2019-2020年高三物理第二輪復習 電磁感應規(guī)律及其應用 新人教版.doc
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2019-2020年高三物理第二輪復習 電磁感應規(guī)律及其應用 新人教版 第3講 電磁感應規(guī)律及其應用 【核心要點突破】 知識鏈接 一、 安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的應用情況 二、法拉第電磁感應定律 1.公式：，N為線圈匝數(shù) 2、 導體切割磁感線的情形 （1）一般情況：運動速度v與磁感應線方向夾角為時則 （2）E=BLv (垂直平動切割) L是導線的有效切割長度 (v為磁場與導體的相對切割速度) (B不動而導體動；導體不動而B運動) （3）． (直導體繞一端轉(zhuǎn)動切割) 深化整合 一、感應電流方向的判斷、楞次定律的理解 楞次定律判定感應電流方向的一般步驟，基本思路可歸結(jié)為：“一原、二感、三電流”， （1）明確閉合回路中引起感應電流的原磁場方向如何； （2）確定原磁場穿過閉合回路中的磁通量如何變化(是增還是減) （3）根據(jù)楞次定律確定感應電流磁場的方向． （4）再利用安培定則，根據(jù)感應電流磁場的方向來確定感應電流方向． 2.楞次定律中“阻礙”兩字的含義： （1）誰阻礙誰?是感應電流的磁通量阻礙原磁通量; （2）阻礙什么?阻礙的是磁通量的變化而不是磁通量本身; （3）如何阻礙?當磁通量增加時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相反,當磁通量減小時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同,即”增反減同”; （4）結(jié)果如何?阻礙不是阻止,只是延緩了磁通量變化的快慢,結(jié)果是增加的還是增加,減少的還是減少. 【典例訓練1】（xx全國Ⅱ理綜T18）如圖，空間某區(qū)域中有一勻強磁場，磁感應強度方向水平，且垂直于紙面向里，磁場上邊界b 和下邊界d水平。在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈，線圈上下邊的距離很短，下邊水平。線圈從水平面a開始下落。已知磁場上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離。若線圈下邊剛通過水平面b、c（位于磁場中）和d時，線圈所受到的磁場力的大小分別為、和，則 A．>> B. << C. >> D. << 【命題立意】本題涉及到電磁感應及安培力公式等知識，考查了考生的理解能力、分析綜合能力，是高考命題的熱點。 【思路點撥】解答本題時,可參照以下解題步驟: 關(guān)鍵 點 (1) 應用法拉第電磁感應定律和安培力公式, (2)應用運動學有關(guān)公式進行線圈下落分析并考慮到線圈的上下邊距離很短及磁場上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離. 【規(guī)范解答】選D，金屬線圈進入與離開磁場的過程中，產(chǎn)生感應電流，線圈受到向上的磁場力力即安培力，根據(jù),，可得：，由此可知線圈所受到的磁場力與速度成正比。當線圈完全進入磁場的過程中，沒有安培力，故；通過水平面b時，有，則；通過水平面d時，有，則，而，故，則，所以D正確。 二、電磁感應綜合問題分類 1. 電路問題 （1）切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路產(chǎn)生感應電動勢，則這部分電路就是等效電源，確定感應電動勢和內(nèi)阻 （2）正確分析電路的結(jié)構(gòu)，畫出等效電路圖 （3）利用電路規(guī)律求解．主要閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路性質(zhì)特點、電功、電熱的公式．求解未知物理量． 2. 動力學問題 解題關(guān)鍵：在于通過運動狀態(tài)的分析來尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等，基本思路方法是： F=BIL 臨界狀態(tài) v與a方向關(guān)系 運動狀態(tài)的分析 a變化情況 F=ma 合外力 運動導體所受的安培力 感應電流 確定電源（E，r） （1）用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向. （2）求回路中電流強度. （3）分析研究導體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向）. （4）列動力學方程或平衡方程求解. 3. 能量問題 （1）產(chǎn)生和維持感應電流的存在的過程就是其它形式的能量轉(zhuǎn)化為感應電流電能的過程。 導體在達到穩(wěn)定狀態(tài)之前,外力移動導體所做的功，一部分消耗于克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生感應電流的電能或最后在轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分用于增加導體的動能，即 導體達到穩(wěn)定狀態(tài)（作勻速運動時），外力所做的功，完全消耗于克服安培力做功，并轉(zhuǎn)化為感應電流的電能或最后在轉(zhuǎn)化為焦耳熱 （2）在電磁感應現(xiàn)象中，能量是守恒的。楞次定律與能量守恒定律是相符合的，認真分析電磁感應過程中的能量轉(zhuǎn)化，熟練地應用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是求解叫復雜的電磁感應問題常用的簡便方法。 4.圖象問題 （1）電磁感應中常涉及磁感應強度B、 磁通量Φ、 感應電動勢E或e 和 感應電流I隨時間t變化的圖線，即B—t圖線、 Φ一t圖線、 e一t圖線 和I一t圖線。 （2） 對于切割產(chǎn)生應電動勢和感應電流的情況，還常涉及感應電動勢E和感應電流I隨位移X變化的圖線，即e—X圖線和I—X圖線。這些圖象問題大體上可分為兩類： ①由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象， ②或由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量， 不管是何種類型，電磁感應中的圖象常需利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應定律等規(guī)律分析解決感應電流的方向和感應電流的大小。 電磁感應現(xiàn)象中圖像問題的分析，要抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應電動勢（電流）大小是否恒定.用楞次定律判斷出感應電動勢（或電流）的方向，從而確定其正負，以及在坐標中的范圍. 【典例訓練2】（xx四川理綜T20）如圖所示，電阻不計的平行金屬導軌固定在一絕緣斜面上，兩相同的金屬導體棒a、b垂直于導軌靜止放置，且與導軌接觸良好，勻強磁場垂直穿過導軌平面?，F(xiàn)用一平行于導軌的恒力F作用在a的中點，使其向上運動。若b始終保持靜止，則它所受摩擦力可能 A．變?yōu)? B . 先減小后不變 C . 等于F D．先增大再減小 【命題立意】結(jié)合電磁感應現(xiàn)象，考查受力分析 【思路點撥】解答本題時,可參照以下解題步驟: A受恒力F作用,結(jié)合電磁感應定律,判斷出a運動速度的變化 確定感應電流變化的情況,并判斷出a和b所受安培力的變化 確定b所受摩擦力的情況. 【規(guī)范解答】選AB，a棒所受恒定的拉力作用，隨著速度的增大，安培阻力增大，因此，a做加速度減小的加速運動。當a加速度為0后勻速運動，所以a所受安培力先增大后不變。由于a、b所受安培力大小相等，所以，b所受安培力先增大后不變，由于b始終保持靜止，故b所受摩擦力先減小后不變，B正確；若b所受安培力等于下滑力，則b所受摩擦力為零，A正確. 【高考真題探究】 1.（xx新課標全國卷T14）在電磁學發(fā)展過程中，許多科學家做出了貢獻。下列說法正確的是 A．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應；法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象 B．麥克斯韋預言了電磁波；楞次用實驗證實了電磁波的存在 C．庫侖發(fā)現(xiàn)了點電荷的相互作用規(guī)律；密立根通過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值 D．安培發(fā)現(xiàn)了磁場對運動電荷的作用規(guī)律；洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場對電流的作用規(guī)律 【命題立意】本題以電磁學發(fā)展史為基礎(chǔ)，主要考查考生對電磁學知識系統(tǒng)的了解以及對電磁學發(fā)展做出重要貢獻的科學家的偉大成就的了解。 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析： 科學家的重要貢獻 電磁學主干知識和重點內(nèi)容 【規(guī)范解答】選AC，選項B錯誤，赫茲用實驗證實了電磁波的存在；選項D錯誤，洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場對運動電荷的作用規(guī)律，安培發(fā)現(xiàn)了磁場對電流的作用規(guī)律。 2.（xx山東理綜T21）如圖所示，空間存在兩個磁場，磁感應強度大小均為，方向相反且垂直紙面，、為其邊界，OO′為其對稱軸。一導線折成邊長為的正方形閉合回路，回路在紙面內(nèi)以恒定速度向右運動，當運動到關(guān)于OO′對稱的位置時 A．穿過回路的磁通量為零 B．回路中感應電動勢大小為2B C．回路中感應電流的方向為順時針方向 D．回路中邊與邊所受安培力方向相同 【命題立意】本題以線框切割磁場為背景,主要考查法拉第電磁感應定律、右手定則、左手定則等知識點。 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析： 右手定則判斷感應電流方向 切割方向 磁場方向 【規(guī)范解答】選ABD.正方形閉合回路運動到關(guān)于OO′對稱的位置時，穿過回路的合磁通量為零，A正確；由右手定則可以判斷ab邊上的電流方向為由a到b，cd邊上的電流方向為由c到d，所以回路中感應電流的方向為逆時針方向，C錯誤；由法拉第電磁感應定律可知回路中感應電動勢大小為，B正確；由左手定則可以判定回路中邊與邊所受安培力方向相同，都是 水平向左的，D正確。 3. （xx北京理綜T16）在如圖所示的電路中，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈L和一個滑動變阻器R。閉合開關(guān)S后，調(diào)整R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時流過兩個燈泡的電流為Ｉ。然后，斷開Ｓ。若時刻再閉合Ｓ，則在前后的一小段時間內(nèi)，正確反映流過L1的電流ｉ１、流過Ｌ２的電流ｉ２隨時間ｔ的變化的圖像是 【命題立意】本題以通電自感實驗為例,注重對考生物理學科能力的考查，體現(xiàn)新課改的探究理念。 【思路點撥】 解答本題時可按以下思路分析： 燈泡L1逐漸變亮 燈泡L2立即亮 時刻閉合Ｓ L1、L2亮最終亮度一樣 【規(guī)范解答】選B，閉合開關(guān)S后，調(diào)整R，使兩個燈泡L1、L2發(fā)光的亮度一樣，電流為Ｉ，說明。若時刻再閉合Ｓ，流過電感線圈L和燈泡L1的電流迅速增大，使電感線圈L產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了流過L1的電流ｉ１增大，直至到達電流為Ｉ，故A錯誤，B正確；而對于時刻再閉合Ｓ，流過燈泡L2的電流ｉ２立即達到電流為Ｉ，故C、D錯誤。 4.（xx江蘇物理卷T2）一矩形線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直，先保持線框的面積不變，將磁感應強度在1 s 時間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍，接著保持增大后的磁感應強度不變，在1 s 時間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來的一半，先后兩個過程中，線框中感應電動勢的比值為 A. B.1 C.2 D.4 【命題立意】本題考查電磁感應定律的應用，題目設(shè)置不難。 【思路點撥】解答本題需要考生正確理解法拉第電磁感應定律的表達式含義和電動勢正比于磁通量的變化率的規(guī)律。 【規(guī)范解答】選B。先保持線框的面積不變，由法拉第電磁定律可知；再保持增大后的磁感應強度不變，有,可見先后兩個過程中產(chǎn)生電動勢大小相等，兩者的比值為1，選項B正確。 【類題拓展】應用法拉第電磁感應定律求解問題的四種方法 1．應用公式：這里主要兩種情況，一是面積不變，這時公式為；另一種是磁感應強度B不變，這時公式為。 2．公式E=BLvsinθ：該公式一般用來計算導體棒切割磁感線時產(chǎn)生的瞬時感應電動勢，式中B表示磁感應強度，L表示導體棒的有效長度，v表示瞬時速度，θ表示v與B之間的夾角。 3．公式：主要適用于導體棒繞一個端點垂直于磁感線勻速轉(zhuǎn)動切割。 4．公式：適用線框垂直于勻強磁場方向的一條軸從中性面開始轉(zhuǎn)動，與軸的位置無關(guān)，與線框的形狀無關(guān)，當從與中性面垂直的位置開始計時起，公式變?yōu)? 。 5.（xx江蘇物理卷T4）如圖所示的電路中，電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t=0時刻閉合開關(guān)S,經(jīng)過一段時間后，在t=t1時刻斷開S,下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖像中，正確的是 【命題立意】本題通過兩個時刻：開關(guān)閉合時刻和斷開時刻，考查自感和電壓圖象的知識。 【思路點撥】能正確分析并理解閉電路外電路電阻的變化，如何影響外電壓的問題。 【規(guī)范解答】選B。開關(guān)閉合時，由于線圈的自感阻礙作用，可看做電阻，線圈電阻逐漸減小，并聯(lián)電路電阻逐漸減小，路端電壓逐漸減小；開關(guān)閉合后再斷開時，線圈的感應電流與原電流方向相同，形成回路，燈泡的電流與原來相反，并逐漸減小到0，路端電壓逐漸減小到零，為負值。A圖象開關(guān)閉合時，增大，不符合題意，錯誤；B圖象電壓的變化規(guī)律符合題意，正確；C圖象的電壓先增大后減小，且方向不變，錯誤；D圖象在兩過程中電壓始終為不正確。 6.（xx新課標全國卷T21）如圖所示，兩個端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置，相對的端面之間有一縫隙，鐵芯上繞導線并與電源連接，在縫隙中形成一勻強磁場。一銅質(zhì)細直棒ab水平置于縫隙中，且與圓柱軸線等高、垂直。讓銅棒從靜止開始自由下落，銅棒下落距離為0.2R時銅棒中電動勢大小為E1，下落距離為0.8R時電動勢大小為E2，忽略渦流損耗和邊緣效應。關(guān)于E1、E2 的大小和銅棒離開磁場前兩端的極性，下列判斷正確的是 A.E1>E2，a端為正 B. E1>E2，b端為正 C. E1下載提示(請認真閱讀)
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