高考物理复习专题四电路与电磁感应第2讲电磁感应规律及综合应用市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,2,讲电磁感应规律及综合应用,1/81,网络构建,2/81,备考策略,3/81,3,.,抓住,“,两个定律,”,、利用,“,两种观点,”,、分析,“,一个电路,”,“,两个定律,”,是指楞次定律和法拉第电磁感应定律；,“,两种观点,”,是指动力学观点和能量观点；,“,一个电路,”,是指电磁感应电路。,4/81,【典例,1,】,(,全国卷,，,15),如图,1,，在方向垂直于纸面向里匀强磁场中有一,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，在运动开始瞬间，关于感应电流方向，以下说法正确是,(,),楞次定律和法拉第电磁感应定律应用,楞次定律应用,5/81,图,1,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,6/81,解析,金属杆,PQ,突然向右运动，由右手定则可知，,PQRS,中有沿逆时针方向感应电流，穿过圆环形金属线框,T,中磁通量减小，由楞次定律可知，,T,中有沿顺时针方向感应电流，故选项,D,正确，,A,、,B,、,C,错误。,答案,D,7/81,【典例,2,】,(,多项选择,),(,全国卷,，,19),如图,2,，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈经过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内直导线连接成回路。将一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。以下说法正确是,(,),图,2,8/81,A.,开关闭合后瞬间，小磁针,N,极朝垂直纸面向里方向转动,B.,开关闭合并保持一段时间后，小磁针,N,极指向垂直纸面向里方向,C.,开关闭合并保持一段时间后，小磁针,N,极指向垂直纸面向外方向,D.,开关闭合并保持一段时间再断开后瞬间，小磁针,N,极朝垂直纸面向外方向转动,9/81,解析,由电路可知，开关闭合瞬间，右侧线圈正面围绕部分电流向下，由安培定则可知，直导线在铁芯中产生向右磁场，由楞次定律可知，左侧线圈正面围绕部分产生向上电流，则直导线中电流方向由南向北，由安培定则可知，直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里磁场，则小磁针,N,极朝垂直纸面向里方向转动，,A,正确；开关闭合并保持一段时间后，穿过左侧线圈磁通量不变，则左侧线圈中感应电流为零，直导线不产生磁场，则小磁针静止不动，,B,、,C,错误；开关闭合并保持一段时间再断开后瞬间，穿过左侧线圈向右磁通量降低，则由楞次定律可知，左侧线圈正面围绕部分产生向下感应电流，则流过直导线电流方向由北向南，直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外磁场，则小磁针,N,极朝垂直纸面向外方向转动，,D,正确。,答案,AD,10/81,【典例,3,】,(,多项选择,),(,全国卷,，,20),如图,3(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,右侧。导线,PQ,中通有正弦交流电,i,，,i,改变如图,(b),所表示，要求从,Q,到,P,为电流正方向。导线框,R,中感应电动势,(,),图,3,11/81,12/81,答案,AC,13/81,法拉第电磁感应定律应用,14/81,答案,B,15/81,【典例,5,】,(,多项选择,),(,全国卷,，,20),法拉第圆盘发电机示意图如图,5,所表示。铜圆盘安装在竖直铜轴上，两铜片,P,、,Q,分别与圆盘边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上匀强磁场,B,中。圆盘旋转时，关于流过电阻,R,电流，以下说法正确是,(,),图,5,16/81,A.,若圆盘转动角速度恒定，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,方向流动,C.,若圆盘转动方向不变，角速度大小发生改变，则电流方向可能发生改变,D.,若圆盘转动角速度变为原来,2,倍，则电流在,R,上热功率也变为原来,2,倍,17/81,答案,AB,18/81,1.,(,河南濮阳一模,),如图,6,甲所表示，光滑,“”,形金属支架,ABC,固定在水平面上，支架处于垂直于水平面向下匀强磁场中，一金属导体棒,EF,放在支架上，用一轻杆将导体棒与墙固定连接，磁感应强度随时间改变规律如图乙所表示，取垂直于水平面向下为正方向，则以下说法中正确是,(,),图,6,19/81,A.,t,1,时刻轻杆对导体棒作用力最大,B.,t,2,时刻轻杆对导体棒作用力最大,C.,t,2,到,t,3,时间内，轻杆对导体棒作用力先增大后减小,D.,t,2,到,t,4,时间内，轻杆对导体棒作用力方向不变,20/81,答案,C,21/81,2.,(,多项选择,),如图,7,甲所表示，左侧接有定值电阻,R,2,水平粗糙导轨处于垂直纸面向外匀强磁场中，磁感应强度,B,1 T,，导轨间距为,L,1 m,。一质量,m,2 kg,、阻值,r,2,金属棒在拉力,F,作用下由静止开始从,CD,处沿导轨向右加速运动，金属棒与导轨间动摩擦因数,0.25,，,g,10 m/s,2,。金属棒,v,x,图象如图乙所表示，则从起点发生,x,1 m,位移过程中,(,),图,7,22/81,A.,拉力做功,W,9.25 J,B.,经过电阻,R,电荷量,q,0.125 C,C.,整个系统产生总热量,Q,5.25 J,D.,x,1 m,时金属棒热功率为,1 W,23/81,答案,AC,24/81,【典例,1,】,(,多项选择,),(,全国卷,，,20),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,正方形导线框,abcd,位于纸面内，,cd,边与磁场边界平行，如图,8(a),所表示。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改变图线如图,(b),所表示,(,感应电流方向为顺时针时，感应电动势取正,),。以下说法正确是,(,),电磁感应中图象问题,依据题目所给条件，读图分析相关物理量,25/81,图,8,A.,磁感应强度大小为,0.5 T,B.,导线框运动速度大小为,0.5 m/s,C.,磁感应强度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，导线框所受安培力大小为,0.1 N,26/81,答案,BC,27/81,依据题目所给条件，选择图象,28/81,图,9,29/81,答案,D,30/81,1,.,处理电磁感应图象问题,“,三点关注,”,(1),明确图象所描述物理意义；明确各种,“,”,、,“,”,含义；,(2),关注改变过程，看电磁感应发生过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图象改变相对应。,(3),关注大小、方向改变趋势，看图线斜率大小、图线曲直是否和物理过程对应。,2,.,处理电磁感应图象问题惯用,“,两个方法,”,(1),排除法；,(2),函数法。,31/81,32/81,图,10,33/81,答案,BD,34/81,2.,(,多项选择,),如图,11,甲所表示，矩形线圈,abcd,平放在水平桌面上，其空间存在两个竖直方向磁场，两磁场方向相反，两磁场分界限,OO,恰好把线圈分成左右对称两部分，当两磁场磁感应强度按如图乙所表示规律改变时，线圈一直静止，要求磁场垂直纸面向里为正方向，线圈中逆时针方向为正方向，线圈所受桌面摩擦力向左为正方向，则以下关于线圈产生感应电流和桌面对线圈摩擦力随时间改变图象正确是,(,),图,11,35/81,36/81,答案,AC,37/81,3.,一个圆形线圈，共有,n,10,匝，其总电阻,r,4.0,。线圈与阻值,R,0,16,外电阻连成闭合回路，如图,12,甲所表示。线圈内部存在着一个边长,l,0.20 m,正方形区域，其中有分布均匀但强弱随时间改变磁场，图乙显示了一个周期内磁场改变情况，周期,T,1.0,10,2,s,，磁场方向以垂直线圈平面向外为正方向。求：,图,12,38/81,39/81,40/81,电磁感应定律综合应用,以,“,单棒导轨,”,模型为载体，考查电磁感应中力、电综合问题,41/81,42/81,解析,依据题述，由金属杆进入磁场,和进入磁场,时速度相等可知，金属杆在磁场,中做减速运动，所以金属杆刚进入磁场,时加速度方向竖直向上，选项,A,错误；因为金属杆进入磁场,后做加速度逐步减小减速运动，而在两磁场之间做匀加速运动，运动过程如图所表示,(,其中,v,1,为金属杆刚进入,时速度，,v,2,为金属杆刚出,时速度,),，图线与时间轴所围面积表示位移，两段运动位移相等，所以穿过磁场,时间大于在两磁场之间运动时间，选项,B,正确；,43/81,答案,BC,44/81,45/81,46/81,47/81,答案,(1)0.2 kg,2,(2)0.5 m/s,48/81,【典例,3,】,如图,15,所表示，两根质量均为,m,2 kg,金属棒垂直放在光滑水平导轨上，左右两部分导轨间距之比为,1,2,，导轨间有大小相等但左、右两部分方向相反匀强磁场，两棒电阻与棒长成正比，不计导轨电阻。现用,250 N,水平拉力,F,向右拉,CD,棒，,CD,棒运动,s,0.5 m,时其上产生焦耳热为,Q,2,30 J,，此时两棒速率之比为,v,A,v,C,1,2,，现马上撤去拉力,F,，设导轨足够长且两棒一直在不一样磁场中运动，求：,以,“,双棒导轨,”,模型为载体，考查电磁感应中能量、动量等问题,图,15,49/81,(1),在,CD,棒运动,0.5 m,过程中，,AB,棒上产生焦耳热；,(2),撤去拉力,F,瞬间，两棒速度大小,v,A,和,v,C,；,(3),撤去拉力,F,后，两棒最终匀速运动速度大小,v,A,和,v,C,。,50/81,解析,(1),设两棒长度分别为,l,和,2,l,，所以电阻分别为,R,和,2,R,，因为电路中任何时刻电流均相等，依据焦耳定律,Q,I,2,Rt,可知,Q,1,Q,2,1,2,，则,AB,棒上产生焦耳热,Q,1,15 J,。,(3),撤去拉力,F,后，,AB,棒继续向左做加速运动，而,CD,棒向右做减速运动，两棒最终匀速运动时电路中电流为零，即两棒切割磁感线产生电动势大小相等，此时两棒速度满足,BL,v,A,B,2,L,v,C,即,v,A,2,v,C,(,不对过程进行分析，认为系统动量守恒是常见错误,),51/81,对两棒分别应用动量定理，要求水平向左为正方向，,联立以上各式解得,v,A,6.4 m/s,，,v,C,3.2 m/s,。,答案,(1)15 J,(2)4 m/s,8 m/s,(3)6.4 m/s,3.2 m/s,52/81,【典例,4,】,如图,16,甲所表示，斜面上存在一有理想边界匀强磁场，磁场方向与斜面垂直。在斜面上离磁场上边界,s,1,0.36 m,处静止释放一单匝矩形金属线框，线框底边和磁场边界平行，金属线框与斜面间动摩擦因数,0.5,。整个线框进入磁场过程中，机械能,E,和位移,s,之间关系如图乙所表示。已知,E,0,E,1,0.09 J,，线框质量为,0.1 kg,，电阻为,0.06,，斜面倾角,37,，磁场区域宽度,d,0.43 m,，重力加速度,g,10 m/s,2,，,sin 37,0.6,，,cos 37,0.8,。求：,以,“,导体框,”,为载体，考查电磁感应定律综合应用,53/81,图,16,(1),线框刚进入磁场时速度大小,v,1,；,(2),线框从开始进入磁场至完全进入磁场所用时间,t,；,(3),线框穿越磁场整个过程中电功率最大值。,54/81,解析,(1),金属线框进入磁场过程中，减小机械能等于克服摩擦力,F,f,和安培力,F,A,所做功，机械能均匀减小，所以安培力为恒力，线框匀速进入磁场。,在未进入磁场前有,mg,sin 37,mg,cos 37,ma,，得,a,2 m/s,2,联立解得,v,1,1.2 m/s,。,55/81,(2),设线框侧边长为,s,2,，即线框进入磁场过程运动距离为,s,2,，依据功效关系，除重力之外力所做功等于物体机械能改变，所以有,E,W,f,W,A,(,F,f,F,A,),s,2,因为是匀速进入磁场，所以,F,f,F,A,mg,sin 37,0.6 N,解得,s,2,0.15 m,56/81,答案,(1)1.2 m/s,(2)0.125 s,(3)0.43 W,57/81,巧用流程处理电磁感应中力、电综合问题,58/81,1.,(,江西南昌三模,),如图,17,所表示，质量为,m,0.04 kg,、边长,l,0.4 m,正方形线框,abcd,放置在一光滑绝缘斜面上，线框用一平行斜面细绳系于,O,点，斜面倾角为,30,；线框二分之一处于磁场中，磁场磁感应强度随时间改变关系为,B,2,0.5,t,(T),，方向垂直于斜面；已知线框电阻为,R,0.5,，重力加速度取,g,10 m/s,2,。以下说法中正确是,(,),图,17,59/81,A.,线框中感应电流方向为,abcda,B.,t,0,时，细线拉力大小为,F,0.2 N,C.,线框中感应电流大小为,I,80 mA,D.,经过一段时间,t,，线框可能拉断细绳向下运动,60/81,答案,C,61/81,2.,(,多项选择,),如图,18,甲所表示，足够长平行金属导轨,MN,、,PQ,倾斜放置。完全相同两金属棒,ab,、,cd,分别垂直导轨放置，棒两端都与导轨一直有良好接触，已知两棒电阻均为,R,，导轨间距为,l,且光滑，电阻不计，整个装置处于方向垂直于导轨平面向上，大小为,B,匀强磁场中。棒,ab,在平行于导轨向上力,F,作用下，沿导轨向上运动，从某时刻开始计时，两棒,v,t,图象如图乙所表示，两图线平行，,v,0,已知，则从计时开始,(,),图,18,62/81,63/81,答案,AC,64/81,65/81,图,19,(1),CD,棒刚进入磁场时所受安培力大小；,(2),CD,棒经过磁场过程中流过其横截面电荷量,q,；,(3),CD,棒在磁场中运动过程中电路产生热量,Q,。,66/81,解析,(1),金属棒进入磁场前做匀加速直线运动,由牛顿第二定律得,F,mg,ma,，代入得,a,10 m/s,2,由运动学公式得,v,2,2,as,，代入得,v,2 m/s,感应电动势,E,BL,v,2 V,67/81,由焦耳定律,Q,I,2,Rt,得,CD,棒在磁场中运动过程中回路中所产生热量,Q,40,2,0.05,0.4,32 J,。,答案,(1)40 N,(2)16 C,(3)32 J,68/81,情形,1,以科学技术为背景考查楞次定律,物理学是科学技术基础，联络生产、生活，考查物理知识应用是高考命题热点，能够表达高考对学科素养重视。,电磁感应中,STSE,问题赏析,69/81,【例,1,】,(,全国卷,，,18),扫描隧道显微镜,(STM),可用来探测样品表面原子尺度上形貌。为了有效隔离外界振动对,STM,扰动，在圆底盘周围沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图,20,所表示。无扰动时，按以下四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动衰减最有效方案是,(,),图,20,70/81,解析,感应电流产生条件是闭合回路中磁通量发生改变。在,A,图中，系统振动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，在磁场中部分有时多有时少，磁通量发生改变，产生感应电流，受到安培力，妨碍系统振动；在,B,、,D,图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无电流产生；在,C,图中，不论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流，故选项,A,正确，,B,、,C,、,D,错误。,答案,A,71/81,【例,2,】,伴随新能源轿车普及，无线充电技术得到了深入开发和应用。普通给大功率电动汽车充电时利用是电磁感应原理。如图,21,所表示，由地面供电装置,(,主要装置有线圈和电源,),将电能传送至电动车底部感应装置,(,主要装置是线圈,),，该装置使用接收到电能对车载电池进行充电，供电装置与车身接收装置之间经过磁场传送能量，因为电磁辐射等原因，其能量传输效率只能到达,90%,左右。无线充电桩普通采取平铺式放置，用户无需下车、无需插电即可对电动车进行充电。当前，无线充电桩能够允许充电有效距离普通为,15,25 cm,，允许错位误差普通为,15 cm,左右。以下说法正确是,(,),72/81,图,21,A.,无线充电桩优越性之一是在百米开外也能够对电车快速充电,B.,车身感应线圈中感应电流产生磁场总是要妨碍引发感应电流磁通量改变,C.,车身感应线圈中感应电流产生磁场总是与地面发射线圈中电流磁场方向相反,D.,若线圈均采取超导材料制成，则能量传输效率有望到达,100%,73/81,解析,由题意可知无线充电桩能够允许充电有效距离普通为,15,25 cm,，允许错位误差普通为,15 cm,左右，所以达不到在百米开外对电车快速充电，选项,A,错误；由楞次定律可知，车身感应线圈中感应电流产生磁场总是要妨碍引发感应电流磁通量改变，选项,B,正确；当地面发射线圈中电流增加时，穿过车身感应线圈磁通量增加，依据楞次定律可知，此时车身感应线圈中感应电流磁场方向与地面发射线圈中电流磁场方向相反，当地面发射线圈中电流减小时，穿过车身感应线圈磁通量降低，依据楞次定律可知，此时车身感应线圈中感应电流磁场方向与地面发射线圈中电流磁场方向相同，选项,C,错误；因为有电磁辐射，传送能量过程中有能量损失，所以即使线圈均采取超导材料制成，传输效率也不可能到达,100%,，选项,D,错误。,答案,B,74/81,情形,2,以生活为背景考查楞次定律,【例,3,】,(,多项选择,),(,广东惠州模拟,),在家庭电路中，为了安全，普通在电能表后面电路中安装一个漏电开关，其工作原理如图,22,所表示，其中甲线圈两端与脱扣开关控制器相连，乙线圈由两条电源线采取双线法绕制，并与甲线圈绕在同一个矩形硅钢片组成铁芯上。以下说法中正确是,(,),图,22,75/81,A.,当用户用电正常时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关接通,B.,当用户用电正常时，甲线圈两端有电压，脱扣开关接通,C.,当用户发生漏电时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关断开,D.,当用户发生漏电时，甲线圈两端有电压，脱扣开关断开,解析,正常状态时，火线和零线中电流产生磁场完全抵消，脱扣开关,S,保持接通，选项,A,正确，,B,错误；当用户发生漏电时，流过火线与零线电流不相等，乙线圈中火线和零线电流产生磁场不能完全抵消，会使甲线圈中产生感应电动势，脱扣开关断开，选项,C,错误，,D,正确。,答案,AD,76/81,【例,4,】,(,北京顺义区二模,),与普通吉他靠箱体振动发声不一样，电吉他靠拾音器发声。如图,23,所表示，拾音器由磁体及绕在其上线圈组成。磁体产生磁场使钢质琴弦磁化而产生磁性，即琴弦也产生自己磁场。当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时，线圈中就会产生对应电流，并最终还原为声音信号。以下说法中正确是,(,),图,23,77/81,A.,若磁体失去磁性，电吉他仍能正常工作,B.,换用尼龙材质琴弦，电吉他仍能正常工作,C.,琴弦振动过程中，线圈中电流方向不会发生改变,D.,拾音器作用是利用电磁感应把琴弦振动转化成电信号,解析,若磁体失去磁性，则无法产生电磁感应，所以电吉他不能正常工作，故选项,A,错误；电吉他若使用尼龙材质琴弦，则不会被磁化，不能产生电磁感应，故选项,B,错误；琴弦振动过程中，线圈中产生感应电流大小和方向均是改变，故选项,C,错误；电吉他是依据电磁感应原理工作，拾音器作用是利用电磁感应把琴弦振动转化成电信号，故选项,D,正确。,答案,D,78/81,情形,3,以科学技术为背景考查电磁感应定律,【例,5,】,(,多项选择,),(,河南郑州质检,),铁路运输中设计各种装置都利用了电磁感应原理。有一个电磁装置能够向控制中心传输信号以确定火车位置和运动状态，装置原理是：将能产生匀强磁场磁铁安装在火车首节车厢下面，如图,24,甲所表示,(,俯视图,),，当它经过安放在两铁轨间矩形线圈时，线圈便产生一个电信号传输给控制中心。线圈长为,l,1,，宽为,l,2,，匝数为,n,。若匀强磁场只分布在一个矩形区域内，当火车首节车厢经过线圈时，控制中心接收到线圈两端电压,u,与时间,t,关系如图乙所表示,(,ab,、,cd,均为直线,),，则在,t,1,t,2,时间内,(,),79/81,80/81,答案,BD,81/81,