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1、專題十 電磁感應(yīng),高考物理（浙江專用）,考點(diǎn)一電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律 考向基礎(chǔ) 一、磁通量的變化,考點(diǎn)清單,二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象,三、感應(yīng)電流的方向,考向突破 考向楞次定律 1.三個(gè)定則的比較,2.楞次定律中“阻礙”的含義,3.楞次定律的推廣含義 楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為:感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因,列表說明如下:,例1(2018浙江義烏群星外國語學(xué)校月考,9)如圖所示,通電螺線管兩側(cè)各懸掛一個(gè)小銅環(huán),銅環(huán)平面與螺線管橫截面平行。當(dāng)開關(guān)S接通瞬間,兩銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是() A.同時(shí)向兩側(cè)推開 B.同時(shí)向螺線管靠攏 C.一個(gè)被推開,一個(gè)被吸引,但因電源正負(fù)極未知,無法具體判斷
2、D.同時(shí)被推開或同時(shí)向螺線管靠攏,因電源正負(fù)極未知,無法具體判斷,解析當(dāng)開關(guān)S接通瞬間,小銅環(huán)中磁通量從無到有增加,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場要阻礙磁通量的增加,則兩環(huán)將向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)。故A正確。,答案A,考點(diǎn)二法拉第電磁感應(yīng)定律、自感和渦流 考向基礎(chǔ) 一、法拉第電磁感應(yīng)定律 1.法拉第電磁感應(yīng)定律:電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與穿過這一電路的磁通量的變化率成正比,即E=n,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢有兩種,一種是感生電動(dòng)勢,另一種是動(dòng)生電動(dòng)勢。 2.感生電動(dòng)勢與動(dòng)生電動(dòng)勢的比較,3.自感電動(dòng)勢:由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫做自感電動(dòng)勢。自感電動(dòng)勢總是阻礙導(dǎo)體自身電流的變化,與電流變化的快慢有關(guān),大小正比于電流
3、的變化率,表示為E=L。 4.自感系數(shù):E=L中的比例系數(shù)L叫做自感系數(shù),簡稱自感或電感。線 圈的長度越長,線圈的橫截面積越大,線圈的匝數(shù)越多,線圈的自感系數(shù)越大,線圈有鐵芯比無鐵芯時(shí)自感系數(shù)大得多。,二、通電自感和斷電自感的比較,注意1.解答自感問題的核心是理解“通過線圈的電流瞬間不變”。2.對(duì)線圈在不同狀態(tài)下可以作等效處理:通電時(shí)(電流增大時(shí))等效為斷路或大電阻;穩(wěn)定時(shí)(電流不變)等效為短路或電阻;斷電時(shí)等效為電源。 三、渦流 線圈中的電流變化時(shí),在附近導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流在導(dǎo)體內(nèi)形成閉合回路,很像水的漩渦,因此把它叫做渦電流,簡稱渦流。在冶煉爐、電動(dòng)機(jī)、變壓器、探雷器等實(shí)際應(yīng)用中
4、都存在著渦流,它是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,同樣遵守電磁感應(yīng)定律。,考向突破 考向一法拉第電磁感應(yīng)定律 感應(yīng)電動(dòng)勢的求解方法,,注:公式中的L為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度。 如圖,導(dǎo)體的有效長度為a、b間的距離。,解析磁通量均勻減少,根據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;圓環(huán)在磁場中的部分,受到向外的安培力,所以有擴(kuò)張的趨勢,選項(xiàng)B正確;圓環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為,則圓環(huán)中 的電流大小為I=,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;Uab==,選項(xiàng)D正確。,答案BD,考向二電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 一、電磁感應(yīng)的綜合問題 電磁感應(yīng)和力學(xué)問題的結(jié)合,其聯(lián)系橋梁是安培力,分析此類問題首先應(yīng)明確兩大研究對(duì)
5、象及其之間的相互制約關(guān)系。,這類問題中的導(dǎo)體一般不是做勻變速運(yùn)動(dòng),而是經(jīng)歷一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過程再趨于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),故正確進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析確定最終狀態(tài)是關(guān)鍵?？蓮?運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系入手,運(yùn)用牛頓第二定律;也可從能量關(guān)系入手,運(yùn) 用動(dòng)能定理。,1.電磁感應(yīng)中的電路問題 (1)電源和電阻,(2)電流方向 在外電路,電流由高電勢流向低電勢;在內(nèi)電路,電流由低電勢流向高電勢。 2.電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 (1)安培力的大小 F= (2)安培力的方向 a.先用右手定則判斷感應(yīng)電流方向,再用左手定則判斷安培力方向。 b.根據(jù)楞次定律和左手定則,安培力的方向一定與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂 直并阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,3.電磁感應(yīng)中的
6、功能問題 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是其他形式的能和電能之間的轉(zhuǎn)化。 (1)能量轉(zhuǎn)化 (2)求解焦耳熱Q的三種方法 焦耳熱Q的,4.電磁感應(yīng)中的圖像問題 解決圖像問題的一般步驟 (1)明確圖像的種類,即是B-t圖還是-t圖,或者E-t圖、I-t圖等。 (2)分析電磁感應(yīng)的具體過程。 (3)用右手定則或楞次定律確定方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 (4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等知識(shí)寫出函數(shù)關(guān)系式。 (5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式,進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,如分析斜率的變化、截距等。 (6)畫圖像或判斷圖像。,例3(2017浙江寧波鎮(zhèn)海中學(xué)期中)如圖所示,質(zhì)量為M的導(dǎo)體棒ab垂直放在相距為l的平行光滑金屬導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌平
7、面與水平面的夾角為,并處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場中。左側(cè)是水平放置、間距為d的平行金屬板。R和Rx分別表示定值電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值,不計(jì)其他電阻。 (1)調(diào)節(jié)Rx=R,釋放導(dǎo)體棒,當(dāng)棒沿導(dǎo)軌勻速下滑時(shí),求通過棒的電流I及棒的速率v。 (2)改變Rx,待棒沿導(dǎo)軌再次勻速下滑后,將質(zhì)量為m、帶電量為+q的微粒水平射入金屬板間,若它能勻速通過,求此時(shí)的Rx。,解析(1)導(dǎo)體棒勻速下滑時(shí), Mg sin =BIl I= 設(shè)導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E0 E0=Blv 由閉合電路歐姆定律得: I= 聯(lián)立,得 v=,(2)改變Rx,由式可知電流不變。設(shè)帶電微粒在金屬板間勻速通
8、過時(shí), 板間電壓為U,電場強(qiáng)度大小為E U=IRx E= mg=qE 聯(lián)立,得 Rx=,答案(1)(2),例4如圖所示,為三個(gè)有界勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向分別為垂直紙面向外、向里和向外,磁場寬度均為L,在磁場區(qū)域的左側(cè)邊界處,有一邊長為L的正方形導(dǎo)體線框,總電阻為R,且線框平面與磁場方向垂直,現(xiàn)用外力F使線框以速度v勻速穿過磁場區(qū)域,以初始位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn),規(guī)定電流沿逆時(shí)針方向時(shí)的電動(dòng)勢E為正,磁感線垂直紙面向里時(shí)的磁通量為正,外力F向右為正。則以下能反映線框中的磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢E、外力F和電功率P隨時(shí)間變化規(guī)律的圖像是(),,解析設(shè)線框勻速通過整個(gè)磁場的時(shí)間為T,則在第一個(gè)T內(nèi),
9、線框的 右邊邊框在切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為E,電流為I,受到向左的安培力為F安,但在第二個(gè)和第三個(gè)T內(nèi),線框的左邊和右邊邊框同時(shí) 切割磁感線,磁通量變化率是第一個(gè)T內(nèi)的2倍,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為2 E,則電流為2I,左右兩邊框同時(shí)受到向左的大小為2F安的安培力,而且根據(jù)楞次定律和左手定則可知安培力始終向左,則外力F的方向始終是向右的。因此A、B、C錯(cuò)誤,D正確。,答案D,二、滑桿模型 這類問題的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量的轉(zhuǎn)化過程,從功和能的觀點(diǎn)入手,弄清導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,處理這類問題有三種觀點(diǎn),即:力學(xué)觀點(diǎn);圖像觀點(diǎn);能量觀點(diǎn)。,例5(2018浙江諸暨中學(xué)階段性考試)
10、如圖所示,兩根足夠長、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距L=0.5 m,導(dǎo)軌平面與水平面成=37角,導(dǎo)軌下端連接阻值R=2 的電阻,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8 T的勻強(qiáng)磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面。一根質(zhì)量m=0.2 kg的導(dǎo)體棒ab放在兩導(dǎo)軌上,在導(dǎo)軌之間的有效電阻r=2 ,棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.5,重力加速度g=10 m/s2,sin 37=0.6,求:,(1)導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時(shí)的加速度大小; (2)導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小; (3)從導(dǎo)體棒靜止開始沿導(dǎo)軌下滑到剛好開始做勻速運(yùn)動(dòng)的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q=1 J,則這個(gè)過程中導(dǎo)體棒的位移為多大?,
11、解析由牛頓第二定律可以求出加速度;導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)處于平衡狀態(tài),由平衡條件可以求出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度;由動(dòng)能定理可以求出導(dǎo)體棒的位移。 (1)金屬棒開始下滑時(shí)的初速度為零,受重力、支持力和摩擦力。 根據(jù)牛頓第二定律得:mg sin -mg cos =ma 解得:a=2 m/s2 (2)設(shè)金屬棒運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)速度為v,所受安培力為F,棒沿導(dǎo)軌方向受力平衡,由物體平衡條件得: mg sin -mg cos =F 代入數(shù)據(jù)解得:F=0.4 N 安培力表達(dá)式為:F=BIL=,代入數(shù)據(jù)解得:v=10 m/s (3)由動(dòng)能定理得:(mg sin 37-mg cos 37)s-W安=mv2 電阻R上產(chǎn)生的焦耳
12、熱等于1 J,則導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳熱為1 J,導(dǎo)體棒克服安培力做功:W安=2 J 可得:s=30 m,答案(1)2 m/s2(2)10 m/s(3)30 m,,方法1 感應(yīng)電流方向的判定方法,方法技巧,例1某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證楞次定律。當(dāng)條形磁鐵自上而下穿過固定的線圈時(shí),通過電流計(jì)的感應(yīng)電流方向是(),A.aGb B.先aGb,后bGa C.bGa D.先bGa,后aGb,解析條形磁鐵在穿入線圈的過程中 確定原磁場的方向:線圈中磁場方向向下。 明確回路中磁通量變化的情況:向下的磁通量增加。 由楞次定律的“增反減同”可知:線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向上。 應(yīng)用安培定則可
13、以判斷感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針(俯視),即從bGa。 同理可以判斷出條形磁鐵穿出線圈過程中,向下的磁通量減小,由楞次定律可得:線圈中將產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流(俯視),電流從aGb。,答案D,方法2電磁感應(yīng)中電路問題的分析方法 1.解決電磁感應(yīng)中的電路問題的基本步驟 (1)“源”的分析:用法拉第電磁感應(yīng)定律算出E的大小,用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電流的方向(感應(yīng)電流方向是電源內(nèi)部電流的方向),從而確定電源正負(fù)極,明確內(nèi)阻r。 (2)“路”的分析:根據(jù)“等效電源”和電路中其他各元件的連接方式畫出等效電路。 (3)根據(jù)E=BLv或E=n,結(jié)合閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路知識(shí)和 電功率、焦耳定律等相
14、關(guān)關(guān)系式聯(lián)立求解。,2.電磁感應(yīng)電路的幾個(gè)等效問題,3.經(jīng)常用到的一個(gè)導(dǎo)出公式:q= 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化,閉合回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,設(shè)在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為q,則根據(jù)電流定義式I=及法拉第電磁感應(yīng)定律E=,得q=It=t=t= 。 需要說明的是:上面式中I為平均值,因而E也為平均值。 如果閉合回路是一個(gè)單匝線圈(n=1),則q=。 q=n中n為線圈的匝數(shù),為磁通量的變化量,R為閉合回路的總電阻。,例2如圖甲所示,水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌,間距L=0.3 m。導(dǎo)軌左端連接R=0.6 的電阻。區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面,B=0.6 T的勻強(qiáng)磁場
15、,磁場區(qū)域?qū)扗=0.2 m。細(xì)金屬棒A1和A2用長為2D=0.4 m 的輕質(zhì)絕緣桿連接,放置在導(dǎo)軌平面上,并與導(dǎo)軌垂直,每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r=0.3 。導(dǎo)軌電阻不計(jì)。使金屬棒以恒定速度v=1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場。計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(t=0)到A2離開磁場的時(shí)間內(nèi),不同時(shí)間段通過電阻R的電流,并在圖乙中畫出。,解題思路按運(yùn)動(dòng)過程分清誰是電源,誰是外電路,怎么連接,畫出等效電路圖。,解析A1從進(jìn)入磁場到離開磁場的時(shí)間 t1==0.2 s 在0t1時(shí)間內(nèi),A1上的感應(yīng)電動(dòng)勢 E=BLv=0.18 V 由圖(a)知,電路的總電阻 R0=r+=0.5 ,總電流i==0.36
16、A 通過R的電流iR==0.12 A A1離開磁場t1=0.2 s至A2未進(jìn)入磁場t2==0.4 s的時(shí)間內(nèi),回路中無電流iR=0 從A2進(jìn)入磁場t2=0.4 s至離開磁場t3==0.6 s的時(shí)間內(nèi),A2上的感應(yīng) 電動(dòng)勢E=0.18 V 由圖(b)知,電路總電阻R0=0.5 總電流i=0.36 A 流過R的電流iR=0.12 A 綜合上述計(jì)算結(jié)果,畫出通過R的電流與時(shí)間 的關(guān)系圖線,如圖所示。,答案見解析,方法3電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問題的分析方法 1.通電導(dǎo)體在磁場中受到安培力作用,電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)問題聯(lián)系在一起。解決的基本方法如下: (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律或右手定則求感應(yīng)電動(dòng)
17、勢的大小和方向; (2)求回路中的電流; (3)分析導(dǎo)體受力情況(包含安培力在內(nèi)的全面受力分析); (4)根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程。,2.電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)臨界問題,例3(2017浙江寧波效實(shí)中學(xué)檢測,12)電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長s=1.15 m,兩導(dǎo)軌間距L=0.75 m,導(dǎo)軌傾角為30,導(dǎo)軌上端ab接一阻值R=1.5 的電阻,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8 T的勻強(qiáng)磁場垂直軌道平面向上。阻值r=0.5 ,質(zhì)量m=0.2 kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好,從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端,在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Qr=0.1 J。 (取g=10 m/s2)求: (1)金屬棒在此
18、過程中克服安培力的功W安; (2)金屬棒下滑速度v=2 m/s時(shí)的加速度a。 (3)為求金屬棒下滑的最大速度vm,有同學(xué)解答如下: 由動(dòng)能定理,W重-W安=m由此所得結(jié)果是否正確?若正確,說明理由并完成本小題;若不正確, 給出正確的解答。,解析(1)下滑過程中安培力做的功即電流在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱,由于R=3r,因此 QR=3Qr=0.3 J 所以W安=Q=QR+Qr=0.4 J (2)金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力 F安=BIL=v 由牛頓第二定律mg sin 30-v=ma 所以a=g sin 30-v=3.2 m/s2,方向沿導(dǎo)軌斜向下 (3)此解法正確。 金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力作用,其
19、運(yùn)動(dòng)滿足,mg sin 30-v=ma 上式表明,加速度隨速度增加而減小,棒做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)。無論最終是否達(dá)到勻速,當(dāng)棒到達(dá)斜面底端時(shí)速度一定為最大。由動(dòng)能定理可以得到棒的末速度,因此上述解法正確。 mgs sin 30-Q=m 所以vm==2.74 m/s,答案見解析,方法4電磁感應(yīng)中功能問題的分析方法 1.電磁感應(yīng)過程的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量之間轉(zhuǎn)化的過程,而能量的轉(zhuǎn)化是通過安培力做功的形式實(shí)現(xiàn)的,安培力做正功的過程,是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程,外力克服安培力做功,則是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程。 2.解決此類問題的步驟 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(或右手定則)確定感應(yīng)電
20、動(dòng)勢的大小和方向。 (2)畫出等效電路圖,寫出回路中消耗的電能的表達(dá)式。 (3)分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化,用能量守恒定律得到機(jī)械能的改變與回路中電能的改變所滿足的方程,聯(lián)立求解。,注意在利用能量的轉(zhuǎn)化和守恒解決電磁感應(yīng)問題時(shí),第一要準(zhǔn)確把握參與轉(zhuǎn)化的能量的形式和種類,第二要確定哪種能量增加,哪種能量減少。,例4如圖所示,一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距l(xiāng)=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 的電阻。一質(zhì)量m=0.1 kg,電阻r=0.1 的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上,整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4 T。棒在水平向右的外力作用下,由靜止開始以a=2 m/s
21、2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)棒的位移x=9 m時(shí)撤去外力,棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來,已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q2=21。導(dǎo)軌足夠長且電阻不計(jì),棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸。求,(1)棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中,通過電阻R的電荷量q; (2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2; (3)外力做的功WF。,解析(1)設(shè)棒勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,回路的磁通量變化量為,回路中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為,由法拉第電磁感應(yīng)定律得 = 其中=Blx 設(shè)回路中的平均電流為,由閉合電路的歐姆定律得 = 則通過電阻R的電荷量為 q=t 聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得 q===4.5 C,(2)設(shè)撤去外力
22、時(shí)棒的速度為v,對(duì)棒的勻加速運(yùn)動(dòng)過程,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得 v2=2ax 設(shè)棒在撤去外力后的運(yùn)動(dòng)過程中安培力做功為W,由動(dòng)能定理得 W=0-mv2 撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱 Q2=-W 聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得 Q2=1.8 J (3)由題意知,撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q2=21,可得 Q1=3.6 J 在棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中,由功能關(guān)系可知,WF=Q1+Q2 由式得 WF=5.4 J,答案(1)4.5 C(2)1.8 J(3)5.4 J,反思總結(jié)本題為電磁感應(yīng)的單桿模型,涉及動(dòng)力學(xué)及能量等知識(shí)的綜合性試題,考查學(xué)生的能量轉(zhuǎn)化與守恒的思想及綜合分析問題的能力。解答此類題的關(guān)鍵是在求解一段時(shí)間內(nèi)通過某一電路的電荷量時(shí)應(yīng)用感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值計(jì)算,難度較大,區(qū)分度較高。對(duì)于q=n的記憶 可以加快做該類題的速度。,
（浙江版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題十 電磁感應(yīng)課件.ppt
