2019届二轮复习电磁感应课件（共40张）（江苏专用）

2019届二轮复习电磁感应课件（共40张）（江苏专用）

第 1 讲　电磁感应 专题五 　 电磁感应和电路 内容索引 网络构建 　规律 方法 高考题型 1 　楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 高考题型 2 　电磁感应图象问题 高考题型 3 　电磁感应的综合问题 网络构建 规律方法 网络构建 解决电磁感应电路综合问题的一般思路是 “ 先电后力 ” ，即： 先作 “ 源 ” 的分析 —— 分析电路中由电磁感应所产生的 “ 电源 ” ，求出电源参数 E 和 r ； 接着进行 “ 路 ” 的分析 —— 分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力； 然后是 “ 力 ” 的分析 —— 分析研究对象 ( 通常是金属棒、导体、线圈等 ) 的受力情况，尤其注意其所受的安培力； 接着进行 “ 运动状态 ” 的分析 —— 根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型； 最后是 “ 能量 ” 的分析 —— 寻找电磁感应过程中和研究对象的运动过程中，其能量转化和守恒的关系 . 规律 方法 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 高考题型 1 1. 感应电流方向的判断方法： 楞次定律或右手定则 . 2. 左手定则和右手定则 (1) 无论是 “ 安培力 ” 还是 “ 洛伦兹力 ” ，只要是 “ 力 ” 都用左手判断 . (2) 切割磁感线产生电流要用右手定则判断 . 但电流周围的磁场方向要用安培定则判断 . 3. 电磁感应的三个公式 (2) E ＝ BL v 的研究对象为平动垂直切割磁感线的导体棒 . 例 1 　 (2018· 泰州中学模拟 ) 被弯成正弦函数图象形状的导体棒 a 和直导体棒 b 放置在如图 1 所示的坐标系中， a 、 b 的右端通过导线与阻值 R ＝ 5 Ω 的电阻连接，导体棒 c 与 y 轴重合，整个装置处在方向垂直坐标系向里、磁感应强度 B ＝ 1 T 的匀强磁场中 ( 图中未画出 ) ，除 R 外不计一切电阻，现使导体棒 c 在水平力 F 作用下从图示位置以 v ＝ 5 m/s 的速度匀速运动至 a 、 b 右端，整个过程中导体棒 a 、 b 和 c 保持良好接触，不计一切摩擦， 则 A. 流过电阻 R 的电流方向如图中箭头所示 B. 水平力 F 的最小值为 0.32 N C. 电阻 R 电压的最大值为 4 V D. 水平力 F 的最大功率为 7.2 W 答案 解析 图 1 √ 解析　 导体棒 c 向右运动过程中，穿过回路的磁通量减小，根据楞次定律 “ 增反减同 ” 知，感应电流的磁场垂直坐标系向里，由安培定则可知，流过电阻 R 的电流方向与题图中箭头所示的方向相反，故 A 错误 . c 棒有效切割长度的最小值为 L min ＝ 0.4 m ，产生的感应电动势最小值为 E min ＝ BL min v ＝ 1 × 0.4 × 5 V ＝ 2 V ，感应电流最小值为 I min ＝ 0.4 A ， c 棒所受安培力的最小值为 F 安 min ＝ BI min L min ＝ 1 × 0.4 × 0.4 N ＝ 0.16 N ，金属棒匀速运动，由平衡条件可得，水平力 F 的最小值为 F min ＝ F 安 min ＝ 0.16 N ，故 B 错误 . c 棒有效切割长度的最大值为 L max ＝ 1.2 m ，产生的感应电动势最大值为 E max ＝ BL max v ＝ 1 × 1.2 × 5 V ＝ 6 V ，感应电流最大值为 I max ＝ 1.2 A ， c 棒所受安培力的最大值为 F 安 max ＝ BI max L max ＝ 1 × 1.2 × 1.2 N ＝ 1.44 N ，金属棒匀速运动，由平衡条件可得，水平力 F 的最大值为 F max ＝ F 安 max ＝ 1.44 N ， 水平力 F 的最大功率为 P max ＝ F max v ＝ 1.44 × 5 W ＝ 7.2 W ，故 C 错误， D 正确 . 拓展训练 1 　 ( 多选 ) (2018· 南通市等七市三模 ) 健身车上装有金属电磁阻尼飞轮，飞轮附近固定一电磁铁，示意图如图 2 所示，人在健身时带动飞轮转动 . 则 A. 飞轮转速越大，阻尼越大 B. 电磁铁所接电压越大，阻尼越大 C. 飞轮材料电阻率越大，阻尼越大 D. 飞轮材料密度越大，阻尼越 大 答案 √ 解析 图 2 √ 解析　 飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，所以会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于电磁铁对它的安培力，飞轮转速越大，感应电流越大，阻尼越大，故 A 正确 ； 电磁铁 所接电压越大，飞轮所在处的磁感应强度越强，在飞轮转速一定时，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，故 B 正确 ； 电阻 越大产生的感应电流越小，阻尼越小，故 C 错误 ； 由 以上分析可知，电磁阻尼大小与飞轮材料密度无关，故 D 错误 . 拓展训练 2 　 ( 多选 )(2018· 苏州市期初调研 ) 如图 3 甲所示，矩形导线框固定在匀强磁场中，磁感线方向与导线框所在平面垂直 . 规定垂直纸面向里为磁场的正方向，磁感应强度 B 随时间 t 变化的规律如图乙所示 . 则 A. 从 0 到 t 2 时间内，导线框中电流的 方向 先 为 adcba 再为 abcda B. 从 0 到 t 2 时间内，导线框中电流的 方向 始终 为 adcba C. 从 0 到 t 1 时间内，导线框中电流越来越小 D. 从 0 到 t 1 时间内，导线框 ab 边受到的安培力越来越 小 答案 √ 解析 图 3 √ 解析　 从 0 到 t 2 时间内，线圈中磁通量的变化率相同，则感应电动势不变，电路中电流大小和方向不变，根据楞次定律可知电流方向为 adcba ，故 A 、 C 错误， B 正确 ； 从 0 到 t 1 时间内，电路中电流大小恒定不变，由 F ＝ BIL 可知， F 与 B 成正比，因为 B 逐渐减小，所以安培力越来越小，故 D 正确 . 拓展训练 3 　 (2018· 常熟中学模拟 ) 如图 4 所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图 . 将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘，图中 a 、 b 导线与铜盘的中轴线处在同一竖直平面内，转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流 . 若图中铜盘半径为 L ，匀强磁场的磁感应强度为 B ，回路总电阻为 R ，从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为 ω . 则下列说法正确的是 A. 回路中有大小和方向周期性变化的电流 B. 回路中电流大小恒定，且等于 C. 回路中电流方向不变，且从 a 导线流进灯泡，再从 b 导线 流向 旋转的铜盘 D. 若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜盘的正弦变化的磁场，不转动铜盘， 灯 泡 中一定有电流 流过 答案 √ 解析 图 4 解析　 把铜盘看做若干条由中心指向边缘的铜棒组合而成，当铜盘转动时，每根金属棒都在切割磁感线，相当于电源，由右手定则知，铜盘中心为电源正极，铜盘边缘为负极，若干个相同的电源并联对外供电，电流方向由 b 经灯泡再从 a 流向铜盘，方向不变，故 A 、 C 错误 . 当铜盘不动，磁场按正弦规律变化时，铜盘中形成涡流，若两导线的所在平面与磁场方向平行，则没有电流通过灯泡，故 D 错误 . 拓展点　自感现象问题 例 2 　 ( 多选 )(2018· 盐城中学 4 月检测 ) 如图 5 所示的电路中，电感 L 的自感系数很大，电阻可忽略， D 为理想二极管，则下列说法正确的 是 A. 当 S 闭合时， L 1 立即变亮， L 2 逐渐变亮 B. 当 S 闭合时， L 1 一直不亮， L 2 逐渐变亮 C. 当 S 断开时， L 2 立即熄灭 D. 当 S 断开时， L 1 突然变亮，然后逐渐变暗直至 熄灭 答案 √ 解析 图 5 √ 解析　 当 S 闭合时，由于二极管的单向导电性， L 1 一直不亮，由于电感 L 产生自感电动势， L 2 逐渐变亮，当 S 断开时，由于电感 L 产生向右的自感电动势，二极管处于导通状态， L 1 突然变亮，然后逐渐变暗直至熄灭，故选 B 、 D. 电磁感应图象问题 高考 题型 2 电磁感应中图象类选择题的两种常见解法 (1) 排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势 ( 增大还是减小 ) 、变化快慢 ( 均匀变化还是非均匀变化 ) ，特别是物理量的正负，排除错误的选项 . (2) 函数法：根据题目所给条件求出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象作出分析和判断 . 向做初速度为零的匀加速运动，线框运动过程中， ad 边始终水平，线框平面始终与磁场垂直，磁场宽度大于 L ，以 x 轴正方向作为力的正方向，则磁场对线框的作用力 F 随时间 t 的变化图线及线框 ab 边的电压 U 随时间 t 的变化图象正确的是 例 3 　 ( 多选 )(2018· 江苏省高考压轴冲刺卷 ) 如图 6 所示， abcd 为边长为 L 的正方形线框，线框在纸面内，电阻为 R . 图中虚线区域内有垂直纸面向里的匀强磁场 . 现用 外力作用于线框，使线框从图示位置开始沿 x 轴 正方 答案 √ 解析 图 6 √ 规定垂直纸面向外为磁场的正方向，线框中顺时针电流的方向为感应电流的正方向，水平向右为安培力的正方向 . 关于线框中的感应电流 i 与 ad 边所受的安培力 F 随时间 t 变化的图象，下列选项正确的是 拓展训练 4 　 ( 多选 ) 闭合矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度 B 随时间 t 变化的规律如图 7 所示 . 答案 图 7 解析 √ √ 解析　 由题图 B － t 图象可知， 0 ～ 1 s 时间内， B 增大， Φ 增大，由楞次定律可知，感应电流沿顺时针方向，为正值， 1 ～ 2 s 内磁通量不变，无感应电流， 2 ～ 3 s 内， B 的方向垂直纸面向外， B 减小， Φ 减小，由楞次定律可知，感应电流沿逆时针方向，为负值， 3 ～ 4 s ， B 的方向垂直纸面向里， B 增大， Φ 增大，由楞次定律可知，感应电流沿逆时针方向，感应电流为负值， A 错误， B 正确 ； 由左手定则可知，在 0 ～ 1 s ， ad 边受到的安培力方向水平向右，是正的， 1 ～ 2 s 内无感应电流，没有安培力， 2 ～ 3 s ，安培力方向水平向左，是负的， 3 ～ 4 s ，安培力方向水平向右，是正的 . 由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势 E ＝ ， 感应电流 I ＝ ， 由 B － t 图象可知，在每一时间段内 ， 是 定值，在各时间段内 I 是定值， ad 边受到的安培力 F ＝ BIL ， I 、 L 不变， B 均匀变化，则安培力 F 均匀变化，不是定值， C 正确， D 错误 . 高考 题型 3 电磁感应的综合问题 1. 电磁感应动力学分析： 导体棒在磁场中切割磁感线运动时，由于安培力是变力，导体棒的运动往往是变加速运动，当加速度为零时，达到稳定状态，最后做匀速直线运动，根据共点力平衡条件列平衡方程 . 2. 电磁感应中的能量转化 (1) 安培力做正功，电能转化为其他形式的能 ( 如机械能 ). (2) 克服安培力做功，其他形式的能 ( 如机械能 ) 转化为电能 . 3. 求解焦耳热 Q 的三种方法 (1) 焦耳定律： Q ＝ I 2 Rt ，适用于电流、电阻均不变； (2) 功能关系： Q ＝ W 克服安培力 ，电流变不变都适用； (3) 能量转化： Q ＝ Δ E 其他能的减少量 ，电流变不变都适用 . 例 4 　 (2018· 南通市等七市三模 ) 如图 8 所示，水平导体棒 ab 质量为 m 、长为 L 、电阻为 R 0 ，其两个端点分别搭接在竖直平行放置的两光滑金属圆环上，两圆环半径均为 r 、电阻不计 . 阻值为 R 的电阻用导线与圆环相连接，理想交流电压表 V 接在电阻两端 . 整个空间有磁感应强度大小为 B 、方向竖直向下的匀强磁场，导体棒 ab 在外力 F 作用下以角速度 ω 绕两圆环的中心轴 OO ′ 匀速转动，产生正弦交流电 . 已知重力加速度为 g . 求： 图 8 (1) 导体棒 ab 沿圆环运动过程中受到的安培力最大值 F m ； 答案　 见解析 解析　 导体棒 ab 产生的最大感应电动势 E m ＝ BL v ＝ BLωr 答案 解析 (2) 电压表的示数 U 和导体棒从环的最低点运动到与环心等高处过程中通过电阻 R 的电荷量 q ； 答案　 见解析 答案 解析 电压表的示数 U ＝ IR 导体棒从环的最低点运动到与环心等高处过程产生的平均感应电动势 (3) 导体棒 ab 从环的最低点运动半周到最高点的过程中外力 F 做的功 W . 答案　 见解析 答案 解析 由动能定理有 W ＋ W 安 － mg ·2 r ＝ 0 拓展训练 5 　 ( 多选 )(2018· 江苏单科 ·9) 如图 9 所示，竖直放置的 “ ” 形光滑导轨宽为 L ，矩形匀强磁场 Ⅰ 、 Ⅱ 的高和间距均为 d ，磁感应强度为 B . 质量为 m 的水平金属杆由静止释放，进入磁场 Ⅰ 和 Ⅱ 时的速度相等 . 金属杆在导轨间的电阻为 R ，与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为 g . 金属杆 A. 刚进入磁场 Ⅰ 时加速度方向竖直向下 B. 穿过磁场 Ⅰ 的时间大于在两磁场之间的 运动 时间 C. 穿过两磁场产生的总热量为 4 mgd 答案 解析 √ √ 图 9 解析　 穿过磁场 Ⅰ 后，金属棒在磁场之间做加速运动，在磁场 Ⅱ 上边缘速度大于从磁场 Ⅰ 出来时的速度，即进入磁场 Ⅰ 时速度等于进入磁场 Ⅱ 时速度，大于从磁场 Ⅰ 出来时的速度 . 金属棒在磁场 Ⅰ 中做减速运动，加速度方向向上， A 项错误； 金属棒在磁场 Ⅰ 中做减速运动，由牛顿第二定律知 在磁场之间做加速度为 g 的匀加速直线运动，两个过程位移大小相等，由 v － t 图象 ( 可能图象如图所示 ) 可以看出穿过磁场 Ⅰ 的时间大于在两磁场之间的运动时间， B 项正确 ； 由于进入两磁场时速度相等，由动能定理知， W 安 1 － mg ·2 d ＝ 0 ， W 安 1 ＝ 2 mgd . 即通过磁场 Ⅰ 产生的热量为 2 mgd ，故穿过两磁场产生的总热量为 4 mgd ， C 项正确； 拓展训练 6 　 (2018· 南京市三模 ) 如图 10 甲所示，固定在水平桌面上的间距为 L 的光滑平行金属导轨，其右端 MN 间接有阻值为 R 的定值电阻，导轨上存在着以 efhg 为边界，宽度为 d 的匀强磁场，磁场磁感应强度 B 随时间 t 变化的规律如图乙所示，方向竖直向下 . 一长度为 L 的金属棒垂直于导轨放置，金属棒的电阻也为 R ，在 t ＝ 0 时刻从图示位置在恒力 作用 下由 静止开始沿导轨向右运动 ， t ＝ t 0 时刻恰好进入磁场，此时磁 感 应 强度为 B 0 ，并保持不变 . 金属棒从图示位置到恰好穿出磁场的运动过程中，电阻 R 上的电流大小不变，导轨电阻不计 . 求： 图 10 (1)0 ～ t 0 时间内流过电阻 R 的电流 I 的大小和方向； 答案 解析 答案　 见解析 (2) 金属棒穿过磁场的速度及所受恒力的大小； 答案 解析 答案　 见解析 解析　 经分析可知，金属棒穿过磁场的过程中电动势大小与 0 ～ t 0 时间内相同 金属棒匀速通过 磁场 F ＝ BIL (3) 金属棒从图示位置到恰好穿出磁场的运动过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q . 答案 解析 答案　 见解析