2019届二轮复习专题4第2讲电磁感应规律及综合应用课件（41张） 41页

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 . ( 多选 )(2018 全国 Ⅲ 卷 ) 如图 (a), 在同一平面内固定有一长直导线 PQ 和一导线框 R , R 在 PQ 的右侧。导线 PQ 中通有正弦式交变电流 i , i 的变化如图 (b) 所示 , 规定从 Q 到 P 为电流正方向。导线框 R 中的感应电动势 ( 　　 ) AC - 5 - 1 2 3 4 考点定位 : 交变电流图象、法拉第电磁感应定律、楞次定律 命题能力点 : 侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点 : 科学思维 误区警示 : 解答此题常见错误主要有 : 一是由于题目以交变电流图象给出解题信息 , 导致一些同学看到题后 , 不知如何入手 ; 二是不能正确运用法拉第电磁感应定律分析判断 ; 三是不能正确运用楞次定律分析判断 , 陷入误区。 - 6 - 1 2 3 4 - 7 - 1 2 3 4 2 . ( 多选 )(2017 全国 Ⅱ 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 . 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 (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 . 5 T B. 导线框运动速度的大小为 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 BC - 8 - 1 2 3 4 考点定位 : E=BLv 的理解和应用 命题能力点 : 侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点 : 科学思维 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。 - 9 - 1 2 3 4 - 10 - 1 2 3 4 3 . ( 多选 )(2016 全国 Ⅱ 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 - 11 - 1 2 3 4 考点定位 : 法拉第电磁感应定律 命题能力点 : 侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点 : 科学思维 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 ; 解题时要会分析等效电源 : 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= Bl 2 ω , 并能搞清整个电路的结构。 - 12 - 1 2 3 4 - 13 - 1 2 3 4 4 . ( 多选 )(2016 全国 Ⅲ 卷 ) 如图 , M 为半圆形导线框 , 圆心为 O M ; N 是圆心角为直角的扇形导线框 , 圆心为 O N ; 两导线框在同一竖直面 ( 纸面 ) 内 ; 两圆弧半径相等 ; 过直线 O M O N 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 O M 和 O N 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 T C. 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 - 14 - 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 : 侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点 : 科学思维 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。 - 15 - 1 2 3 4 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。 - 16 - 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 2019 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。 - 17 - 考点一 考点二 考点三 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 (M) 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 ” 。 - 18 - 考点一 考点二 考点三 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= Bl 2 ω , 适用于导体棒旋转切割磁感线的情况。 - 19 - 考点一 考点二 考点三 【典例 1 】 (2017 全国 Ⅲ 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 思维点拨 PQ 切割磁感线 , 根据右手定则判断 ;PQRS 产生电流后 , 会对穿过 T 的磁感应强度产生影响 , 根据楞次定律分析 T 中的感应电流的变化情况。 D - 20 - 考点一 考点二 考点三 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。 - 21 - 考点一 考点二 考点三 1 . ( 多选 )(2018 河南洛阳尖子生联考 ) 如图甲所示 , 无限长通电直导线 MN 固定在绝缘水平面上 , 导线中通有图乙所示的电流 i ( 沿 NM 方向为正 ) 。与 R 组成闭合电路的导线框 ABCD 与直导线处在同一水平面内 , AB 边平行于直导线 , 则 ( 　　 )   A.0 ~t 0 时间内 , 流过 R 的电流方向为 C → R → D B. t 0 ~ 2 t 0 时间内 , 流过 R 的电流方向为 C → R → D C.0 ~t 0 时间内 , 导线框所受安培力的大小先增大后减小 D. t 0 ~ 2 t 0 时间与 2 t 0 ~ 3 t 0 时间内 , 导线框所受安培力的方向均向右 AC - 22 - 考点一 考点二 考点三 解析 0 ~t 0 时间内 , 导线中电流沿正方向增大 , 则线圈中的磁场向里增大 , 由楞次定律可知 , 流过 R 的电流方向为 C → R → D , 故 A 正确 ; t 0 ~ 2 t 0 时间内 , 电流正方向减小 , 则线圈中磁场向里减小。由楞次定律可知流过 R 的电流方向为 D → R → C , 故 B 错误 ;0 ~t 0 时间内 , 开始感应电流增大 , 则安培力增大 , 但随后由于电流的变化越来越慢 , 故感应电流越来越小 , 故导线所受安培力的大小先增大后减小。故 C 正确 ; t 0 ~ 2 t 0 时间内电流为减小过程 , 根据 “ 来拒去留 ” 规律可知 , 线圈有向左的运动趋势 , 故受力向左。而 2 t 0 ~ 3 t 0 时间内 , 导线框所受安培力的方向向右。故 D 错误。故选 AC 。 - 23 - 考点一 考点二 考点三 2 . ( 多选 )(2018 全国 Ⅰ 卷 ) 如图 , 两个线圈绕在同一根铁芯上 , 其中一线圈通过开关与电源连接 , 另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方 , 开关未闭合时小磁针处于静止状态 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 开关闭合后的瞬间 , 小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B. 开关闭合并保持一段时间后 , 小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C. 开关闭合并保持一段时间后 , 小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间 , 小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 AD - 24 - 考点一 考点二 考点三 解析 如图甲所示 , 闭合开关瞬间右边线圈产生电流 , 左边线圈磁通量增强。由楞次定律可知 , 增反减同 , 左边线圈感应磁场方向向左。根据右手螺旋定则可得铁芯中电流方向为从南到北。由此可得铁芯上方磁场为垂直纸面向里 , 则磁针 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 , 故 A 项正确。 甲 - 25 - 考点一 考点二 考点三 开关闭合并保持一段时间后电路稳定 , 线圈中无磁通量变化 , 则铁芯中无电流 , 小磁针恢复南北指向 , 故 B 、 C 项错误 ; 如图乙所示 , 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间 , 左边线圈磁通量减小 , 由增反减同得其感应磁场方向向右。由右手螺旋定则可得铁芯中电流由北到南 , 铁芯上方磁场为垂直纸面向外 , 则小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 , 故 D 项正确。   乙 - 26 - 考点一 考点二 考点三 电磁感应中的图象问题 (H) 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 Φ - 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 【典例 2 】 (2018 全国 Ⅱ 卷 ) 如图 , 在同一水平面内有两根平行长导轨 , 导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域 , 区域宽度均为 l , 磁感应强度大小相等、方向交替向上向下 , 一边长 为 的 正方形金属线框在导轨上向左匀速运动。线框中感应电流 i 随时间 t 变化的正确图线可能是 ( 　　 ) D - 28 - 考点一 考点二 考点三 思维点拨 找到线框在移动过程中哪一部分切割磁感线 , 并根据右手定则判断电流的方向 , 从而判断整个回路中总电流的方向。要分过程处理本题。 解析 在 0 ~ 0 . 5 l 过程 , 前、后两边均切割磁感线 , 产生相同方向 ( 顺时针 ) 、等大不变的电动势 , 产生同方向、不变的电流 ; 在 0 . 5 l~l 过程 , 前、后两边均切割磁感线 , 产生反向、等大不变的电动势 , 线框中总电动势为零 , 电流为零 ; 在 l~ 1 . 5 l 过程 , 前、后两边均切割磁感线 , 产生相同方向 ( 逆时针 ) 、等大不变的电动势 , 产生同方向、不变的电流 , 选项 D 正确。 方法技巧 根据线圈的运动利用楞次定律找到电流的方向 , 并计算电流的大小从而找到符合题意的图象。 - 29 - 考点一 考点二 考点三 3 . (2018 河北张家口期末 ) 一正三角形导线框 ABC ( 高为 a ) 从图示位置沿 x 轴正方向匀速穿过两匀强磁场区域。两磁场区域磁感应强度大小均为 B , 磁场方向相反且均垂直于平面、宽度均为 a 。则感应电流 I 与线框移动距离 x 的关系图线可能是 ( 以逆时针方向为感应电流的正方向 )( 　　 ) C - 30 - 考点一 考点二 考点三 解析 当线框移动距离 x 在 a~ 2 a 范围 , 线框穿过两磁场分界线时 , BC 、 AC 边在右侧磁场中切割磁感线 , 有效切割长度逐渐增大 , 产生的感应电动势 E 1 增大 , AB 边在左侧磁场中切割磁感线 , 产生的感应电动势 E 2 不变 , 两个电动势串联 , 总电动势 E=E 1 +E 2 增大 , 为负值 , 故 A 、 D 错误 ; 当线框移动距离 x 在 0 ~a 范围 , 线框穿过左侧磁场时 , 根据楞次定律 , 感应电流方向为逆时针 , 为正值 , 故 B 错误。所以 C 正确。 - 31 - 考点一 考点二 考点三 4 . ( 多选 )(2018 安徽安庆二模 ) 如图甲所示 , 光滑平行金属导轨 MN 、 PQ 所在平面与水平面成 θ 角 , M 、 P 两端接一电阻 R , 整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。 t= 0 时对金属棒施加一平行于导轨的外力 F , 使金属棒由静止开始沿导轨向上运动 , 金属棒电阻为 r , 导轨电阻忽略不计。已知通过电阻 R 的感应电流 I 随时间 t 变化的关系如图乙所示。下列关于棒运动速度 v 、外力 F 、流过 R 的电荷量 q 以及闭合回路中磁通量的变化率 随时间变化的图象正确的是 ( 　　 ) AB - 32 - 考点一 考点二 考点三 - 33 - 考点一 考点二 考点三 电磁感应中的综合问题 (M) 规律方法 　 解答电磁感应中的综合问题的 “ 五分析 ” (1) 电路分析 : 确定电源 , 画出等效电路 , 明确内、外电路 , 分析电路的串、并联关系。 (2) 受力分析 : 注意导体棒所受的安培力大小和方向。 (3) 运动分析 : 对运动过程进行 “ 慢进 ” 式推理分析 , 应用牛顿第二定律对运动过程中各物理量进行分析。 (4) 能量分析 : 分析运动过程中各力做功情况 , 明确能量转化形式。 (5) 规律分析 : 根据牛顿第二定律 , 运动学方程 , 动能定理、能量守恒定律合理组合优化。 - 34 - 考点一 考点二 考点三 【典例 3 】 (2018 河北张家口期末 ) 如图所示 , 两根半径为 r 的四分之一圆弧轨道间距为 L , 其顶端 a 、 b 与圆心处等高 , 轨道光滑且电阻不计 , 在其上端连有一阻值为 R 的电阻 , 整个装置处于辐向磁场中 , 磁场方向指向圆心 O 。圆弧轨道所在处的磁感应强度大小均为 B 。将一根长度稍大于 L 、质量为 m 、电阻为 R 0 的金属棒从轨道顶端 ab 处由静止释放。已知当金属棒到达如图所示的 cd 位置 ( 金属棒与轨道圆心连线和水平面夹角为 θ ) 时 , 金属棒的速度达到最大 ; 当金属棒到达轨道底端 ef 时 , 对轨道的压力为 1 . 5 mg 。求 : - 35 - 考点一 考点二 考点三 (1) 当金属棒的速度最大时 , 流经电阻 R 的电流大小和方向 ; (2) 金属棒滑到轨道底端的整个过程中流经电阻 R 的电荷量 ; (3) 金属棒滑到轨道底端的整个过程中电阻 R 上产生的热量。 思维点拨 (1) 金属棒速度最大时 , 在轨道切线方向所受合力为 0, 由此条件列式求解流经电阻 R 的电流大小 , 由右手定则判断电流方向。 (2) 金属棒下滑过程中 , 回路的磁通量增加 , 先求出磁通量的增加量 , 再由法拉第电磁感应定律和欧姆定律求电荷量。 (3) 先由牛顿第二定律求出金属棒到达最低点时的速度 , 再根据能量守恒定律求电阻 R 上产生的热量。 - 36 - 考点一 考点二 考点三 - 37 - 考点一 考点二 考点三 - 38 - 考点一 考点二 考点三 5 . ( 多选 )(2018 四川乐山二调 ) 如图所示 , 相距为 L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 θ , 上端接有定值电阻 R , 匀强磁场垂直于导轨平面 , 磁感应强度为 B , 将质量为 m 的导体棒由静止释放 , 当速度达到 v 时开始匀速运动 , 此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力 , 并保持拉力的功率恒为 P , 导体棒最终以 2 v 的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好 , 不计导轨和导体棒的电阻 , 重力加速度为 g 。下列选项正确的是 ( 　　 ) A. 拉力的功率 P= 2 mgv sin θ B. 拉力的功率 P= 3 mgv sin θ C. 当导体棒速度达到 时加速度大小为 sin θ D. 在速度达到 2 v 以后匀速运动的过程中 , R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功 AC - 39 - 考点一 考点二 考点三 - 40 - 考点一 考点二 考点三 6 . ( 多选 )(2018 辽宁葫芦岛一模 ) 如图所示 , 两间距为 d 的平行光滑导轨由固定在同一水平面上的导轨 CD - C'D' 和竖直平面内半径为 r 的 圆弧 导轨 AC - A'C' 组成 , 水平导轨与圆弧导轨相切 , 左端接阻值为 R 的电阻 ; 水平导轨处于磁感应强度大小为 B 、方向竖直向上的匀强磁场中。导体棒甲静止于 CC' 处 , 导体棒乙从 AA' 处由静止释放 , 沿圆弧导轨运动 , 与甲相碰后粘合在一起 , 并在到达水平导轨左端前停止。两棒的质量均为 m , 导体棒及导轨的电阻均不计 , 重力加速度大小为 g 。下列判断正确的是 ( 　　 ) BD - 41 - 考点一 考点二 考点三