（新课标）2020版高考物理二轮复习 专题四 第2讲 电磁感应规律及其应用课件

专题四电路与电磁反应第2讲电磁感应规律及其应用[做真题·明考向][研考向·提能力][建体系·记要点]目录ONTENTSC4[限时练·通高考][网络构建][要点熟记]1．“三定则、一定律”的应用(1)安培定则：判断运动电荷、电流产生的磁场方向．(2)左手定则：判断磁场对运动电荷、电流的作用力的方向．(3)右手定则：判断部分导体切割磁感线产生感应电流的方向．(4)楞次定律：判断闭合电路磁通量发生变化产生感应电流的方向．2．求感应电动势的两种方法(1)E＝nΔΦΔt，用来计算感应电动势的平均值．(2)E＝BLv，用来计算感应电动势的瞬时值或平均值．(3)E＝12Bl2ω用来计算导体棒转动切割磁感线时的感应电动势．3．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”．4．在闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中，机械能转化为电能，导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能．[真题再做]1.(多选)(2018·高考全国卷Ⅰ，T19)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解析：根据安培定则，开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场．开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由南向北的电流，根据安培定则，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A对．开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应电流，故小磁针的N极指北，B、C错．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由北向南的电流，这时直导线上方的磁场垂直纸面向外，故小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D对．答案：AD2．(2018·高考全国卷Ⅰ，T17)如图，导体轨道OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心．轨道的电阻忽略不计．OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M端位于PQS上，OM与轨道接触良好．空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ)；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(过程Ⅱ)．在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM的电荷量相等，则B′B等于()A.54B.32C.74D.2解析：在过程Ⅰ中，根据法拉第电磁感应定律，有E1＝ΔΦ1Δt1＝B12πr2－14πr2Δt1根据闭合电路欧姆定律，有I1＝E1R且q1＝I1Δt1在过程Ⅱ中，有E2＝ΔΦ2Δt2＝B′－B12πr2Δt2I2＝E2Rq2＝I2Δt2又q1＝q2，即B12πr2－14πr2R＝B′－B12πr2R，所以B′B＝32.答案：B3．(多选)(2018·高考全国卷Ⅲ，T20)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()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，且沿顺时针方向解析：在t＝T4时，交流电图线斜率为0，即磁场变化率为0，由E＝ΔΦΔt＝ΔBΔtS知，E＝0，A对；在t＝T2和t＝T时，图线斜率最大，在t＝T2和t＝T时感应电动势最大，在T4到T2之间，电流由Q向P减弱，导线在R处产生垂直纸面向里的磁场，且磁场减弱，由楞次定律知，R产生的感应电流的磁场方向也垂直纸面向里，即R中感应电动势沿顺时针方向，同理可判断在T2到3T4时，R中电动势也为顺时针方向，在34T到T时，R中电动势为逆时针方向，C对，B、D错．答案：AC4．(多选)(2019·高考全国卷Ⅲ，T19)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()解析：导体棒ab运动，切割磁感线，产生感应电流(逆时针)，导体棒ab受安培阻力F作用，速度减小，导体棒cd受安培力F′作用，速度变大，两棒之间的速度差Δv＝v1－v2逐渐减小，整个系统产生的感应电动势逐渐减小，回路中感应电流逐渐减小，两棒所受安培力逐渐减小，加速度逐渐减小，故ab棒做加速度逐渐减小的减速运动，cd棒做加速度逐渐减小的加速运动，如图所示．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，两棒在导轨上运动时，不受外力作用，系统的动量守恒，则mv0＝2mv共，v共＝v02，故A、C正确，B、D错误．答案：AC5．(多选)(2019·高考全国卷Ⅰ，T20)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B0rS4t0ρD．圆环中的感应电动势大小为B0πr24t0解析：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，A错误．根据楞次定律，圆环中感应电流的方向始终沿顺时针方向，B正确．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，C正确，D错误．答案：BC6．(多选)(2019·高考全国卷，T21)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()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刚进入磁场时的速度相同．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，故电流为零，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．答案：AD[考情分析]■命题特点与趋势——怎么考1．高考对本部分内容的考查频率较高，常以选择题考查楞次定律、电磁感应中的电路、法拉第电磁感应定律、电磁感应中的图象问题、能量转换及电荷量的计算等知识点(如2018年全国卷Ⅰ第17题和19题，2019年集中考查了图象问题)．2．电磁感应中常涉及B­t图象、Φ­t图象、E­t图象、I­t图象、F­t图象和v­t图象(如2019年全国卷第19题)，还涉及E­x图象、I­x图象等，考查考生运用数学知识解决物理问题的能力．■解题要领——怎么做1．抓住两个关键：一是电动势的大小，它取决于磁通量的变化率；二是电动势的方向，实际方向与规定的正方向一致时取正，反之取负．同时注意对无感应电流区域的判断．2．加强知识迁移能力的训练：综合试题涉及力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识．主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等．考向一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用1．判定感应电流方向的两种方法(1)楞次定律：一般用于线圈面积不变，磁感应强度发生变化的情形．(2)右手定则：一般用于导体棒切割磁感线的情形．2．求感应电动势的方法(1)感生电动势：E＝nΔΦΔtS不变时E＝nSΔBΔtB不变时E＝nBΔSΔt(2)动生电动势：平动切割：E＝Blv转动切割：E＝12Bl2ω1.(多选)(2019·湖南师大附中月考)等腰直角三角形OPQ区域内存在匀强磁场．另有一等腰直角三角形导线框ABC以恒定的速度沿垂直于磁场方向穿过磁场，穿越过程中速度方向始终与AB边垂直，且保持AC平行于OQ.关于线框中的感应电流，以下说法中正确的是()A．开始进入磁场时感应电流最大B．产生的电动势属于动生电动势C．开始进入磁场时感应电流沿顺时针方向D．开始穿出磁场时感应电流沿顺时针方向解析：当线框进入磁场时切割磁感线，产生的动生感应电动势为E＝BLv，导线框ABC的速度恒定，当有效的切割长度最大时，产生的感应电动也最大，那么感应电流I＝ER＝BLvR也最大，开始进入磁场时，有效切割长度最大，感应电动势最大，此时感应电流最大，故A、B正确．由右手定则可判定，开始进入磁场时导体切割磁感线产生的感应电流方向为C到A，即感应电流沿逆时针方向，故C错误；由楞次定律可得开始穿出磁场时感应电流沿顺时针方向，故D正确．答案：ABD2．(2019·北京延庆一模)如图所示，一个匝数为n的圆形线圈，面积为S，电阻为r.将其两端a、b与阻值为R的电阻相连接，在线圈中存在垂直线圈平面向里的磁场区域，磁感应强度B随时间t均匀增加，当ΔBΔt＝k时线圈中产生的感应电流为I1；当ΔBΔt＝2k时，其他条件不变，线圈中产生的感应电流变为I2.则通过电阻R的电流方向及I1与I2之比分别为()A．c→d，I1∶I2＝1∶2B．c→d，I1∶I2＝2∶1C．d→c，I1∶I2＝2∶1D．d→c，I1∶I2＝1∶2解析：根据楞次定律，磁场方向向里增加，则产生方向向外的感应磁场，则感应电动势为逆时针，电流从c到d，则选项C、D错误．由E＝nΔΦΔt＝nSΔBΔt，可知ΔBΔt变为原来的2倍，则感应电动势变为原来的2倍，电阻不变，电流变为原来的2倍，则选项A正确，B错误．答案：A3．如图所示，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上，当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是()A．UaUc，金属框中无电流B．UbUc，金属框中的电流方向沿abcaC．Ubc＝－12Bl2ω，金属框中无电流D．Uac＝12Bl2ω，金属框中电流方向沿acba解析：由于磁感应强度方向始终与abc平面平行，通过金属框的磁通量始终为零，金属框中无电流，B、D错误．对bc边，由右手定则可得UcUb；对ac边，由右手定则可得UcUa，Uac＝Ubc＝－12Bl2ω，A错误，C正确．答案：C4．图甲为手机及无线充电板．图乙为充电原理示意图．充电板接交流电源，对充电板供电，充电板内的送电线圈可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生交变电流，再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电．为方便研究，现将问题做如下简化：设送电线圈的匝数为n1，受电线圈的匝数为n2、面积为S，在t1到t2时间内