《高三物理二轮复习第一篇专题攻略专题五电路和电磁感应第13讲电磁感应规律及其应用课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理二轮复习第一篇专题攻略专题五电路和电磁感应第13讲电磁感应规律及其应用课件（134页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第13讲 电磁感应规律及其应用,【主干回顾】,【核心速填】 (1)“三定则、一定律”的应用。 安培定则:运动电荷、电流产生_。 左手定则:磁场对_。 右手定则:部分导体_。 楞次定律:闭合电路_发生变化。,运动电荷、电流的作用力,切割磁感线运动,磁通量,磁场,(2)求感应电动势的两种方法。 _,用来计算感应电动势的_。 _,主要用来计算感应电动势的_。,平均值,E=BLv,瞬时值,热点考向1 电磁感应中的图象问题 【典例1】(2014新课标全国卷)如图甲,线圈ab、cd绕在同一软铁芯上。在ab线圈中通以变化的电流,用示波器测得线圈cd间电压如图乙所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,
2、则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是 ( ),【思考】 (1)从乙图象能获得哪些信息? 提示:线圈cd间的电压大小保持不变,方向周期性的变化;由法拉第电磁感应定律可知,穿过线圈cd的磁场周期性的线性变化。 (2)判断线圈ab中电流随时间变化关系的依据? 提示:线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比。,【解析】选C。本题考查了电磁感应的图象。根据法拉第电磁感应定律,ab线圈电流的变化率与线圈cd上的波形图一致,线圈cd上的波形图是方波,ab线圈电流只能是线性变化的,因为只有线性变化的变化率才是常数。所以C正确。,真题变式1.若将其中一个线圈竖直放置,线圈与一定值电阻相连,线圈
3、中存在方向竖直向上、大小变化的磁场,线圈电阻恒定,规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示,当磁场的磁感应强度B随时间t如图乙所示规律变化时,则正确表示线圈中感应电流i随时间t变化规律的图象是 ( ),【解析】选D。根据电磁感应定律和欧姆定律得I= 所以线圈中的感应电流取决于磁感 应强度B随t的变化率。由图乙可知,01s时间内,磁 场增强,增大,感应磁场与原磁场方向相反(感应磁 场的磁感应强度的方向向下),由楞次定律可知感应电 流是顺时针的,因而是正值,所以可判断01s电流大 小不变,方向沿正方向;在12s内,因磁场保持不变,则感应电动势为零,所以感应电流为零;同理23s, 磁场减弱,由楞次定律可
4、知,感应电流方向与正方向 相反;根据电磁感应定律和欧姆定律得I= 可知,因01s与23s斜率一样大,感应电动势大小相同,则感应电流大小相同,故选项D正确,A、B、C错误。,真题变式2.若取一匝线圈构成半径为R的导线环,如 图所示,导线环对心、匀速穿过半径也为R的匀强磁 场区域,关于导线环中的感应电流i随时间t的变化关 系,如图图象中(以逆时针方向的电流为正)最符合实 际的是 ( ),【解析】选C。开始进入磁场时, 导线环切割磁感线,由右手定则 可以判断导线环中电流方向为逆 时针,即电流方向为正方向,当开 始出磁场时,产生的感应电流为顺时针,即电流方向为负方向;当进入磁场时,导线环切割磁感线的有
5、效长度变大,则产生感应电流也变大,当离开磁场时,导线环切割磁感线的有效长度变小,则产生感应电流 也变小,根据i= 故电流按正弦规律变化,故选项A、B、D错误,C正确。,真题变式3.若将一匝线圈置于水平桌面上,线圈处于匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图甲所示,01s内磁场方向垂直线圈平面向下。线圈与两根水平的平行金属导轨相连接,导轨上放置一根导体棒,导体棒的长为L、电阻为R,且与导轨接触良好,导体棒处于另一匀强磁场中,如图乙所示。若导体棒始终保持静止,则其所受的静摩擦力Ff随时间变化的图象是图中的(设向右的方向为静摩擦力的正方向) ( ),【解析】选B。由题图甲可
6、知在01s内磁感应强度均 匀增大,由E= 可知线圈中产生的电动势保持不变,回路中产生恒定感应电流,根据楞次定律可判断感应电流的方向为逆时针,导体棒受到的安培力的方向是水平向左,棒静止不动,摩擦力方向水平向右,为正方向;同理,分析以后几秒内摩擦力的方向,从而得出Ff-t图象为B图,故选项B正确,A、C、D错误。,【规律总结】解决电磁感应图象问题的三点关注和一般步骤 (1)解决电磁感应图象问题的“三点关注”: 关注初始时刻,如初始时刻感应电流是否为零,是正方向还是负方向。,关注变化过程,看电磁感应发生的过程分为几个阶段,这几个阶段是否和图象变化相对应。 关注大小、方向的变化趋势,看图线斜率的大小、
7、图线的曲、直是否和物理过程对应。,(2)解决电磁感应图象问题的一般步骤: 明确图象的种类,即是B-t图还是-t图,或者E-t图、I-t图等。 分析电磁感应的具体过程。 用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。,结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式。 根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。 画图象或判断图象。,【加固训练】 1.如图甲所示,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行。已知在t=0到t=t1的时间内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向
8、左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头方向相同,则i随时间t变化的图线可能是图乙中的 ( ),【解析】选A。本题题设要求线框中感应电流顺时针方向,根据楞次定律,可知框内磁场要么向里减弱(载流直导线中电流正向减小),要么向外增强(载流直导线中电流负向增大)。线框受安培力向左时,载流直导线电流一定向上,线框受安培力向右时,载流直导线中电流一定向下。故本题答案选A。,2.(多选)如图所示,光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面 与水平面成角,M、P之间接一阻值为R的定值电阻,阻 值为r的金属棒ab垂直导轨放置,其他部分电阻不计。 整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向 垂直导轨平面向下。t=
9、0时对金属棒施一平行于导轨的 外力F,金属棒由静止开始沿导轨向上做匀加速运动。,下列关于穿过回路abPMa的磁通量、磁通量的瞬时变化率 、通过金属棒的电荷量q以及ab两端的电势差U随时间t变化的图象中,正确的是 ( ),【解析】选B、D。设导体棒的长度为L,磁通量 =BS=BLx=BL at2,所以A错误;磁通量的变化率: =BLv=BLat,故B正确;通过金属棒的电荷量 q=It= 所以C错误;ab两端的电 势差:U= 所以D正确。,热点考向2 电磁感应中的电路和动力学问题 【典例2】(2016全国卷)如图,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨
10、上,t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动,t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。,杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为。重力加速度大小为g。求:,(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小。 (2)电阻的阻值。,【名师点拨】 (1)受力分析:金属杆进入磁场前受拉力、重力、支持力和滑动摩擦力作用,滑动摩擦力f=mg;金属杆在磁场中受拉力、重力、支持力、滑动摩擦力和安培力作用,安培力F安=BIl。 (2)运动分析:金属杆进入磁场前做匀加速直线运动,则F合=ma;
11、进入磁场后做匀速直线运动,则F合=0。,【解析】(1)由题意可知0t0时间 内受力分析如图甲所示 F合=F-f f=mg 物体做匀加速直线运动F合=ma 物体匀加速进入磁场瞬间的速度为v,则v=at0 由法拉第电磁感应定律可知E=Blv ,由可得 E= (F-mg) (2)金属杆在磁场中的受力分析如图乙所示 由杆在磁场中做匀速直线运动可知 F-F安-f=0 f=mg ,由安培力可知F安=BIl 由欧姆定律可知I= 由可知R= 答案:(1) (F-mg) (2),【迁移训练】,迁移1:金属棒在倾斜导轨上运动 如图甲所示,两根足够长的光滑金属导轨ab、cd与水平面成=30固定,导轨间距离为l=1m
12、,电阻不计,一个阻值为R0的定值电阻与电阻箱并联接在两金属导轨的上端,整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B=1T。,现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位 置由静止开始释放,金属棒下滑过程中与导轨接触良 好,改变电阻箱的阻值R,测定金属棒的最大速度vm, 得到 的关系如图乙所示,g取10m/s2。求:,(1)金属棒的质量m和定值电阻R0的阻值。 (2)当电阻箱R取2,且金属棒的加速度为 时,金属棒的速度。,【解析】(1)金属棒以速度vm下滑时,由法拉第电磁感应定律得:E=Blvm 由闭合电路欧姆定律得:E= 当金属棒以最大速度vm下滑时,由平衡
13、条件得: BIl-mgsin=0 解得:,(2)设此时金属棒下滑的速度为v,由法拉第电磁感应定律得: E= E=Blv 当金属棒下滑的加速度为 时,由牛顿第二定律得: mgsin-BIl=ma 解得:v=0.5m/s 答案:(1)0.2kg 2 (2)0.5m/s,迁移2:金属棒在水平导轨上运动 如图所示,R1=5,R2=6,电压表与电流表的量程分别为010V和03A,电表均为理想电表。金属棒ab与导轨电阻均不计,且导轨光滑,导轨平面水平,ab棒处于匀强磁场中。,(1)当变阻器接入电路的阻值调到30,且用F1=40N的 水平拉力向右拉ab棒并使之达到稳定速度v1时,两表中 恰好有一表满偏,而另
14、一表又能安全使用,则此时ab棒 的速度v1是多少? (2)当变阻器R接入电路的阻值调到3,且仍使ab棒的 速度达到稳定时,两表中恰有一表满偏,而另一表能安 全使用,则此时作用于ab棒的水平向右的拉力F2是多大?,【解析】(1)电路中并联部分的电阻为R并= =5 若电压表恰好满量程,则并联电路电压U并=10V 此时干路中电流I= =2A3A 所以恰好满偏的是电压表,不是电流表,由闭合电路欧姆定律得: E=I(R并+R1)=20V 电路中总电阻为R总=R并+R1=10 根据功能关系得:F1v1= 解得:v1=1m/s,(2)当变阻器R接入电路的阻值调到3,电路中并联 部分的电阻为R并= =2 若电
15、压表恰好满量程,则并联电路电压U并=10V 此时干路中电流I= =5A3 A 所以恰好满偏的不是电压表,而是电流表,即干路中电流为I=3A,由闭合电路欧姆定律得:E=I(R并+R1)=21V 电路中总电阻为R总=R并+R1=7 由(1)知E=BLv1 则BL=20Vs/m,设此时棒的速度为v2,则有:E=BLv2 解得:v2= m/s 由平衡条件得:F2-BIL=0 解得:F2=BLI=60N 答案:(1)1m/s (2)60N,迁移3:金属线框在磁场中运动 如图所示,光滑斜面的倾角=30,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1=1m,bc边的边长l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1,线框通过细线与重物相连,重物质量M=2kg,斜面上ef线(efgh)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,如果线框从静止开始运动,进入磁场最初一段时间是匀速的,ef线和gh的距离s=11.4m,取g=10m/s2,求:,(1)线框进入磁场前重物M的加速度。 (2)线框进入磁场时匀速运动的速度v。 (3)ab边由静止开始到运动到gh线处所用的时间t。 (4)ab边运动到gh线处的速度大小和在线框由静止开始到
