《专题7：电磁感应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题7：电磁感应（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 高考物理二轮复习 专题六电磁感应一、考情分析：高考对本部分内容的要求较高，常在选择题中考查电磁感应中的图象问题、变压器和交流电的描述问题，在计算题中作为压轴题，以导体棒运动为背景，综合应用电路的相关知识、牛顿运动定律和能量守恒定律解决导体棒类问题.二、学情分析：图像问题是薄弱点，画出等效电路图和导体棒的受力分析图是关键点三、备考策略：1、抓住两个关键： （1）电动势的大小，它取决于磁通量的变化量；（2）电动势的方向，实际方 向与规定的正方向一致时取正，反之取负。2、迁移力学知识、规律解决电磁感应问题3、常用思想方法：图像法、等效法、守恒法、模型法。 四、考查重点：楞次定律的理解和应用；感应
2、电流的图象问题；电磁感应过程中的动态分析问题；综合应用电路知识和能量观点解决电磁感应问题；五、核心知识：1.楞次定律中 “阻碍 ”的表现(1)阻碍磁通量的变化(增反减同 ). (2)阻碍物体间的相对运动(来拒去留 ). (3)阻碍原电流的变化(自感现象 ). 2.感应电动势的计算(1)法拉第电磁感应定律：En t，常用于计算平均电动势. 若 B 变，而 S不变，则 En B tS；若 S变，而 B 不变，则 EnB S t. (2)导体棒垂直切割磁感线：EBlv，主要用于求电动势的瞬时值. (3)如图 1 所示， 导体棒 Oa 围绕棒的一端O 在垂直磁场的平面内做匀速圆周运动而切割磁感线，产生
3、的电动势E12Bl2. 图 1 3.感应电荷量的计算回路中发生磁通量变化时，在 t 时间内迁移的电荷量2 (感应电荷量 )为 qItE Rtn R ttn R.可见， q 仅由回路电阻R 和磁通量的变化量 决定，与发生磁通量变化的时间 t 无关 . 4.电磁感应电路中产生的焦耳热当电路中电流恒定时，可用焦耳定律计算；当电路中电流变化时，则用功能关系或能量守恒定律计算 . 六、典例分析例 1、如图所示，用一条横截面积为S 的硬导线做成一个边长为L 的正方形，把正方形的一半固定在均匀增大的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间的变化率B tk(k0)，虚线 ab 与正方形的一条对角
4、线重合，导线的电阻率为.则下列说法正确的是() A.线框中产生顺时针方向的感应电流B.线框具有扩张的趋势C.若某时刻的磁感应强度为B，则线框受到的安培力为2kBL2S8D.线框中 ab 两点间的电势差大小为kL22答案C 解析根据楞次定律，线框中产生的感应电流方向沿逆时针方向，故A 错误； B 增大，穿过线框的磁通量增大，根据楞次定律， 感应电流的磁场为了阻碍磁通量的增加，线框有收缩的趋势，故 B 错误；由法拉第电磁感应定律得：EtBtSBt1 2L21 2kL2，因线框电阻R4L S，那么感应电流大小为IE RkSL 8，则线框受到的安培力为：FBI2L2kBL2S8，故 C 正确；由上分析
5、，可知，ab 两点间的电势差大小U1 2E1 4kL2，故 D 错误变式： (多选 )如图所示，由一段外皮绝缘的导线扭成两个半径为R 和 r 的闭合回路， Rr，导线单位长度的电阻为A，导线截面半径远小于R 和 r.圆形区域内存在垂直平面向里、磁感应强度大小随时间按Bkt(k0，为常数 )的规律变化的磁场，下列说法正确的是() A.小圆环中电流的方向为逆时针B.大圆环中电流的方向为逆时针C.回路中感应电流大小为k(R2r2)(Rr)AD.回路中感应电流大小为k(Rr)2A答案BD 解析根据穿过整个回路的磁通量增大，依据楞次定律，及Rr，则大圆环中电流的方向为逆3 时针， 小圆环中电流的方向为顺
6、时针，故 A错误， B正确； 根据法拉第电磁感应定律，则有：Ek (R2r2) ，由闭合电路欧姆定律，那么回路中感应电流大小为IE R总k (R2r2)2 (Rr)Ak(Rr) 2A，故 C错误， D正确 . 例 2、如图所示，虚线右侧存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，正方形金属线框电阻为R，边长为L，自线框从左边界进入磁场时开始计时，在外力作用下由静止开始以垂直于磁场边界的恒定加速度a 进入磁场区域，t1时刻线框全部进入磁场.规定顺时针方向为感应电流i 的正方向，外力大小为F，线框中电功率的瞬时值为P，通过线框横截面的电荷量为q，其中 Pt 图象为抛物线，则上述物理量随时间变化的关系正确的
7、是() 解析线框做匀加速运动，其速度vat，感应电动势EBLv，感应电流iE RBLat R，i与t成正比，故A错误；线框进入磁场过程中受到的安培力F安BiLB2L2atR，由牛顿第二定律得：FF安ma，得FmaB2L2atR，Ft图象是不过原点的倾斜直线，故B 错误；线框的电功率Pi2R(BLat)2Rt2， 故 C正确；线框的位移x1 2at2，电荷量qItERt RBLxRBL1 2at2Rt2，qt图象应是抛物线. 故 D错误 . 变式： (多选 )如图甲所示，在水平面上固定宽d1m 的金属“ U”型导轨，右端接一定值电阻R0.5 ，其余电阻不计.在“ U”型导轨右侧a0.5m 的范围
8、存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示.在 t0 时刻，质量 m0.1kg 的导体棒以v01m/s 的初速度从距导轨右端b2 m 开始向右运动， 导体棒与导轨之间的动摩擦因数 0.1， 不计地球磁场的影响， g 10 m/s2.用 E、I、P、Q 分别表示4s 内回路中的电动势大小、电流大小、电功率及电热，则下列图象正确的是() 4 解析因为在进入磁场前回路中没有电流产生，并且0 2s 内磁感应强度不变化，回路的磁通量不变化，没有感应电动势产生，故不会从t 0 时刻就产生电热，D 错误；在进入磁场前导体棒做匀减速直线运动，加速度为a mg mg1m/s2，导体棒速度减
9、小到零所需的时间为tv0 a1s，停止前发生的位移为xv2 0 2a0.5m，所以在进入磁场前导体棒就已经停止运动，所以回路中的感应电流是因为磁感应强度发生变化产生的，在t 2s 时，磁感应强度发生变化，产生感应电动势，有了感应电流，根据法拉第电磁感应定律可得E t BS t Bad t 0.1V，感应电流 IER0.2A，过程中的电功率为PEI0.02W(但是是从t2s 才开始有的 )，故 A、B 正确， C 错误 . 对于电磁感应图象问题的分析要注意以下三个方面：1.注意初始时刻的特征，如初始时刻感应电流是否为零，感应电流的方向如何. 2.注意看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是
10、否和图象变化相对应. 3.注意观察图象的变化趋势，看图象斜率的大小、图象的曲直是否和物理过程对应. 例 3、均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd，边长为L，总电阻为R，总质量为m.将其置于磁感应强度为B 的水平匀强磁场上方h 处，如图7 所示 .线框由静止开始自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd 边始终与水平的磁场边界平行.重力加速度为g.当 cd 边刚进入磁场时，图 7 (1)求线框中产生的感应电动势大小；(2)求 cd 两点间的电势差大小；(3)若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h 所应满足的条件. 解析(1)cd 边刚进入磁场时，线框速度为v2gh5 线框中产生的感应电
11、动势：EBLvBL2gh(2)此时线框中电流：IE Rcd 切割磁感线相当于电源，cd 两点间的电势差即路端电压：UI(34R)3 4BL2gh(3)安培力： FBIL B2L22gh R根据牛顿第二定律：mgFma由 a0，解得下落高度满足：hm2gR22B4L4变式：如图9 所示，平行极板与单匝圆线圈相连，极板距离为d，圆半径为r，单匝线圈的电阻为 R1，外接电阻为R2，其他部分的电阻忽略不计.在圆中有垂直纸面向里的磁场，磁感应强度均匀增加， 有一个带电粒子静止在极板之间，带电粒子质量为m、电量为 q.则下列说法正确的是 () 图 9 A.粒子带正电B.磁感应强度的变化率为 B t(R1R
12、2)mgd r2qR 2C.保持开关闭合，向上移动下极板时，粒子将向下运动D.断开开关S，粒子将向下运动答案B 解析穿过线圈的磁通量垂直纸面向里增加，由楞次定律可知， 平行板电容器的上极板电势高，下极板电势低， 板间存在向下的电场，粒子受到竖直向下的重力而静止，因此粒子受到的电场力方向向上，电场力方向与场强方向相反，粒子带负电，故A 错误；对粒子，由平衡条件得： mgqU2 d，而感应电动势：E(R2R1)U2 R2，解得： E(R1R2)mgd qR2，由法拉第电磁感应定律得： En tnS B t，解得： B t(R1R2)mgd r2qR 2，故 B 正确；保持开关闭合，则极板间的电压不
13、变，当向上移动下极板时，导致间距减小，那么电场强度增大，则电场力增大，因此粒子将向上运动，故C 错误；断开开关S，电容器既不充电，也不放电，则电场强度不变，因此电场力也不变，故粒子静止不动，故D 错误 . 6 解决感应电路综合问题的一般思路是“先电后力”，即：先作“源”的分析 分析电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E 和 r；接着进行“路”的分析 分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力；然后是“力”的分析 分析研究对象(通常是金属棒、导体、线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力；接着进行“运动状态”的分析 根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型；最
14、后是“能量”的分析 寻找电磁感应过程和研究对象的运动过程中，其能量转化和守恒的关系 . 例 4、 （2012 天津卷） 如图， 一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距l0.5m，左端接有阻值R0.3 的电阻，一质量m0.1kg，电阻 r0.1 的金属棒MN 放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B0.4T，棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以a2m/s2的加速度做匀加速运动，当棒的位移x=9m 时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1：Q22：1，导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持
15、良好接触，求：（ 1）棒在匀加速运动过程中，通过电阻R 的电荷量q；（ 2）撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2；（ 3）外力做的功WF。解： （1）棒匀加速运动所用时间为t，有xat22132922 axts 根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求电路中产生的平均电流为5 .1)1.03 .0(395.04 .0)()(RrtBlxRrtrREIA 根据电流定义式有5 .435.1t IqC （2）撤去外力前棒做匀加速运动根据速度公式末速为632atvm/s 撤去外力后棒在安培力作用下做减速运动，安培力做负功先将棒的动能转化为电能，7 再通过电流做功将电能转化为内能，所以焦耳热等于棒的动能减少。有8 .161 .0212122 2mvEQkJ （3）根据题意在撤去外力前的焦耳热为6. 3221QQJ 撤去外力前拉力做正功、安培力做负功（其大小等于焦耳热Q1） 、重力不做功共同使棒的动能增大，根据动能定理有1QWEFk则4. 58 .16 .31kFkEQWEJ 变式：如图所示，MN、PQ 为足够长的平行导轨，间距L0.5m.导轨平面与水平面间的夹角37 .NQMN，NQ 间连接有一个R3 的电阻 .有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为 B01T.将一根质量为m 0.05kg 的金属棒ab 紧靠 NQ 放置在导轨上，且与
