高考物理大二輪總復習與增分策略 專題十七 電磁感應（加試）課件.ppt

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專題十七電磁感應 加試 考點基礎自清 考點互動探究 內容索引 考點基礎自清 一 磁通量 答案 1 概念 在磁感應強度為B的勻強磁場中 與磁場方向的面積S和B的乘積 2 公式 3 單位 1Wb 4 物理意義 相當于穿過某一面積的的條數 垂直 BS 1T m2 磁感線 答案 二 電磁感應現象 1 電磁感應現象 當閉合電路的磁通量時 電路中有感應電流產生的現象 2 產生感應電流的兩種情況 1 閉合電路的磁通量 2 閉合電路的一部分導體切割運動 3 電磁感應現象的實質 電路中產生 如果電路閉合則有感應電流產生 4 能量轉化 發(fā)生電磁感應現象時 是機械能或其他形式的能量轉化為 發(fā)生變化 發(fā)生變化 磁感線 感應電動勢 電能 答案 三 楞次定律 1 楞次定律 1 內容 感應電流的磁場總要引起感應電流的的變化 2 適用范圍 適用于一切回路變化的情況 2 右手定則 如圖1所示 圖1 阻礙 磁通量 磁通量 答案 1 使用方法 讓磁感線穿入手手心 使大拇指指向的方向 則其余四指指向的方向 2 適用范圍 適用于切割磁感線的情況 右 導體運動 感應電流 部分導體 四 法拉第電磁感應定律 1 感應電動勢 1 感應電動勢 在中產生的電動勢 2 產生條件 穿過回路的發(fā)生改變 與電路是否閉合 3 方向判斷 感應電動勢的方向用或判斷 2 法拉第電磁感應定律 1 內容 閉合電路中感應電動勢的大小 跟穿過這一電路的 成正比 2 公式 E 其中n為線圈匝數 3 感應電流與感應電動勢的關系 遵循定律 即I 閉合電路歐姆 答案 電磁感應現象 磁通量 無關 楞次定律 右手定則 磁通量的變化 率 答案 五 自感渦流 1 自感現象 1 概念 由于導體本身的變化而產生的電磁感應現象稱為自感 由于自感而產生的感應電動勢叫做 2 表達式 E 3 自感系數L的影響因素 與線圈的大小 形狀 以及是否有鐵芯有關 電流 自感電動勢 匝數 答案 2 渦流現象 1 渦流 塊狀金屬放在磁場中 或者讓它在磁場中運動時 金屬塊內產生的旋渦狀感應電流 2 產生原因 金屬塊內變化 感應電動勢 感應電流 3 渦流的利用 冶煉金屬的高頻感應爐利用產生焦耳熱使金屬熔化 家用電磁爐也是利用渦流原理制成的 4 渦流的減少 各種電機和變壓器中 用涂有絕緣漆的硅鋼片疊加成的鐵芯 以減少渦流 變化 磁通量 強大的渦流 1 如圖2所示為通電長直導線的磁感線圖 等面積線圈S1 S2與導線處于同一平面 關于通過線圈S1 S2的磁通量 1 2 下列分析正確的是 A 1 2B 1 2C 1 2 0D 1 2 0 1 2 3 4 5 加試基礎練 圖2 解析磁通量的物理意義可理解為穿過某一截面的磁感線條數 由圖可判斷出 1 2 故A項正確 解析 1 2 3 4 5 解析 2 多選 2016 麗水模擬 下列圖中不能產生感應電流的是 解析選項A中的回路不閉合 不能產生感應電流 選項C D回路中的磁通量不變化 也不能產生感應電流 B選項中的磁通量在增加 又是閉合回路 能產生感應電流 故本題選A C D 3 多選 下列各圖是驗證楞次定律實驗的示意圖 各圖中分別標出了磁鐵的極性 磁鐵相對線圈的運動方向以及線圈中產生的感應電流的方向等情況 其中與事實相符的是 解析 1 2 3 4 5 解析A圖中磁鐵向下運動 穿過線圈的磁通量在向下增加 由楞次定律知感應電流的磁場阻礙原磁場的增加 方向向上 再由安培定則可以判斷A中感應電流的方向與圖中相反 所以A錯 同理得B錯 C D正確 4 多選 如圖3所示 閉合金屬導線框放置在豎直向上的勻強磁場中 磁場的磁感應強度B的大小隨時間變化而變化 下列說法中正確的是 解析 1 2 3 4 5 A 當B增大時 線框中的感應電流一定增大B 當B增大時 線框中的感應電流可能減小C 當B減小時 線框中的感應電流一定減小D 當B減小時 線框中的感應電流可能不變 圖3 1 2 3 4 5 5 2016 杭州調研 如圖4所示 在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水 給線圈通入電流 一段時間后 一個容器中水溫升高 則通入的電流與水溫升高的是 A 恒定直流 小鐵鍋B 恒定直流 玻璃杯C 變化的電流 小鐵鍋D 變化的電流 玻璃杯 1 2 3 4 5 圖4 解析 返回 解析通入恒定電流時 所產生的磁場不變 不會產生感應電流 通入變化的電流時 所產生的磁場發(fā)生變化 在空間產生感生電場 鐵鍋是導體 感生電場在導體內產生渦流 電能轉化為內能 使水溫升高 渦流是由變化的磁場在導體內產生的 所以玻璃杯中的水不會升溫 故C正確 1 2 3 4 5 返回 考點互動探究 1 穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化 大致有以下幾種情況 1 磁感應強度B不變 線圈面積S發(fā)生變化 2 線圈面積S不變 磁感應強度B發(fā)生變化 3 磁感應強度B和回路面積S同時發(fā)生變化 此時可由 1 0計算并判斷磁通量是否變化 4 線圈面積S不變 磁感應強度B也不變 但二者之間夾角發(fā)生變化 考點一電磁感應現象楞次定律 2 判斷電磁感應現象能否發(fā)生的一般流程 3 楞次定律的使用步驟 解析 例1如圖5所示 在兩根平行長直導線M N中通以同方向 同大小的電流 矩形導線框abcd的兩邊與兩導線平行 且與兩導線在同一平面內 線框沿著與兩導線垂直的方向自右向左在兩導線間勻速移動 則在移動過程中線框中感應電流方向是 A 沿abcd不變B 沿adcb不變C 由abcd變成adcbD 由adcb變成abcd 圖5 解析本題中M與N中電流的方向相同 在M的右側電流所產生的磁場方向垂直紙面向里 且離得越遠 磁感應強度越小 在N的左側電流所產生的磁場方向垂直紙面向外 且離得越遠 磁感應強度越小 也就是說 MN之間的磁場是變化的 要正確解決此問題 我們需要應用楞次定律 可以判斷出 閉合線框abcd在從N到M的運動過程中 垂直紙面向外的磁通量減少 垂直紙面向里的磁通量增加 為了阻礙磁通量的變化 線框中的電流始終沿著adcb方向 故選項B正確 規(guī)律總結 利用楞次定律判斷感應電流和感應電動勢的方向 1 利用楞次定律判斷的電流方向也是電路中感應電動勢的方向 利用右手定則判斷的電流方向也是做切割磁感線運動的導體上感應電動勢的方向 若電路為開路 可假設電路閉合 應用楞次定律或右手定則確定電路中假想電流的方向即為感應電動勢的方向 2 在分析電磁感應現象中的電勢高低時 一定要明確產生感應電動勢的那部分電路就是電源 在電源內部 電流方向從低電勢處流向高電勢處 1 如圖6所示 直導線ab通有電流I 矩形線圈ABCD由圖中實線位置運動到虛線所示位置的過程中 若第一次是平移 第二次是翻轉180 設前后兩次通過線圈平面磁通量的變化為 1 2 下列說法正確的是 A 1 2B 1 2C 1 2D 無法比較 1 2 3 變式題組 圖6 解析 2 多選 如圖7所示 下列情況能產生感應電流的是 1 2 3 圖7 A 如圖甲所示 導體AB順著磁感線運動B 如圖乙所示 條形磁鐵插入或拔出線圈時C 如圖丙所示 小螺線管A插入大螺線管B中不動 開關S一直接通時D 如圖丙所示 小螺線管A插入大螺線管B中不動 開關S一直接通 當改變滑動變阻器的阻值時 解析A中導體AB順著磁感線運動 穿過閉合電路的磁通量沒有發(fā)生變化 無感應電流 故選項A錯誤 B中條形磁鐵插入線圈時 線圈中的磁通量增加 拔出時線圈中的磁通量減少 都有感應電流產生 故選項B正確 C中開關S一直接通 回路中為恒定電流 螺線管A產生的磁場穩(wěn)定 螺線管B中的磁通量無變化 線圈中不產生感應電流 故選項C錯 D中開關S接通 滑動變阻器的阻值變化使閉合回路中的電流變化 螺線管A的磁場變化 螺線管B中的磁通量變化 線圈中產生感應電流 故選項D正確 1 2 3 解析 3 如圖8所示 一個有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導線的正下方 直導線與圓環(huán)在同一豎直面內 當通電直導線中電流增大時 彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長度l將 A S增大 l變長B S減小 l變短C S增大 l變短D S減小 l變長 1 2 3 圖8 解析當通電直導線中電流增大時 穿過金屬圓環(huán)的磁通量增大 金屬圓環(huán)中產生感應電流 根據楞次定律 感應電流要阻礙磁通量的增大 一是用縮小面積的方式進行阻礙 二是用遠離直導線的方式進行阻礙 故選項D正確 1 2 3 1 決定因素 考點二法拉第電磁感應定律的理解及應用 2 適用范圍 法拉第電磁感應定律適用于任何情況下感應電動勢的計算 但在中學物理中一般用來計算某段時間內的平均電動勢 若所取時間極短 即 t趨近于零時 所求感應電動勢為該時刻的瞬時感應電動勢 3 兩種常見情況 例2 多選 如圖9甲所示 一個阻值為R 匝數為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路 線圈的半徑為r1 在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場 磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖乙所示 圖線與縱 橫軸的截距分別為B0和t0 導線的電阻不計 則0至t1時間內 A 電流的方向為由a到b 解析 圖9 解析由圖乙可知穿過線圈的磁通量在均勻減少 據楞次定律結合安培定則可判斷出通過R1的電流方向為由b到a 故A錯誤 誤區(qū)警示 對 和的理解和易錯點撥 4 不能正確地分析初 末狀態(tài)穿過線圈的磁通量的方向關系 從而不能正確利用公式 2 1求解 解析 4 將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中 關于線圈中產生的感應電動勢和感應電流 下列表述正確的是 A 感應電動勢的大小與線圈的匝數無關B 穿過線圈的磁通量越大 感應電動勢越大C 穿過線圈的磁通量變化越快 感應電動勢越大D 感應電流產生的磁場方向與原磁場方向始終相同 4 5 6 變式題組 4 5 6 根據楞次定律知 感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化 即 增反減同 D錯誤 解析 5 多選 2016 舟山模擬 如圖10所示 在t0 2t0時間內與0 t0時間內相比較 下列說法正確的有 4 5 6 A 感應電動勢大小相等B 感應電流的方向不相同C 通過R1的電量相等D R1上產生的熱量不相等 圖10 4 5 6 解析在0 t0及t0 2t0的兩段時間內 磁感應強度的變化率相同 故感應電動勢 感應電流 通過R1的電量及在R1上產生的熱量均相等 由楞次定律可判斷出感應電流的方向也是相同的 故本題B D錯誤 A C正確 4 5 6 解析 圖11 解析由楞次定律可知A對 4 5 6 acb部分等效為電源 其等效電路如圖所示 故C錯 1 公式E Blv的使用條件 考點三導體切割磁感線產生感應電動勢的計算 1 勻強磁場 2 B l v三者相互垂直 2 相對性 的理解E Blv中的速度v是相對于磁場的速度 若磁場也運動 應注意速度間的相對關系 例3 2015 新課標全國 15 如圖12 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 解析 A Ua Uc 金屬框中無電流B Ub Uc 金屬框中電流方向沿a b c a 圖12 規(guī)律總結 感應電動勢的計算及電勢高低的判斷 1 計算 說明 導體與磁場方向垂直 磁場為勻強磁場 2 判斷 把產生感應電動勢的那部分電路或導體當作電源的內電路 那部分導體相當于電源 若電路是不閉合的 則先假設有電流通過 然后應用楞次定律或右手定則判斷出電流的方向 電源內部電流的方向是由負極 低電勢 流向正極 高電勢 外電路順著電流方向每經過一個電阻電勢都要降低 解析 7 如圖13所示 平行金屬導軌的間距為d 一端跨接一阻值為R的電阻 勻強磁場的磁感應強度為B 方向垂直于導軌所在平面向里 一根足夠長的直金屬棒與導軌成60 角放置 且接觸良好 則當金屬棒以垂直于棒的恒定速度v沿金屬導軌滑行時 其他電阻不計 電阻R中的電流為 7 8 變式題組 圖13 7 8 解析 8 如圖14所示 一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內 導軌間距0 4m 左端接有阻值為0 2 的電阻 一質量為0 2kg 電阻為0 1 的金屬棒MN放置在導軌上 導軌之間有豎直向上的勻強磁場 磁感應強度大小為0 5T 棒在水平向右的外力作用下以0 3m s的速度勻速運動 運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸 已知導軌足夠長且電阻不計 則 A MN棒運動過程中兩端的電壓為0 02VB MN棒運動過程中兩端的電壓為0 06VC 棒勻速運動1s過程中電阻R發(fā)熱0 008JD 棒勻速運動1s過程中電阻R發(fā)熱0 012J 7 8 圖14 7 8 Q I2Rt 0 22 0 2 1J 0 008J C項正確 D項錯誤 1 圖象類型 考點四電磁感應中的圖象問題 電磁感應中主要涉及的圖象有B t圖象 t圖象 E t圖象和I t圖象 還常涉及感應電動勢E和感應電流I隨線圈位移x變化的圖象 即E x圖象和I x圖象 2 應用知識 1 四個規(guī)律 左手定則 安培定則 右手定則 楞次定律 2 應用公式 安培力F BIl 牛頓運動定律的相關公式等 3 基本方法 1 明確圖象的種類 是B t圖象還是 t圖象 或者E t圖象 I t圖象等 2 分析電磁感應的具體過程 3 結合法拉第電磁感應定律 歐姆定律 牛頓運動定律等規(guī)律列出函數方程 4 根據函數方程進行數學分析 如斜率及其變化 兩軸的截距 圖線與坐標軸所圍圖形的面積等代表的物理意義 5 畫圖象或判斷圖象 例4如圖15 在光滑水平桌面上有一邊長為L 電阻為R的正方形導線框 在導線框右側有一寬度為d d L 的條形勻強磁場區(qū)域 磁場的邊界與導線框的一邊平行 磁場方向豎直向下 導線框以某一初速度向右運動 t 0時導線框的右邊恰與磁場的左邊界重合 隨后導線框進入并通過磁場區(qū)域 下列v t圖象中 可能正確描述上述過程的是 解析 圖15 方法技巧 電磁感應中圖象問題的分析技巧 1 對于圖象選擇問題常用排除法 先看方向再看大小及特殊點 2 對于圖象的描繪 先定性或定量表示出所研究問題的函數關系 注意橫 縱坐標表達的物理量及各物理量的單位 畫出對應物理圖象 常有分段法 數學法 3 對圖象的理解 看清橫 縱坐標表示的量 理解圖象的物理意義 9 磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區(qū) 刷卡器中有檢測線圈 當以速度v0刷卡時 在線圈中產生感應電動勢 其E t關系如圖16所示 如果只將刷卡速度改為 線圈中的E t關系圖可能是 9 10 變式題組 圖16 解析 9 10 9 10 10 將一段導線繞成圖17甲所示的閉合回路 并固定在水平面 紙面 內 回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強磁場 中 回路的圓環(huán)區(qū)域內有垂直紙面的磁場 以向里為磁場 的正方向 其磁感應強度B隨時間t變化的圖象如圖乙所示 用F表示ab邊受到的安培力 以水平向右為F的正方向 能正確反映F隨時間t變化的圖象是 9 10 圖17 解析 返回 9 10 返回 9 10