【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应规律及其应用学案

【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应规律及其应用学案

‎2020届一轮复习人教版 电磁感应规律及其应用 学案 ‎● 电磁感应概念●‎ ‎ 1．电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象。‎ ‎2．产生感应电流的条件 ‎(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。‎ ‎(2)特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动。‎ ‎3．产生电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合则产生感应电流；如果回路不闭合，则只有感应电动势，而无感应电流。‎ ‎4．楞次定律 ‎（1）内容：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。‎ ‎（2）运用楞次定律判定感应电流方向的步骤：‎ a．明确穿过闭合电路的原磁场方向；‎ b．明确穿过闭合电路的原磁通量是如何变化的；‎ c．根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；‎ d．利用安培定则判定感应电流的方向。‎ ‎1．产生感应电流的条件 ‎(1)闭合回路；(2)磁通量发生变化。‎ ‎2．磁通量发生变化的三种常见情况 ‎(1)磁场强弱不变，回路面积改变；‎ ‎(2)回路面积不变，磁场强弱改变；‎ ‎(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变。‎ ‎3.楞次定律应用的推广 楞次定律描述的是感应电流与磁通量变化之间的关系，常用于判断感应电流的方向或其所受安培力的方向，一般有以下四种呈现方式：‎ ‎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”。 站报道，明尼苏达大学的研究人员发现，一种具有独特属性的新型合金能够将热能直接转化为电能。具体而言，只要略微提高温度。这种合金就会变成强磁性合金，从而使环绕它的线圈中产生电流，其简化模型如图图示.A为圆柱型合金材料，B为线圈。套在圆柱形合金材料上，线圈的半径大于合金材料的半径。现对A进行加热，则A变成两端为磁极的强磁合金，下列判断正确的是 A．B中一定产生逆时针方向的电流 B．B中一定产生顺时针方向的电流 C．B线圈一定有收缩的趋势 D．B线圈一定有扩张的趋势 ‎【答案】D ‎● 法拉第电磁感应定律●‎ ‎1．感应电动势 ‎(1)概念：在电磁感应现象中产生的电动势。‎ ‎(2)产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关。‎ ‎(3)方向判断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。‎ ‎2．法拉第电磁感应定律 ‎(1)内容：电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量变化率成正比。‎ ‎(2)公式：E＝n，其中n为线圈匝数。‎ ‎(3)感应电流与感应电动势的关系：遵守闭合电路的欧姆定律，即I＝。‎ ‎3．导体切割磁感线时的感应电动势 ‎(1)导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用E＝Blv求出，式中l为导体切割磁感线的有效长度。‎ ‎(2)导体棒在磁场中转动时，导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E＝Bl＝Bl2ω(平均速度等于中点位置的线速度lω)。‎ 一、法拉第电磁感应定律的应用 ‎（1）磁通量的变化由磁场变化引起时，‎ 当ΔS=LΔx，且n=1时，公式为导体切割磁感线产生的感应电动势E=BLv ‎（2）磁通量的变化由面积变化引起时，‎ ‎（3）磁通量的变化由磁场和面积变化共同引起时， ‎ ‎（4）平均感应电动势 二、E=BLv使用时注意的问题 ‎1．公式E=BLv的使用条件：‎ ‎（1）匀强磁场；‎ ‎（2）L为切割磁场的有效长度；‎ ‎（3）B、L、v三者相互垂直；如不垂直，用E=BLvsin θ求解，θ为B与v方向间的夹角。‎ ‎2．瞬时性：‎ ‎（1）若v为瞬时速度，则E为瞬时感应电动势；‎ ‎（2）若v为平均速度，则E为平均感应电动势，即。‎ ‎3．有效长度：导体与v垂直方向上的投影长度。图中有效长度分别为：‎ 甲，；乙，沿v1方向运动时为，沿v2方向运动时为0；‎ 丙，沿v1方向运动时为，沿v2方向运动时为0，沿v3方向运动时为R。‎ ‎ ‎ ‎1．如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，PQMN所围的成面积为S，PQ之间有阻值为R的电阻，不计导轨和导体棒的电阻。导轨所在区域内存在沿竖直方向的匀强磁场，规定磁场方向竖直向上为正，在0～2t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示，导体棒MN始终处于静止状态。下列说法正确的是（　　）‎ A．在0～2t0时间内，导轨棒受到的导轨的摩擦力方向先向左后向右，大小不变 B．在0～t0内，通过导体棒的电流方向为N到M C．在t0～2t0内，通过电阻R的电流大小为 D．在0～2t0时间内，通过电阻R的电荷量为 ‎【答案】B 由图乙所示图象可知，0～t0内磁感应强度减小，穿过回路的磁通量减小，由楞次定律可知，为阻碍磁通量的减少，导体棒具有向右的运动趋势，导体棒受到向左的摩擦力，在t0～2t0内，穿过回路的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，导体棒有向左的运动趋势，导体棒受到向右的摩擦力，在两时间段内摩擦力方向相反；0～t0内产生的感应电动势与感应电流的大小不变，但磁感应强度是不会的，所以安培力是变化的，同理，在t0～2t0内安培力也是变化的，所以0～2t0内摩擦力的大小也是变化的，故A错误；由图乙所示图象可知，在0～t0内磁感应强度减小，穿过闭合回路的磁通量减少，由楞次定律可知，感应电流沿逆时针方向，通过导体棒的电流方向为N到M，故B正确；由图乙所示图象，应用法拉第电磁感应定律可得，在t0～2t0‎ 内感应电动势：，感应电流为：，故C错误；由图乙所示图象，应用法拉第电磁感应定律可得，在0～t0内感应电动势：；感应电流为：，电荷量：；同理，在t0～2t0内的电荷量：q2＝I2t0＝ ；由于在0～t0内的电流方向与t0～2t0内感应电流的方向相反，所以在0～2t0时间内，通过电阻R的电荷量为：q＝q2﹣q1＝．故D错误。故选B.‎ ‎2．下列说法正确的是( )‎ A．处于静电平衡的导体,内部的电场强度和电势均为零 B．电势、电势差、电势能都是电能的概念,都与放入电场中的电荷无关 C．电动势数值上就等于电源正负极之间的电压 D．金属中的涡流会产生热量,生活中的电磁炉是利用这原理而工作的 ‎【答案】D ‎【解析】处于静电平衡的导体,内部的电场强度为零，导体是等势体，电势不为零，选项A错误；电势、电势差、电势能都是电能的概念，电势、电势差与放入电场中的电荷无关，而电势能与放入电场中的电荷有关，选项B错误；电动势数值上就等于外电路断开时电源正负极之间的电压，选项C错误；金属中的涡流会产生热量，生活中的电磁炉是利用这原理而工作的，选项D正确；故选D. ‎ ‎3．如图所示电路中，A、B是相同的两小灯，L是一个带铁芯的线圈，电阻可不计，调节R，电路稳定时两灯都正常发光，则在开关合上和断开时 A．断开S时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭 B．断开S时，通过B灯的电流方向与跟电流方向相同 C．合上S时，B比A先到达正常发光状态 D．两灯同时点亮、同时熄灭 ‎【答案】C ‎4．如图所示，电路中A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，则下列判断正确的是 A．S闭合瞬间，B灯先亮，A逐渐变亮 B．S闭合后电路稳定前，B先亮一下再逐渐变暗，A逐渐变暗 C．S闭合后电路稳定后，A灯和B灯亮度相同 D．S闭合后电路稳定后，再断开S时，A灯要亮一下再熄灭 ‎【答案】D ‎5．如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的灯泡，线圈L自感系数足够大，电阻可以忽略不计。下列说法中正确的是（　　）‎ A．合上开关S时，A1和A2同时亮 B．断开开关S时，A1和A2都要过一会儿才熄灭 C．断开开关S时，A2闪亮一下再熄灭 D．断开开关S时，流过A2的电流方向向右 ‎【答案】B ‎【解析】当开关S闭合时，灯A2立即发光，通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，灯A1逐渐亮起来，所以灯A2比灯A1先亮；由于线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，两灯电流相等，亮度相同，故A错误；稳定后当开关S断开后，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，线圈L、灯A2与灯A1构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭，由于两灯泡完全相同，线圈的电阻又不计，则灯A2不会出现闪亮一下，且流过灯A2的电流方向向左，故B正确，CD错误。所以B正确，ACD错误。‎ ‎6．图为演示自感现象实验装置的电路图，电源的电动势为E，内阻为r。A是灯泡，L是一个自感系数很大的线圈，线圈的直流电阻小于灯泡A正常发光时的电阻。实验时，闭合开关S，电路稳定后，灯泡A正常发光。下列说法正确的是 A．闭合开关S，电路稳定后，灯泡A中电流等于线圈L中电流 B．闭合开关S，电路稳定后，灯泡A中电流大于线圈L中电流 C．电路稳定后突然断开开关S，灯泡A立即熄灭 D．电路稳定后突然断开开关S，灯泡A闪亮一下再熄灭 ‎【答案】D ‎1．（浙江省普通高校2018年4月选考招生物理试卷）如图所示，在竖直平面内建立xOy坐标系，在、范围内存在一具有理想边界，方向垂直直面向内的匀强磁场区域。一边长、质量、电阻的匀质正方形刚性导线框abcd处于图示位置，其中心的坐标为。现将线框以初速度水平向右抛出，线框在进入磁场过程中速度保持不变，然后在磁场中运动，最后从磁场右边界离开磁场区域，完成运动全过程。线框在全过程中始终处于xOy平面内，其ab边与x轴保持平行，空气阻力不计。求：‎ ‎（1）磁感应强度B的大小；‎ ‎（2）线框在全过程中产生的焦耳热Q；‎ ‎（3）在全过程中，cb两端的电势差与线框中心位置的x坐标的函数关系。‎ ‎【答案】（1）2T（2）0.0375J ‎（3） ‎ ‎ ‎ ‎（2）全过程根据动量定理：‎ 而，联立可得：‎ 而 全过程根据能量守恒定律：‎ 联立解得：‎ 故本题答案是：（1）2T（2）0.0375J（3）‎ ‎2．（浙江省2018年 11月选考科目考试物理试题）如图所示，在间距L=0.2m的两光滑平行水平金属导轨间存在方向垂直于纸面（向内为正）的磁场，磁感应强度为分布沿y方向不变，沿x方向如下： ‎ 导轨间通过单刀双掷开关S连接恒流源和电容C=1F的未充电的电容器，恒流源可为电路提供恒定电流I=2A，电流方向如图所示。有一质量m=0.1kg的金属棒ab垂直导轨静止放置于x0=0.7m处。开关S掷向1，棒ab从静止开始运动，到达x3=－0.2m处时，开关S掷向2。已知棒ab在运动过程中始终与导轨垂直。求：‎ ‎（提示：可以用F－x图象下的“面积”代表力F所做的功）‎ ‎（1）棒ab运动到x1=0.2m时的速度v1；‎ ‎（2）棒ab运动到x2=－0.1m时的速度v2；‎ ‎（3）电容器最终所带的电荷量Q。‎ ‎【答案】（1）2m/s（2）（3） ‎ ‎【解析】‎ ‎（1）安培力，加速度，‎ 速度；‎ ‎（2）在区间，‎ 安培力，如图所示 安培力做功；‎ 根据动能定理可得，解得；‎ ‎（3）根据动量定理可得，‎ 电荷量，‎ 在处的速度，‎ 联立解得；‎ ‎3．（浙江省2017普通高校招生选考科目考试物理试题）间距为的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，如图所示,倾角为θ的导轨处于大小为，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅰ中，水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3的“联动双杆”（由两根长为的金属杆，和，用长度为L的刚性绝缘杆连接而成），在“联动双杆”右侧存在大小为，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅱ，其长度大于L，质量为，长为的金属杆，从倾斜导轨上端释放，达到匀速后进入水平导轨（无能量损失），杆与“联动双杆”发生碰撞后杆和合在一起形成“联动三杆”，“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间Ⅱ并从中滑出，运动过程中，杆、和与导轨始终接触良好，且保持与导轨垂直。已知杆、和电阻均为。不计摩擦阻力和导轨电阻，忽略磁场边界效应。求：‎ ‎（1）杆在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小；‎ ‎（2）联动三杆进入磁场区间II前的速度大小；‎ ‎（3）联动三杆滑过磁场区间II产生的焦耳热 ‎ ‎【答案】(1) (2) 1.5m/s (3)0.25J ‎【解析】沿着斜面正交分解，最大速度时重力分力与安培力平衡 ‎ (1)感应电动势 ‎ ‎ 电流 ‎ ‎ 安培力 ‎ 匀速运动条件 ‎ 代入数据解得：‎ ‎（2）由定量守恒定律 ‎ 解得： ‎ 综上所述本题答案是：(1) (2) 1.5m/s (3)0.25J。 ‎ ‎8．（浙江省杭州市2019届高三上学期物理模拟）当下特斯拉旗下的美国太空探索技术公司（SpaceX）正在研发一种新技术，实现火箭回收利用，效削减太空飞行成本，其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师马斯克在返回火箭的底盘安装了4台电磁缓冲装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓火箭对地的冲击力。电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图所示，虚线框内为该电磁缓的结构示意图，其主要部件为缓冲滑块K和质量为m的缓冲箭体．在缓冲装置的底板上，沿竖直方向固定着两个光滑水平绝缘导轨PQ、MN．缓冲装置的底部，安装电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B．导轨内的缓冲滑块K由高强度绝缘材料制成，滑块K上绕有闭合矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，匝数为n，ab边长为L．假设缓冲车以速度v0与地面碰撞后，滑块K 立即停下，此后线圈与轨道的磁场作用力使火箭减速，从而实现缓冲，一切摩擦阻力不计，地球表面的重力加速度为g。‎ ‎（1）求滑块K的线圈中最大感应电动势的大小；‎ ‎（2）若缓冲车厢向前移动距离H后速度为零，则此过程中每个缓冲线圈中通过的电量和产生的焦耳热各是多少？‎ ‎【答案】（1）nBLv0（2）n；mv02‎ ‎（2）由法拉第电磁感应定律得：，其中△Φ=BL2． 由欧姆定律得： 又 代入整理得：此过程线圈abcd中通过的电量为：q=n． 由功能关系得：线圈产生的焦耳热为：Q=mv02‎ ‎9．（浙江省杭州市2019届高三上学期物理模拟 ）用导线绕一圆环，环内有一用同样导线折成的内接正方形线框，圆环与线框绝缘，如图1所示。圆环的半径R=2 m，导线单位长度的电阻r0=0.2 Ω/m。 把它们放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆环平面（纸面）向里。磁感应强度B随时间t变化如图2所示。求：‎ ‎（1）正方形产生的感应电动势；‎ ‎（2）在0~2.0 s内，圆环产生的焦耳热；‎ ‎（3）若不知道圆环半径数值，在0~2.0 s内，导线圆环中的电流与正方形线的电流之比。‎ ‎【答案】（1）4V（2）31.75J（3） ‎ ‎（3）正方形方框中的电流为： ‎ 导线圆环中的电流为： ‎ 导线圆环中的电流与正方形线框的电流之比：‎ ‎10．（浙江省杭州八中2019届上学期高三周末自测卷）某校航模兴趣小组设计了一个飞行器减速系统，有摩擦阻力、电磁阻尼、空气阻力系统组成，装置如图所示，匝数N=100匝、面积S=、电阻r=0.1Ω的线圈内有方向垂直于线圈平面向上的随时间均匀增加的磁场，其变化率k=1.0T/s.线圈通过电子开关S连接两根相互平行、间距L=0.5m的水平金属导轨，右端连接R=0.2Ω的电阻，其余轨道电阻不计。在导轨间的区域1中存在水平向右、长度为d=8m的匀强磁场，磁感应强度为B2，大小在范围内可调；在区域2中存在长度足够长、大小为0.4T、方向垂直纸面向里的匀强磁场。飞行器可在轨道间运动，其下方固定有一根长为L=0.5m、电阻也为R=0.2Ω的导体棒AB，与导轨良好接触，飞行器(含导体棒)总质量m=0.5kg。在电子开关闭合的同时，飞行器以 的初速度从图示位置开始运动，已知导体棒在区域1中运动时与轨道间的动摩擦因素=0.5，其余各处摩擦均不计。‎ ‎(1)飞行器开始运动时，求AB棒上的电流方向和两端的电压U；‎ ‎(2)为使导体棒AB能通过磁场区域1，求磁感应强度应满足的条件；‎ ‎(3)若导体棒进入磁场区域2左边界PQ时，会触发电子开关S断开，同时飞行器会打开减速伞，已知飞行器受到的空气阻力f与运动速度v成正比。即.当取合适值时导体棒在磁场区域2中的位移最大，求此最大位移x.‎ ‎【答案】（1）10A ；2V （2）0.8T （3）8m ‎【解析】‎ ‎(1)根据楞次定律。导体棒上电流B到A ‎ 线圈的感应电动势为 ‎ 流过导体棒的电流 导体棒两端电压 ‎(2)若导体棒刚好运动到磁场区域1右边界，则磁感应强度最大 由动能定理:‎ 得:=0.8T ‎11．（浙江省2019届高三高考选考科目9月联考）如图所示，一个半径为r=0.4m的圆形金属导轨固定在水平面上，根长为r的金属棒ab的a端位于圆心，端与导轨接触良好。从a端和圆形金属导轨分别引出两条导线与倾角为θ=37°、间距为l=0.5m的平行金属导轨相连质量m=0.1kg、电阻R=1Ω的金属棒cd垂直导轨放置在平行导轨上，并与导轨接触良好，且棒cd与两导轨间的动摩擦因数为μ=0.5。导轨间另一支路上有一规格为“2.5Ⅴ 0.3A”的小灯泡L和一阻值范围为0~10Ω的滑动变阻器R0。整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B=1T。金属棒ab、圆形金属导轨、平行导轨及导线的电阻不计，从上往下看金属棒ab做逆时针转动，角速度大小为ω。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8。‎ ‎(1)当ω=40rad/s时，求金属棒ab中产生的感应电动势E1，并指出哪端电势较高；‎ ‎(2)在小灯泡正常发光的情况下，求ω与滑动变阻器接入电路的阻值R0间的关系；(已知通小灯泡的电流与金属棒cd是否滑动无关)；‎ ‎(3)在金属棒cd不发生滑动的情况下，要使小灯泡能正常发光，求ω的取值范围。‎ ‎【答案】（1），b端电势较高（2）（3）‎ ‎（i）当较小，棒cd恰要向下滑动时，对其进行受力分析，受力示意图如图甲所示：‎ X轴有：；y轴有，且；‎ 棒cd所受安培力，‎ 通过棒cd的电流；‎ 联立解得；‎ ‎（ii）当较大，棒cd恰要向上滑动时，对其受力分析，受力示意图如图乙所示 综上所述。 ‎ 设滑行距离为d，则 ‎ 即d2+2v0t0d－2ΔS＝0‎ 解得： ‎ ‎。‎