2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应章末专题归纳课件 新人教版选修3-2

章末专题归纳1．楞次定律是判断感应电流方向的普遍规律，右手定则则主要适用于导体切割磁感线的特殊情况。2．感应电流的“效果”总是要“阻碍”引起感应电流的“原因”，常见的有：阻碍原磁通量变化——减同增异；阻碍导体的相对运动——来拒去留；改变线圈面积来“反抗”扩大或缩小；阻碍原电流的变化(自感现象)。利用以上楞次定律的扩展含义，可帮助我们对问题作出快速判断。专题一感应电流方向的判断3．要注意区分左手定则和右手定则的应用，左手定则用来判断电流或运动电荷在磁场中的受力情况；右手定则用来判断导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流的方向。4．在电源内部，感应电流的方向由电源的负极指向正极，这是确定感应电动势方向的依据。[例1]如图4－1所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图，左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是图4－1A．当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点B．当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点C．当金属棒向右加速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点D．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点[思路引导]ab匀速运动时，穿过右侧线圈的磁通量不变→cd等势；ab变速运动时→cd不等势→右手定则与安培定则结合即可判断。[解析]当金属棒向右匀速运动而切割磁感线时，金属棒产生恒定感应电动势，由右手定则判断电流方向由a→b。根据电流从电源(ab相当于电源)正极流出沿外电路回到电源负极的特点，可以判断b点电势高于a点。又左线圈中的感应电动势恒定，则感应电流也恒定，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流。当ab向右做加速运动时，由右手定则可推断φb＞φa，电流沿逆时针方向。ab金属棒两端的E不断增大，那么左边电路中的感应电流也不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的，并且磁感应强度不断增强，所以右边电路的线圈中的向上的磁通量不断增加。由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针，而在右线圈组成的电路中，感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上，把这个线圈看做电源，由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d，所以d点电势高于c点。[答案]D1．如图4－2所示，为几个有理想边界的磁场区域，相邻区域的磁感应强度B大小相等、方向相反，区域的宽度均为L。现有一边长为L的正方形导线框由图示位置开始，沿垂直于区域边界的直线匀速穿过磁场区域，速度大小为v。设逆时针方向为电流的正方向，下列各图能正确反映线框中感应电流的是［变式训练］图4－2答案D解析导线框进入磁场中O到L的过程中，由右手定则知，感应电流的方向为顺时针，即为负方向，感应电流I＝BLvR，大小恒定，A、B不正确；导线框进入磁场中L至2L的过程中，导线框左右两侧均切割磁感线，由右手定则，可判断感应电流的方向为逆时针，即为正方向，感应电流I′＝2BLvR，C错误，D正确。1．图像类型及关联知识专题二电磁感应中的图像问题2．分析方法对图像的分析，应做到“四明确一理解”(1)明确图像所描述的物理意义；明确各种正、负号的含义；明确斜率的含义；明确图像和电磁感应过程之间的对应关系。(2)理解三个相似关系及其各自的物理意义v－Δv－ΔvΔt，B－ΔB－ΔBΔt，Φ－ΔΦ－ΔΦΔt。3．电磁感应中图像类选择题的两个常见解法(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个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图像作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法。[例2](多选)一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，如图4－3甲所示。设垂直于纸面向里的磁感应强度方向为正，线圈中顺时针方向的感应电流为正。已知圆形线圈中感应电流i随时间变化的图像如图4－3乙所示，则线圈所在处的磁场的磁感应强度随时间变化的图像可能是图4－4中的图4－3图4－4[思路引导]①磁感应强度向里为正、感应电流顺时针方向为正。②判断方法：一是由“因”→“果”：由磁场B的变化→感应电流磁场方向→感应电流方向。二是由“果”→“因”：感应电流方向→感应电流磁场方向→磁场B的变化情况。[解析]按由“果”→“因”进行分析，分析流程如下：[答案]CD2．如图4－5所示，三条平行虚线位于纸面内，中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度等大反向，菱形闭合导线框ABCD位于纸面内且对角线AC与虚线垂直，磁场宽度与对角线AC长均为d，现使线框沿AC方向匀速穿过磁场，以逆时针方向为感应电流的正方向，则从C点进入磁场到A点离开磁场的过程中，线框中电流i随时间t的变化关系可能是［变式训练］图4－5解析本题疑难点在于导线框处于两个磁场中情况的判断。导线框ABCD在进入左边磁场时，由楞次定律和安培定则可以判断出感应电流的方向应为正方向，选项B、C不可能；当导线框ABCD一部分在左磁场区，另一部分在右磁场区时，回路中的最大电流要加倍，方向与刚进入时的方向相反，选项D可能，选项A不可能。答案D[规范审题与答题][例3]图4－6所示，“凸”字形硬质金属线框质量为m，相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab边长为l，cd边长为2l，ab与cd平行，间距为2l。匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面。开始时，cd边到磁场上边界的距离为2l，线框由静止释放，从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前，线框做匀速运动。在ef、pq边离开磁场后，ab边离开磁场之前，线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平、重力加速度为g。求专题三电磁感应中的力电综合问题图4－6(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍？(2)磁场上下边界间的距离H。[解析](1)设磁场的磁感应强度大小为B，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为v1，cd边上的感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律，有E1＝2BLv1①设线框总电阻为R，此时线框中电流为I1，由闭合电路欧姆定律，有I1＝E1R②设此时线框所受安培力为F1，有F1＝2I1lB③由于线框做匀速运动，其受力平衡，有mg＝F1④由①②③④式得v1＝mgR4B2l2⑤设ab边离开磁场之前，线框做匀速运动的速度为v2，同理可得v2＝mgRB2l2⑥由⑤⑥式得v2＝4v1⑦(2)线框自释放直到cd边进入磁场前，由机械能守恒定律，有2mgl＝12mv21⑧线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有mg(2l＋H)＝12mv22－12mv21＋Q⑨由⑦⑧⑨式得H＝Qmg＋28l。[答案](1)4倍(2)Qmg＋28l规范解答(1)线框在磁场区上方做什么运动，线框cd边进入磁场时为什么会作匀速直线运动，运动速度跟哪些因素有关。(2)线框从ef、pq进入磁场到ab边离开磁场这个过程中怎样运动，ab边离开时速度为多少？(3)在线框完全穿过磁场的过程中。应该选用什么规律解题，初末位置应选在何处？评分标准与答题规则[评分标准]本题共18分，第1问12分①④⑤⑥⑦每式2分。②③各1分。第2问6分⑧⑨式及结果各2分评分标准与答题规则[答题规则]1．对题目中未知的物理量，应当设出，同一物理在不同状态下的值应用角标标出物理量角标应符合常理、不能取古怪冷僻的字母角标。评分标准与答题规则2．应分步列式、公式要涉及题中给出的量或已设出的未知量。公式形式应规范不要写变异式不要写出结论式及二级结论式。3．要有必要的文字说明，标明研究对象，研究过程，初末状态，遵守规律，文字说明要简洁。3．(2019·天津卷)如图4－7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。［变式训练］图4－7(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。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＝ΔФΔt，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ΔФ，平均感应电动势为E，有E＝ΔФΔt⑧其中ΔФ＝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＝12mv2－23kq。⑬答案(1)Bkl3R方向水平向右(2)12mv2－23kq