2018高考物理第一輪復(fù)習(xí) 專題 電磁感應(yīng)學(xué)案 魯科版.doc

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電磁感應(yīng) 【本講教育信息】 一、教學(xué)內(nèi)容： 電磁感應(yīng) 本章的知識(shí)點(diǎn)： （一）本章要點(diǎn)及高考展望 1、本章以電場(chǎng)和磁場(chǎng)等知識(shí)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)討論了楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律。 2、楞次定律不僅含義深刻，且可結(jié)合的知識(shí)點(diǎn)多，在高考中以選擇為主，但有一定的難度。 3、法拉第電磁感應(yīng)定律常綜合幾乎所有的力學(xué)知識(shí)及大部分電學(xué)知識(shí)，多為中檔以上的題目，區(qū)分度較大，分值也較多。 4、本章的學(xué)習(xí)要處理好基礎(chǔ)知識(shí)和綜合能力的關(guān)系，要重視對(duì)物理過程、物理現(xiàn)象的分析，要建立正確的物理情景，深刻理解基本知識(shí)、基本規(guī)律的內(nèi)涵、外延，在掌握一般解題方法的基礎(chǔ)上，掌握綜合性問題的分析思路和方法，形成較完整的解題策略。 （二）知識(shí)結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)和難點(diǎn)分析： 一、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件、楞次定律 1、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。它有兩種情況： ⑴切割 2、右手定則適用于判斷閉合電路中一部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)感應(yīng)電流的方向。 3、楞次定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)，其應(yīng)用步驟： ⑴明確閉合電路中的原磁場(chǎng)方向； ⑵分析穿過閉合電路的磁通量的變化； ⑶根據(jù)楞次定律判定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向； ⑷利用安培定則，判定感應(yīng)電流的方向。 二、法拉第電磁感應(yīng)定律 1、公式 ⑴感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與電路的電阻及電路是否閉合等無關(guān)； ⑵一般而言，公式求的是Δt內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； ⑶在電磁感應(yīng)中，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體可等效成一個(gè)電源，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向和導(dǎo)體（電源）內(nèi)的電流方向一致。 2、公式 ⑴若B、l、v三者互相垂直，；若直導(dǎo)線與B、v不垂直，則應(yīng)取B、l、v互相垂直的分量； ⑵若導(dǎo)體是彎曲的，則l應(yīng)取與B、v垂直的有效長(zhǎng)度； ⑶若v是瞬時(shí)速度，則E為瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)；若v為平均速度，則E為平均電動(dòng)勢(shì)。 3、公式為導(dǎo)體棒繞其一端轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 三、自感 由于線圈自身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 本章的疑難點(diǎn)辨析： 1、左手定則與右手定則的區(qū)別 左手定則 右手定則 適用條件 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向（因電而動(dòng)） 閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流（因動(dòng)生電） 判定方法 略 略 能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系 電能→機(jī)械能（電動(dòng)機(jī)） 機(jī)械能→電能（發(fā)電機(jī)） 2、磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的區(qū)別 磁通量 磁通量的變化量 磁通量的變化率 物理意義 某時(shí)刻穿過某個(gè)面的磁感線的條數(shù) 某一段時(shí)間內(nèi)穿過某個(gè)面的磁通量的變化 穿過某個(gè)面的磁通量變化的快慢 大小 是與B垂直的面的面積 或 附注 線圈平面與磁感線平行時(shí)，＝0，但最大 線圈平面與磁感線垂直時(shí)，最大，但＝0 要嚴(yán)格區(qū)分、、的含義，的大小與、無關(guān)。 3、對(duì)楞次定律中“阻礙”的理解 ⑴ “阻礙”是指感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)要阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的磁通量的變化，與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的磁通量原來的大小沒有關(guān)系； ⑵“阻礙”不是“阻止”，“阻礙變化”是使變化進(jìn)行得緩慢些，但并沒有被終止； ⑶“阻礙”不等于“反向”，實(shí)際上是增“反”減“同”。 例：如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)棒P、Q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路。當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)，P、Q將如何運(yùn)動(dòng)？磁鐵的加速度怎樣變化？ 解析：P、Q將互相靠攏；磁鐵加速度減小。 4、分清感應(yīng)電流和感應(yīng)電量 當(dāng)閉合電路在時(shí)間發(fā)生磁通量變化時(shí)，通過電路的感應(yīng)電量為 例：如圖所示，空間存在垂直于紙面的均勻磁場(chǎng)，在半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)、外，磁場(chǎng)方向相反，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B。一半徑為b、電阻為R的圓形導(dǎo)線放置在紙面內(nèi)，其圓心與圓形區(qū)域的中心重合，在內(nèi)、外磁場(chǎng)同時(shí)由B均勻地減小到零的過程中，通過導(dǎo)線截面的電量q＝________。 解析：或 存在兩種答案的原因是合磁通可能垂直紙面向外，也可能垂直紙面向里。 5、兩種自感現(xiàn)象的比較 【典型例題】 （一）電磁感應(yīng)現(xiàn)象 例3、（1998　上海）如圖所示，在一固定圓柱形磁鐵的N極附近置一平面線圈abcd，磁鐵軸線與線圈水平中心線xx’軸重合，下列說法中正確的是　?。ā、D?。? A、當(dāng)線圈剛沿xx’軸向右平移時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流，方向?yàn)閍dcba B、當(dāng)線圈剛繞軸xx’轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，（ad向外，bc向里），線圈中有感應(yīng)電流，方向?yàn)閍bcda C、當(dāng)線圈剛沿垂直紙面方向向外平移時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流，方向?yàn)閍dcba D、當(dāng)線圈剛繞yy’軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)（ab向里，cd向外），線圈中有感應(yīng)電流，方向?yàn)閍dcba 解析：本題考查磁鐵的磁場(chǎng)、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件和楞次定律等知識(shí)點(diǎn)。 例4、如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放有平行銅導(dǎo)軌，它與大線圈M相連接要使小線圈N獲得順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，則放在導(dǎo)軌上的裸金屬棒ab的運(yùn)動(dòng)情況是（兩線圈共面） A、向右勻速運(yùn)動(dòng) B、向左加速運(yùn)動(dòng) C、向右加速運(yùn)動(dòng) D、向右減速運(yùn)動(dòng) 解析：B、D 本題宜采用逆向思維分析法進(jìn)行解答，就是從結(jié)果出發(fā)找原因。 （二）右手定則的應(yīng)用： 例5、如圖所示為地磁場(chǎng)磁感線的示意圖，在北半球地磁場(chǎng)的豎直分量向下。飛機(jī)在我國(guó)上空勻速巡航，機(jī)翼保持水平，飛行高度不變，由于地磁場(chǎng)的作用，金屬機(jī)翼上有電勢(shì)差。設(shè)飛行員左方機(jī)翼末端處的電勢(shì)為U1，右方機(jī)翼末端處電勢(shì)為U2，則 A、若飛機(jī)從西往東飛，U1比U2高 B、若飛機(jī)從東往西飛，U2比U1高 C、若飛機(jī)從南往北飛，U1比U2高 D、若飛機(jī)從北往南飛，U2比U1高 解析：A、C （三）和的應(yīng)用 例6、如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根相距0.2m固定的金屬滑軌MN和PQ。滑軌上放置著ab、cd兩根平行的可動(dòng)金屬細(xì)棒，在兩棒中點(diǎn)O、O’之間拴一根0.4m長(zhǎng)的絲繩，繩長(zhǎng)保持不變。設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B以1T/s的變化率均勻減小，abcd回路的電阻為0.5Ω。求當(dāng)B減小到10T時(shí)，兩可動(dòng)棒所受磁場(chǎng)作用力為多大？（B與abcd回路所在平面垂直） 解析：0.32N 例7、（2001　上海）半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有均勻磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.2T，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場(chǎng)同心地放置，磁場(chǎng)與環(huán)面垂直，其中a＝0.4m，b＝0.6m。金屬環(huán)上分別接有燈L1、L2，兩燈的電阻均為R0＝2Ω。一金屬棒MN與金屬環(huán)接觸良好，棒與環(huán)的電阻均忽略不計(jì)。 ⑴其棒以v0＝5m/s的速率在環(huán)上向右勻速滑動(dòng)，求棒滑過圓環(huán)直徑OO’的瞬時(shí)（如圖所示）MN中的電動(dòng)勢(shì)和流過燈L1的電流。 ⑵撤去中間的金屬棒MN，將右面的半圓環(huán)OL2O’以O(shè)O’為軸向上翻轉(zhuǎn)90，若此時(shí)磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化，其變化率為T/s，求L1的功率。 解析：0.4A；1.2810－2W （四）電磁感應(yīng)和電路規(guī)律的綜合應(yīng)用 在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源。將它們接上電阻等用電器，便可對(duì)用電器供電，在電路中形成電流。因此電磁感應(yīng)問題往往跟電路問題聯(lián)系在一起，這類問題通常需要綜合應(yīng)用閉合電路歐姆定律。 例8、（1999　上海）如圖所示，長(zhǎng)為l、電阻r＝0.3Ω、m＝0.1kg的金屬棒CD垂直跨擱在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌間距也是l，棒與導(dǎo)軌間接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌左端接有R＝0.5Ω的電阻，量程為0～3.0A的電流表串接在一條導(dǎo)軌上，量程為0～1.0V的電壓表接在電阻R的兩端，垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)向下穿過平面。現(xiàn)以向右恒定外力F使金屬棒右移。當(dāng)金屬棒以v＝2m/s的速度在導(dǎo)軌平面上勻速滑動(dòng)時(shí)，觀察到電路中的一個(gè)電表正好滿偏，而另一個(gè)電表未滿偏。問： ⑴此滿偏的電表是哪個(gè)表？說明理由。⑵拉動(dòng)金屬棒的外力F多大？ 解析：電壓表；1.6N （五）電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用 電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力的作用，因此，電磁感應(yīng)問題往往跟力學(xué)問題聯(lián)系在一起，解決這類問題除了要應(yīng)用到電磁學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，還要應(yīng)用力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律。 例9、（2001　上海）如圖所示，有兩根和水平方向成角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，金屬桿的速度會(huì)趨近于一個(gè)最大速度vm，則　　　（　B、C　） A、如果B增大，vm將變大 B、如果變大，vm將變大 C、如果R變大，vm將變大 D、如果m變小，vm將變大 解析：金屬桿向下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程可表示為 例10、無限長(zhǎng)的平行金屬軌道M、N，相距l(xiāng)＝0.5m，且水平放置；金屬棒b和c可在軌道上無摩擦地滑動(dòng)，兩金屬棒的質(zhì)量均為0.1kg，電阻均為1Ω，軌道的電阻不計(jì)。整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與軌道平面垂直，如圖所示。若使b棒以初速度v0＝10m/s開始向左運(yùn)動(dòng)，求： ⑴c棒的最大加速度； ⑵c棒的最大速度 ⑶c棒中產(chǎn)生的焦耳熱。 解析：12.5m/s2；5m/s；1.25J （六）電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化 例11、（2001　全國(guó)）如圖所示，虛線框abcd內(nèi)為一矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，ab＝2bc，磁場(chǎng)方向垂直于紙面；實(shí)線框a’b’c’d’是一正方形導(dǎo)線框，a’b’邊與ab邊平行。若將導(dǎo)線框勻速地拉離磁場(chǎng)區(qū)域，以W1表示沿平行于ab的方向拉出過程中外力所做的功，W2表示以同樣速率沿平行于bc的方向拉出過程中外力所做的功，則　?。ā?。? A、W1＝W2 B、W2＝2W1 C、W1＝2W2 D、W2＝4W1 例12、如圖所示，電動(dòng)機(jī)牽引一根原來靜止的長(zhǎng)L為lm，質(zhì)量m為0.1kg的導(dǎo)體棒MN，其電阻R為1Ω，導(dǎo)體棒架在處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1T豎直放置的框架上，當(dāng)導(dǎo)體棒上升h為4m時(shí)獲得穩(wěn)定的速度。已知在電動(dòng)機(jī)牽引導(dǎo)體棒時(shí)，電路中電壓表和電流表的讀數(shù)分別穩(wěn)定在10V和1A，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為1Ω，不計(jì)框架電阻及一切摩擦，g取l0m/s2。求： ⑴棒能達(dá)到的穩(wěn)定速度； ⑵若棒從靜止達(dá)到穩(wěn)定速度共用1s的時(shí)間，則此過程中，導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳熱是多少？ 解析：4.5m/s；4J 例13、如圖所示，位于同一水平面內(nèi)的兩根平行導(dǎo)軌間距為l，左端連接一個(gè)耐壓足夠大的電容器，電容為C。導(dǎo)體桿cd與導(dǎo)軌接觸良好，在平行導(dǎo)軌平面的水平力作用下從靜止開始勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面豎直向下，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，不計(jì)導(dǎo)軌、導(dǎo)體桿、導(dǎo)線的電阻，忽略摩擦。求從導(dǎo)體桿開始運(yùn)動(dòng)經(jīng)過時(shí)間t電容器獲得的能量E＝？ 解析： （七）自感現(xiàn)象、電磁感應(yīng)中的圖象問題 例14、如圖所示，自感線圈電阻很小（可忽略不及），自感系數(shù)很大，A、B、C是三只完全相同的燈泡，則S閉合后，以下說法正確的是　?。˙CD） A、閉合瞬間，三個(gè)燈都亮 B、S閉合瞬間，A燈最亮，B和C燈的亮度相同 C、S閉合后，過一會(huì)兒，A燈逐漸變暗，最后完全熄滅 D、S閉合后過一會(huì)兒，B、C燈逐漸變亮，最后亮度相同 例15、（1998　全國(guó)）如圖（a）所示，一寬40cm的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。一邊長(zhǎng)為20cm的正方形導(dǎo)線框位于紙面內(nèi)，以垂直于磁場(chǎng)邊界的恒定速度v＝20cm/s通過磁場(chǎng)區(qū)域，在運(yùn)動(dòng)過程中，線框有一邊始終與磁場(chǎng)區(qū)域的邊界平行。取它剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)刻t＝0，在下列圖線中（圖b），正確反映感應(yīng)電流強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律的是?。–） 例16、（2001　全國(guó)）如圖（a）所示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)＝0.20m，電阻R＝1.0Ω；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直軌道面向下?，F(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿，使之作勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖（b）所示。求桿的質(zhì)量m和加速度a。 解析：0.1kg；10m/s2