2019届二轮复习专题四电磁感应与电路考点2　电磁感应的规律及应用课件（75张） 75页

第2讲　电磁感应的规律及应用 [ 高考定位 ] 1 ． 考查内容 (1) 电磁感应现象、楞次定律。 (2) 法拉第电磁感应定律。 (3) 电磁感应中的图象问题。 (4) 电磁感应的电路、动力学、能量等综合问题。 锁定命题方向 2 ．题型、难度 高考对本讲知识考查的题目主要是选择题和计算题。选择题在上述四种知识中均有涉及而计算题主要涉及法拉第电磁感应定律，电磁感应中的图象问题和综合问题，难度中、高档。 [ 体验高考 ] 1 ．如图 4 － 2 － 1 所示，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 图 4 － 2 － 1 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 解析 　因为 PQ 突然向右运动，由右手定则可知， PQRS 中有沿逆时针方向的感应电流，穿过 T 中的磁通量减小，由楞次定律可知， T 中有沿顺时针方向的感应电流，故 D 正确， A 、 B 、 C 错误。 答案 　 D 2 ． ( 多选 ) 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 0.1 m 、总电阻为 0.005 Ω 的正方形导线框 abcd 位于纸面内， cd 边与磁场边界平行，如图 4 － 2 － 2(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 图 4 － 2 － 2 A ．磁感应强度的大小为 0.5 T B ．导线框运动的速度的大小为 0.5 m/s C ．磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D ．在 t ＝ 0.4 s 至 t ＝ 0.6 s 这段时间内，导线框所受的安培力大小为 0.1 N 答案 　 BC 3 ．如图 4 － 2 － 3 所示，由某种粗细均匀的总电阻为 3 R 的金属条制成的矩形线框 abcd ，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场中。一接入电路电阻为 R 的导体棒 PQ ，在水平拉力作用下沿 ab 、 dc 以速度 v 匀速滑动，滑动过程 PQ 始终与 ab 垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在 PQ 从靠近 ad 处向 bc 滑动的过程中 图 4 － 2 － 3 A ． PQ 中电流先增大后减小 B ． PQ 两端电压先减小后增大 C ． PQ 上拉力的功率先减小后增大 D ．线框消耗的电功率先减小后增大 答案 　 C 4 ．如图 4 － 2 － 4 所示，水平面 ( 纸面 ) 内间距为 l 的平行金属导轨间接一电阻，质量为 m 、长度为 l 的金属杆置于导轨上， t ＝ 0 时，金属杆在水平向右、大小为 F 的恒定拉力作用下由静止开始运动， t 0 时刻，金属杆进入磁感应强度大小为 B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为 μ 。重力加速度大小为 g 。求 图 4 － 2 － 4 (1) 金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小； (2) 电阻的阻值。 【 必记要点 】 1 ．对楞次定律中 “ 阻碍 ” 的理解 突破高频考点 考点一　楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 谁阻 碍谁 是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场 ( 原磁场 ) 的磁通量的变化 阻碍 什么 阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁场本身 如何 阻碍 当磁通量增大时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即 “ 增反减同 ” 结果 如何 阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行，最终结果不受影响 图 4 － 2 － 5 【 题组训练 】 1 ． ( 多选 )( 电磁感应的应用实例 ) 电吉他中电拾音器的基本结构如图 4 － 2 － 6 所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有 图 4 － 2 － 6 A ．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作 B ．取走磁体，电吉他将不能正常工作 C ．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势 D ．弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化 解析 　因铜质弦不能被磁化，所以 A 错误；若取走磁铁，金属弦无法被磁化，电吉他将不能正常工作，所以 B 正确；根据法拉第电磁感应定律知，增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势，所以 C 正确；弦振动过程中，线圈中的磁通量一会增大一会减小，所以电流方向不断变化， D 正确。 答案 　 BCD 2 ． ( 法拉第电磁感应定律的应用 ) 如图 4 － 2 － 7 所示，匀强磁场中有两个导体圆环 a 、 b ，磁场方向与圆环所在平面垂直。磁感应强度 B 随时间均匀增大。两圆环半径之比为 2 ∶ 1 ，圆环中产生的感应电动势分别为 E a 和 E b ，不考虑两圆环间的相互影响。下列说法正确的是 图 4 － 2 － 7 A ． E a ∶ E b ＝ 4 ∶ 1 ，感应电流均沿逆时针方向 B ． E a ∶ E b ＝ 4 ∶ 1 ，感应电流均沿顺时针方向 C ． E a ∶ E b ＝ 2 ∶ 1 ，感应电流均沿逆时针方向 D ． E a ∶ E b ＝ 2 ∶ 1 ，感应电流均沿顺时针方向 答案 　 B 图 4 － 2 － 8 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 答案 　 AB 4 ． ( 楞次定律的理解及应用 ) 如图 4 － 2 － 9 所示，粗糙水平桌面上有一质量为 m 的铜质矩形线圈。当一竖直放置的通有恒定电流的螺线管沿线圈中线 AB 正上方水平快速通过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力 F N 及在水平方向的运动趋势，下列说法中正确的是 图 4 － 2 － 9 A ． F N 先小于 mg 后大于 mg ，运动趋势向左 B ． F N 先大于 mg 后小于 mg ，运动趋势先向右后向左 C ． F N 先小于 mg 后大于 mg ，运动趋势先向左后向右 D ． F N 先大于 mg 后小于 mg ，运动趋势向右 解析 　通电螺线管从线圈正上方快速通过时，通过线圈的磁通量先增大后减小。当通过线圈磁通量增大时，为阻碍其增大，在竖直方向上线圈有向下运动的趋势，所以线圈受到的支持力大于其重力，在水平方向上线圈有向右运动的趋势；当通过线圈的磁通量减小时，为阻碍其减小，在竖直方向上线圈有向上运动的趋势，所以线圈受到的支持力小于其重力，在水平方向上线圈有向右运动的趋势。综上所述，线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势总是向右， D 正确。 答案 　 D [ 例 1] 　 ( 多选 ) (2018 · 银川一模 ) 如图 4 － 2 － 10 所示，边长为 L 、总电阻为 R 的均匀正方形线框 abcd 放置在光滑水平桌面上，其 cd 边右侧紧邻两个磁感应强度为 B 、宽度为 L 、方向相反的有界匀强磁场。现使线框以速度 v 0 匀速通过磁场区域，从开始进入到完全离开磁场的过程中，下列图线能定性反映线框中的感应电流 ( 以逆时针方向为正 ) 和 a 、 b 两点间的电势差随时间变化关系的是 考点二　电磁感应中的图象问题 图 4 － 2 － 10 [ 审题探究 ] 怎样求解线框在进入磁场 L ～ 2 L 的过程中，产生的电动势？ a 和 b 哪一点的电势高？ 由右手定则知， ab 和 cd 产生的电动势同向，故线框的总电动势为 E ＝ 2 BL v 0 ， ab 边电流方向由 b 到 a ，故 a 点电势高。 [ 答案 ] 　 AC 规律总结 分析电磁感应图象问题的注意事项 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。 【 题组训练 】 1 ． ( 磁场变化的图象问题 ) 如图 4 － 2 － 11 所示，一根电阻为 R ＝ 4 Ω 的导线绕成的半径为 d ＝ 2 m 的圆，在圆内部分区域存在变化的匀强磁场，中间 S 形虚线是两个直径为 d 的半圆，磁场随时间变化如图 2 所示 ( 磁场垂直于纸面向外为正，电流逆时针方向为正 ) ，关于圆环中的电流 — 时间图象，以下四图中正确的是 图 4 － 2 － 11 答案 　 B 2 ． ( 多选 ) ( 含电容器电路的图象问题 ) (2018 · 青岛一模 ) 如图 4 － 2 － 12 所示，光滑水平面上放置一平行金属导轨，其左端与平行板电容器 C 相连，一金属棒垂直金属导轨放置，整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中。现对金属棒施加一水平向右的恒力 F 作用，使金属棒由静止开始运动，不计导轨及金属棒的电阻，则下面关于金属棒运动的速度 v 、加速度 a 、电容器两板间的电势差 U 、极板带电荷量 Q 随时间 t 变化关系图象中，正确的是 图 4 － 2 － 12 答案 　 BD 图 4 － 2 － 13 答案 　 B 考点三　电磁感应中的动力学和能量问题 操作 Ⅰ ：将金属棒甲紧靠竖直轨道的左侧，从某处由静止释放，运动到底端 NN ′ 过程中棒始终保持水平，且与轨道保持良好电接触，计算机屏幕上显示的电压 — 时间关系图象 U － t 图如图乙所示 ( 图中 U 0 已知 ) 。 操作 Ⅱ ：将金属棒甲紧靠竖直轨道的左侧、金属棒乙 ( 图中未画出 ) 紧靠竖直轨道的右侧，在同一高度将两棒同时由静止释放。多次改变高度重新由静止释放，运动中两棒始终保持水平，发现两棒总是同时到达桌面 (sin 37° ＝ 0.6 ， cos 37° ＝ 0.8) 。 (1) 试求操作 Ⅰ 中甲棒到达 MM ′ 时的速度大小； (2) 试求操作 Ⅰ 全过程定值电阻上产生的热量 Q 热 ； (3) 试求右边轨道 PP ′ 以下区域匀强磁场的磁感应强度 B x 的方向和大小。 规律总结 分析电磁感应能量问题的基本思路和焦耳热的求解方法 1 ． 解决电磁感应能量问题的基本思路 (1) 确定感应电动势的大小和方向。 (2) 画出等效电路图并求出电流。 (3) 进行受力情况分析和做功情况分析。 (4) 明确在此过程中的能量变化情况。 (5) 用动能定理或能量守恒定律解题。 2 ． 求解焦耳热的三个途径 (1) 电磁感应电路为纯电阻电路时产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即 Q ＝ W 克安 。 (2) 当电磁感应电路中感应电流不变时，可用焦耳定律来求焦耳热，即 Q ＝ I 2 Rt 。 (3) 电磁感应电路中产生的焦耳热可通过能量守恒定律列方程求解。 【 题组训练 】 1 ． (2018 · 宜昌模拟 ) 如图 4 － 2 － 15 所示，在倾角为 θ 的光滑斜面上，有三条水平虚线 l 1 、 l 2 、 l 3 ，它们之间的区域 Ⅰ 、 Ⅱ 宽度均为 x ，两区域分别存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为 B 。一个质量为 m 、边长为 x 、总电阻为 R 的正方形导线框，从 l 1 上方一定高度处由静止开始沿斜面下滑，当 ab 边刚穿过 l 1 进入磁场 Ⅰ 时，恰好以速度 v 1 做匀速直线运动； ab 边在穿过 l 2 运动到 l 3 之前的某个时刻，线框又开始以速度 v 2 做匀速直线运动，重力加速度为 g 。在线框从释放到穿出磁场的过程中，下列说法正确的是 图 4 － 2 － 15 答案 　 C 2 ． ( 多选 ) ( 电磁感应的动力学和能量问题 ) (2018 · 青岛模拟 ) 如图 4 － 2 － 16 所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为 L ，两导轨间连有一电阻 R ，导轨平面与水平面的夹角为 θ ，在两虚线间的导轨上涂有薄绝缘涂层。匀强磁场的磁感应强度大小为 B ，方向与导轨平面垂直。质量为 m 的导体棒从 h 高度处由静止释放，在刚要滑到涂层处时恰好匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且仅与涂层间有摩擦，动摩擦因数 μ ＝ tan θ ，其他部分的电阻不计，重力加速度为 g ，下列说法正确的是 图 4 － 2 － 16 答案 　 AC 【 模型概述 】 “ 杆 —— 导轨 ” 模型的导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜；杆的运动状态可分为匀速运动、匀变速运动、非匀变速运动或转动等；磁场的状态可分为恒定不变、均匀变化和非均匀变化等等，情景复杂形式多变。 考点四　电磁感应中的“杆 —— 导轨”模型 1 ．单杆水平式