新教材2024高考物理二輪專題復(fù)習(xí)第一編專題復(fù)習(xí)攻略專題四電路與電磁感應(yīng)第11講電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用課件

第11講電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析命題點(diǎn)一楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用1．感應(yīng)電流方向的判斷方法2．感應(yīng)電動(dòng)勢大小的求法情境圖研究對象表達(dá)式回路(不一定閉合)一段直導(dǎo)線(或等效直導(dǎo)線)E＝Blv繞一端轉(zhuǎn)動(dòng)的一段導(dǎo)體棒繞與B垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)線框從圖示時(shí)刻計(jì)時(shí)E＝NBSωcosωt

考向1

楞次定律的應(yīng)用例1[2023·海南卷]汽車測速利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，汽車可簡化為一個(gè)矩形線圈abcd，埋在地下的線圈分別為1、2，通上順時(shí)針(俯視)方向電流，當(dāng)汽車經(jīng)過線圈時(shí)(

)A．線圈1、2產(chǎn)生的磁場方向豎直向上B．汽車進(jìn)入線圈1過程產(chǎn)生感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcdC．汽車離開線圈1過程產(chǎn)生感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcdD．汽車進(jìn)入線圈2過程受到的安培力方向與速度方向相同答案：C解析：由右手螺旋定則可知，線圈1、2形成的磁場方向都是豎直向下的，A錯(cuò)；汽車進(jìn)入線圈1時(shí)，線圈abcd中向下的磁通量增大，由楞次定律可判斷，線圈abcd中的感應(yīng)電流方向與線圈1反向，是逆時(shí)針，即感應(yīng)電流方向?yàn)閍dcb，同理，汽車離開線圈1時(shí)，線圈abcd中向下的磁通量減小，線圈abcd中的感應(yīng)電流方向是順時(shí)針，即感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcd，故B錯(cuò)，C對；安培力為阻力，與速度方向相反，D錯(cuò)．考向2

法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用例2[2023·天津卷]如圖，有一正方形線框靜止懸掛著，其質(zhì)量為m、電阻為R、邊長為l.空間中有一個(gè)三角形磁場區(qū)域，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝kt(k>0)，方向垂直于線框所在平面向里，且線框中磁場區(qū)域的面積為線框面積的一半，已知重力加速度為g，求：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢E；(2)線框開始向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻t0.

例3[2023·山東卷](多選)足夠長U形導(dǎo)軌平置在光滑水平絕緣桌面上，寬為1m，電阻不計(jì)．質(zhì)量為1kg、長為1m、電阻為1Ω的導(dǎo)體棒MN放置在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌形成矩形回路并始終接觸良好，Ⅰ和Ⅱ區(qū)域內(nèi)分別存在豎直方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1和B2，其中B1＝2T，方向向下．用不可伸長的輕繩跨過固定輕滑輪將導(dǎo)軌CD段中點(diǎn)與質(zhì)量為0.1kg的重物相連，繩與CD垂直且平行于桌面．如圖所示，某時(shí)刻MN、CD同時(shí)分別進(jìn)入磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ并做勻速直線運(yùn)動(dòng)，MN、CD與磁場邊界平行．MN的速度v1＝2m/s，CD的速度為v2且v2>v1，MN和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2.重力加速度大小取10m/s2，下列說法正確的是(

)A．B2的方向向上B．B2的方向向下C．v2＝5m/s

D．v2＝3m/s答案：BD

提升訓(xùn)練1.[2023·全國甲卷](多選)一有機(jī)玻璃管豎直放在水平地面上，管上有漆包線繞成的線圈，線圈的兩端與電流傳感器相連，線圈在玻璃管上部的5匝均勻分布，下部的3匝也均勻分布，下部相鄰兩匝間的距離大于上部相鄰兩匝間的距離．如圖(a)所示．現(xiàn)讓一個(gè)很小的強(qiáng)磁體在玻璃管內(nèi)沿軸線從上端口由靜止下落，電流傳感器測得線圈中電流I隨時(shí)間t的變化如圖(b)所示．則(

)A．小磁體在玻璃管內(nèi)下降速度越來越快B．下落過程中，小磁體的N極、S極上下顛倒了8次C．下落過程中，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D．與上部相比，小磁體通過線圈下部的過程中，磁通量變化率的最大值更大答案：AD解析：電流的峰值越來越大，即小磁體在依次穿過每個(gè)線圈的過程中磁通量的變化率越來越快，因此小磁體的速度越來越大，A正確；下落過程中，小磁體在水平方向受的合力為零，故小磁體的N極、S極上下沒有顛倒，B錯(cuò)誤；線圈可等效為條形磁鐵，線圈的電流越大則磁性越強(qiáng)，因此電流的大小是變化的．小磁體受到的電磁阻力是變化的，不是一直不變的，C錯(cuò)誤；由圖(b)可知，與上部相比，小磁體通過線圈下部的過程中，感應(yīng)電流的最大值更大，故磁通量變化率的最大值更大，D正確．故選AD.2．[2023·浙江1月]如圖甲所示，一導(dǎo)體桿用兩條等長細(xì)導(dǎo)線懸掛于水平軸OO′，接入電阻R構(gòu)成回路．導(dǎo)體桿處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，將導(dǎo)體桿從豎直位置拉開小角度θ靜止釋放，導(dǎo)體桿開始下擺．當(dāng)R＝R0時(shí)，導(dǎo)體桿振動(dòng)圖像如圖乙所示．若橫縱坐標(biāo)皆采用圖乙標(biāo)度，則當(dāng)R＝2R0時(shí)，導(dǎo)體桿振動(dòng)圖像是(

)答案：B解析：導(dǎo)體桿擺動(dòng)時(shí)切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，受安培力，安培力起阻力作用，故導(dǎo)體桿的振動(dòng)為阻尼振動(dòng)．由垂直于磁感線方向的速度大小相同時(shí)電阻變大→電流變小→安培力(阻力)變小可知，當(dāng)R從R0變?yōu)?R0時(shí)，導(dǎo)體桿振幅的衰減速度變慢，B正確，ACD錯(cuò)誤．

答案：AD

命題點(diǎn)二電磁感應(yīng)中圖像或電路問題1．掌握兩個(gè)技法，快速解答圖像問題2．三個(gè)關(guān)注考向1

電磁感應(yīng)中的圖像例1[2023·山東省菏澤市三模]如圖所示，MNQP是邊長為L和2L的矩形，在其由對角線劃分的兩個(gè)三角形區(qū)域內(nèi)充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的勻強(qiáng)磁場．邊長為L的正方形導(dǎo)線框，在外力作用下水平向左勻速運(yùn)動(dòng)，線框左邊始終與MN平行．設(shè)導(dǎo)線框中感應(yīng)電流i逆時(shí)針流向?yàn)檎魌＝0時(shí)左邊框與PQ重合，則左邊框由PQ運(yùn)動(dòng)到MN的過程中，下列i-t圖像正確的是(

)答案：D解析：0～t1內(nèi)是線框的左邊框由PQ向左進(jìn)入磁場，根據(jù)右手定則知感應(yīng)電流為順時(shí)針(負(fù))，而切割磁感線的有效長度隨著水平位移的增大而均勻減小，則感應(yīng)電流的大小均勻減??；t1～2t1內(nèi)，線框的前后雙邊同向同速切割相反的磁場，雙源相加為總電動(dòng)勢，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針(正)，兩邊的有效長度之和等于L，則電流大小恒定．故選D.例2[2023·上海卷]

如圖所示，有一光滑導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中，一金屬棒垂直置于導(dǎo)軌上，對其施加外力，安培力變化如圖所示，取向右為正方向，則外力隨時(shí)間變化圖像為(

)答案：C

下列說法正確的是(

)A．R0中感應(yīng)電流方向由c指向aB．R0＝2ΩC．恒力F＝1.4ND．若R＝2Ω，則R0在1s內(nèi)產(chǎn)生的最大焦耳熱為1J答案：BC

思維提升1．“感生”類的兩類圖像分類圖例分析B-t圖像Φ-t圖像[提醒]

分析磁通量時(shí)，一是注意回路中的有效面積；二是注意有效面積內(nèi)磁場方向是否單一．2.“動(dòng)生”類的三類圖像分類圖例分析有效長度變化導(dǎo)體棒勻速切割，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢隨有效長度的變化而變化切割速度變化導(dǎo)體棒有效長度不變，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢隨運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化磁感應(yīng)強(qiáng)度隨位置變化導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到不同位置的感應(yīng)電動(dòng)勢隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化而變化提升訓(xùn)練1.[2023·江蘇省八市訓(xùn)練]如圖所示，兩根光滑平行金屬長導(dǎo)軌MN、PQ水平固定放置，導(dǎo)軌間存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場，兩根完全相同的金屬棒ab、cd垂直放置在導(dǎo)軌上，兩金屬棒的長度恰好等于金屬導(dǎo)軌的間距，t＝0時(shí)刻對金屬棒cd施加一個(gè)水平向右的恒力F，此后兩金屬棒由靜止開始運(yùn)動(dòng)，金屬棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌接觸良好，兩金屬棒的速度大小分別記為va、vc，加速度大小分別記為va、vc，金屬棒cd兩端電壓記為Ucd，閉合回路消耗的電功率記為P，電路中除金屬棒以外的電阻均不計(jì)，下列關(guān)于圖像錯(cuò)誤的是(

)答案：B

2．[2023·珠海模擬]匝數(shù)N＝1000、面積S＝20cm2、電阻r＝1Ω的線圈水平放置，勻強(qiáng)磁場B1豎直向下穿過線圈，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B1按如圖所示的規(guī)律變化，線圈兩端分別連接兩根完全相同的勁度系數(shù)為k＝100N/m、電阻為R＝1.5Ω的金屬彈簧，兩金屬彈簧上端固定在水平天花板上，下端懸掛一根水平金屬棒，另有一水平勻強(qiáng)磁場B2垂直金屬棒分布(如圖所示)．其磁場寬度為L＝10cm.閉合開關(guān)后，兩彈簧的長度均變化了Δx＝0.5cm.導(dǎo)線和金屬棒的電阻不計(jì)，求：(1)閉合開關(guān)后，通過金屬棒的電流大??；(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大?。?/p>

命題點(diǎn)三電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用1．電磁感應(yīng)綜合問題的解題思路

考向2

電磁感應(yīng)中的能量問題例2如圖所示，光滑絕緣斜面的傾角為θ＝30°，斜面上有兩個(gè)勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，其寬度均為l＝0.2m，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B＝1T，磁場方向分別為垂直斜面向上和垂直斜面向下．斜面上放一質(zhì)量為M＝0.6kg、電阻為R＝0.5Ω的矩形導(dǎo)線框abcd，其ab邊長為d＝0.4m、bc邊長為l＝0.2m，通過細(xì)繩繞過光滑的定滑輪與一質(zhì)量為m＝0.2kg的重物相連，連接線框的細(xì)繩與線框共面，滑輪和繩的質(zhì)量均不計(jì)，ab邊距磁場區(qū)域Ⅰ的上邊界為2l，開始時(shí)各段繩都處于伸直狀態(tài)，現(xiàn)將它們由靜止釋放，線框沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，ab邊剛穿過兩磁場的分界線OO′進(jìn)入磁場區(qū)域Ⅱ時(shí)，線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)(細(xì)繩始終處于拉緊狀態(tài))，不計(jì)摩擦，忽略磁場邊界效應(yīng)，重力加速度g＝10m/s2.求：(計(jì)算結(jié)果保留2位小數(shù))(1)ab邊剛進(jìn)入磁場區(qū)域Ⅰ時(shí)線框的加速度大??；(2)線框ab邊在磁場區(qū)域Ⅱ中運(yùn)動(dòng)的過程中，線框重力的功率P；(3)從開始釋放到ab邊剛穿過磁場區(qū)域Ⅱ的過程中，線框中產(chǎn)生的焦耳熱Q.

考向3

電磁感應(yīng)中的動(dòng)量問題例3[2023·全國甲卷]如圖，水平桌面上固定一光滑U型金屬導(dǎo)軌，其平行部分的間距為l，導(dǎo)軌的最右端與桌子右邊緣對齊，導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)．導(dǎo)軌所在區(qū)域有方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.一質(zhì)量為m、電阻為R、長度也為l的金屬棒P靜止在導(dǎo)軌上．導(dǎo)軌上質(zhì)量為3m的絕緣棒Q位于P的左側(cè)，以大小為v0的速度向P運(yùn)動(dòng)并與P發(fā)生彈性碰撞，碰撞時(shí)間很短．碰撞一次后，P和Q先后從導(dǎo)軌的最右端滑出導(dǎo)軌，并落在地面上同一地點(diǎn)．P在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，P與Q始終平行．不計(jì)空氣阻力．求(1)金屬棒P滑出導(dǎo)軌時(shí)的速度大??；(2)金屬棒P在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量；(3)與P碰撞后，絕緣棒Q在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．

提升訓(xùn)練1.[2023·湖南卷]如圖，兩根足夠長的光滑金屬直導(dǎo)軌平行放置，導(dǎo)軌間距為L，兩導(dǎo)軌及其所構(gòu)成的平面均與水平面成θ角，整個(gè)裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面斜向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.現(xiàn)將質(zhì)量均為m的金屬棒a、b垂直導(dǎo)軌放置，每根金屬棒接入導(dǎo)軌之間的電阻均為R.運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好，金屬棒始終未滑出導(dǎo)軌，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，重力加速度為g.(1)先保持棒b靜止，將棒a由靜止釋放，求棒a勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小v0；(2)在(1)問中，當(dāng)棒a勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，再將棒b由靜止釋放，求釋放瞬間棒b的加速度大小a0；(3)在(2)問中，從棒b釋放瞬間開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過時(shí)間t0，兩棒恰好達(dá)到相同的速度v，求速度v的大小，以及時(shí)間t0內(nèi)棒a相對于棒b運(yùn)動(dòng)的距離Δx.

2．[2023·廣東模擬預(yù)測]如圖甲所示，水平面內(nèi)固定兩根平行的足夠長的光滑軌道，軌道間距L＝0.4m，其中在E、F、G、H四點(diǎn)附近的軌道由絕緣材料制成，這四段絕緣軌道的長度非常短，其余軌道由金屬材料制成，金屬軌道的電阻不計(jì)，在右側(cè)兩軌道之間連接一個(gè)阻值R＝1.5Ω的定值電阻．在矩形區(qū)域MNQP中存在豎直向上的磁場，記M點(diǎn)所在位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿MP方向建立x坐標(biāo)軸，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨位置的變化如圖乙所示，圖中B0＝2.5T．現(xiàn)有一總質(zhì)量m＝0.1kg的“工”字形“聯(lián)動(dòng)雙棒”(由兩根長度略長于L的平行金屬棒ab和cd，用長度為L的剛性絕緣棒連接構(gòu)成，棒的電阻均為r＝0.5Ω)，以初速度v0＝8m/s沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中棒與導(dǎo)軌保持垂直，最終靜止于軌道上，忽略磁場邊界效應(yīng)．求(1)棒ab剛進(jìn)入磁場時(shí)，流經(jīng)棒ab的電流的大小和方向；(2)棒ab在EF處的速度大小v1和在GH處時(shí)的速度大小v2；(3)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題電磁感應(yīng)規(guī)律在生活、生產(chǎn)和科技中的應(yīng)用情境1

“自發(fā)電”門鈴開關(guān)[典例1]

[2023·廣東茂名統(tǒng)考二模]市場上某款“自發(fā)電”門鈴開關(guān)的原理如圖所示．在按下門鈴按鈕過程中，夾著永磁鐵的鐵塊向下移動(dòng)，改變了與“E”形鐵芯接觸的位置，使得通過線圈的磁場發(fā)生改變．松開門鈴按鈕后，彈簧可使之復(fù)位(與a、b連接的外電路未畫出)．由此可判斷(

)A．未按下按鈕時(shí)，線圈a、b兩點(diǎn)間存在電勢差B．按下按鈕過程中，線圈中感應(yīng)電流始終由b經(jīng)線圈流向aC．按鈕復(fù)位過程中，線圈中的磁通量一直減小D．按下按鈕過程與松開復(fù)位過程中，a點(diǎn)的電勢始終高于b點(diǎn)答案：B解析：未按下按鈕時(shí)，線圈磁通量不變，因此a、b兩點(diǎn)電勢差為零，故A錯(cuò)誤；按下按鈕過程中，線圈中的磁場先向右減小，后向左增加，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流方向從b接線柱通過線圈流向a接線柱，又因?yàn)榫€圈是電源，電源內(nèi)部電流方向由負(fù)極流向正極，因此線圈a接線柱的電勢比b接線柱高；按鈕復(fù)位過程中，線圈中的磁場先向左減小，后向右增加，磁通量先減小后增大，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流方向從a接線柱通過線圈流向b接線柱，線圈a接線柱的電勢比b接線柱低，故B正確，CD錯(cuò)誤．情境2

磁力剎車系統(tǒng)[典例2]

(多選)高速鐵路列車通常使用磁力剎車系統(tǒng)．磁力剎車工作原理可簡述如下：將磁鐵的N極靠近一塊正在以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的圓形鋁盤，使磁感線垂直鋁盤向內(nèi)，鋁盤隨即減速，如圖所示．圖中磁鐵左方鋁盤的甲區(qū)域(虛線區(qū)域)朝磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，磁鐵右方鋁盤的乙區(qū)域(虛線區(qū)域)朝離開磁鐵方向運(yùn)動(dòng)．下列有關(guān)鋁盤剎車的說法正確的是(

)A．鋁盤甲區(qū)域的感應(yīng)電流產(chǎn)生垂直鋁盤向外的磁場B．鋁盤乙區(qū)域的感應(yīng)電流產(chǎn)生垂直鋁盤向外的磁場C．磁鐵與感應(yīng)電流之間的作用力，會(huì)使鋁盤減速D．若將實(shí)心鋁盤換成布滿小空洞的鋁盤，則磁鐵對空洞鋁盤所產(chǎn)生的減速效果與實(shí)心鋁盤相同答案：AC解析：由題意可知，因圓形鋁盤逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，那么穿過鋁盤甲區(qū)域的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場與原來磁場方向相反，即垂直鋁盤向外的磁場，故A正確；同理，因圓形鋁盤逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，那么穿過鋁盤乙區(qū)域的磁通量減小，根據(jù)楞次定律，可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場與原來磁場方向相同，即垂直鋁盤向里的磁場，故B錯(cuò)誤；依據(jù)楞次定律的“近斥遠(yuǎn)吸”，則有甲區(qū)域要靠近磁鐵，則相互排斥，而乙區(qū)域要遠(yuǎn)離磁鐵，則相互吸引，因此磁鐵與感應(yīng)電流之間的作用力，會(huì)使鋁盤減速，故C正確；若將實(shí)心鋁盤換成布滿小空洞的鋁盤，這樣會(huì)導(dǎo)致渦流磁場減弱，則磁鐵對空洞鋁盤所產(chǎn)生的減速效果明顯低于實(shí)心鋁盤的，故D錯(cuò)誤．情境3

磁懸浮列車[典例3]

(多選)2022年9月20日在德國柏林國際軌道交通技術(shù)展覽會(huì)上中國具有完全自主