方向垂直于棒向左D.PQ受磁场力的方向垂直于棒先向左，再向右2、力学与电磁磁应的综合应用解决这类问题一般分两条途径:一是注意导体或运动电荷在磁场中的受力情况分析和运动状态分析;二是从动量和功能方面分析,由有关的规律进行求解【例14】如图所示，闭合金属环从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，整个装置处在磁场中，设闭合环初速为零，摩擦不计，则A．若是匀强磁场，环滚的高度小于hB．若是匀强磁场，环滚的高度等于hC、若是非匀强磁场，环滚的高度小于h。D、若是非匀强磁场，环滚的高度大于h。【例15】如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有足够长的光滑绝缘杆MN，上挂一光滑铝环A,在弧形轨道上高为h的地方无初速度释放磁铁B（可视为质点），B下滑至水平轨道时恰好沿A的中心轴线运动，设A,B的质量为MA.MB，求A获得的最大速度和全过程中A获得的电能．（忽略B沿弧形轨道下滑时环A中产生的感应电流）第2课散法拉第电磁感应定律、自感第2课基础知识一、法拉第电磁感应定律【例1】两根平行的长直金属导轨，其电阻不计，导线ab、cd跨在导轨上且与导轨接触良好，如图11—17所示，ab的电阻大于cd的电阻，当d在外力F1，（大小）的作用下，匀速向右运动时，ab在外力F2（大小）作用下保持静止，那么在不计摩擦力的情况下（Uab、Ucd是导线与导轨接触处的电势差）（）A．F1＞F2，Uab＞UcdB．F1＜F2，Uab＝UcdC．F1＝F2，Uab＞UcdD．F1＝F2，Uab=Ucd【例2】如图所示，磁场方向与水平而垂直，导轨电阻不计，质量为m长为l，电阻为R的直导线AB可以在导轨上无摩擦滑动从静止开始下滑过程中，最大加速度为；最大速度为。二、感应电量的计算N(1)Q＝IΔt=εΔt/R＝ΔΦ/RN(2)当线圈是N匝时则电量为：Q=NΔΦ/R如图所示，当磁铁完全插入时，假设线圈中磁通量变化为ΔΦ，通过每匝线圈磁通量变化与N匝线圈的磁通量变化一样都为ΔΦ；通过每匝线圈磁通量的变化率都为ΔΦ/Δt，因为是N匝，相当于N个相同电源串联，所以线圈的感应电动势ε＝Nε0=NΔΦ/Δt．(3)如图所示，磁铁快插与慢插两情况通过电阻R的电量一样，但两情况下电流做功及做功功率不一样．【例3】.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。将FL1L2Bv线圈以向右的速度v匀速拉出磁场，求：①拉力F大小；②拉力的功率P；③拉力做的功W；FL1L2Bv解析：特别要注意电热Q和电荷q的区别，其中q与速度无关！三.自感现象【例4】在图中，L是自感系数足够大的线圈，其直流电阻可以忽略不计，D1和D2是两个相同的灯泡，若将电键K闭合，待灯泡亮度稳定后再断开电键K，则()A．电键K闭合时，灯泡D1和D2同时亮，然后D1会变暗直到不亮，D2更亮B．电键K闭合时，灯泡D1很亮，D2逐渐变亮，最后一样亮亮亮C．电键K断开时，灯泡D2随之熄灭。而D1会更下才熄灭D．电键K断开时，灯泡D1随之熄灭，而D2会更下才熄灭【例5】如图所示是演示自感现象的电路图．L是一个电阻很小的带铁芯的自感线圈，A是一个标有“6V，4w”的小灯泡，电源电动势为6V，内阻为3Ω，在实验中（）A．S闭合的瞬间灯泡A中有电流通过，其方向是从a→bB．S闭合后，灯泡A不能正常工作C．S由闭合而断开瞬间，灯A中无电流D．S由闭合而断开瞬间，灯A中有电流通过，其方向为从b→a规律方法1、Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt三个概念的区别磁通量Ф=BScosθ，表示穿过这一平面的磁感线条数；磁通量的变化量△Ф=Ф2－Ф1表示磁通量变化的多少；磁通量的变化率ΔФ/Δt表示磁通量变化的快慢.Ф大,ΔФ及ΔФ/ΔT不一定大,ΔФ/ΔT大，Ф及ΔФ也不一定大．它们的区别类似于力学中的v.ΔV及a=ΔV/△t的区别.【例6】长为a宽为b的矩形线圈，在磁感强度为B的匀强磁场中垂直于磁场的OO′轴以恒定的角速度ω旋转，设t=0时，线圈平面与磁场方向平行，则此时的磁通量和磁通量的变化率分别是[]．【例6】如图所示，AB是两个同心圆，半径之比RA∶RB=2∶1，AB是由相同材料，粗细一样的导体做成的，小圆B外无磁场，B内磁场的变化如图所示，求AB中电流大小之比（不计两圆中电流形成磁场的相互作用）．【例7】如图所示，光滑导轨宽0.4m，ab金属棒长0.5m，均匀变化的磁场垂直穿过其面，方向如图，磁场的变化如图所示，金属棒ab的电阻为1ΩA．1s末回路中的电动势为1．6VB．1s末棒ab受安培力大小为1．28NC．1s末回路中的电动势为0．8VD．1s末棒ab受安培力大小为0．64N3、自感问题【例8】如图电路中，自感线圈电阻很小（可忽略不计），自感系数很大．A、B、C是三只完全相同的灯泡．则S闭合后（）A．S闭合瞬间，三个灯都亮B．S闭合瞬间，A灯最亮，B灯和C灯亮度相同C．S闭合后，过一会儿，A灯逐渐变暗，最后完全熄灭D．S闭合后过一会儿，B、C灯逐渐变亮，最后亮度相同【例9】如图所示，L为一纯电感线圈，R为一灯泡．下列说法中正确的是（）A．开关K接通瞬间无电流通过灯泡B．开关K接通后电路稳定时，无电流通过灯泡C．开关K断开瞬间无电流通过灯泡D．开关K接通瞬间及接通后电路稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关K断开瞬间灯泡中则有从b到a的电流4、电磁感应与力学的联系【例10】.竖直放置的U形导轨宽为L，上端串有电阻R（其余电阻不计）。磁感应强度为B的匀强磁场方向向外。金属棒ab质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦，从静止释放后保持水平而下滑。求其下滑的最大速度。*如果在该图上端电阻右边安一只电键，让ab下落一段距离后再闭合电键，那么闭合电键后ab的运动情况如何？（无论何时闭合电键，ab可能先加速后匀速，也可能先减速后匀速，但最终稳定后的速度都一样）。【例11】如图所示，质量为100g的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面h为0.8m.有一质量200g的磁铁以10m/s的水平速度射入并穿过铝环，落在距铝环原位置水平距离3.6m处，则在磁铁与铝环发生相互作用时：（1)铝环向哪边偏斜？它能上升多高？(2)在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？第3课专题：电磁感应中的电路分析和图象问题第3课规律方法一、电路分析主要步骤是：1.确定电源．产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源，利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小，利用楞次定律确定其正负极．需要强调的是：在电源内部电流是由负极流向正极的，在外部从正极流向外电路，并由负极流人电源．如无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向．2.分析电路结构，画出等效电路图．这一步的实施的本质是确定“分析”的到位与准确．承上启下，为下一步的处理做好准备．3.利用电路规律求解．主要还是欧姆定律、串并联电路、电功、电热．【例1】如图所示，粗细均匀的金属环的电阻为R，可转动原金属杆OA的电阻为R/4，杆长为L，A端与环相接触，一定值电阻分别与杆的端点O及环边连接，杆OA在垂直于环面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度ω顺时针转动，又定值电阻为R/2，求电路中总电流的变化范围。【例2】如图所示，半径为a的圆形区域内有匀强磁场，磁感应强度B＝0.2T，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场同心地旋转，磁场与环面垂直，其中a=0.4m,b＝0.6m.金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R0＝2Ω.一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均不计．（1)若棒以v0=5m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径00'的瞬时,MN中的电动势和流过L1的电流．(2)撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL2O/以OO/为轴向上翻转900，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为T/s，求L1的功率．二、图象问题顺时针【例3】一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正。在磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内，如图所示。现令磁感应强度B随时间t变化，先按下图中的oa图线变化，后来又按bc和ad变化，令E1,E2,E3,分别表示这三段变化过程中的感应电动势的大小，I1、I2、I3分别表示对应的感应电流，则（）顺时针A.El＞E2，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向.B.El＜E2，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向.C.E1＜E2，I2沿顺时针方向，I3沿逆时针方向D.E2=E3,I2沿顺时针方向，I3沿顺时针方向【例4】如图所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区城内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场，螺线管下方水平桌面上有一导体圆环．导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按图中哪一图线所表示的方式随时间变化时，导体圆环将受到向上的磁场作用力（）BBACD【例5】如图中A是一个边长为L的正方形线框，电阻为R，今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动。并穿过图中所示的匀强磁场B区域，若以X轴正方向作为力的正方向，线框在图示位置的时刻作为时间的零点，则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为图中的【例6】一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感强度B的正方向，线圈中的箭头为电流I的正方向．线圈及线圈中感应电流I随时间变化的图线如图所示，则磁感强度B随时间变化的图线可能是图中的（）【例7】如图(a）所示，一个边长为a，电阻为R的等边三角形线框在外力作用下以速度v匀速地穿过宽度为a的两个匀强磁场．这两个磁场的磁感应强度大小均为B，方向相反，线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直．取逆时针方向的电流为正，试通过计算，画出从图示位置开始，线框中产生的感应电流I与沿运动方向的位移X之间的函数图象．【例8】如图（l）所示，OO/和OPQ是位于同一水平面上的两根金属导轨，处于竖直方向的匀强磁场中，磁感强度为B，导轨OP与OO/成45o角，PQ与OO/平行，相距为d，且足够长．一金属杆在t＝0的时刻从O点出发，以恒定的速度v沿导轨向右滑动，在滑动过程中，杆始终保持与OO/垂直，且与两导轨接触良好，金属杆和导轨OO/的电阻可以不计，OPQ有电阻，且每单位长度的电阻力R，求在开始滑动后的任一时刻t，通过金属杆的电流强度i，并在图（2）中的i—t坐标上定性地画出电流i随时间t变化的关系曲线．【例9】在图甲中，直角坐标系0xy的1、3象限内有匀强磁场，第1象限内的磁感应强度大小为2B，第3象限内的磁感应强度大小为B，磁感应强度的方向均垂直于纸面向里.现将半径为l，圆心角为900的扇形导线框OPQ以角速度ω绕O点在纸面内沿逆时针匀速转动，导线框回路电阻为R.(1)求导线框中感应电流最大值.(2)在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流I随时间t变化的图象.(规定与图甲中线框的位置相对应的时刻为t=0)(3)求线框匀速转动一周产生的热量.OO2BxBy图甲┛ωPlQIIOt图乙第4课专题:电磁感应与力学综合第4课规律方法一、与运动学与动力学结合的题目【例1】如图所示，一倾斜的金属框架上设有一根金属棒，由于摩擦力的作用，在没有磁场时金属棒可在框架上处于静止状态，从t0时刻开始，给框架区域加一个垂直框架平面斜向上的逐渐增强的匀强磁场，到t时刻，棒开始运动，在t0到t这段时间内，金属棒所受的摩擦力A．不断增大；B．不断减小；C．先减小后增大；D．先增大后减小，【例2】如图所示，足够长的U形导体框架的宽度L＝0.40m，电阻不计，其所在平面与水平面成α＝370角，磁感强度B=1．0T的匀强磁场方向垂直于框平面，一根质量为m＝0.20kg，有效电阻R=1．0Ω的导体棒MN垂直跨放在U形架上，该导体棒与框架间的动摩擦因数μ＝0．50，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动时，通过的位移S＝3．0m，求：（1）导体棒运动过程中某一0.【例3】如图所示，水平放置的两根金属导轨位于方向垂直于导轨平面并指向纸里的磁场中，导轨上有两根小金属导体杆ab、cd，能沿导轨无摩擦地滑动，金属杆ab、cd与导轨间的接触电阻可忽略不计，开始时，ab、cd都是静止的，现在让cd杆以初速度v向右开始运动，如果两根导轨足够长，则（）A．cd始终做减速运动，ab始终做加速运动并追上cdB．cd始终做减速运动，ab始终做加速运动，但追不上cdC、cd先做减速运动，后作加速运动，ab先做加速运动后作减速运动D．开始cd做减速运动，ab做加速运动．最终两杆以相同速度做匀速运动【例4】如图所示，金属杆a在离地h高处从静止开始沿弧形轨道下滑，平行导轨的水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平部分导轨上原来放有一金属杆b，已知a杆的质量为ma，且与b杆的质量比为ma：mb＝3：4，水平导轨足够长，不计摩擦，求：（1）当P棒进入磁场后，a、b棒各做什么运动？a和b的最终速度分别是多大？（2）a棒刚进入磁场时，a、b棒加速度之比为多少？整个过程中回路释放的电能是多少？（3）若已知a、b杆的电阻之比Ra：Rb=3：4，其余电阻不计，整个过程中a、b上产生的热量分别是多少？【例5】如图所示abcde和a/b/c/d/e/为两平行的光滑导轨，aa/＝2cc/，de、d/e/部分为与直轨相切的半径均为R的半圆形轨道，且处于竖直平面内，直轨部分处于竖直向上的匀强磁场中，弯曲部分处于磁场外，在靠近aa/和cc/处有两根金属棒MN、PQ，质量分别为2m和m，为使棒PQ能沿导轨运动而通过半圆形轨道的最高点ee/，在初始位置必须给棒MN以多大的冲量（假设两段水平直轨道足够长，PQ出磁场时MN仍在宽轨道上运动）．二、电磁感应定律与能量【例6】甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO/旋转，当它们以相同的初角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止，若将两环置于磁感强度为B的大小相同的匀强磁场中，乙环的转轴与磁场方向平行，甲环的转轴与磁场方向垂直，如图所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断中正确的是（）A．甲环先停；B．乙环先停。C．两环同时停下；D．无法判断两环停止的先后；【例7】如图所示，两根光滑的金属导轨平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻忽略不计，斜面处在方向垂直斜面向上的匀强磁场中，一质量为m，电阻可忽略不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下，沿导轨匀速上滑，并上升高度h，在这一过程中（）A．作用于金属棒的合力做功为零B．作用于金属棒的合力做功为重力势能mgh与电阻发出的焦耳热之和C．恒力F与安培力的合力所做的功等于零D．恒力F与重力的合力做的功等于电阻R上发出的焦耳热【例8】如图所示，有一水平放置的光滑导电轨道，处在磁感强度为B＝0．5T，方向向上的匀强磁场中．轨道上放一根金属杆，它的长度恰好等于轨道间的间距L＝0．2m，其质量m＝0．1kg，电阻r=0．02Ω．跨接在轨道间的电阻R＝1．18Ω．轨道电阻忽略不计，g＝10m／s2，（1）要使金属杆获得60m／s的稳定速度，应对它施加多大的水平