2020高考物理二轮复习 600分冲刺 专题四 电路和电磁感应 第12讲 电磁感应规律及其应用课件

专题整合突破第一部分专题四电路和电磁感应第12讲电磁感应规律及其应用1体系认知感悟真题2聚焦热点备考通关3复习练案课时跟踪体系认知感悟真题•1．(多选)(2019·全国卷Ⅰ，20)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()BC图(a)图(b)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[解析]A错：由于通过圆环的磁通量均匀变化，故圆环中产生的感应电动势、感应电流的大小和方向不变，但t0时刻磁场方向发生变化，故安培力方向发生变化。B对：根据楞次定律，圆环中感应电流的方向始终沿顺时针方向。C对，D错：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E＝ΔBΔt·S′＝B0t0·πr22＝πB0r22t0，根据闭合电路欧姆定律知，电流I＝ER＝πB0r22t0ρ2πrS＝B0rS4t0ρ。•2．(多选)(2019·全国卷Ⅱ，21)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()AD[解析]PQ刚进入磁场时，加速度为零，则mgsinθ＝BIL，I＝mgsinθBL，即电流恒定；且由题意知，MN刚进入磁场时与PQ刚进入磁场时速度相同。情形1：若MN刚进入磁场时，PQ已离开磁场区域，则对MN，由mgsinθ＝BIL及右手定则知，通过PQ的电流大小不变，方向相反，故I­t图象如图A所示。情形2：若MN刚进入磁场时，PQ未离开磁场区域，由于两导体棒速度相等，产生的电动势等大、反向，故电流为0，但两棒在重力作用下均加速直至PQ离开磁场，此时MN为电源，由E＝BLv，I＝ER总，BIL－mgsinθ＝ma知，MN减速，电流减小，可能的I­t图象如图D所示。•3．(2019·全国卷Ⅲ，14)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现？()•A．电阻定律B．库仑定律•C．欧姆定律D．能量守恒定律•[解析]楞次定律表述了感应电流的磁场方向，同时也体现了不同能量间的关系。总能量是守恒的，感应电流产生电能，电能是“阻碍”的结果。D•4．(多选)(2019·全国卷Ⅲ，19)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。下列图象中可能正确的是()ACABCD[解析]导体棒ab运动，切割磁感线，产生感应电流(从上向下看为逆时针)，导体棒ab受阻力F作用，速度减小，导体棒cd受安培力F′作用，速度变大。如图所示。由E＝Blv知，感应电动势E随速度v的减小而减小，则感应电流非均匀变化。当两棒的速度相等时，回路上感应电流消失，两棒在导轨上以共同速度做匀速运动。系统的动量守恒，则mv0＝2mv共，v共＝v02。故A、C正确，B、D错误。•5.(2019·北京卷，22)如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ad边与磁场边界平行。从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中，线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动，求：•(1)感应电动势的大小E；•(2)拉力做功的功率P；•(3)ab边产生的焦耳热Q。[答案](1)BLv(2)B2L2v2R(3)B2L3v4R[解析](1)由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势E＝BLv(2)线框中的感应电流I＝ER拉力大小等于安培力大小F＝BIL拉力的功率P＝Fv＝B2L2v2R(3)线框ab边电阻Rab＝R4时间t＝Lvab边产生的焦耳热Q＝I2Rabt＝B2L3v4R•6．如图所示，固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R，两棒与导轨始终接触良好。MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常量k。图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。PQ的质量为m，金属导轨足够长、电阻忽略不计。•(1)闭合S，若使PQ保持静止，需在其上加多大的水平恒力F，并指出其方向；•(2)断开S，PQ在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为v的加速过程中流过PQ的电荷量为q，求该过程安培力做的功W。[答案](1)Bkl3R，方向水平向右(2)12mv2－23kq[解析](1)设线圈中的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律E＝ΔΦΔt，则E＝k①设PQ与MN并联的电阻为R并，有R并＝R2②闭合S时，设线圈中的电流为I，根据闭合电路欧姆定律得I＝ER并＋R③设PQ中的电流为IPQ，有IPQ＝12I④设PQ受到的安培力为F安，有F安＝BIPQl⑤保持PQ静止，由受力平衡，有F＝F安⑥联立①②③④⑤⑥式得F＝Bkl3R⑦方向水平向右。(2)设PQ由静止开始到速度大小为v的加速过程中，PQ运动的位移为x，所用时间为Δt，回路中的磁通量变化为ΔΦ，平均感应电动势为E，有E＝ΔΦΔt⑧其中ΔΦ＝Blx⑨设PQ中的平均电流为I，有I＝E2R⑩根据电流的定义得I＝qΔt⑪由动能定理，有Fx＋W＝12mv2－0⑫联立⑦⑧⑨⑩⑪⑫式得W＝12mv2－23kq⑬•7．(2019·江苏，14)如图所示，匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈，线圈平面与磁场垂直。已知线圈的面积S＝0.3m2、电阻R＝0.6Ω，磁场的磁感应强度B＝0.2T。现同时向两侧拉动线圈，线圈的两边在Δt＝0.5s时间内合到一起。求线圈在上述过程中•(1)感应电动势的平均值E；•(2)感应电流的平均值I，并在图中标出电流方向；•(3)通过导线横截面的电荷量q。•[答案](1)0.12V(2)0.2A(电流方向见图)(3)0.1C[解析](1)感应电动势的平均值E＝ΔΦΔt磁通量的变化ΔΦ＝BΔS解得E＝BΔSΔt代入数据得E＝0.12V(2)平均电流I＝ER代入数据得I＝0.2A(电流方向如下图)(3)电荷量q＝IΔt代入数据得q＝0.1C聚焦热点备考通关楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用•1．楞次定律中“阻碍”的表现•(1)阻碍磁通量的变化(增反减同)。•(2)阻碍物体间的相对运动(来拒去留)•(3)阻碍原电流的变化(自感现象)•2．楞次定律和右手定则的适用对象•(1)楞次定律：一般适用于线圈面积不变，磁感应强度发生变化的情形。•(2)右手定则：一般适用于导体棒切割磁感线的情形。核心知识3．求感应电动势大小的五种类型(1)磁通量变化型：E＝nΔΦΔt(2)磁感应强度变化型：E＝nSΔBΔt(3)面积变化型：E＝nBΔSΔt(4)平动切割型：E＝Blv(5)转动切割型：E＝12Bl2ω•【典例1】(2019·安徽省十校联盟模拟)如图所示，两光滑平行平直导轨倾斜放置，导致平面的倾角为θ，垂直于导轨的虚线上方Ⅰ区域内有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，Ⅱ区域内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B，在两个区域内分别有ab、cd两个金属棒放置在导轨上，与导轨垂直并与导轨接触良好，两金属棒的质量相同，电阻不同，不计其他电阻，导轨足够长。固定金属棒ab，释放金属棒cd，则下列说法正确的是()典例探究•A．当cd棒的加速度大小为a时释放ab棒，释放的一瞬间ab棒的加速度为0•B．当cd棒的加速度大小为a时释放ab棒，释放的一瞬间ab棒的加速度大于a•C．当cd棒速度达到最大时释放ab棒，释放的一瞬间ab棒有最大加速度•D．当cd棒速度达到最大时释放ab棒，释放后ab棒会处于静止状态•[答案]D•[解析]当cd棒的加速度大小为a时，这时cd棒mgsinθ－F安＝ma，加速度方向沿斜面向下，此时，对ab棒，受到的安培力大小也为F安，方向沿斜面向上，因此ab棒的加速度也为a＝mgsinθ－F安，A项错误，B项错误；当cd棒速度达到最大时，mgsinθ＝F安，释放ab棒后，ab棒受到的合力为零，会处于静止状态，C项错误，D项正确。•对电磁感应定律的理解•(1)E＝Blv的“三性”•①正交性：本公式是在一定条件下得出的，除磁场为匀强磁场外，还需B、l、v三者互相垂直。•②瞬时性：若v为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势。•③有效性：公式中的l为导体切割磁感线的有效长度。(2)应用电磁感应定律应注意的三个问题①公式E＝nΔΦΔt求解的是一个回路中某时间内的平均感应电动势，在磁通量均匀变化时，瞬时值才等于平均值。②利用公式E＝nSΔBΔt求感应电动势时，S为线圈在磁场范围内的有效面积，且适用于B与S垂直的情况。③通过回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与时间长短无关。推知如下q＝IΔt＝nΔΦΔtRΔt＝nΔΦR。•1．(2019·陕西模拟)有人根据条形磁铁的磁场分布情况制作了一个用塑料制成的模具，模具的侧边界刚好与该条形磁铁的磁感线重合，如图所示。另取一个柔软的弹性导体线圈套在模具上方某位置，线圈贴着模具上下移动的过程中，下列说法中正确的是(地磁场很弱，可以忽略)()类题演练BA．线圈切割磁感线，线圈中出现感应电流B．线圈紧密套在模具上移动过程中不出现感应电流C．由于线圈所在处的磁场是不均匀的，故而不能判断线圈中是否有电流产生D．若线圈平面放置不水平，则移动过程中会产生感应电流•[解析]由题意，模具的形状与磁感线的形状是相同的，则线圈贴着模具上下移动的过程中穿过线圈的磁感线的条数不会发生改变，即穿过线圈的磁通量不变，所以线圈紧密套在模具上移动过程中不出现感应电流。B正确，A、C、D错误。•1．解决图象问题的一般步骤•(1)明确图象的种类，是B－t图象还是Φ－t图象，或者是E－t图象、I－t图象等。•(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)画出图象或判断图象。电磁感应的图象问题核心知识•2．电磁感应中图象类选择题的两种常见解法•(1)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。•(2)函数法：根据题目所给条件定量地写出两处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，这未必是最简的方法，但却是最有效的方法。•【典例2】(多选)(2019·山东济南莱芜区联考)如图甲所示，正六边形导线框abcdef放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。t＝0时刻，磁感应强度B的方向垂直纸面向里，设产生的感应电流顺时针方向为正、竖直边cd所受安培力的方向水平向左为正。则下面关于感应电流i和cd所受安培力F随时间t变化的图象正确的是()典例探究•[答案]AC•[解析]由图乙可知磁感应强度变化率分段为恒定值，根据法拉第电磁感应定律，产生的感应电动势恒定，由闭合电路欧姆定律可知感应电流分段恒定，且两段时间相等，感应电流i随时间t变化的图象A正确，B错误；由安培力公式F＝BIL可知，cd所受安培力F随时间t变化的图象正确的是图C。•解决电磁感应图象问题的“三点关注”•(1)关注初始时刻，如初始时刻