2018山东科技版物理高考第一轮复习——电磁感应学案

2018山东科技版物理高考第一轮复习——电磁感应学案

年 级 高三 学 科 物理 版 本 鲁教版 内容标题 高三第一轮复习：电磁感应 ‎【本讲教育信息】‎ 一、教学内容：‎ 电磁感应 本章的知识点：‎ ‎（一）本章要点及高考展望 ‎1、本章以电场和磁场等知识为基础，重点讨论了楞次定律和法拉第电磁感应定律。‎ ‎2、楞次定律不仅含义深刻，且可结合的知识点多，在高考中以选择为主，但有一定的难度。‎ ‎3、法拉第电磁感应定律常综合几乎所有的力学知识及大部分电学知识，多为中档以上的题目，区分度较大，分值也较多。‎ ‎4、本章的学习要处理好基础知识和综合能力的关系，要重视对物理过程、物理现象的分析，要建立正确的物理情景，深刻理解基本知识、基本规律的内涵、外延，在掌握一般解题方法的基础上，掌握综合性问题的分析思路和方法，形成较完整的解题策略。‎ ‎（二）知识结构 重点和难点分析：‎ 一、产生感应电流的条件、楞次定律 ‎1、产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化。它有两种情况：‎ ‎⑴切割 ‎2、右手定则适用于判断闭合电路中一部分导体切割磁感线时感应电流的方向。‎ ‎3、楞次定律的实质是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现，其应用步骤：‎ ‎⑴明确闭合电路中的原磁场方向；‎ ‎⑵分析穿过闭合电路的磁通量的变化；‎ ‎⑶根据楞次定律判定感应电流的磁场方向；‎ ‎⑷利用安培定则，判定感应电流的方向。‎ 二、法拉第电磁感应定律 ‎1、公式 ‎⑴感应电动势的大小与电路的电阻及电路是否闭合等无关；‎ ‎⑵一般而言，公式求的是Δt内的平均感应电动势；‎ ‎⑶在电磁感应中，产生感应电动势的那部分导体可等效成一个电源，感应电动势的方向和导体（电源）内的电流方向一致。‎ ‎2、公式 ‎⑴若B、l、v三者互相垂直，；若直导线与B、v不垂直，则应取B、l、v互相垂直的分量；‎ ‎⑵若导体是弯曲的，则l应取与B、v垂直的有效长度；‎ ‎⑶若v是瞬时速度，则E为瞬时电动势；若v为平均速度，则E为平均电动势。‎ ‎3、公式为导体棒绕其一端转动切割磁感线时产生的感应电动势。‎ 三、自感 由于线圈自身的电流发生变化而产生感应电动势的电磁感应现象。‎ 本章的疑难点辨析：‎ ‎1、左手定则与右手定则的区别 左手定则 右手定则 适用条件 通电导线在磁场中的受力方向（因电而动）‎ 闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流（因动生电）‎ 判定方法 略 略 能量转化的关系 电能→机械能（电动机）‎ 机械能→电能（发电机）‎ ‎2、磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别 磁通量 磁通量的变化量 磁通量的变化率 物理意义 某时刻穿过某个面的磁感线的条数 某一段时间内穿过某个面的磁通量的变化 穿过某个面的磁通量变化的快慢 大小 是与B垂直的面的面积 或 附注 线圈平面与磁感线平行时，＝0，但最大 线圈平面与磁感线垂直时，最大，但＝0‎ 要严格区分、、的含义，的大小与、无关。‎ ‎3、对楞次定律中“阻碍”的理解 ‎⑴ “阻碍”是指感应电流产生的磁场要阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化，与引起感应电流的磁场的磁通量原来的大小没有关系；‎ ‎⑵“阻碍”不是“阻止”，“阻碍变化”是使变化进行得缓慢些，但并没有被终止；‎ ‎⑶“阻碍”不等于“反向”，实际上是增“反”减“同”。‎ 例：如图所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路。当一条形磁铁从高处下落接近回路时，P、Q将如何运动？磁铁的加速度怎样变化？‎ 解析：P、Q将互相靠拢；磁铁加速度减小。‎ ‎4、分清感应电流和感应电量 当闭合电路在时间发生磁通量变化时，通过电路的感应电量为 例：如图所示，空间存在垂直于纸面的均匀磁场，在半径为a的圆形区域内、外，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B。一半径为b、电阻为R的圆形导线放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合，在内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中，通过导线截面的电量q＝________。‎ 解析：或 存在两种答案的原因是合磁通可能垂直纸面向外，也可能垂直纸面向里。‎ ‎5、两种自感现象的比较 ‎【典型例题】‎ ‎（一）电磁感应现象 例3、（2019　上海）如图所示，在一固定圆柱形磁铁的N极附近置一平面线圈abcd，磁铁轴线与线圈水平中心线xx’轴重合，下列说法中正确的是　　（　C、D　）‎ A、当线圈刚沿xx’轴向右平移时，线圈中有感应电流，方向为adcba B、当线圈刚绕轴xx’转动时，（ad向外，bc向里），线圈中有感应电流，方向为abcda C、当线圈刚沿垂直纸面方向向外平移时，线圈中有感应电流，方向为adcba D、当线圈刚绕yy’轴转动时（ab向里，cd向外），线圈中有感应电流，方向为adcba 解析：本题考查磁铁的磁场、产生感应电流的条件和楞次定律等知识点。‎ 例4、如图所示，在匀强磁场中放有平行铜导轨，它与大线圈M相连接要使小线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况是（两线圈共面）‎ A、向右匀速运动 B、向左加速运动 ‎ C、向右加速运动 D、向右减速运动 解析：B、D 本题宜采用逆向思维分析法进行解答，就是从结果出发找原因。‎ ‎（二）右手定则的应用：‎ 例5、如图所示为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的竖直分量向下。飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变，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，右方机翼末端处电势为U2，则 A、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 解析：A、C ‎（三）和的应用 例6、如图所示的匀强磁场中，有两根相距0.2m固定的金属滑轨MN和PQ。滑轨上放置着ab、cd两根平行的可动金属细棒，在两棒中点O、O’之间拴一根0.4m长的丝绳，绳长保持不变。设磁感应强度B以1T/s的变化率均匀减小，abcd回路的电阻为0.5Ω。求当B减小到10T时，两可动棒所受磁场作用力为多大？（B与abcd回路所在平面垂直）‎ 解析：0.32N 例7、（2019　上海）半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为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放置，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，棒与环的电阻均忽略不计。‎ ‎⑴其棒以v0＝5m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径OO’的瞬时（如图所示）MN中的电动势和流过灯L1的电流。‎ ‎⑵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90º，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为T/s，求L1的功率。‎ 解析：0.4A；1.28×10－2W ‎（四）电磁感应和电路规律的综合应用 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源。将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在电路中形成电流。因此电磁感应问题往往跟电路问题联系在一起，这类问题通常需要综合应用闭合电路欧姆定律。‎ 例8、（2019　上海）如图所示，长为l、电阻r＝0.3Ω、m＝0.1kg的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是l，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R＝0.5Ω的电阻，量程为0～3.0A的电流表串接在一条导轨上，量程为0～1.0V的电压表接在电阻R的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面。现以向右恒定外力F使金属棒右移。当金属棒以v＝2m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一个电表未满偏。问：‎ ‎⑴此满偏的电表是哪个表？说明理由。⑵拉动金属棒的外力F多大？‎ 解析：电压表；1.6N ‎（五）电磁感应与力学规律的综合应用 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，解决这类问题除了要应用到电磁学中的有关规律，还要应用力学中的有关规律。‎ 例9、（2019　上海）如图所示，有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则　　　（　B、C　）‎ A、如果B增大，vm将变大 B、如果变大，vm将变大 C、如果R变大，vm将变大 D、如果m变小，vm将变大 解析：金属杆向下运动的动态过程可表示为 例10、无限长的平行金属轨道M、N，相距l＝0.5m，且水平放置；金属棒b和c可在轨道上无摩擦地滑动，两金属棒的质量均为0.1kg，电阻均为1Ω，轨道的电阻不计。整个装置放在磁感应强度B＝1T的匀强磁场中，磁场方向与轨道平面垂直，如图所示。若使b棒以初速度v0＝10m/s开始向左运动，求： ‎ ‎⑴c棒的最大加速度；‎ ‎⑵c棒的最大速度 ‎⑶c棒中产生的焦耳热。‎ 解析：12.5m/s2；5m/s；1.25J ‎（六）电磁感应中的能量转化 例11、（2019　全国）如图所示，虚线框abcd内为一矩形匀强磁场区域，ab＝2bc，磁场方向垂直于纸面；实线框a’b’c’d’是一正方形导线框，a’b’边与ab边平行。若将导线框匀速地拉离磁场区域，以W1表示沿平行于ab的方向拉出过程中外力所做的功，W2表示以同样速率沿平行于bc的方向拉出过程中外力所做的功，则　　（　B　）‎ A、W1＝W2 B、W2＝2W‎1 ‎ C、W1＝2W2 D、W2＝4W1‎ 例12、如图所示，电动机牵引一根原来静止的长L为lm，质量m为0.1kg的导体棒MN，其电阻R为1Ω，导体棒架在处于磁感应强度B为1T竖直放置的框架上，当导体棒上升h为4m时获得稳定的速度。已知在电动机牵引导体棒时，电路中电压表和电流表的读数分别稳定在10V和1A，电动机内阻为1Ω，不计框架电阻及一切摩擦，g取l0m/s2。求：‎ ‎⑴棒能达到的稳定速度；‎ ‎⑵若棒从静止达到稳定速度共用1s的时间，则此过程中，导体棒上产生的焦耳热是多少？‎ 解析：4.5m/s；4J 例13、如图所示，位于同一水平面内的两根平行导轨间距为l，左端连接一个耐压足够大的电容器，电容为C。导体杆cd与导轨接触良好，在平行导轨平面的水平力作用下从静止开始匀加速运动，加速度为a。磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面竖直向下，导轨足够长，不计导轨、导体杆、导线的电阻，忽略摩擦。求从导体杆开始运动经过时间t电容器获得的能量E＝？‎ 解析：‎ ‎（七）自感现象、电磁感应中的图象问题 例14、如图所示，自感线圈电阻很小（可忽略不及），自感系数很大，A、B、C是三只完全相同的灯泡，则S闭合后，以下说法正确的是　　（BCD）‎ A、闭合瞬间，三个灯都亮 B、S闭合瞬间，A灯最亮，B和C灯的亮度相同 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15、（2019　全国）如图（a）所示，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里。一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v＝20cm/s通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行。取它刚进入磁场的时刻t＝0，在下列图线中（图b），正确反映感应电流强度随时间变化规律的是　（C）‎ 例16、（2019　全国）如图（a）所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l＝0.20m，电阻R＝1.0Ω；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B＝0.50T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下。现用一外力F沿轨道方向拉杆，使之作匀加速运动，测得力F与时间t的关系如图（b）所示。求杆的质量m和加速度a。‎ 解析：0.1kg；10m/s2‎