（课标版）2020届高考物理二轮复习 专题四 第9讲 电磁感应课件

第9讲电磁感应总纲目录考点一楞次定律与法拉第电磁感应定律考点二电磁感应的图像问题素养提升电磁感应中的STSE问题赏析考点三电磁感应规律的综合应用考点一楞次定律与法拉第电磁感应定律1.(多选)(2019课标Ⅰ,20,6分)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 ()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 D.圆环中的感应电动势大小为 004BrStρ200π4Brt答案BC本题考查电磁感应中的楞次定律、感应电动势、感应电流、左手定则和电阻定律,以及推理能力和综合分析能力,体现了模型建构、科学推理的核心素养。由楞次定律(“增反减同”)可判断出感应电流方向始终沿顺时针方向,故B正确。由左手定则可判断出圆环所受安培力的方向先向左后向右,故A错。感应电动势E=S有效 = ·πr2· = ,故D错。由电阻定律得圆环电阻R=ρ ,则感应电流I= = ,故C正确。ΔΔBt1200Bt200π2rBt2πrSER004BrStρ2.(多选)(2018课标Ⅰ,19,6分)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答案AD本题考查电流的磁效应、楞次定律等知识。当开关闭合瞬间,右侧线圈中电流突然增大,铁芯上向右的磁场增强,由楞次定律可知左侧线圈中正面感应电流向上,则远处直导线上电流向左,由安培定则可知小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向里,A项正确。开关闭合并保持一段时间后,磁场不再变化,左侧线圈中没有感应电流,小磁针N、S极回到原始方向,故B、C两项错误。开关断开的瞬间,右侧线圈中电流减小,左侧线圈正面感应电流向下,远处直导线上电流向右,由安培定则知,小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向外,故D项正确。3.(多选)(2018课标Ⅲ,20,6分)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中通有正弦交流电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 (AC)A.在t= 时为零4TB.在t= 时改变方向C.在t= 时最大,且沿顺时针方向D.在t=T时最大,且沿顺时针方向2T2T答案AC本题考查楞次定律的应用及法拉第电磁感应定律。由i-t图像可知,在t= 时, =0,此时穿过导线框R的磁通量的变化率 =0,由法拉第电磁感应定律可知,此时导线框R中的感应电动势为0,选项A正确;同理在t= 和t=T时, 为最大值, 为最大值,导线框R中的感应电动势为最大值,不改变方向,选项B错误;根据楞次定律,t= 时,导线框R中的感应电动势的方向为顺时针方向,而t=T时,导线框R中的感应电动势的方向为逆时针方向,选项C正确,选项D错误。4TΔΔitΔΔΦt2TΔΔitΔΔΦt2T1.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”。3.感应电动势大小的计算(1)法拉第电磁感应定律:E=n ,适用于普遍情况;(2)E=Blv,适用于导体棒切割磁感线的情况;(3)E= Bl2ω,适用于导体棒旋转切割磁感线的情况。ΔΔΦt12考向一楞次定律的理解和应用1.(2019河北唐山模拟)如图所示是某校首届中学生创意物理实验设计展评活动中获得一等奖的作品《小熊荡秋千》。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上,C、D的两端用柔软的细导线吊了两个铜线圈P、Q(Q上粘有一张小熊的图片),并组成一闭合回路,两个磁性很强的条形磁铁如图放置,当用手左右摆动线圈P时,线圈Q也会跟着摆动,仿佛小熊在荡秋千。关于此作品,以下说法正确的是 () A.P向右摆动的过程中,P中的电流方向为逆时针方向(从右向左看)B.P向右摆动的过程中,Q也会向右摆动C.P向右摆动的过程中,Q会向左摆动D.若用手左右摆动Q,P会始终保持静止答案BP向右摆动的过程中,穿过P中的磁通量减小,根据楞次定律,P中有顺时针方向的电流(从右向左看),故A错误;P向右摆动的过程中,P中的电流方向为顺时针方向,则Q下端的电流方向向外,根据左手定则知,Q下端所受的安培力向右,则Q向右摆动。同理,用手左右摆动Q,P也会左右摆动,故B正确,C、D错误。2.(多选)如图所示,光滑水平面上存在有界匀强磁场,直径与磁场宽度相同的圆形金属线框以一定的初速度斜向上匀速通过磁场。在必要的时间段内施加必要的水平拉力保证其做匀速运动,则下列说法中正确的是 (AD)A.金属线框内感应电流经历两次先增大后减小B.金属线框内感应电流方向先沿顺时针方向再沿逆时针方向C.拉力方向与速度方向相同D.拉力方向与速度方向无关答案AD金属线框进入磁场的过程中,切割的有效长度先增大后减小,感应电流先增大后减小,方向为逆时针方向,金属线框出磁场的过程中,切割的有效长度也是先增大后减小,感应电流先增大后减小,方向为顺时针方向,故金属线框匀速通过磁场的过程,感应电流经历两次先增大后减小,感应电流方向先沿逆时针方向再沿顺时针方向,选项A正确、B错误;金属线框匀速运动,受到的合外力为0,根据左手定则可知,安培力的方向为水平向左,故拉力方向一定水平向右,与速度方向无关(容易犯思维定式错误,误认为拉力方向与速度同向),选项C错误、D正确。考向二法拉第电磁感应定律3.(2019广东深圳模拟)如图所示,用一条横截面积为S的硬导线做成一个边长为L的正方形,把正方形的一半固定在均匀增大的匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小随时间的变化率 =k(k0),虚线ab与正方形的一条对角线重合,导线的电阻率为ρ。则下列说法正确的是 ()ΔΔBtA.线框中产生顺时针方向的感应电流B.线框具有扩张的趋势C.若某时刻的磁感应强度大小为B,则线框受到的安培力为 D.线框中a、b两点间的电势差大小为 228kBLSρ22kL答案C根据楞次定律,线框中产生的感应电流方向沿逆时针方向,故A错误;B增大,穿过线框的磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场为了阻碍磁通量的增大,线框有收缩的趋势,故B错误;由法拉第电磁感应定律得E= = S= · L2= kL2,因线框电阻R=ρ ,那么感应电流大小I= = ,则线框受到的安培力F=BI× L= ,故C正确;由上分析可知,ab两点间的电势差大小U= E= kL2,故D错误。ΔΔnΦtΔΔBtΔΔBt12124LSER8kSLρ2228kBLSρ12144.(多选)(2019安徽蚌埠模拟)如图甲所示,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,磁感应强度大小为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处沿导轨向右做加速直线运动,金属棒与导轨间动摩擦因数μ=0.25,g=10m/s2。金属棒的v-x图像如图乙所示,则从起点发生x=1m位移的过程中 (AC)A.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金属棒在运动x=1m位移的过程中,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= v,结合题图可知,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= = vx=0.25J,由动能定理得W-W安-Wf= mv2,得W=9.25J,选项A正确;通过电阻R的电荷量q= =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Q=5.25J,选项C正确;x=1m时,回路中电流I= =0.5A,由P=I2r得金属棒的热功率P=0.5W,选项D错误。22BLRr2Fx安222()BLRr12ΔΦRrBLvRr考点二电磁感应的图像问题1.(多选)(2019课标Ⅲ,19,6分)如图,方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨,两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上。t=0时,棒ab以初速度v0向右滑动。运动过程中,ab、cd始终与导轨垂直并接触良好,两者速度分别用v1、v2表示,回路中的电流用I表示。下列图像中可能正确的是 ()答案AC本题考查法拉第电磁感应定律与图像结合的问题,难度较大,要求学生具有较强的综合分析能力,很好地体现了科学推理的学科核心素养。由楞次定律可知ab棒做减速运动,cd棒做加速运动,即v1减小,v2增加。回路中的感应电动势E=BL(v1-v2),回路中的电流I= = ,回路中的导体棒ab、cd的加速度大小均为a= = = ,由于v1-v2减小,可知a减小,所以ab与cd的v-t图线斜率减小,I也非线性减小,所以A、C正确,B、D错误。ER12(-)BLvvRFmBILm2212(-)BLvvmR2.(多选)(2019课标Ⅱ,21,6分)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像可能正确的是 () 答案AD本题为电磁感应综合应用中的双棒问题,考查考生的综合分析能力,体现了模型建构、科学推理等核心素养以及严谨的科学态度。两棒均由同一位置由静止释放,则进入磁场时,两棒的速度相等。若PQ棒出磁场后,MN棒再进入磁场,则MN棒做匀速运动切割磁感线,则通过PQ棒上的电流随时间变化的图像为A图;若PQ棒出磁场前MN棒进入磁场,则PQ棒与MN棒在磁场中做加速运动,当PQ棒出磁场后,MN棒切割磁感线运动的速度比进入时的大,MN棒做减速运动,通过PQ棒的电流随时间变化的图像应为D图。3.(2018课标Ⅱ,18,6分)如图,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 l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 () 32 答案D本题考查右手定则、E=BLv。由右手定则判定,线框向左移动0~ 过程,回路中电流方向为顺时针,由E=2BLv可知,电流i为定值;线框向左移动 ~l过程,线框左、右两边产生的感应电动势相抵消,回路中电流为零。线框向左移动l~ l过程,回路中感应电流方向为逆时针。由上述分析可见,选项D正确。 2l2l321.解决电磁感应图像问题的“三点关注”:(1)关注初始时刻,如初始时刻感应电流是否为零,是正方向还是负方向。(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像变化相对应。(3)关注大小、方向的变化趋势,看图线斜率的大小、图