高考物理大二輪總復習 增分策略 專題六 第1講 電磁感應問題課件.ppt

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專題六電磁感應和電路 高考對本部分內(nèi)容的要求較高 常在選擇題中考查電磁感應中的圖象問題 變壓器和交流電的描述問題 在計算題中作為壓軸題 以導體棒運動為背景 綜合應用電路的相關(guān)知識 牛頓運動定律和能量守恒定律解決導體棒類問題 本專題考查的重點有以下幾個方面 楞次定律的理解和應用 感應電流的圖象問題 電磁感應過程中的動態(tài)分析問題 綜合應用電路知識和能量觀點解決電磁感應問題 直流電路的分析 變壓器原理及三個關(guān)系 交流電的產(chǎn)生及描述問題 專題定位 對本專題的復習應注意 抓住兩個定律 運用兩種觀點 分析三種電路 兩個定律是指楞次定律和法拉第電磁感應定律 兩種觀點是指動力學觀點和能量觀點 三種電路是指直流電路 交流電路和感應電路 應考策略 高考題型1楞次定律和法拉第電磁感應定律的應用 高考題型2電磁感應圖象問題 高考題型3電磁感應電路問題 高考題型4綜合應用動力學觀點和能量觀點分析電磁感應問題 欄目索引 第1講電磁感應問題 高考題型1楞次定律和法拉第電磁感應定律的應用 解題方略 1 楞次定律中 阻礙 的表現(xiàn) 1 阻礙磁通量的變化 增反減同 2 阻礙物體間的相對運動 來拒去留 3 阻礙原電流的變化 自感現(xiàn)象 2 導體棒垂直切割磁感線 E Blv 主要用于求電動勢的瞬時值 圖1 例1 2015 新課標全國 15 如圖2 直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中 磁感應強度大小為B 方向平行于ab邊向上 當金屬框繞ab邊以角速度 逆時針轉(zhuǎn)動時 a b c三點的電勢分別為Ua Ub Uc 已知bc邊的長度為l 下列判斷正確的是 圖2 解析金屬框abc平面與磁場平行 轉(zhuǎn)動過程中磁通量始終為零 所以無感應電流產(chǎn)生 選項B D錯誤 轉(zhuǎn)動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線 產(chǎn)生感應電動勢 由右手定則判斷Ua Uc Ub Uc 選項A錯誤 答案C 預測1如圖3所示 兩個相同的閉合鋁環(huán)M N套在一根光滑的絕緣水平桿上 螺線管的軸線與鋁環(huán)的圓心在同一直線上 閉合開關(guān)S后 向左快速移動滑動變阻器的滑片P 不考慮兩環(huán)間的相互作用力 則在移動滑片P的過程中 A M N環(huán)向左運動 它們之間的距離增大B M N環(huán)向左運動 它們之間的距離減小C M N環(huán)向右運動 它們之間的距離增大D M N環(huán)向右運動 它們之間的距離減小 圖3 解析當滑動變阻器的滑片向左移動時 通過螺線管兩端的電壓變小 螺線管中的電流變小 螺線管內(nèi)部 外部的磁場均減小 穿過M N兩金屬環(huán)的水平向右的磁通量減小 根據(jù)楞次定律 可知向右運動可以阻礙穿過線圈的磁通量減小 所以環(huán)將向右運動 結(jié)合條形磁鐵的特點可知 靠近通電螺線管的N處的磁感應強度比較大 所以N環(huán)受到的安培力比較大 加速度比較大 所以兩環(huán)之間的距離將增大 答案C 預測2法拉第發(fā)明了世界上第一臺發(fā)電機 法拉第圓盤發(fā)電機 銅質(zhì)圓盤豎直放置在水平向左的勻強磁場中 圓盤圓心處固定一個搖柄 邊緣和圓心處各有一個銅電刷與其緊貼 用導線將電刷與電阻R連接起來形成回路 轉(zhuǎn)動搖柄 使圓盤如圖4所示方向轉(zhuǎn)動 已知勻強磁場的磁感應強度為B 圓盤半徑為l 圓盤勻速轉(zhuǎn)動的角速度為 下列說法正確的是 圖4 答案A 預測3 多選 在半徑為r 電阻為R的圓形導線框內(nèi) 以直徑為界 左 右兩側(cè)分別存在著方向如圖5甲所示的勻強磁場 以垂直紙面向外的磁場為正 兩部分磁場的磁感應強度B隨時間t的變化規(guī)律分別如圖乙所示 則0 t0時間內(nèi) 導線框中 圖5 解析根據(jù)楞次定律可知 左邊的導線框的感應電流方向是順時針 而右邊的導線框的感應電流方向也是順時針 則整個導線框的感應電流方向為順時針 故A正確 B錯誤 答案AC 高考題型2電磁感應圖象問題 解題方略 對于電磁感應圖象問題的分析要注意以下三個方面 1 注意初始時刻的特征 如初始時刻感應電流是否為零 感應電流的方向如何 2 注意看電磁感應發(fā)生的過程分為幾個階段 這幾個階段是否和圖象變化相對應 3 注意觀察圖象的變化趨勢 看圖象斜率的大小 圖象的曲直是否和物理過程對應 例2 多選 如圖6所示 abcd為用粗細均勻的同種材料制成的金屬線框 其中ab的長度只有bc長度的一半 現(xiàn)將線框放在水平光滑絕緣的桌面上 在外力F的作用下讓線框以速度v勻速穿過右邊兩個磁感應強度大小相等 方向相反的磁場區(qū)域 若以圖示位置開始計時 規(guī)定逆時針電流方向為正 磁感線向下穿過線框時的磁通量為正 則下列關(guān)于回路電流i 外力F大小 cb間的電勢差Ucb及穿過線框的磁通量 隨時間變化的圖象正確的是 圖6 解析當線框進入第一個磁場時 由右手定則知電流方向為逆時針 開始進入第二個磁場時 電流方向為順時針 出第二個磁場 電流方向為逆時針 故A錯誤 由E Blv可知 E保持不變 而開始進入第二個磁場時 兩端同時切割磁感線 電動勢應為2BLv 電流加倍 故每根導體棒受到安培力加倍 則F 2F安 將變?yōu)樵瓉?倍 故B正確 根據(jù)U IR和電流方向知剛進入磁場和出磁場時電壓相等 b點電勢高 故Ucb為負 兩邊同時切割磁感線時c點電勢高 且c b兩點之間的電壓為原來的2倍 故C正確 當線框開始進入磁場 磁通量開始增加 當全部進入時達到最大 此后向外的磁通量增加 總磁通量減小 當運動1 5L時 磁通量最小為零 故D錯誤 答案BC 預測4 2015 山東 19 如圖7甲 R0為定值電阻 兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內(nèi) 左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上 經(jīng)二極管整流后 通過R0的電流i始終向左 其大小按圖乙所示規(guī)律變化 規(guī)定內(nèi)圓環(huán)a端電勢高于b端時 a b間的電壓uab為正 下列uab t圖象可能正確的是 圖7 答案C 預測5如圖8甲所示 光滑平行金屬導軌MN PQ所在平面與水平面成 角 M P兩端接一電阻R 整個裝置處于方向垂直導軌平面向上的勻強磁場中 t 0時對金屬棒施加一平行于導軌的外力F 使金屬棒ab由靜止開始沿導軌向上運動 導軌和金屬棒的電阻忽略不計 已知通過電阻R的感應電流I隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示 下列關(guān)于棒運動速度v 外力F 流過R的電荷量q以及閉合回路中磁通量的變化率隨時間t變化的圖象正確的是 圖8 解析根據(jù)題圖乙所示的I t圖象可知I kt 其中k為比例系數(shù) 因E IR E Blv 所以v v t圖象是一條過原點且斜率大于零的直線 說明了導體棒做的是初速度為零的勻加速直線運動 即v at 故A錯誤 答案B 解答電磁感應中電路問題的三個步驟1 確定電源 利用E n或E Blvsin 求感應電動勢的大小 利用右手定則或楞次定律判斷感應電流的方向 如果在一個電路中切割磁感線的部分有多個并相互聯(lián)系 可等效成電源的串 并聯(lián) 高考題型3電磁感應電路問題 解題方略 2 分析電路結(jié)構(gòu) 分析內(nèi) 外電路 以及外電路的串并聯(lián)關(guān)系 畫出等效電路圖 3 利用電路規(guī)律求解 應用閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解 例3如圖9所示 質(zhì)量為M的導體棒ab 垂直放在相距為l的平行光滑金屬軌道上 導軌平面與水平面的夾角為 并處于磁感應強度大小為B 方向垂直于導軌平面向上的勻強磁場中 左側(cè)是水平放置 板長為x 間距為d的平行金屬板 R和Rx分別表示定值電阻和滑動變阻器的阻值 不計其他電阻 圖9 1 調(diào)節(jié)Rx 0 釋放導體棒 當導體棒速度為v1時 求棒ab兩端的電壓 解析當導體棒速度為v1時 有 E Blv1 答案Blv1 2 調(diào)節(jié)Rx R 釋放導體棒 求棒下滑的最大速度及整個回路消耗的最大功率 解析當Rx R 棒沿導軌勻速下滑時 有最大速度v 由平衡條件得 Mgsin F安安培力為 F安 BIl 感應電動勢為 E Blv 3 改變Rx 待棒沿導軌再次勻速下滑后 將質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的微粒 不計重力 從兩板中間以水平速度v0射入金屬板間 若粒子剛好落在上板邊緣 求此時的Rx 解析微粒從板中間水平射入恰好落到上板邊緣 則 水平方向 v0t x 棒沿導軌勻速運動 由平衡條件有 Mgsin BI1l金屬板間電壓為 U I1Rx 預測6 多選 如圖10 導線ab cd跨接在電阻不計 足夠長光滑的導軌上 ab的電阻為2R cd電阻為R 整個裝置放置于勻強磁場中 當cd在外力F1作用下勻速向右運動時 ab在外力F2的作用下保持靜止 則F1 F2及兩導線的端電壓Uab Ucd的關(guān)系為 A F1 F2B F1 F2C Uab UcdD Uab Ucd 圖10 解析設回路中感應電流大小為I 兩棒的長為L cd棒勻速運動 有F1 BIL ab棒靜止 有F2 BIL 則F1 F2 cd棒相當于電源 ab棒是外電路 由于導軌的電阻不計 則Uab Ucd 答案BD 預測7 多選 如圖11中MN和PQ為豎直方向的兩平行足夠長的光滑金屬導軌 間距為L 電阻不計 導軌所在平面與磁感應強度為B的勻強磁場垂直 兩端分別接阻值為2R的電阻R1和電容為C的電容器 一質(zhì)量為m 電阻為R的金屬桿ab始終垂直于導軌 并與其保持良好接觸 桿ab由靜止開始下滑 在下滑過程中最大的速度為v 整個電路消耗的最大電功率為P 則 圖11 解析根據(jù)右手定則 感應電動勢的方向為 a b 故右極板帶正電 故A錯誤 桿ab克服安培力的最大功率為 P F安mvm mgvm mgv P 故D錯誤 答案BC 高考題型4綜合應用動力學觀點和能量觀點分析電磁感應問題 1 解決感應電路綜合問題的一般思路是 先電后力 即 1 先作 源 的分析 分析電路中由電磁感應所產(chǎn)生的電源 求出電源參數(shù)E和r 2 接著進行 路 的分析 分析電路結(jié)構(gòu) 弄清串 并聯(lián)關(guān)系 求出相關(guān)部分的電流大小 以便求解安培力 解題方略 3 然后是 力 的分析 分析研究對象 通常是金屬棒 導體 線圈等 的受力情況 尤其注意其所受的安培力 4 接著進行 運動狀態(tài) 的分析 根據(jù)力和運動的關(guān)系 判斷出正確的運動模型 5 最后是 能量 的分析 尋找電磁感應過程和研究對象的運動過程中 其能量轉(zhuǎn)化和守恒的關(guān)系 3 電磁感應電路中產(chǎn)生的焦耳熱當電路中電流恒定時 可用焦耳定律計算 當電路中電流變化時 則用功能關(guān)系或能量守恒定律計算 例4如圖12所示 傾角 30 的光滑傾斜導體軌道 足夠長 與光滑水平導體軌道連接 軌道寬度均為L 1m 電阻忽略不計 勻強磁場 僅分布在水平軌道平面所在區(qū)域 方向水平向右 大小B1 1T 勻強磁場 僅分布在傾斜軌道平面所在區(qū)域 方向垂直于傾斜軌道平面向下 大小B2 1T 現(xiàn)將兩質(zhì)量均為m 0 2kg 電阻均為R 0 5 的相同導體棒ab和cd 垂直于軌道分別置于水平軌道上和傾斜軌道上 并同時由靜止釋放 g 10m s2 圖12 1 求導體棒cd沿斜軌道下滑的最大速度的大小 解析cd棒勻速運動時速度最大 設為vm 棒中感應電動勢為E 電流為I 由平衡條件得 mgsin B2IL 代入數(shù)據(jù)解得 vm 1m s 答案1m s 2 若已知從開始運動到cd棒達到最大速度的過程中 ab棒產(chǎn)生的焦耳熱Q 0 45J 求該過程中通過cd棒橫截面的電荷量 解析設cd棒從開始運動到達到最大速度的過程中經(jīng)過的時間為t 通過的距離為x cd棒中平均感應電動勢為E1 平均感應電流為I1 通過cd棒橫截面的電荷量為q 代入數(shù)據(jù)解得 q 1C 答案1C 3 若已知cd棒開始運動時距水平軌道高度h 10m cd棒由靜止釋放后 為使cd棒中無感應電流 可讓磁場 的磁感應強度隨時間變化 將cd棒開始運動的時刻記為t 0 此時磁場 的磁感應強度為B0 1T 試求cd棒在傾斜軌道上下滑的這段時間內(nèi) 磁場 的磁感應強度B隨時間t變化的關(guān)系式 解析設cd棒開始運動時穿過回路的磁通量為 0 cd棒在傾斜軌道上下滑的過程中 設加速度大小為a 經(jīng)過時間t通過的距離為x1 穿過回路的磁通量為 cd棒在傾斜軌道上下滑時間為t0 為使cd棒中無感應電流 必須有 0