2018届二轮复习　电磁感应规律及综合应用课件（共48张）（全国通用） 48页

第 2 讲　电磁感应规律及综合应用 整 合 突 破 实 战 整合 网络要点重温 【 网络构建 】 【 要点重温 】 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 方向 . (2) 左手定则 : 判断磁场对运动电荷、电流的 的方向 . (3) 右手定则 : 判断部分导体切割磁感线产生 的方向 . (4) 楞次定律 : 判断闭合电路磁通量发生变化产生 的方向 . 2. 求感应电动势的两种方法 (1)E=n , 用来计算感应电动势的 . (2)E=BLv, 主要用来计算感应电动势的 或 . 磁场 作用力 感应电流 感应电流 平均值 瞬时值 平均值 热点考向一　楞次定律和法拉第电磁感应定律的理解与应用 【 核心提炼 】 1. 判定感应电流的两种方法 (1) 楞次定律 : 一般用于线圈面积不变 , 磁感应强度发生变化的情形 . (2) 右手定则 : 一般用于导体棒切割磁感线的情形 . 突破 热点考向聚焦 2. 求感应电动势的方法 (1) 感生电动势 :E=n (2) 动生电动势 : 【 典例 1】 ( 2017 · 辽宁大连模拟 )( 多选 ) 如图所示 , 由一段外皮绝缘的导线扭成两个半径为 R 和 r 圆形平面形成的闭合回路 ,R>r, 导线单位长度的电阻为 λ, 导线截面半径远小于 R 和 r. 圆形区域内存在垂直平面向里、磁感应强度大小随时间按 B=kt(k>0, 为常数 ) 的规律变化的磁场 , 下列说法正确的是 ( 　 　 ) BD 【 预测练习 1】 ( 2017 · 山西阳泉模拟 )( 多选 ) 置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线 , 与套在铁芯上部的线圈 A 相连 . 套在铁芯下部的线圈 B 引出两根导线接在两根水平导轨上 , 如图所示 . 导轨上有一根金属棒 ab 处在垂直于纸面向外的匀强磁场中 . 下列说法正确的是 ( 　 　 ) A. 圆盘顺时针加速转动时 ,ab 棒将向左运动 B. 圆盘顺时针匀速转动时 ,ab 棒将保持不动 C. 圆盘顺时针减速转动时 ,ab 棒将向左运动 D. 圆盘逆时针加速转动时 ,ab 棒将向左运动 AB 解析 : 由右手定则可知 , 圆盘顺时针加速转动时 , 感应电流从圆盘的圆心流向边缘 , 线圈 A 中产生的磁场方向向下且磁场增强 . 由楞次定律可知 , 线圈 B 中的感生磁场方向向上 , 由右手螺旋定则可知 ,ab 棒中感应电流方向由 a→b. 由左手定则可知 ,ab 棒受的安培力方向向左 ,ab 棒将向左运动 . 同理 , 若圆盘逆时针加速转动时 ,ab 棒将向右运动 , 故 A 正确 ,D 错误 ; 当圆盘顺时针匀速转动时 , 线圈 A 中产生恒定的电流 , 那么线圈 B 的磁通量不变 , 则 ab 棒没有感应电流 , 则将保持不动 , 故 B 正确 ; 若圆盘顺时针减速转动时 , 线圈 A 中产生的磁场方向向下且磁场减弱 . 由楞次定律可知 , 线圈 B 中的感应磁场方向向下 , 由右手螺旋定则可知 ,ab 棒中感应电流方向由 b→a. 由左手定则可知 ,ab 棒受的安培力方向向右 ,ab 棒将向右运动 , 故 C 错误 . 热点考向二　电磁感应中的图像问题　　　 【 核心提炼 】 1. 图像问题的分类 (1) 由给定的电磁感应过程选出相应的物理量的函数图像 . (2) 由给定的有关图像分析电磁感应过程 , 确定相关的物理量 . 2. 解决图像问题的三个关注 (1) 关注初始时刻感应电流是否为零 , 电流方向是正方向还是负方向 . (2) 关注电磁感应发生的过程分为几个阶段 , 这几个阶段是否和图像变化相对应 . (3) 关注图像斜率的大小、图像的曲直是否和物理过程对应 , 分析大小和方向的变化趋势 . 【典例2】 ( 2017 · 山东德州一模 )( 多选 )如图所示,abcd为一边长为l的正方形导线框,导线框位于光滑水平面内,其右侧为一匀强磁场区域,磁场的边界与线框的cd边平行,磁场区域的宽度为2l,磁感应强度为B,方向竖直向下.线框在一垂直于cd边的水平恒定拉力F作用下沿水平方向向右运动,直至通过磁场区域.cd边刚进入磁场时,线框开始匀速运动,规定线框中电流沿逆时针时方向为正,则导线框从刚进入磁场到完全离开磁场的过程中,a,b两端的电压U ab 及导线框中的电流i随cd边的位置坐标x变化的图线可能是(　 　) BD 【预测练习2】 ( 2017 · 广西玉林模拟 )如图(甲)所示,光滑金属导轨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ab由静止开始沿导轨向上运动,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 随时间变化的图像正确的是(　 　) B 热点考向三　电磁感应中的电路和动力学问题 【 核心提炼 】 解决电磁感应中的电路和动力学问题的关键 电磁感应与动力学问题联系的桥梁是磁场对感应电流的安培力.解答电磁感应中的动力学问题,在分析方法上,要始终抓住导体的受力(特别是安培力)特点及其变化规律,明确导体的运动过程以及运动过程中状态的变化,准确把握运动状态的临界点 (3) 临界点→运动状态的变化点 【典例3】 ( 2017 · 海南卷,13 )如图,两光滑平行金属导轨置于水平面(纸面)内,轨间距为l,左端连有阻值为R的电阻.一金属杆置于导轨上,金属杆右侧存在一磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场区域.已知金属杆以速度v 0 向右进入磁场区域,做匀变速直线运动,到达磁场区域右边界(图中虚线位置)时速度恰好为零.金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好.除左端所连电阻外,其他电阻忽略不计.求金属杆运动到磁场区域正中间时所受安培力的大小及此时电流的功率. 【 拓展延伸 】 在典例 3 中 , 金属杆以速度 v 0 向右进入磁场区域 , 做匀变速直线运动 , 到达磁场区域右边界速度变为零的过程中 , 求 : (1) 流过电阻 R 的电荷量 . (2) 所加外力 F 随时间 t 的变化关系式 . 【 预测练习 3】 ( 2017 · 山东临沂二 模 ) 如图所示 , 一与水平面夹角为 θ=37° 的倾斜平行金属导轨 , 两导轨足够长且相距 L=0.2 m, 另外两根水平金属杆 MN 和 PQ 的质量均为 m=0.01 kg, 可沿导轨无摩擦地滑动 ,MN 杆和 PQ 杆的电阻均为 R=0.2 Ω( 倾斜金属导轨电阻不计 ),MN 杆被两个垂直于导轨的绝缘立柱挡住 , 整个装置处于匀强磁场内 , 磁场方向垂直于导轨平面向上 , 磁感应强度 B=1.0T.PQ 杆在恒定拉力 F 作用下由静止开始向上加速运动 , 拉力 F 垂直 PQ 杆沿导轨平面向上 , 当运动位移 x=0.1 m 时 PQ 杆达到最大速度 , 此时 MN 杆对绝缘立柱的压力恰好为零 (g 取 10 m/s 2 ,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8). 求 : (1)PQ杆的最大速度v m ; 答案 : (1)0.6 m/s (2) 当 PQ 杆加速度 a=2 m/s 2 时 ,MN 杆对立柱的压力大小 . 解析 : (2) 当 PQ 杆的加速度 a=2 m/s 2 时 , 对 PQ 杆受力分析 , 根据牛顿第二定律可得 , F-mgsin θ-BIL=ma, 对 MN 杆受力分析根据共点力的平衡可得 , BIL+F N -mgsin θ=0, PQ 杆达到最大速度时 , 有 F-mgsin θ-BI m L=0, 联立解得 F N =0.02 N, 根据牛顿第三定律可得 MN 杆对立柱的压力 F N ′=0.02 N. 答案 : (2)0.02 N 热点考向四　电磁感应中的动量和能量问题 【 核心提炼 】 (2) 求解焦耳热的三种方法 2. 在电磁感应中用动量定理求变力的时间、速度、位移和电荷量 , 一般应用于单杆切割磁感线运动 3. 电磁感应中的动量和能量问题 , 一般应用于双杆切割磁感线运动 (1) 如果双杆运动过程 , 双杆系统所受合外力为零 , 首先用动量守恒定律求速度 , 再用能量守恒定律求电能 . (2) 如果双杆运动过程 , 双杆系统不符合动量守恒 , 应用好电路问题的两个分析 :“ 电源”的分析和“运动”的分析 . 【 典例 4】 ( 2017 · 山东潍坊二模 ) 如图所示 , 固定于水平面的两足够长的光滑平行金属导轨 PMN,P′M′N′, 由倾斜和水平两部分在 M,M′ 处平滑连接组成 , 导轨间距 L=1 m, 水平部分处于竖直向上的匀强磁场中 , 磁感应强度 B=1T. 金属棒 a,b 垂直于倾斜导轨放置 , 质量均为 m=0.2 kg,a 的电阻 R 1 =1 Ω,b 的电阻 R 2 =3 Ω,a,b 长度均为 L=1 m, 棒 a 距水平面的高度 h 1 =0.45 m,b 棒距水平面的高度为 h 2 (h 2 >h 1 ); 保持 b 棒静止 , 由静止释放 a 棒 ,a 棒到达磁场中 OO′ 停止运动后再由静止释放 b 棒 ,a,b 与导轨接触良好且导轨电阻不计 , 重力加速度 g=10 m/s 2 . (1) 求 a 棒进入磁场 MM′ 时加速度的大小 ; (2)a 棒从释放到 OO′ 的过程中 , 求 b 棒产生的焦耳热 ; (3) 若 MM′,OO′ 间的距离 x=2.4 m,b 棒进入磁场后 , 恰好未与 a 棒相碰 , 求 h 2 的值 . 〚 审题指导 〛 答案 : (1)3.75 m/s 2 　 (2)0.675 J 　 (3)1.8 m 【 预测练习 4】 ( 2017 · 山东青岛一 模 ) 如图所示 , 两平行光滑金属导轨由两部分组成 , 左边部分水平 , 右边部分为半径 r=0.5 m 的竖直半圆 , 两导轨间距离 d=0.3 m, 导轨水平部分处于竖直向上、磁感应强度大小 B=1T 的匀强磁场中 , 两导轨电阻不计 . 有两根长度均为 d 的金属棒 ab,cd, 均垂直导轨置于水平导轨上 , 金属棒 ab,cd 的质量分别为 m 1 =0.2 kg 、 m 2 =0.1 kg, 电阻分别为 R 1 =0.1 Ω,R 2 = 0.2 Ω. 现让 ab 棒以 v 0 =10 m/s 的初速度开始水平向右运动 ,cd 棒进入圆轨道后 , 恰好能通过轨道最高点 PP′,cd 棒进入圆轨道前两棒未相碰 , 重力加速度 g=10 m/s 2 , 求 : (1)ab 棒开始向右运动时 cd 棒的加速度 a 0 ; 答案 : ( 1)30 m/s 2 (2)cd 棒进入半圆轨道时 ab 棒的速度大小 v 1 ; 答案 : ( 2)7.5 m/s (3)cd 棒进入半圆轨道前 ab 棒克服安培力做的功 W. 答案 : ( 3)4.375 J 实战 高考真题演练 1.[ 右手定则和楞次定律的应用 ]( 2017 · 全国 Ⅲ 卷 ,15 ) 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 D 解析 : 在 PQRS 回路中 , 金属杆 PQ 向右运动切割磁感线 , 由右手定则得 PQRS 回路中感应电流沿逆时针方向 , 该电流在 PQRS 回路内部产生向外的磁场 , 使圆环形线框 T 内向里的磁通量减小 , 由楞次定律知 , 线框 T 中感应电流方向为顺时针方向 , 选项 A,B,C 错误 ,D 正确 . 2.[ 电磁感应的图像问题 ]( 2017 · 全国 Ⅱ 卷 ,20 )( 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 (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 3.[ 电磁感应的动力学问题 ]( 2016 · 全国 Ⅱ 卷 ,24 ) 如图 , 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 : (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 . 4.[ 电磁感应能量问题 ]( 2017 · 北京卷 ,24, 节选 ) 发电机和电动机具有装置上的类似性 , 源于它们机理上的类似性 . 直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图 1 、图 2 所示的情景 . 在竖直向下的磁感应强度为 B 的匀强磁场中 , 两根光滑平行金属轨道 MN,PQ 固定在水平面内 , 相距为 L, 电阻不计 . 电阻为 R 的金属导体棒 ab 垂直于 MN,PQ 放在轨道上 , 与轨道接触良好 , 以速度 v(v 平行于 MN) 向右做匀速运动 . 图 1 轨道端点 MP 间接有阻值为 r 的电阻 , 导体棒 ab 受到水平向右的外力作用 . 图 2 轨道端点 MP 间接有直流电源 , 导体棒 ab 通过滑轮匀速提升重物 , 电路中的电流为 I. 求在 Δt 时间内 , 图 1“ 发电机”产生的电能和图 2“ 电动机”输出的机械能 . 答案 : BILvΔt 点击进入 提升 专题限时检测