2019-2020学年高中物理 第四章 本章优化总结课件 新人教版选修3-2

第四章电磁感应本章优化总结专题一“三定则一定律”的综合应用1．右手定则与左手定则的区别“因电而动”——用左手，“力”字的最后一笔向左钩，可以联想到用左手定则来判断安培力．“因动而电”——用右手，“电”字的最后一笔向右钩，可以联想到用右手定则来判断感应电流方向．2．安培定则(右手螺旋定则)与楞次定律的区别“因电生磁”——用安培定则．“因磁生电”——用楞次定律(或右手定则)．3．安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律综合应用的比较名称基本现象应用的定则或定律电流的磁效应运动电荷、电流产生磁场安培定则磁场对电流的作用磁场对运动电荷、电流有作用力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动右手定则闭合回路中磁通量变化楞次定律如图所示，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()A．当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点电势，c点电势高于d点电势B．当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点电势，c点电势高于d点电势C．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点电势，c点电势高于d点电势D．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点电势，d点电势高于c点电势[思路点拨]ab匀速运动时，穿过右侧线圈的磁通量不变→c、d等势；ab变速运动时→c、d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点电势．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金属棒两端的电压不断增大，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．把这个线圈看成电源，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点电势．[答案]D(1)区别“三定则一定律”的关键是抓住其中的“因果”关系，才能选择正确的规律处理问题．(2)楞次定律所揭示的电磁感应过程中有两个最基本的联系：一是感应磁场与原磁场磁通量变化之间的阻碍与被阻碍的关系，二是感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系．抓住“阻碍”和“产生”这两个因果关联点是应用楞次定律解决相关物理问题的关键．(2019·湖北武汉月考)如图所示，矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，直导线中的电流方向由M到N，导线框的ab边与直导线平行．若直导线中的电流减小，导线框中将产生感应电流，导线框会受到安培力的作用，则以下判断正确的是()A．导线框的ab和cd两条边所受安培力的方向相同B．导线框的ad和bc两条边所受安培力的方向相同C．导线框中电流方向为a→d→c→b→aD．导线框中电流方向为a→b→c→d→a解析：选D.直导线中通有向上的减小的电流，根据安培定则，知通过线框的磁场方向垂直纸面向里，且逐渐减小，根据楞次定律，知感应电流的方向为顺时针方向，即a→b→c→d→a方向；由左手定则可知，各边所受的安培力方向：ad受力向下，bc受力向上，ab受力向左，cd受力向右，故A、B、C错误，D正确．专题二电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象问题综合了法拉第电磁感应定律——计算感应电动势的大小、楞次定律——判断感应电流方向、运动学知识——判定运动时间以及作图能力，是对电磁感应知识的综合考查．1．思路导图2．分析方法对图象的分析，应做到“四明确一理解”：(1)明确图象所描述的物理意义；明确各种“＋”“－”的含义；明确斜率的含义；明确图象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.如图所示，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()[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个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，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法．(多选)(2019·哈尔滨三中月考)如图甲所示，面积S＝1m2的一个金属圆环内有垂直于平面向里的匀强磁场，圆环总电阻为5Ω，磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示(B取向里为正)，以下说法正确的是()A．圆环中产生顺时针方向的感应电流B．圆环中磁通量的变化率为1Wb/sC．圆环中产生的感应电动势大小为2VD．0～1s内，通过圆环截面的电荷量为0.2C解析：选BD.由楞次定律可知圆环中感应电流应为逆时针方向；圆环中磁通量的变化率应为圆环中磁感应强度的变化率乘以圆环面积，由图可知圆环中磁感应强度的变化率为ΔBΔt＝2－11T/s＝1T/s，所以圆环中磁通量的变化率应为1Wb/s，选项A错误，B正确；圆环中产生的感应电动势大小为E＝ΔBΔtS＝1V，0～1s内，通过圆环截面的电荷量为q＝ΔΦR＝ΔBSR＝0.2C，选项C错误，D正确．专题三电磁感应中的力电综合问题该问题涉及电路知识、动力学知识和能量观点．解决思路如下：1．电磁感应电路分析(1)“源”的分析——分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E和r.(2)“路”的分析——分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力．2．力和运动分析(1)“力”的分析——分析研究对象(常是金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力．(2)“运动”状态的分析——根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型，选用平衡或牛顿第二定律列方程．3．功和能量分析(1)做功分析——分析所研究的过程中，有哪些力做功，正功还是负功，特别要注意安培力做功情况．(2)能量转化分析：不同力做功对应着不同形式能量之间的转化；弄清有哪些能量增加，哪些能量减少，最后根据所满足的规律列方程求解．(2016·高考全国卷Ⅰ)如图，两固定的绝缘斜面倾角均为θ，上沿相连．两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L，质量分别为2m和m；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平．右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于斜面向上．已知两根导线刚好不在磁场中，回路电阻为R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度大小为g.已知金属棒ab匀速下滑．求：(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小．(2)金属棒运动速度的大小．[解析](1)设两根导线的总的张力的大小为T，右斜面对ab棒的支持力的大小为N1，作用在ab棒上的安培力的大小为F，左斜面对cd棒的支持力大小为N2.对于ab棒，由力的平衡条件得2mgsinθ＝μN1＋T＋F①N1＝2mgcosθ②对于cd棒，同理有mgsinθ＋μN2＝T③N2＝mgcosθ④联立①②③④式得F＝mg(sinθ－3μcosθ)．⑤(2)由安培力公式得F＝BIL⑥这里I是回路abdca中的感应电流．ab棒上的感应电动势为E＝BLv⑦式中，v是ab棒下滑速度的大小．由欧姆定律得I＝ER⑧联立⑤⑥⑦⑧式得v＝(sinθ－3μcosθ)mgRB2L2.[答案](1)mg(sinθ－3μcosθ)(2)(sinθ－3μcosθ)mgRB2L2(2019·宁夏吴忠中学月考)如图甲所示，螺线管线圈的匝数n＝1500匝，横截面积S＝20cm2，导线的总电阻r＝2.0Ω，R1＝3.0Ω，R2＝25Ω.穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按图乙所示的规律变化，求：(1)线圈产生的感应电动势大小；(2)R2消耗的电功率．解析：(1)由法拉第电磁感应定律可得螺线管中感应电动势为：E＝nΔΦΔt＝nΔBΔtS＝1500×6－22×20×10－4V＝6V.(2)根据闭合电路欧姆定律可得：I＝Er＋R1＋R2＝62＋3＋25A＝0.2AR2消耗的电功率为：P＝I2R2＝0.22×25W＝1W.答案：(1)6V(2)1W