（浙江专用）2020版高考物理二轮复习 专题四 第2讲 电磁感应规律及综合应用课件

第2讲电磁感应规律及综合应用网络构建备考策略2.应用楞次定律时的“三看”和“三想”(1)看到“线圈(回路)中磁通量变化”时，想到“增反减同”。(2)看到“导体与磁体间有相对运动”时，想到“来拒去留”。(3)看到“回路面积可以变化”时，想到“增缩减扩”。3.抓住“两个定律”、运用“两种观点”、分析“一种电路”“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；“一种电路”是指电磁感应电路。1.看到“磁感应强度B随时间t均匀变化”，想到“ΔBΔt＝k为定值”。楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用楞次定律的应用【典例1】(2019·浙江绍兴选考模拟)大小不等的两导电圆环P、Q均固定于水平桌面，Q环位于P环内。在两环间的范围内存在方向竖直向下、大小随时间均匀增强的匀强磁场B，则()图1A.Q环内有顺时针方向的感应电流B.Q环内有逆时针方向的感应电流C.P环内有顺时针方向的感应电流D.P环内有逆时针方向的感应电流解析由楞次定律可知P环内有逆时针方向的感应电流，Q环内没有感应电流产生，故A、B、C错误，D正确。答案D【典例2】(2019·浙江海宁选考模拟)(多选)如图2所示，闭合导体环水平固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直轴线下落，穿过导体环的过程中，关于导体环中的感应电流及条形磁铁的加速度，下列说法正确的是()图2A.从上向下看，导体环中的感应电流的方向先顺时针后逆时针B.从上向下看，导体环中的感应电流的方向先逆时针后顺时针C.条形磁铁的加速度一直小于重力加速度D.条形磁铁的加速度开始小于重力加速度，后大于重力加速度解析当条形磁铁的中心恰好位于导体环所在的水平面时，条形磁铁内部向上的磁感线都穿过了导体环，而条形磁铁外部向下穿过导体环的磁通量最少，所以此时刻穿过导体环的磁通量最大，因此全过程导体环中磁通量方向向上，先增大后减小，从上向下看，感应电流方向先顺时针后逆时针，A正确，B错误；导体环中的感应电流产生的磁场始终阻碍条形磁铁运动，所以条形磁铁的加速度一直小于重力加速度，C正确，D错误。答案AC【典例3】(2019·浙江金华十校模拟)如图3所示为感应式发电机，a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是电流表的接线端。现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是()图3A.将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置B.将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置C.将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置D.将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置解析当铜盘转动时，其切割磁感线产生感应电动势，此时铜盘相当于电源，铜盘边缘和中心相当于电源的两个极，则要想观察到感应电流，M、N应分别连接电源的两个极即可，故可知只有B正确。答案B【典例4】(2019·浙江义乌选考模拟)(多选)如图4所示，竖直光滑导轨上端接入一定值电阻R，C1和C2是半径都为a的两圆形磁场区域，其区域内的磁场方向都垂直于导轨平面向外，区域C1中磁场的磁感应强度随时间按B1＝b＋kt(k0)变化，C2中磁场的磁感应强度恒为B2，一质量为m、电阻为r、长度为L的金属杆AB穿过区域C2的圆心，垂直地跨放在两导轨上，且与导轨接触良好，并恰能保持静止(轨道电阻不计，重力加速度大小为g)。则()法拉第电磁感应定律的应用图4解析区域C1中磁场的磁感应强度随时间按B1＝b＋kt(k0)变化，可知磁感应强度均匀增大，穿过整个回路的磁通量增大，由楞次定律分析知，通过金属杆的电流方向为从B到A，故A错误；对金属杆，根据平衡方程得mg＝B2I·2a，解得I＝mg2B2a，故B正确；由法拉第电磁感应定律，回路中产生的感应电动势E＝ΔΦΔt＝ΔB1Δtπa2＝kπa2；且闭合电路欧姆定律有I＝ER＋r，又I＝mg2B2a，解得R＝2πkB2a3mg－r，故C错误；整个电路中产生的热功率P＝EI＝πkamg2B2，故D正确。A.通过金属杆的电流方向为从A到BB.通过金属杆的电流大小为mg2B2aC.定值电阻的阻值为R＝2kπB2a3mgD.整个电路中产生的热功率P＝kπamg2B2答案BD1.(多选)现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图5所示，上面为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，电磁铁线圈中电流的大小可以变化；下面为磁极之间真空室的俯视图。现有一电子在真空室中做圆周运动，从上往下看电子沿逆时针方向做加速运动。则下列判断正确的是()图5A.通入螺线管的电流在增强B.通入螺线管的电流在减弱C.电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力D.电子在轨道中加速的驱动力是电场力解析由上往下看电子沿逆时针方向做加速运动，表明感应电场沿顺时针方向。图示电磁铁螺线管电流产生的磁场方向竖直向上，根据楞次定律，当磁场正在增强时，产生的感应电场沿顺时针方向，故选项A正确，B错误；电子所受感应电场力方向沿切线方向，电子在轨道中做加速圆周运动是由电场力驱动的，选项C错误，D正确。答案AD2.如图6甲所示，光滑“∠”形金属支架ABC固定在水平面上，支架处在垂直于水平面向下的匀强磁场中，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，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，取垂直于水平面向下为正方向，则下列说法中正确的是()图6A.t1时刻轻杆对导体棒的作用力最大B.t2时刻轻杆对导体棒的作用力最大C.t2到t3时间内，轻杆对导体棒的作用力先增大后减小D.t2到t4时间内，轻杆对导体棒的作用力方向不变答案C解析由E＝nΔΦΔt，可知t1时刻感应电动势为0，感应电流为0，安培力为0，轻杆对导体棒的作用力为0，故选项A错误；t2时刻感应电动势为最大，感应电流最大，但磁感应强度为0，安培力为0，轻杆对导体棒的作用力为0，故选项B错误；t2到t3时间内，安培力先增大后减小，所以轻杆对导体棒的作用力先增大后减小，故选项C正确；t2到t4时间内，感应电流方向改变，安培力方向改变，则轻杆对导体棒的作用力方向改变，故选项D错误。3.(多选)如图7甲所示，左侧接有定值电阻R＝2Ω的水平粗糙导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B＝1T，导轨间距为L＝1m。一质量m＝2kg、阻值r＝2Ω的金属棒在拉力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μ＝0.25，g＝10m/s2。金属棒的v－x图象如图乙所示，则从起点发生x＝1m位移的过程中()图7A.拉力做的功W＝9.25JB.通过电阻R的电荷量q＝0.125CC.整个系统产生的总热量Q＝5.25JD.x＝1m时金属棒的热功率为1W答案AC解析金属棒在运动位移x＝1m的过程中，克服摩擦力做功为Wf＝μmgx＝5J，x＝1m时金属棒的安培力大小为F安＝BIL＝B2L2R＋rv，结合图象可知，安培力大小与位移成正比，则金属棒克服安培力做功为W安＝Fx＝F安x2＝B2L22（R＋r）vx＝0.25J，由动能定理得W－W安－Wf＝12mv2，得W＝9.25J，选项A正确；流过电阻R的电荷量q＝ΔΦR＋r＝0.25C，选项B错误；系统产生的焦耳热等于金属棒克服安培力做功大小，等于0.25J，系统产生的热量等于摩擦生热和焦耳热之和，大小为5.25J，选项C正确；x＝1m时，回路中I＝BLvR＋r＝0.5A，由P＝I2r得金属棒的热功率为0.5W，选项D错误。【典例1】(2019·稽阳联谊学校联考)如图8甲，MN、PQ为水平放置的足够长平行光滑导轨，导轨间距为L＝0.5m，导轨左端连接的定值电阻R＝2Ω，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为2T。将一根质量为0.2kg、电阻也为r＝2Ω的金属棒ab垂直放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨电阻不计。x＝0处给棒一个向右的初速度、并对棒施加水平向右的拉力作用，经过2.4m金属棒受到的安培力为0.8N，图乙为棒所受的安培力F安与位移x的关系图象。求：电磁感应中的图象问题根据题目所给条件，读图分析相关物理量图8(1)运动2.4m时金属棒瞬时速度大小；(2)估算0～2.4m内定值电阻R上产生的焦耳热(提示：可以用F－x图象下的“面积”代表力F所做的功)；(3)0～2.4m内通过电阻R的电荷量；(4)0～2.4m内水平拉力的冲量大小。(2)面积法，数格子：约为72格，每格为0.02J，Q总＝1.44J解析(1)F安＝BIL，I＝ER＋r，E＝BLv2，则F安＝B2L2v2R＋r，得v2＝3.2m/s。则定值电阻R上产生的焦耳热为0.72J。(3)q＝IΔt，I＝ER总，E＝BLxΔt，q＝BLxR＋r，得q＝0.6C。(4)IF－∑F安t＝mv2－mv1，初速度v1＝F1（R＋r）B2L2＝1m/sIF＝BqL＋mv2－mv1＝1.04N·s。答案(1)3.2m/s(2)0.72J(0.68J～0.76J均可)(3)0.6C(4)1.04N·s根据题目所给条件，选择图象图9【典例2】(2018·全国卷Ⅱ，18)如图9，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。一边长为32l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动。线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是()答案D解析设线框运动的速度为v，则线框向左匀速运动第一个l2v的时间内，线框切割磁感线运动产生的电动势为E＝2Bdv(d为导轨间距)，电流i＝ER，回路中电流方向为顺时针；第二个l2v的时间内，线框左右两边切割磁感线产生的电动势大小相等，方向相反，线框切割磁感线运动产生的电动势为零，电流为零；第三个l2v的时间内，线框切割磁感线运动产生的电动势为E＝2Bdv，电流i＝ER，回路中电流方向为逆时针，所以D正确。1.解决电磁感应图象问题的“三点关注”(1)明确图象所描述的物理意义，明确各种“＋”“－”的含义。(2)关注变化过程，看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图象变化相对应。(3)关注大小、方向的变化趋势，看图线斜率的大小、图线的曲直是否和物理过程对应。2.解决电磁感应图象问题常用的“两个方法”(1)排除法；(2)函数法。1.(2019·浙江嵊州选考模拟)如图10甲中，两平行光滑金属导轨放置在水平面上且间距为L，左端接电阻R，导轨电阻不计。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。将质量为m、电阻为r的金属棒ab置于导轨上。当ab受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动时，F与金属棒速度v的关系如图乙所示。已知ab与导轨始终垂直且接触良好，设ab中的感应电流为I，ab受到的安培力大小为F安，R两端的电压为UR，R的电功率为P，则下图中正确的是()图10答案A解析由题图乙可得F＝F0－kv，金属棒切割磁感线产生电动势E＝BLv，金属棒中电流I＝BLvR＋r，金属棒受安培力F安＝BIL，对金属棒根据牛顿第二定律F－F安＝ma，代入得F0－k＋B2L2R＋rv＝ma，所以金属棒做加速度减小的加速运动，当加速度减为零时，做匀速运动，所以A正确；F安＝B2L2vR＋r，UR＝BLvR＋rR，R消耗的功率P＝U2RR，所以B、C、D错误。2.(多选)如图11甲所示，矩形线圈abcd平放在水平桌面上，其空间存在两个竖直方向的磁场，两磁场方向相反，两磁场的分界线OO′恰好把线圈分成左右对称的两部分，当两磁场的磁感应强度按如图乙所示的规律变化时，线圈始终静止，规定磁场垂直纸面向里为正方向，线圈中逆时针方向为正方向，线圈所受桌面的摩擦力向左为正方向，则下列关于线圈产生的感应电流和桌面对线圈的摩擦力随时间变化的图象正确的是()图11解析由楞次定律可得，在0～t1时间内，线圈中产生逆时针方向的感应电流，在t1～t2时间内，线圈中产生顺时针方向的感应电流，由法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律知，线圈中的电流I＝ER＝ΔBSΔtR，电流恒定，故选项A正确，B错误；线圈在水平桌面上处于静止状态，则水平方向受到的安培力和摩擦