高考物理二輪復(fù)習(xí) 第9講 電磁感應(yīng)現(xiàn)象及電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用課件.ppt

第9講電磁感應(yīng)現(xiàn)象及電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用 1 多選 2012 江蘇單科 7 某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)裝置如圖4 9 1所示 鐵芯左側(cè)線圈l1由火線和零線并行繞成 當(dāng)右側(cè)線圈l2中產(chǎn)生電流時(shí) 電流經(jīng)放大器放大后 使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)k 從而切斷家庭電路 僅考慮l1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場 下列說法正確的有 圖4 9 1 a 家庭電路正常工作時(shí) l2中的磁通量為零b 家庭電路中使用的電器增多時(shí) l2中的磁通量不變c 家庭電路發(fā)生短路時(shí) 開關(guān)k將被電磁鐵吸起d 地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí) 開關(guān)k將被電磁鐵吸起 解析由于零線 火線中電流方向相反 產(chǎn)生磁場方向相反 所以家庭電路正常工作時(shí) l2中的磁通量為零 選項(xiàng)a正確 家庭電路短路和用電器增多時(shí)均不會(huì)引起l2的磁通量的變化 選項(xiàng)b正確 c錯(cuò)誤 地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí) 線圈l1中磁場變化引起l2中磁通量的變化 產(chǎn)生感應(yīng)電流 吸起k 切斷家庭電路 選項(xiàng)d正確 答案abd 2 2013 江蘇單科 13 如圖4 9 2所示 勻強(qiáng)磁場中有一矩形閉合線圈abcd 線圈平面與磁場垂直 已知線圈的匝數(shù)n 100 邊長ab 1 0m bc 0 5m 電阻r 2 磁感應(yīng)強(qiáng)度b在0 1s內(nèi)從零均勻變化到0 2t 在1 5s內(nèi)從0 2t均勻變化到 0 2t 取垂直紙面向里為磁場的正方向 求 圖4 9 2 1 0 5s時(shí)線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小e和感應(yīng)電流的方向 2 在1 5s內(nèi)通過線圈的電荷量q 3 在0 5s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱q 3 0 1s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱q1 ir t1 且i1 1 5s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱q2 ir t2 由q q1 q2 代入數(shù)據(jù)得q 100j答案 1 10va d c b a 2 10c 3 100j 主要題型 選擇題 計(jì)算題熱點(diǎn)聚焦 1 考查楞次定律的應(yīng)用問題 2 考查電磁感應(yīng)中的圖象問題 3 考查法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律的綜合應(yīng)用問題 如電路問題 圖象問題 動(dòng)力學(xué)問題 能量問題等 命題趨勢 1 綜合考查楞次定律 法拉第電磁感應(yīng)定律及電路 安培力等相關(guān)知識 2 考查學(xué)生的識圖能力 由圖象獲取解題信息的能力 3 電流恒定時(shí) 考查焦耳定律 電功率的相關(guān)知識 4 電流變化時(shí) 考查不同能量的轉(zhuǎn)化問題 5 與牛頓第二定律 運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合的動(dòng)態(tài)分析問題 6 電磁感應(yīng)中的安培力問題 涉及受力分析及功能關(guān)系的問題 考向一感應(yīng)電流方向的判斷 2 應(yīng)用楞次定律的 二 三 四 1 區(qū)分兩個(gè)磁場 引起感應(yīng)電流的磁場 原磁場 感應(yīng)電流的磁場 感應(yīng)磁場 2 理解三種阻礙 阻礙原磁通量的變化 增反減同 阻礙物體間的相對運(yùn)動(dòng) 來拒去留 阻礙自身電流的變化 增反減同 3 解題四步分析 確定原磁場的方向 分析原磁場 確定磁通量的變化 增大或減小 判斷感應(yīng)磁場的方向 增反減同 判斷感應(yīng)電流的方向 安培定則 典例1 單選 2013 山東卷 18 將一段導(dǎo)線繞成圖4 9 3甲所示的閉合回路 并固定在水平面 紙面 內(nèi) 回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 中 回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場 以向里為磁場 的正方向 其磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時(shí)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 能正確反應(yīng)f隨時(shí)間t變化的圖象是 圖4 9 3 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)生一般有以下兩種情況 1 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng) 此種情況下感應(yīng)電流的方向一般用右手定則判斷 2 穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化 此種情況下感應(yīng)電流的方向一般用楞次定律判斷 不論哪種情況 歸根到底還是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生了變化 即 0 預(yù)測1 單選 如圖4 9 4所示 在勻強(qiáng)磁場中的矩形金屬軌道上 有等長的兩根金屬棒ab和cd 它們在外力作用下以相同的速度勻速向左運(yùn)動(dòng) 則 圖4 9 4 a 斷開開關(guān)s ab中有感應(yīng)電流 方向?yàn)閎 ab 閉合開關(guān)s ab中有感應(yīng)電流 方向?yàn)閍 bc 無論是斷開還是閉合開關(guān)s ab中都有感應(yīng)電流 方向均為a bd 無論是斷開還是閉合開關(guān)s ab中都沒有感應(yīng)電流 解析兩根金屬棒ab和cd以相同的速度勻速運(yùn)動(dòng) 若斷開開關(guān)s 兩根金屬棒與金屬軌道構(gòu)成的回路中磁通量無變化 則回路中無感應(yīng)電流 故選項(xiàng)a c均錯(cuò)誤 若閉合開關(guān)s 兩根金屬棒分別與金屬軌道構(gòu)成閉合回路 且穿過每一回路的磁通量都發(fā)生變化 每一根金屬棒都是一個(gè)電源 因此回路中有感應(yīng)電流發(fā)生 由楞次定律判斷可知 ab中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍 b 故選項(xiàng)b正確 d錯(cuò)誤 答案b 預(yù)測2 單選 如圖4 9 5所示 圓形導(dǎo)體線圈a平放在水平桌面上 在a的正上方固定一豎直螺線管b 二者軸線重合 螺線管與電源和滑動(dòng)變阻器連接成如圖所示的電路 若將滑動(dòng)變阻器的滑片p向下滑動(dòng) 下列表述正確的是 圖4 9 5 a 線圈a中將產(chǎn)生俯視順時(shí)針方向的感應(yīng)電流b 穿過線圈a的磁通量變小c 線圈a有擴(kuò)張的趨勢d 線圈a對水平桌面的壓力fn將增大 解析通過螺線管b的電流如圖所示 根據(jù)右手螺旋定則判斷出螺線管b所產(chǎn)生的磁場方向豎直向下 滑片p向下滑動(dòng) 接入電路的電阻減小 電流增大 所產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng) 根據(jù)楞次定律 a線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向豎直向上 再由安培定則可得線圈a中的電流方向?yàn)楦┮暷鏁r(shí)針方向 a選項(xiàng)錯(cuò)誤 由于螺線管b中的電流增大 所產(chǎn)生的磁場增強(qiáng) 線圈a中的磁通量應(yīng)變大 b選項(xiàng)錯(cuò)誤 根據(jù)楞次定律 線圈a將阻礙磁通量的增大 因此 線圈a縮小 由左手定則知線圈a對水平桌面的壓力增大 c選項(xiàng)錯(cuò)誤 d選項(xiàng)正確 答案d 對于電磁感應(yīng)中的圖象問題 分析的基本思路是劃分幾個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)過程 然后應(yīng)用楞次定律和電磁感應(yīng)定律分段研究 考向二電磁感應(yīng)中的圖象問題 典例2 單選 2013 福建卷 18 如圖4 9 6 矩形閉合導(dǎo)體線框在勻強(qiáng)磁場上方 由不同高度靜止釋放 用t1 t2分別表示線框ab邊和cd邊剛進(jìn)入磁場的時(shí)刻 線框下落過程形狀不變 ab邊始終保持與磁場水平邊界線oo 平行 線框平面與磁場方向垂直 設(shè)oo 下方磁場區(qū)域足夠大 不計(jì)空氣的影響 則下列哪一個(gè)圖象不可能反映線框下落過程中速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律 圖4 9 6 解析線框在0 t1這段時(shí)間內(nèi)做自由落體運(yùn)動(dòng) v t圖象為過原點(diǎn)的傾斜直線 t2之后線框完全進(jìn)入磁場區(qū)域中 無感應(yīng)電流 線框不受安培力 只受重力 線框做勻加速直線運(yùn)動(dòng) v t圖象為傾斜直線 t1 t2這段時(shí)間線框受到安培力作用 線框的運(yùn)動(dòng)類型只有三種 即可能為勻速直線運(yùn)動(dòng) 也可能為加速度逐漸減小的加速直線運(yùn)動(dòng) 還可能為加速度逐漸減小的減速直線運(yùn)動(dòng) 而a選項(xiàng)中 線框做加速度逐漸增大的減速直線運(yùn)動(dòng)是不可能的 故不可能的v t圖象為a選項(xiàng)中的圖象 答案a 分析電磁感應(yīng)圖象問題時(shí)的三個(gè)關(guān)注 1 關(guān)注初始時(shí)刻 如初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零 是正方向還是負(fù)方向 2 關(guān)注變化過程 看電磁感應(yīng)發(fā)生的過程分為幾個(gè)階段 這幾個(gè)階段是否和圖象變化相對應(yīng) 3 關(guān)注大小 方向的變化趨勢 看圖象斜率的大小 圖象的曲 直是否和物理過程對應(yīng) 分析電磁感應(yīng)圖象問題時(shí)的四個(gè)易錯(cuò)點(diǎn) 1 分不清橫坐標(biāo)是時(shí)間t還是位移x 正確區(qū)分橫坐標(biāo)是解題的關(guān)鍵 2 不能找到切割磁感線的有效長度 因而無法確定感應(yīng)電動(dòng)勢如何變化 特別是線框兩條邊切割有界磁場時(shí) 切割磁感線的有效長度在變化 確定有效長度如何變化才能確定感應(yīng)電動(dòng)勢如何變化 3 不能正確區(qū)分哪部分是電源 哪部分是外電路 因而無法確定兩點(diǎn)間電勢差 例如矩形線圈進(jìn)入磁場 切割磁感線的邊是電源 其他三邊串聯(lián)作為外電路 區(qū)分內(nèi)外電路是研究回路上兩點(diǎn)間電勢差的基礎(chǔ) 預(yù)測3 單選 如圖4 9 7所示 導(dǎo)體棒沿兩平行金屬導(dǎo)軌從圖中位置以速度v向右勻速通過一正方形abcd磁場區(qū)域 ac垂直于導(dǎo)軌且平行于導(dǎo)體棒 ac右側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是左側(cè)的2倍且方向相反 導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì) 下列關(guān)于導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流和所受安培力隨時(shí)間變化的圖象正確的是 規(guī)定電流從m經(jīng)r到n為正方向 安培力向左為正方向 圖4 9 7 預(yù)測4 單選 邊長為a的閉合金屬正三角形框架 完全處于垂直于框架平面的勻強(qiáng)磁場中 現(xiàn)把框架勻速拉出磁場 如圖4 9 8所示 則下圖中圖象規(guī)律與這一過程相符合的是 圖4 9 8 求感應(yīng)電動(dòng)勢大小的幾種方法 考向三法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 典例3 多選 2013 四川卷 7 如圖4 9 9所示 邊長為l 不可形變的正方形導(dǎo)線框內(nèi)有半徑為r的圓形磁場區(qū)域 其磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時(shí)間t的變化關(guān)系為b kt 常量k 0 回路中滑動(dòng)變阻器r的最大阻值為r0 滑動(dòng)片p位于滑動(dòng)變阻器中央 定值電阻r1 r0 r2 閉合開關(guān)s 電壓表的示數(shù)為u 不考慮虛線mn右側(cè)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢 則 圖4 9 9 解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法 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)電動(dòng)勢的大小和方向 2 畫出等效電路 對整個(gè)回路進(jìn)行分析 確定哪一部分是電源 哪一部分為負(fù)載 認(rèn)清負(fù)載間的連接關(guān)系 3 運(yùn)用閉合電路歐姆定律 串并聯(lián)電路的性質(zhì) 電功率等公式列式求解 預(yù)測5 單選 如圖4 9 10所示 兩根完全相同的導(dǎo)線構(gòu)成匝數(shù)分別為n1和n2的圓形閉合線圈a和b 兩線圈平面與磁場垂直 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化時(shí) 兩線圈中的感應(yīng)電流之比ia ib為 a n1 n2b n2 n1c n nd n n 圖4 9 10 預(yù)測6 多選 矩形線圈abcd 長ab 20cm 寬bc 10cm 匝數(shù)n 200 線圈回路總電阻r 5 整個(gè)線圈平面內(nèi)均有垂直于線圈平面的磁場穿過 若磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖4 9 11所示 則 圖4 9 11 a 線圈回路中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間均勻變化b 線圈回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為0 4ac 當(dāng)t 0 3s時(shí) 線圈的ab邊所受的安培力大小為0 016nd 在1min內(nèi)線圈回路產(chǎn)生的焦耳熱為48j 電磁感應(yīng)綜合問題中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn) 1 運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 考向四電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題 典例4 2012 天津卷 11 如圖4 9 12所示 一對光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi) 導(dǎo)軌間距l(xiāng) 0 5m 左端接有阻值r 0 3 的電阻 一質(zhì)量m 0 1kg 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 4t 棒在水平向右的外力作用下 由靜止開始以a 2m s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)棒的位移x 9m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q1 q2 2 1 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 圖4 9 12 1 解決電磁感應(yīng)綜合問題的一般思路 1 先作 源 的分析 分析電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源 求出電源參數(shù)e和r 2 再進(jìn)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 以便安培力的求解 3 然后是 力 的分析 分析研究對象 通常是金屬桿 導(dǎo)體 線圈等 的受力情況 尤其注意其所受的安培力 4 接著進(jìn)行 運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)的分析 根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 判斷出正確的運(yùn)動(dòng)模型 5 最后是 能量 的分析 尋找電磁感應(yīng)過程和研究對象的運(yùn)動(dòng)過程中其能量轉(zhuǎn)化和守恒的關(guān)系 2 求解焦耳熱q的幾種方法 預(yù)測7 如圖4 9 13所示 兩根足夠長的光滑直金屬導(dǎo)軌mn pq平行固定在傾角 37 的絕緣斜面上 兩導(dǎo)軌間距l(xiāng) 1m 導(dǎo)軌的電阻可忽略 m p兩點(diǎn)間接有阻值為r的電阻 一根質(zhì)量m 1kg 電阻r 0 2 的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上 與導(dǎo)軌垂直且接觸良好 整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度b 0 5t的勻強(qiáng)磁場中 磁場方向垂直斜面向下 自圖示位置起 桿ab受到大小為f 0 5v 2 式中v為桿ab運(yùn)動(dòng)的速度 所有物理量均采用國際單位制 方向平行導(dǎo)軌沿斜面向下的拉力作用 由靜止開始運(yùn)動(dòng) 測得通過電阻r的電流隨時(shí)間均勻增大 g取10m s2 sin37 0 6 1 試判斷金屬桿ab在勻強(qiáng)磁場中做何種運(yùn)動(dòng) 請寫出推理過程 2 求電阻r的阻值 3 求金屬桿ab自靜止開始下滑通過位移x 1m所需的時(shí)間t 圖4 9 13 預(yù)測8 如圖4 9 14所示 在距離水平地面h 0 8m的虛線的上方有一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場 正方形線框abcd的邊長l 0 2m 質(zhì)量m 0 1kg 電阻r 0 08 某時(shí)刻對線框施加豎直向上的恒力f 2n 且ab邊進(jìn)入磁場時(shí)線框以v0 2m s的速度恰好做勻速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)線框全部進(jìn)入磁場后 立即撤去外力f 線框繼續(xù)上升一段時(shí)間后開始下落 最后落至地面 整個(gè)過程線框沒有轉(zhuǎn)動(dòng) 線框平面始終處于紙面內(nèi) g取10m s2 求 1 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小 2 線框從開始進(jìn)入磁場運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)所用的時(shí)間 3 線框落地時(shí)的速度的大小 圖4 9 14 1 物理模型是一種理想化的物理形態(tài) 可以指物理對象或物理過程 也可以指運(yùn)動(dòng)形式等 它是物理知識的一種直觀表現(xiàn) 科學(xué)家做理論研究時(shí) 通常都要用從 構(gòu)建模型 入手 利用抽象 理想化 簡化 類比等手法 把研究對象的本質(zhì)特征抽象出來 構(gòu)成一個(gè)概念 實(shí)物 或運(yùn)動(dòng)過程的體系 即形成模型 技法九物理模型法 從本質(zhì)上講 物理過程的分析和解答 就是探究 構(gòu)建物理模型的過程 我們通常所要求的解題時(shí)應(yīng) 明確物理過程 在頭腦中建立一幅清晰的物理圖景 其實(shí)就是指要正確地構(gòu)建物理模型 2 構(gòu)建模型中應(yīng)注意以下三點(diǎn) 1 養(yǎng)成根據(jù)物理概念和物理規(guī)律分析問題的思維習(xí)慣 結(jié)合題目描述的現(xiàn)象 給出的條件 確定問題的性質(zhì) 同時(shí)抓住現(xiàn)象的特征尋找因果關(guān)系 這樣能為物理模型的構(gòu)建打下基礎(chǔ) 2 理想化方法是構(gòu)建物理模型的重要方法 理想化方法的本質(zhì)是抓住主要矛盾 近似的處理實(shí)際問題 因此在分析問題時(shí)要養(yǎng)成比較 取舍的習(xí)慣 3 要透徹掌握典型物理模型的本質(zhì)特征 不斷積累典型模型 并靈活運(yùn)用它們 3 實(shí)際應(yīng)用技巧學(xué)習(xí)高中物理 從某一角度理解 就是學(xué)生建立物理模型 應(yīng)用物理模型的過程 物理模型的應(yīng)用過程主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié) 首先 建立模型概念 理解物理概念 其次 認(rèn)清環(huán)境模型 突出主要矛盾 然后 構(gòu)造物理過程模型 建立物理情景 最后 轉(zhuǎn)換物理模型 深入理解物理模型 電磁感應(yīng)中常考 桿 導(dǎo)軌 模型1 模型構(gòu)建對桿在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)組成的系統(tǒng) 桿在運(yùn)動(dòng)中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 并受到安培力的作用改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最終達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 該系統(tǒng)稱為