（通用版）2020版高考物理二轮复习 专题四 第二讲 电磁感应规律及综合应用课件

-2-网络构建-3-策略指导备考过程中要尤其注意:(1)根据楞次定律判断感应电流的方向。(2)结合安培定则、左手定则、楞次定律判断导体受力或运动方向。(3)法拉第电磁感应定律E=nΔ𝛷Δ𝑡和E=Blv的应用。(4)电磁感应的图象、受力、运动、能量、科技应用等综合问题。-4-高考真题1.(多选)(2019全国Ⅰ卷)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示。则在t=0到t=t1的时间间隔内()图(a)图(b)-5-A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为𝐵0𝑟𝑆4𝑡0𝜌D.圆环中的感应电动势大小为𝐵0π𝑟24𝑡0考点定位:楞次定律、法拉第电磁感应定律、电阻定律解题思路方法:由楞次定律判断线圈中感应电流的方向,根据法拉第电磁感应定律和电阻定律分析感应电动势和感应电流的大小。-6-答案:BC解析:根据楞次定律可知,圆环中的感应电流始终沿顺时针方向,B正确。从0到t1,电流方向未变,磁场方向改变,根据左手定则,安培力方向必定改变,A错误。根据法拉第电磁感应定律,E=nΔ𝛷Δ𝑡=𝐵0π𝑟22𝑡0,D错误。圆环的电阻R=𝜌𝑙𝑆=2𝜌π𝑟𝑆,感应电流I=𝐸𝑅=𝐵0𝑆4𝜌𝑡0,C正确。故选BC。-7-2.(多选)(2019全国Ⅱ卷)如图,两条光滑平行金属导轨固定,所在平面与水平面夹角为θ,导轨电阻忽略不计。虚线ab、cd均与导轨垂直,在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且接触良好。已知PQ进入磁场时加速度恰好为零。从PQ进入磁场开始计时,到MN离开磁场区域为止,流过PQ的电流随时间变化的图象可能正确的是()-8-考点定位:楞次定律解题思路与方法:根据闭合回路中磁通量的变化情况,分析感应电流的情况。-9-答案:AD解析:本题以棒—轨模型考查电磁感应,属于电磁感应中动力学问题和图象问题。由于导体棒进入磁场时加速度为零,说明是匀速进入;两棒分别进入有两种情况,一是PQ在磁场中运动时,MN在磁场外,当PQ出磁场后,MN进入磁场,这时,MN切割磁感线的速度与PQ切割磁感线的速度相同,这一过程电流大小不变,流过PQ的电流方向相反,A正确,B、C错误。二是PQ在磁场中还没有出来时,MN进入,这时回路电流为零。两棒加速下滑,PQ出磁场时,MN的速度比刚进入磁场时大,所受安培力大于重力的分力,MN做减速运动,电流减少,由此可知D正确。-10-3.(多选)(2018全国Ⅲ卷)如图(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的右侧。导线PQ中通有正弦式交变电流i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向。导线框R中的感应电动势()A.在t=𝑇4时为零B.在t=𝑇2时改变方向C.在t=𝑇2时最大,且沿顺时针方向D.在t=T时最大,且沿顺时针方向考点定位:交变电流图象、法拉第电磁感应定律、楞次定律误区警示:解答此题常见错误主要有:一是由于题目以交变电流图象给出解题信息,导致一些同学看到题后,不知如何入手;二是不能正确运用法拉第电磁感应定律分析判断;三是不能正确运用楞次定律分析判断,陷入误区。答案解析解析关闭PQ中的电流在导线框R中产生变化的磁场,所以线框R中的磁通量变化规律和PQ中电流的变化规律相同,PQ中电流在𝑇4时刻变化率为零,即线框R中的磁通量的变化率为零,线框中R产生的感应电动势为零,A选项正确;𝑇2时刻PQ中电流变化最快,即线框R中磁通量变化最快,斜率正负没有发生变化,所以感应电动势的方向没有发生变化,B选项错误;在𝑇2时刻,线框R中的磁通量从向内减弱变为向外增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向里,感应电动势为顺时针方向,C选项正确;在T时刻,线框R中的磁场从垂直纸面向外减弱变为垂直纸面向里增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向外,感应电动势为逆时针方向,D选项错误。答案解析关闭AC-11-4.(多选)(2017全国Ⅱ卷)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-12-考点定位:E=BLv的理解和应用解题思路与方法:由于导线框一直向右做匀速直线运动,所以不管是cd边还是ab边切割磁感线时产生的感应电动势大小相等。-13-答案:BC解析:cd边进入磁场向右运动切割磁感线,产生的感应电流方向为顺时针,由右手定则可知,磁感应强度方向垂直纸面向外,故选项C正确;导线框在磁场中一直做匀速直线运动,线框的边长L=0.1m,由E-t图象可知,bc边进入磁场的时间为0.2s,所以线框的运动速度v=0.10.2m/s=0.5m/s,故选项B正确;由E-t图象可知,t=0至t=0.2s,产生的感应电动势E=0.01V,由E=BLv得B=0.2T,故选项A错误;t=0.4s至t=0.6s,线框受到的安培力F=B𝐸𝑅总L=0.04N,故选项D错误。-14-5.(多选)(2016全国Ⅲ卷)如图,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则()A.两导线框中均会产生正弦交式变电流B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t=时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等𝑇8答案解析解析关闭因半径、周期相同,故两线框进入磁场过程产生的感应电动势大小为e0=12BωR2=12B2π𝑇·R2=𝐵π𝑅2𝑇,两线框中产生的电动势瞬时值随时间关系如图:所以选项A错误,选项B、C正确。由有效值定义可知M、N线圈中电流的有效值不相等,D项错误。答案解析关闭BC-15-考点定位:楞次定律的应用、E=BLv的理解、有效值的概念解题思路与方法: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。-16-考点一考点二考点三楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用(M)归纳总结1.感应电流方向的判断方法(1)右手定则,即根据导体在磁场中做切割磁感线运动的情况进行判断;(2)楞次定律,即根据穿过闭合回路的磁通量的变化情况进行判断。2.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式(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”。-17-考点一考点二考点三3.感应电动势大小的计算(1)法拉第电磁感应定律:E=nΔ𝛷Δ𝑡,适用于普遍情况。(2)E=Blv,适用于导体棒平动切割磁感线的情况。(3)E=12Bl2ω,适用于导体棒旋转切割磁感线的情况。-18-考点一考点二考点三【典例1】如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一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位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是()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中沿顺时针方向思维点拨PQ切割磁感线,根据右手定则判断;PQRS产生电流后,会对穿过T的磁感应强度产生影响,根据楞次定律分析T中的感应电流的变化情况。答案解析解析关闭金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确。答案解析关闭D-19-考点一考点二考点三1.(多选)如图甲所示,无限长通电直导线MN固定在绝缘水平面上,导线中通有图乙所示的电流i(沿NM方向为正)。与R组成闭合电路的导线框ABCD与直导线处在同一水平面内,AB边平行于直导线,则()A.0~t0时间内,流过R的电流方向为C→R→DB.t0~2t0时间内,流过R的电流方向为C→R→DC.0~t0时间内,导线框所受安培力的大小先增大后减小D.t0~2t0时间与2t0~3t0时间内,导线框所受安培力的方向均向右答案解析解析关闭0~t0时间内,导线中电流沿正方向增大,则线圈中的磁场向里增大,由楞次定律可知,流过R的电流方向为C→R→D,故A正确;t0~2t0时间内,电流正方向减小,则线圈中磁场向里减小。由楞次定律可知流过R的电流方向为D→R→C,故B错误;0~t0时间内,开始感应电流增大,则安培力增大,但随后由于电流的变化越来越慢,故感应电流越来越小,故导线所受安培力的大小先增大后减小。故C正确;t0~2t0时间内电流为减小过程,根据“来拒去留”规律可知,线圈有向左的运动趋势,故受力向左。而2t0~3t0时间内,导线框所受安培力的方向向右。故D错误。故选AC。答案解析关闭AC-20-考点一考点二考点三2.(多选)(2018全国Ⅰ卷)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小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,下列说法正确的是()A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动-21-考点一考点二考点三答案:AD解析:如图甲所示,闭合开关瞬间右边线圈产生电流,左边线圈磁通量增强。由楞次定律可知,增反减同,左边线圈感应磁场方向向左。根据右手螺旋定则可得铁芯中电流方向为从南到北。由此可得铁芯上方磁场为垂直纸面向里,则磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A项正确。甲-22-考点一考点二考点三开关闭合并保持一段时间后电路稳定,线圈中无磁通量变化,则铁芯中无电流,小磁针恢复南北指向,故B、C项错误;如图乙所示,开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,左边线圈磁通量减小,由增反减同得其感应磁场方向向右。由右手螺旋定则可得铁芯中电流由北到南,铁芯上方磁场为垂直纸面向外,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故D项正确。乙-23-考点一考点二考点三电磁感应中的图象问题(H)规律方法解决电磁感应图象问题的一般步骤1.明确图象的种类,即是B-t图还是Φ-t图,或者E-t图、I-t图等。2.分析电磁感应的具体过程。3.用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。4.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。5.根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。6.画图象或判断图象。-24-考点