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1、第2讲 电磁感应规律及综合应用,网络构建,要点必备,网络构建,要点必备,1.“三定则、一定律”的应用 (1)安培定则:判断运动电荷、电流产生的磁场方向。 (2)左手定则:判断磁场对运动电荷、电流的作用力的方向。 (3)右手定则:判断部分导体切割磁感线产生感应电流的方向。 (4)楞次定律:判断闭合电路磁通量发生变化产生感应电流的方向。 2.求感应电动势的两种方法 (1)E= ,用来计算感应电动势的平均值。 (2)E=BLv,用来计算感应电动势的瞬时值或平均值。,1,2,3,4,1.(2017全国卷)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在
2、圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是( ),A,1,2,3,4,解析 装置的原理是利用电磁阻尼。当薄板进出磁场时产生感应电流,薄板受安培力,安培力总是阻碍导体相对磁场的运动,从而使薄板尽快停下来。选项中,B项无法有效阻碍上下振动,C项无法有效阻碍上下左右振动,D项无法有效阻碍上下振动。只有A项阻碍上下左右振动最有效。,考点定位:电磁感应 命题能力点:侧重考查理解能力+分析综合能力 解题思路与方法:阻碍紫铜薄板上下及左右振动的有效方法就是产生感
3、应电流,利用电磁阻尼。,1,2,3,4,2.(多选)(2017全国卷)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1 m、总电阻为0.005 的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图(a)所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是( ) A.磁感应强度的大小为0.5 T B.导线框运动速度的大小为0.5 m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0
4、.1 N,BC,1,2,3,4,考点定位:E=BLv的理解和应用 命题能力点:侧重考查理解能力+分析综合能力 解题思路与方法:由于导线框一直向右做匀速直线运动,所以不管是cd边还是ab边切割磁感线时产生的感应电动势大小相等。,1,2,3,4,3.(多选)(2016全国卷)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是( ) A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定 B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变,角速度
5、大小发生变化,则电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍,AB,1,2,3,4,1,2,3,4,考点定位:法拉第电磁感应定律 命题能力点:侧重考查理解能力+分析综合能力 解题思路与方法:法拉第圆盘是课本上介绍的装置,在高考中多次出现;解题时要会进行电源的等效:相当于一条半径旋转切割磁感线,记住求解感应电动势的公式E= Bl2,并能搞清整个电路的结构。,1,2,3,4,4.(多选)(2016全国卷)如图,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水
6、平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则( ) A.两导线框中均会产生正弦交式变电流 B.两导线框中感应电流的周期都等于T C.在 时,两导线框中产生的感应电动势相等 D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等,BC,1,2,3,4,解析 因半径、周期相同,故两线框进入磁场过程产生的感应电动势大小为 ,两线框中产生的电动势瞬时值随时间关系如图:,所以选项A错误,选项B、C正确。由有效值定义可知M、N线圈中电流的有效值不相等,D项错误。,1,2,3,4,考点定位:楞次定律
7、的应用、E=BLv的理解、有效值的概念 命题能力点:侧重考查理解能力+分析综合能力 解题思路与方法:在分析导体切割磁感线运动、计算电动势时,一定要注意导体切割磁感线的有效长度,在计算交变电流的有效值时,一定要注意三个相同:相同电阻,相同时间,相同热量。,1,2,3,4,命题规律研究及预测 分析高考试题可以看出,电磁感应问题高考试题每年都出现。主要考查电磁感应现象、楞次定律、法拉第电磁感应定律。题型一般为选择题。 在2018年的备考过程中要重视楞次定律、法拉第电磁感应定律的复习,尤其是图象问题。,考点一,考点二,考点三,考点四,楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用(M) 典题1(2017全国卷)如
8、图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( ) A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向 B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向 C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向 D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向,D,考点一,考点二,考点三,考点四,解析 金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向
9、P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确。,考点一,考点二,考点三,考点四,C,考点一,考点二,考点三,考点四,考点一,考点二,考点三,考点四,规律方法1.感应电流方向的判断方法 (1)右手定则,即根据导体在磁场中做切割磁感线运动的情况进行判断; (2)楞次定律,即根据穿过闭合回路的磁通量的变化情况进行判断。 2.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式 (1)阻碍原磁通量的变化“增反减同”; (2)阻碍相对运动“来拒去留”; (3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”; (4)阻碍
10、原电流的变化(自感现象)“增反减同”。 3.感应电动势大小的计算 (1)法拉第电磁感应定律:E= ,适用于普遍情况。 (2)E=Blv,适用于导体棒平动切割磁感线的情况。 (3)E= Bl2,适用于导体棒旋转切割磁感线的情况。,考点一,考点二,考点三,考点四,电磁感应中的图象问题(H) 解题策略 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。,考点一,考点二,考点三,考
11、点四,典题3(多选)在绝缘的水平桌面上有MN、PQ两根平行的光滑金属导轨,导轨间的距离为l。金属棒ab和cd垂直放在导轨上,两棒正中间用一根长为l的绝缘细线相连,棒ab右侧有一直角三角形匀强磁场区域,磁场方向竖直向下,三角形的两条直角边长均为l,整个装置的俯视图如图所示,从图示位置在棒ab上加水平拉力,使金属棒ab和cd向右匀速穿过磁场区,则金属棒ab中感应电流i和绝缘细线上的张力大小F随时间t变化的图象,可能正确的是(规定金属棒ab中电流方向由a到b为正)( ),AC,考点一,考点二,考点三,考点四,解析 在ab棒通过磁场的时间内,ab棒切割磁感线的有效长度均匀增大,由E=BLv分析可知,a
12、b产生的感应电动势均匀增大,则感应电流均匀增大,由楞次定律知感应电流的方向由b到a,为负值。根据cd棒受力平衡知,细线上的张力F为0;在cd棒通过磁场的时间内,cd棒切割磁感线的有效长度均匀增大,由E=BLv分析可知,cd产生的感应电动势均匀增大,则感应电流均匀增大,由楞次定律知感应电流的方向由a到b,为正值。根据cd棒受力平衡知,细线上的张力F=BIL= (L为切割磁感线的有效长度),L均匀增大,则F与L2成正比。故B、D错误,A、C正确。故选AC。,考点一,考点二,考点三,考点四,典题4如图甲所示,矩形线圈abcd固定于方向相反的两个磁场中,两磁场的分界线OO恰好把线圈分成对称的左右两部分
13、,两磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,规定磁场垂直于纸面向里为正,线圈中感应电流逆时针方向为正。则线圈感应电流随时间的变化图象为( ),A,考点一,考点二,考点三,考点四,解析 当垂直于纸面向里的磁通量在增大时,垂直于纸面向外的磁通量在减小,故总磁通量变化为垂直于纸面向里增大,根据楞次定律,可知感应电流方向为正,B、D错误;由 可知,电路中电流大小恒定不变,故A正确。,考点一,考点二,考点三,考点四,思维发散 画出ab和cd边受到的安培力随时间变化的图象。(向右为正方向),答案 见解析 解析 根据左手定则、电流方向和磁场方向可画出F安-t图象。,考点一,考点二,考点三,考点四,规律方
14、法解决电磁感应图象问题的一般步骤 1.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。 2.分析电磁感应的具体过程。 3.用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。 4.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。 5.根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。 6.画图象或判断图象。,考点一,考点二,考点三,考点四,电磁感应中的电路问题(M) 典题5(多选)直角三角形金属框abc放置在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上。若金属框绕ab边向纸面外以角速度匀速转动90(从上往下看逆时针转动),如图甲所示,c、a两点的
15、电势差为Uca,通过ab边的电荷量为q。若金属框绕bc边向纸面内以角速度匀速转动90,如图乙所示,c、a两点的电势差为Uca,通过ab边的电荷量为q。已知bc、ab边的长度都为l,金属框的总电阻为R。下列判断正确的是( ),AD,考点一,考点二,考点三,考点四,考点一,考点二,考点三,考点四,典题6(多选)如图所示,边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域,其磁感应强度B随时间t的变化关系为B=kt(常量k0)。回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0,滑片P位于滑动变阻器中央,定值电阻R1=R0、R2= 。闭合开关S,电压表的示数为U,不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势,则( )
16、 A.R2两端的电压为 B.电容器的a极板带正电 C.滑动变阻器R的热功率为电阻R2的5倍 D.正方形导线框中的感应电动势为kL2,AC,考点一,考点二,考点三,考点四,考点一,考点二,考点三,考点四,规律方法解答电磁感应中电路问题的三个步骤 1.确定电源:利用 或E=Blvsin 求感应电动势的大小,利用右手定则或楞次定律判断感应电流的方向。如果在一个电路中切割磁感线的部分有多个并相互联系,可等效成电源的串并联。 2.分析电路结构:分析内、外电路,以及外电路的串并联关系,画出等效电路图。 3.利用电路规律求解:应用闭合电路欧姆定律及串并联电路的基本性质等列方程求解。,考点一,考点二,考点三,考点四,电磁感应中的动力学和能量问题(H) 典题7(多选)(2017河北石家庄模拟)如图甲所示,质量m=3.010-3 kg的“ ”形金属细框竖直放置在两水银槽中,“ ”形框的水平细杆CD长l=0.20 m,处于磁感应强度大
