高考物理 考前三個月 第1部分 專題9 電磁感應課件.ppt

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專題9電磁感應 1 多選 2015 新課標全國 19 1824年 法國科學家阿拉果完成了著名的 圓盤實驗 實驗中將一銅圓盤水平放置 在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針 如圖1所示 實驗中發(fā)現(xiàn) 當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時 磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來 但略有滯后 下列說法正確的是 真題示例 圖1 A 圓盤上產(chǎn)生了感應電動勢B 圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動C 在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中 磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D 圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流 此電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動 解析當圓盤轉(zhuǎn)動時 圓盤的半徑切割磁針產(chǎn)生的磁場的磁感線 產(chǎn)生感應電動勢 選項A正確 如題圖所示 銅圓盤上存在許多小的閉合回路 當圓盤轉(zhuǎn)動時 穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生變化 回路中產(chǎn)生感應電流 根據(jù)楞次定律 感應電流阻礙其相對運動 但抗拒不了相對運動 故磁針會隨圓盤一起轉(zhuǎn)動 但略有滯后 選項B正確 在圓盤轉(zhuǎn)動過程中 磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量始終為零 選項C錯誤 圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成的電流的磁場方向沿圓盤軸線方向 會使磁針沿軸線方向偏轉(zhuǎn) 選項D錯誤 答案AB 2 2015 安徽理綜 19 如圖2所示 abcd為水平放置的平行 形光滑金屬導軌 間距為l 導軌間有垂直于導軌平面的勻強磁場 磁感應強度大小為B 導軌電阻不計 已知金屬桿MN傾斜放置 與導軌成 角 單位長度的電阻為r 保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動 金屬桿滑動過程中與導軌接觸良好 則 圖2 答案B 3 2015 山東理綜 19 如圖3甲 R0為定值電阻 兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內(nèi) 左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上 經(jīng)二極管整流后 通過R0的電流i始終向左 其大小按圖乙所示規(guī)律變化 規(guī)定內(nèi)圓環(huán)a端電勢高于b端時 a b間的電壓uab為正 下列uab t圖象可能正確的是 圖3 同理可知0 25T0 t 0 5T0時 uab 0 且 uab 逐漸增大 0 5T0 T0內(nèi)重復0 0 5T0的變化規(guī)律 故選項C正確 答案C 4 2014 新課標全國 25 半徑分別為r和2r的同心圓形導軌固定在同一水平面內(nèi) 一長為r 質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導體棒AB置于圓導軌上面 BA的延長線通過圓導軌中心O 裝置的俯視圖如圖4所示 整個裝置位于一勻強磁場中 磁感應強度的大小為B 方向豎直向下 在內(nèi)圓導軌的C點和外圓導軌的D點之間接有一阻值為R的電阻 圖中未畫出 直導體棒在水平外力作用下以角速度 繞O逆時針 圖4 勻速轉(zhuǎn)動 在轉(zhuǎn)動過程中始終與導軌保持良好接觸 設(shè)導體棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為 導體棒和導軌的電阻均可忽略 重力加速度大小為g 求 1 通過電阻R的感應電流的方向和大小 解析根據(jù)右手定則 得導體棒AB上的電流方向為B A 故電阻R上的電流方向為C D 而vA r vB 2 r 根據(jù)法拉第電磁感應定律 導體棒AB上產(chǎn)生的感應電動勢E Brv 2 外力的功率 解析根據(jù)能量守恒定律 外力的功率P等于安培力與摩擦力的功率之和 即P BIrv fv 而f mg 1 題型特點 1 考查楞次定律的應用問題 2 考查電磁感應中的圖象問題 3 考查法拉第電磁感應定律和楞次定律的綜合應用問題 如電路問題 圖象問題 動力學問題 能量問題等 考綱解讀 2 命題趨勢 1 綜合考查楞次定律 法拉第電磁感應定律及電路 安培力等相關(guān)知識 2 考查學生的識圖能力 由圖象獲取解題信息的能力 3 電流恒定時 考查焦耳定律 電功率的相關(guān)知識 4 電流變化時 考查不同能量的轉(zhuǎn)化問題 5 與牛頓第二定律 運動學結(jié)合的動態(tài)分析問題 6 電磁感應中的安培力問題 涉及受力分析及功能關(guān)系的問題 內(nèi)容索引 考題一楞次定律和法拉第電磁感應定律的應用 考題二電磁感應的圖象問題 考題三電磁感應中的電路問題 考題四電磁感應中的動力學 能量轉(zhuǎn)化問題 專題綜合練 考題一楞次定律和法拉第電磁感應定律的應用 1 2015 新課標全國 15 如圖5 直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中 磁感應強度大小為B 方向平行于ab邊向上 當金屬框繞ab邊以角速度 逆時針轉(zhuǎn)動時 a b c三點的電勢分別為Ua Ub Uc 已知bc邊的長度為l 下列判斷正確的是 圖5 答案C 2 半徑為r的帶缺口剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置 并處在變化的磁場中 在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導線 分別與兩塊垂直于紙面固定放置的平行金屬板連接 兩板間距為d 如圖6甲所示 磁場的方向垂直于紙面 規(guī)定垂直紙面向里為正方向 磁感應強度變化規(guī)律如圖乙所示 則以下說法正確的是 圖6 解析第2s內(nèi)情況 由楞次定律可知 金屬板上極板帶正電 金屬板下極板帶負電 故A正確 第3s內(nèi)情況 由楞次定律可知 金屬板上極板帶正電 金屬板下極板帶負電 故B錯誤 根據(jù)法拉第電磁感應定律可知 第2s末感應電動勢不變 則兩極板之間的電場強度大小不為零 故C錯誤 答案A 3 如圖7所示的圓形線圈共n匝 電阻為R 過線圈中心O垂直于線圈平面的直線上有A B兩點 A B兩點的距離為L A B關(guān)于O點對稱 一條形磁鐵開始放在A點 中心與O點重合 軸線與A B所在直線重合 此時線圈中的磁通量為 1 將條形磁鐵以速度v勻速向右移動 軸線始終與直線重合 磁鐵中心到O點時線圈中的磁通量為 2 下列說法正確的是 圖7 解析磁鐵在A點時 線圈中的磁通量為 1 故通過一匝線圈的磁通量也為 1 與匝數(shù)無關(guān) 故A錯誤 磁鐵從A到B的過程中 磁通量先增加后減小 磁通量的變化量為零 故平均感應電動勢為零 故平均感應電流為零 故通過線圈某一截面的電荷量為零 故C D錯誤 答案B 1 楞次定律中 阻礙 的表現(xiàn) 1 阻礙磁通量的變化 增反減同 2 阻礙物體間的相對運動 來拒去留 3 阻礙原電流的變化 自感現(xiàn)象 知識小結(jié) 2 楞次定律和右手定則的適用對象 1 楞次定律 一般適用于線圈面積不變 磁感應強度發(fā)生變化的情形 2 右手定則 一般適用于導體棒切割磁感線的情形 4 如圖8所示 邊長為L的菱形由兩個等邊三角形abd和bcd構(gòu)成 在三角形abd內(nèi)存在垂直紙面向外的磁感應強度為B的勻強磁場 在三角形bcd內(nèi)存在垂直紙面向里的磁感應強度也為B的勻強磁場 一個邊長為L的等邊三角形導線框efg在紙面內(nèi)向右勻速穿過磁場 頂點e始終在直線ab上 底邊gf始終與直線dc重合 規(guī)定逆時針方向為電流的正方向 在導線框通過磁場的過程中 感應電流隨位移變化的圖象是 考題二電磁感應的圖象問題 圖8 L 2L過程中 繼續(xù)移動gm切割磁感線 產(chǎn)生感應電動勢 L有 gm 逐漸減小 直至全部出磁場電流為零 故A正確 答案A 圖9 可推出 E ktR 對金屬棒在沿導軌方向列出動力學方程F BIl ma 可見F t圖象是一條斜率大于零且與F軸正半軸有交點的直線 故C錯誤 答案B 6 多選 如圖10甲所示 將長方形導線框abcd垂直磁場方向放入勻強磁場B中 規(guī)定垂直ab邊向右為ab邊所受安培力F的正方向 F隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示 選取垂直紙面向里為磁感應強度B的正方向 不考慮線圈的形變 則B隨時間t的變化關(guān)系可能是下列選項中的 圖10 解析由題圖乙可知0 1s內(nèi)F 0即ab邊受到向左的安培力 線框有面積擴大的趨勢 所以磁場應當減弱 故C錯誤 同理可以判斷A B D正確 答案ABD 1 解決電磁感應圖象問題的 三點關(guān)注 1 關(guān)注初始時刻 如初始時刻感應電流是否為零 是正方向還是負方向 2 關(guān)注變化過程 看電磁感應發(fā)生的過程分為幾個階段 這幾個階段是否和圖象變化相對應 3 關(guān)注大小 方向的變化趨勢 看圖線斜率的大小 圖線的曲 直是否和物理過程相對應 規(guī)律小結(jié) 2 解決電磁感應圖象問題的一般步驟 1 明確圖象的種類 即是B t圖還是 t圖 或者E t圖 I t圖等 2 分析電磁感應的具體過程 3 用右手定則或楞次定律確定方向?qū)P(guān)系 4 結(jié)合法拉第電磁感應定律 歐姆定律 牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式 5 根據(jù)函數(shù)關(guān)系式 進行數(shù)學分析 如分析斜率的變化 截距等 6 畫圖象或判斷圖象 7 2015 福建理綜 18 如圖11 由某種粗細均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd 固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強磁場B中 一接入電路電阻為R的導體棒PQ 在水平拉力作用下沿ab dc以速度v勻速滑動 滑動過程PQ始終與ab垂直 且與線框接觸良好 不計摩擦 在PQ從靠近ad處向bc滑動的過程中 考題三電磁感應中的電路問題 圖11 A PQ中電流先增大后減小B PQ兩端電壓先減小后增大C PQ上拉力的功率先減小后增大D 線框消耗的電功率先減小后增大 由于導體棒做勻速運動 拉力等于安培力 即F BIL 拉力的功率P BILv 故先減小后增大 所以C正確 答案C 圖12 解析金屬棒從軌道最低位置cd運動到ab處的過程中 穿過回路的磁通量減小 根據(jù)楞次定律得知通過R的電流方向為由外向內(nèi) 故A正確 B錯誤 答案AC 9 如圖13所示 一根有一定電阻的直導體棒質(zhì)量為m 長為L 其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為L的光滑平行導軌上 并與之接觸良好 棒左側(cè)兩導軌之間連接一可控電阻 導軌置于勻強磁場中 磁場的磁感應強度大小為B 方向垂直于導軌所在平面 t 0時刻 給導體棒一個平行于導軌的初速度 此時可控電阻的阻值為R0 在棒運動過程中 通過可控電阻的變化使棒中的電流強度保持恒定 不計導軌電阻 導體棒一直在磁場中 圖13 1 求可控電阻R隨時間t變化的關(guān)系式 解析因棒中的電流強度保持恒定 故棒做勻減速直線運動 設(shè)棒的電阻為r 電流為I 其初速度為v0 加速度大小為a 經(jīng)時間t后 棒的速度變?yōu)関 則有v v0 at 2 若已知棒中電流強度為I 求0 t時間內(nèi)可控電阻R上消耗的平均功率P 解析將可控電阻改為定值電阻R0 棒將做變減速運動 答案2 1 解決與電路相聯(lián)系的電磁感應問題的基本方法 1 用法拉第電磁感應定律和楞次定律 右手定則 確定感應電動勢的大小和方向 2 畫出等效電路 對整個回路進行分析 確定哪一部分是電源 哪一部分為負載以及負載間的連接關(guān)系 3 運用閉合電路歐姆定律 串并聯(lián)電路的性質(zhì) 電功率等公式求解 方法小結(jié) 考題四電磁感應中的動力學 能量轉(zhuǎn)化問題 圖14 A 外力F為恒力 解析由于磁場是變化的 故線框切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢也為變值 安培力也為變力 故要保持線框勻速運動 外力F不能為恒力 故A錯誤 t 0時 左右兩邊的磁感應強度均為B0 方向相反 則感應電動勢E 2B0Lv 拉力等于安培力即F 2B0IL 故B正確 答案BCD 11 2015 天津理綜 11 如圖15所示 凸 字形硬質(zhì)金屬線框質(zhì)量為m 相鄰各邊互相垂直 且處于同一豎直平面內(nèi) ab邊長為l cd邊長為2l ab與cd平行 間距為2l 勻強磁場區(qū)域的上下邊界均水平 磁場方向垂直于線框所在平面 開始時 cd邊到磁場上邊界的距離為2l 線框由靜止釋放 從cd邊進入磁場直到ef pq邊進入磁場前 線框做勻速運動 在ef pq邊離開磁場后 ab邊離開磁場之前 線框又做勻速運動 線框完全穿過磁場過程中產(chǎn)生的熱量為Q 線框在下落過程中始終處于原豎直平面內(nèi) 且ab cd邊保持水平 重力加速度為g 求 圖15 1 線框ab邊將要離開磁場時做勻速運動的速度大小是cd邊剛進入磁場時的幾倍 由于線框做勻速運動 其受力平衡 有mg F1 由 式得v2 4v1 答案4倍 2 磁場上 下邊界間的距離H 線框完全穿過磁場的過程中 由能量守恒定律 有 此類問題中力現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象相互聯(lián)系 相互制約 解決問題首先要建立 動 電 動 的思維順序 1 基本思路 1 找準主動運動者 用法拉第電磁感應定律和楞次定律 右手定則 求解電動勢大小和方向 2 根據(jù)歐姆定律 求解回路中電流 規(guī)律小結(jié) 3 分析安培力對導體棒加速度 速度的影響 從而推理得出對電路中電流的影響 最后定性分析出導體棒的最終運動情況 4 運用運動學方程 牛頓第二定律 平衡方程或功能關(guān)系求解 2 注意的問題運用功能關(guān)系時 確定有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化 如有摩擦力做功 必有內(nèi)能產(chǎn)生 有重力做功 重力勢能必然發(fā)生變化 安培力做負功 必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 專題綜合練 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 2015 重慶理綜 4 圖17為無線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖 線圈匝數(shù)為n 面積為S 若在t1到t2時間內(nèi) 勻強磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈 其磁感應強度大小由B1均勻增加到B2 則該段時間線圈兩端a和b之間的電勢差 a b 圖17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 如圖18所示 一正三角形導線框ABC 高度為a 從圖示位置沿x軸正向勻速穿過勻強磁場區(qū)域 兩磁場區(qū)域磁感應強度大小均為B 方向相反 垂直于平面 寬度均為a 下列選項反映感應電流I與線框移動距離x的關(guān)系 以逆時針方向為電流的正方向 圖象正確的是 圖18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析x在0 a范圍 線框穿過左側(cè)磁場時 根據(jù)楞次定律 感應電流方向為逆時針方向 為正值 故B錯誤 x在a 2a范圍 線框穿過左 右兩側(cè)磁場時 根據(jù)楞次定律 感應電流方向為順時針 為負值 且為x在0 a范圍內(nèi)電流的2倍 最大值為2I0 故A錯誤 x在2a 3a范圍 線框穿過右側(cè)磁場時 根據(jù)楞次定律 感應電流方向為逆時針 為正值 故C正確 D錯誤 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 一閉合線圈固定在垂直于紙面的均勻磁場中 設(shè)垂直紙面向里為磁感應強度B的正方向 線圈中的箭頭方向為電流i的正方向 如圖19 a 所示 已知線圈中感應電流i隨時間變化的圖象如圖 b 所示 則磁感應強度B隨時間變化的圖象可能是下圖中的 圖19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 若原磁場均勻減小 則原磁場向外 為負向均勻減小 根據(jù)以上的分析知A正確 答案A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 多選 如圖20所示 在半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi) 有磁感應強度為B的垂直紙面向里的有界勻強磁場 PQM為圓內(nèi)接三角形 且PM為圓的直徑 三角形的各邊由材料相同的細軟導線組成 不考慮導線中電流間的相互作用 設(shè)線圈的總電阻為r且不隨形狀改變 此時 PMQ 37 已知sin37 0 6 cos37 0 8 則下列說法正確的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖20 A 穿過線圈PQM的磁通量為 0 96BR2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C 保持P M兩點位置不變 將Q點沿圓弧順時針移動到接近M點的過程中 線圈中感應電流的方向先沿逆時針 后沿順時針D 保持P M兩點位置不變 將Q點沿圓弧順時針移動到接近M點的過程中 線圈中不會產(chǎn)生焦耳熱 答案ABC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 如圖21所示 A B是兩個完全相同的燈泡 D是理想二極管 L是帶鐵芯的線圈 其自感系數(shù)很大 直流電阻忽略不計 下列說法正確的是 圖20 A S閉合瞬間 A先亮B S閉合瞬間 A B同時亮C S斷開瞬間 B逐漸熄滅D S斷開瞬間 A閃亮一下 然后逐漸熄滅 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析閉合開關(guān)S瞬間線圈相當于斷路 二極管為反向電壓 故電流不走A燈泡 B逐漸變亮 故A錯誤 B錯誤 開關(guān)S斷開瞬間B立刻熄滅 由于二極管正向?qū)?故自感線圈與A形成回路 A閃亮一下 然后逐漸熄滅 故C錯誤 D正確 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 多選 如圖22所示 電阻不計 相距L的兩條足夠長的平行金屬導軌傾斜放置 與水平面的夾角為 整個空間存在垂直于導軌平面向下的勻強磁場 磁感應強度為B 導軌上固定有質(zhì)量為m 電阻為R的兩根相同的導體棒 導體棒MN上方軌道粗糙下方光滑 將兩根導體棒同時釋放后 觀察到導體棒MN下滑而EF始終保持靜止 當MN下滑的距離為x時 速度恰好達到最大值vm 則下列敘述正確的是 圖22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析導體棒MN速度最大時做勻速直線運動 由平衡條件得 在MN下滑的過程中 穿過回路的磁通量增大 根據(jù)楞次定律判斷知 EF受到沿導軌向下的安培力 根據(jù)平衡條件得 導體棒EF所受的靜摩擦力Ff mgsin F安 故B錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案AC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 如圖23所示 區(qū)域是寬度L均為0 5m的勻強磁場 磁感應強度大小均為B 1T 方向相反 一邊長L 0 5m 質(zhì)量m 0 1kg 電阻R 0 5 的正方形金屬線框abcd的ab邊緊靠磁場邊緣 在外力F的作用下向右勻速運動穿過磁場區(qū)域 速度v0 10m s 在線框穿過磁場區(qū)域的過程中 外力F所做的功為 圖23 A 5JB 7 5JC 10JD 15J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 2015 浙江理綜 24 小明同學設(shè)計了一個 電磁天平 如圖24甲所示 等臂天平的左臂為掛盤 右臂掛有矩形線圈 兩臂平衡 線圈的水平邊長L 0 1m 豎直邊長H 0 3m 匝數(shù)為N1 線圈的下邊處于勻強磁場內(nèi) 磁感應強度B0 1 0T 方向垂直線圈平面向里 線圈中通有可在0 2 0A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的電流I 掛盤放上待測物體后 調(diào)節(jié)線圈中電流使天平平衡 測出電流即可測得物體的質(zhì)量 重力加速度取g 10m s2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 為使 電磁天平 的量程達到0 5kg 線圈的匝數(shù)N1至少為多少 解析題中 電磁天平 中的線圈受到安培力F N1B0IL 由天平平衡可知 mg N1B0IL 代入數(shù)據(jù)解得 N1 25匝 答案25匝 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 線圈受到的安培力F N2B0I L 答案0 1T s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 用密度為d 電阻率為 粗細均勻的金屬導線制成兩個閉合正方形線框M和N 邊長均為L 線框M N的導線橫截面積分別為S1 S2 S1 S2 如圖25甲 乙所示 勻強磁場僅存在于相對磁極之間 磁感應強度大小為B 其他地方的磁場忽略不計 金屬線框M水平放在磁場上邊界的狹縫間 線框平面與磁場方向平行 開始運動時可認為M的aa 邊和bb 邊都處在磁場中 線框N在線框M的正上方 與線框M相距為h 兩線框均從靜止開始同時釋放 其平面在下落過程中保持水平 設(shè)磁場區(qū)域在豎直方向足夠長 不計空氣阻力及兩線框間的相互作用 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 求線框N剛進入磁場時產(chǎn)生的感應電流 剛進入磁場時切割磁感線 有 E 2BLv1 由閉合電路歐姆定律可得 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由電阻定律可得 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 在下落過程中 若線框N恰能追上線框M 追上時線框M下落高度為H 追上線框M之前線框N一直做減速運動 求該過程中線框N產(chǎn)生的焦耳熱 解析以線框M為研究對象 當線框在磁場中運動達到勻速時 設(shè)速度為v2 線框所受重力 G mg 4LS1dg安培力 F 2BIML切割電動勢 E 2BLv2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 勻速時受力平衡 G F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由上式可知勻速運動速度與導線截面積無關(guān) 所以兩線框勻速運動速度相同 均為v2 由此可知當線框N恰好追上M時 兩者速度相等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10