2020高考物理二轮复习专题11电磁感应讲含解析

电磁感应考点大纲要求考纲解读1.电磁感应现象Ⅰ1.高考对本专题内容考查较多的是感应电流的产生条件、方向．2.电磁感应现象与磁场、电路、力学、能量、动量以及热学等知识联系的综合题以及感应电流(或感应电动势)的图象问题在近几年高考中频繁出现．3.该部分知识与其他学科知识相互渗透也是命题的趋势，同时将该部分知识同生产、生活实际、高科技等相结合，注重考查学生分析、解决实际问题的能力．4.试题题型全面，选择题、解答题都可能出现，且解答题难度较大，涉及知识点多，考查综合能力，从而增加试题的区分度.2.磁通量Ⅰ3.法拉第电磁感应定律Ⅱ4.楞次定律Ⅱ5.自感、涡流Ⅰ纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：1.高考命题频率较高的是感应电流的产生条件、方向的判定和法拉第电磁感应定律的应用，与电路、力学、能量及动量等知识相联系的综合及图象问题(如Φ－t图象、B－t图象和i－t图象)等时有出现，要高度重视，法拉第电磁感应定律、楞次定律一直是高考命题的热点。2.本专题因难度大、涉及知识点多、综合能力强，主要的题型还是杆+导轨模型问题，线圈穿过有界磁场问题，综合试题还会涉及力和运动、能量守恒等知识，还可能以科学技术的具体问题为背景，考查运用知识解决实际问题的能力。考向01法拉第电磁感应定律和楞次定律1.讲高考（1）考纲要求知道电磁感应现象产生的条件;理解磁通量及磁通量变化的含义，并能计算;掌握楞次定律和右手定则的应用，并能判断感应电流的方向及相关导体的运动方向；能应用法拉第电磁感应定律、公式E＝Blv计算感应电动势.2.理解自感、涡流的产生，并能分析实际应用。考点定位】法拉第电磁感应定律、楞次定律的应用考点定位】考查了楞次定律的应用、导体切割磁感线运动【方法技巧】在分析导体切割磁感线运动、计算电动势时，一定要注意导体切割磁感线的有效长度，在计算交变电流的有效值时，一定要注意三个相同：相同电阻，相同时间，相同热量。2．讲基础（1）电磁感应现象①产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化．②能量转化：发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能．（2）楞次定律①内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．②适用情况：所有的电磁感应现象．③右手定则：适用情况：导体棒切割磁感线产生感应电流．（3）法拉第电磁感应定律①法拉第电磁感应定律的公式tnE.②导体切割磁感线的情形：则E＝Blvsin_θ.（运动速度v和磁感线方向夹角为）；E＝Blv.（运动速度v和磁感线方向垂直）；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＝Blv＝12Bl2ω(平均速度等于中点位置线速度12lω)．3．讲典例案例1．如图所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。当一竖直放置的通有恒定电流的螺线管沿线圈中线AB正上方水平快速通过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向的运动趋势，下列说法中正确的是()A．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左B．FN先大于mg后小于mg，运动趋势先向右后向左C．FN先小于mg后大于mg，运动趋势先向左后向右D．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右【答案】D【解析】【分析】由磁铁的运动可知线圈中磁通量的变化，由楞次定律可判断线圈的支持力及运动趋势；【详解】【点睛】线圈的运动是因发生了电磁感应而产生了感应电流，从而受到了安培力的作用而产生的，不过由楞次定律的描述可以直接判出，并且能更快捷。③灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解．④几点注意(a)公式tnE是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择．(b)用公式StBnE求感应电动势时，S为线圈在磁场范围内的有效面积．(c)通过回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路总电阻R总有关，与时间长短无关．推导如下：(1)导体切割磁感线运动①适用范围：该公式只适用于导体切割磁感线运动的情况．②对“θ”的理解：公式中的“θ”为B与v方向间的夹角，当θ＝90°(即B⊥v)时，E＝Blv.③对l的理解：E＝Blvsinθ中的l为有效切割长度，即导体在与v垂直的方向上的投影长度④E＝Blvsinθ中的v若为瞬时速度，则E为瞬时电动势；当v为平均速度，E为平均电动势．⑤线框绕垂直于匀强磁场方向的一条轴以角速度ω转动，如果从中性面开始计时，E＝nBSωsinωt，n为匝数，S为线框面积．5．讲易错【题目】（多选）如图所示，虚线EF左侧区域I内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，右侧区域Ⅱ内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2B，边长为L、粗细均匀的正方形金属线框在区域I，线框平面与磁场垂直，cd边与虚线EF平行，线框的电阻为R，现使线框由图示位置以速度v向右匀速运动，则在线框通过EF过程中，下列说法中正确的是A．通过导线横截面的电量为B．线框ab边的电流大小为C．线框受到的安培力的大小为D．线框中产生的焦耳热为【答案】ACD【正解】【错因】本题主要是考查了法拉第电磁感应定律和安培力的计算；对于导体切割磁感应线产生的感应电动势情况有两种：一是导体平动切割产生的感应电动势，可以根据E=BLv来计算；二是导体棒转动切割磁感应线产生的感应电动势，可以根据来计算．注意磁通量变化量的计算方法．考向02电磁感应现象中的电路和图象问题1.讲高考（1）考纲要求能认识电磁感应现象中的电路结构，并能计算电动势、电压、电流、电功等；能由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量．故选D点睛：根据线圈的运动利用楞次定律找到电流的方向，并计算电流的大小从而找到符合题意的图像。案例2．【2017·新课标Ⅱ卷】（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0.1m、总电阻为0.005Ω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0.5TB．导线框运动速度的大小为0.5m/sC．磁感应强度的方向垂直于纸面向外D．在t=0.4s至t=0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N【答案】BC【考点定位】楞次定律、安培定则【方法技巧】线圈内通有非均匀变化的磁场，导线框内产生变化的电流，该电流激发出变化的磁场，才可以使圆环产生感应电流；线圈内通有均匀变化的磁场，导线框内产生稳定的电流，该电流激发出的是稳定的磁场，不会使圆环产生感应电流。案例2．如图甲所示，在一正方形区域内有垂直纸面向里的均匀磁场，在该正方形外接圆处放置一个半径为r、电阻为R的n匝圆形线圈，线圈的两端接一电容为C的平行板电容器(未画出)。已知电容器充放电时间极短，正方形区域内磁场的磁感应强度大小随时间按照图乙所示规律变化，则下列说法正确的是A．线圈内磁场的磁感应强度大小的表达式为，在t=T时刻磁通量为4nB0r2B．在t=T时刻电容器两极板的电势差为C．t=T时刻电容器极板上所带电荷量为D．在0～T时间内线圈中产生的焦耳热为【答案】C【解析】A、根据题中的图象，则t时刻，正方形区域内的磁感应强度的表达式为，当时，，线圈内的磁通量为：，A错误；B、正方形线圈内磁通量的变化率，因此线圈在时刻产生的感应电动势为：，即电容器两极板的电势差，B错误；【趁热打铁】如图所示，一个有矩形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里。一个三角形闭合导线框，由位置1(左)沿纸面匀速运动到位置2(右)。取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点(t=0)，规定逆时针方向为电流的正方向，则下图中能正确反映线框中电流与时间关系的是()A．B．C．D．【答案】A【解析】试题分析：先由楞次定律依据磁通量的变化可以判定感应电流的方向，再由感应电动势公式和欧姆定律，分段分析感应电流的大小，即可选择图象．线框进入磁场的过程，磁通量向里增加，根据楞次定律得知感应电流的磁场向外，由安培定则可知感应电流方向为逆时针，电流i应为正方向，故BC错误；线框进入磁场的过程，线框有效的切割长度先均匀增大后均匀减小，由E=BLv，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小；线框完全进入磁场的过程，磁通量不变，没有感应电流产生．线框穿出磁场的过程，磁通量向里减小，根据楞次定律得知感应电流的磁场向里，由安培定则可知感应电流方向为顺时针，电流i应为负方向；线框有效的切割长度先均匀增大后均匀减小，由，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小，故A正确，D错误．4．讲方法(1)电磁感应中的电路问题①电源的正负极、感应电流的方向、电势的高低、电容器极板带电问题，可用右手定则或楞次定律判定．②电源的电动势的大小可由E＝Blv或tnE求解．③对电磁感应电路的理解(a)在电磁感应电路中，相当于电源的部分把其他形式的能通过电流做功转化为电能．(b)“电源”两端的电压为路端电压，而不是感应电动势．④解决电磁感应中的电路问题三步曲(a)确定电源．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，利用E＝tnE或E＝Blvsinθ求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向．(b)分析电路结构(内、外电路及外电路的串、并联关系)，画出等效电路图．(c)利用电路规律求解．主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解．(2)电磁感应中的图象问题处理方法①题型特点一般可把图象问题分为三类：(a)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象；(b)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量；(c)根据图象定量计算．②解题关键弄清初始条件，正负方向的对应，变化范围，所研究物理量的函数表达式，进、出磁场的转折点是解决问题的关键．③解决图象问题的一般步骤(a)明确图象的种类，即是B－t图象还是Φ－t图象，或者是E－t图象、I－t图象等；(b)分析电磁感应的具体过程；(c)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；(d)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；(e)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等．(f)画出图象或判断图象．④对图象的认识，应注意以下几方面(a)明确图象所描述的物理意义；(b)必须明确各种“＋”、“－”的含义；(c)必须明确斜率的含义；(d)必须建立图象和电磁感应过程之间的对应关系；⑤电磁感应中图象类选择题的两个常见解法(a)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．(b)函数法：根据题目所给条件定量地写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，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法．5．讲易错【题目】（多选）如图所示，导体棒沿两平行导轨从图中位置以速度v向右匀速通过一正方形abcd磁场区域，ac垂直于导轨且平行于导体棒，ac右侧的磁感应强度是左侧的2倍且方向相反，导轨和导体棒的电阻均不计，下列关于导体棒中感应电流和所受安培力随时间变化的图象正确的是（规定电流由M经R到N为正方向，安培力向左为正方向）A．B．C．D．【答案】AC【正解】【错因】【错因】本题运用半定量的研究方法，通过法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式得到感应电流和安培力的表达式，再进行分析，要注意公式E=BLv中L是有效的切割长度．案例2．如图所示，两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为，间距为d．导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直．质量为m的金属棒被固定在导轨上，距底端的距离为s，导轨与外接电源相连，使金属棒通有电流．金属棒被松开后，以加速度a沿导轨匀加速下滑，金属棒中的电流始终保持恒定，重力加速度为g．求下滑到底端的过程中，金属棒（1）末速度的大小v；（2）通过的电流大小I；（3）通过的电荷量Q．【来源】2018年