第2講電磁感應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用 高考定位 1 考查內(nèi)容 1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 楞次定律 2 法拉第電磁感應(yīng)定律 3 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題 4 電磁感應(yīng)的電路 動(dòng)力學(xué) 能量等綜合問(wèn)題 2 題型 難度高考對(duì)本講知識(shí)考查的題目主要是選擇題和計(jì)算題 選擇題在上述四種知識(shí)中均有涉及而計(jì)算題主要涉及法拉第電磁感應(yīng)定律 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題和綜合問(wèn)題 難度中 高檔 體驗(yàn)高考 1 如圖4 2 1所示 在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形金屬導(dǎo)軌 導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直 金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS 一圓環(huán)形金屬框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi) 線框與導(dǎo)軌共面 現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng) 在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的瞬間 關(guān)于感應(yīng)電流的方向 下列說(shuō)法正確的是 圖4 2 1 A PQRS中沿順時(shí)針?lè)较?T中沿逆時(shí)針?lè)较駼 PQRS中沿順時(shí)針?lè)较?T中沿順時(shí)針?lè)较駽 PQRS中沿逆時(shí)針?lè)较?T中沿逆時(shí)針?lè)较駾 PQRS中沿逆時(shí)針?lè)较?T中沿順時(shí)針?lè)较?解析因?yàn)镻Q突然向右運(yùn)動(dòng) 由右手定則可知 PQRS中有沿逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 穿過(guò)T中的磁通量減小 由楞次定律可知 T中有沿順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 故D正確 A B C錯(cuò)誤 答案D 2 多選 兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直 邊長(zhǎng)為0 1m 總電阻為0 005 的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi) cd邊與磁場(chǎng)邊界平行 如圖4 2 2 a 所示 已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng) cd邊于t 0時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng) 線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖線如圖 b 所示 感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)取正 下列說(shuō)法正確的是 圖4 2 2 A 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0 5TB 導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)的速度的大小為0 5m sC 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外D 在t 0 4s至t 0 6s這段時(shí)間內(nèi) 導(dǎo)線框所受的安培力大小為0 1N 答案BC 3 如圖4 2 3所示 由某種粗細(xì)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(qiáng)磁場(chǎng)中 一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ 在水平拉力作用下沿ab dc以速度v勻速滑動(dòng) 滑動(dòng)過(guò)程PQ始終與ab垂直 且與線框接觸良好 不計(jì)摩擦 在PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過(guò)程中 圖4 2 3 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 答案C 4 如圖4 2 4所示 水平面 紙面 內(nèi)間距為l的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻 質(zhì)量為m 長(zhǎng)度為l的金屬桿置于導(dǎo)軌上 t 0時(shí) 金屬桿在水平向右 大小為F的恒定拉力作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) t0時(shí)刻 金屬桿進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 且在磁場(chǎng)中恰好能保持勻速運(yùn)動(dòng) 桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì) 兩者始終保持垂直且接觸良好 兩者之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 重力加速度大小為g 求 圖4 2 4 1 金屬桿在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小 2 電阻的阻值 必記要點(diǎn) 1 對(duì)楞次定律中 阻礙 的理解 考點(diǎn)一楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 圖4 2 5 題組訓(xùn)練 1 多選 電磁感應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例 電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖4 2 6所示 磁體附近的金屬弦被磁化 因此弦振動(dòng)時(shí) 在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音 下列說(shuō)法正確的有 圖4 2 6 A 選用銅質(zhì)弦 電吉他仍能正常工作B 取走磁體 電吉他將不能正常工作C 增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D 弦振動(dòng)過(guò)程中 線圈中的電流方向不斷變化 解析因銅質(zhì)弦不能被磁化 所以A錯(cuò)誤 若取走磁鐵 金屬弦無(wú)法被磁化 電吉他將不能正常工作 所以B正確 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知 增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 所以C正確 弦振動(dòng)過(guò)程中 線圈中的磁通量一會(huì)增大一會(huì)減小 所以電流方向不斷變化 D正確 答案BCD 2 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 如圖4 2 7所示 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a b 磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直 磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大 兩圓環(huán)半徑之比為2 1 圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為Ea和Eb 不考慮兩圓環(huán)間的相互影響 下列說(shuō)法正確的是 圖4 2 7 A Ea Eb 4 1 感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较駼 Ea Eb 4 1 感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较駽 Ea Eb 2 1 感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较駾 Ea Eb 2 1 感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较?答案B 圖4 2 8 A 若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定 則電流大小恒定B 若從上向下看 圓盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 則電流沿a到b的方向流動(dòng)C 若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變 角速度大小發(fā)生變化 則電流方向可能發(fā)生變化D 若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 答案AB 4 楞次定律的理解及應(yīng)用 如圖4 2 9所示 粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈 當(dāng)一豎直放置的通有恒定電流的螺線管沿線圈中線AB正上方水平快速通過(guò)時(shí) 若線圈始終不動(dòng) 則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) 下列說(shuō)法中正確的是 圖4 2 9 A FN先小于mg后大于mg 運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向左B FN先大于mg后小于mg 運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)先向右后向左C FN先小于mg后大于mg 運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)先向左后向右D FN先大于mg后小于mg 運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向右 解析通電螺線管從線圈正上方快速通過(guò)時(shí) 通過(guò)線圈的磁通量先增大后減小 當(dāng)通過(guò)線圈磁通量增大時(shí) 為阻礙其增大 在豎直方向上線圈有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 所以線圈受到的支持力大于其重力 在水平方向上線圈有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 當(dāng)通過(guò)線圈的磁通量減小時(shí) 為阻礙其減小 在豎直方向上線圈有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 所以線圈受到的支持力小于其重力 在水平方向上線圈有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 綜上所述 線圈所受到的支持力先大于重力后小于重力 運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)總是向右 D正確 答案D 例1 多選 2018 銀川一模 如圖4 2 10所示 邊長(zhǎng)為L(zhǎng) 總電阻為R的均勻正方形線框abcd放置在光滑水平桌面上 其cd邊右側(cè)緊鄰兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 寬度為L(zhǎng) 方向相反的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng) 現(xiàn)使線框以速度v0勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域 從開(kāi)始進(jìn)入到完全離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中 下列圖線能定性反映線框中的感應(yīng)電流 以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?和a b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差隨時(shí)間變化關(guān)系的是 考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題 圖4 2 10 審題探究 怎樣求解線框在進(jìn)入磁場(chǎng)L 2L的過(guò)程中 產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) a和b哪一點(diǎn)的電勢(shì)高 由右手定則知 ab和cd產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)同向 故線框的總電動(dòng)勢(shì)為E 2BLv0 ab邊電流方向由b到a 故a點(diǎn)電勢(shì)高 答案 AC 規(guī)律總結(jié)分析電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題的注意事項(xiàng)1 注意初始時(shí)刻的特征 如初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零 感應(yīng)電流的方向如何 2 注意看電磁感應(yīng)發(fā)生的過(guò)程分為幾個(gè)階段 這幾個(gè)階段是否和圖象變化相對(duì)應(yīng) 3 注意觀察圖象的變化趨勢(shì) 看圖象斜率的大小 圖象的曲直是否和物理過(guò)程對(duì)應(yīng) 題組訓(xùn)練 1 磁場(chǎng)變化的圖象問(wèn)題 如圖4 2 11所示 一根電阻為R 4 的導(dǎo)線繞成的半徑為d 2m的圓 在圓內(nèi)部分區(qū)域存在變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 中間S形虛線是兩個(gè)直徑為d的半圓 磁場(chǎng)隨時(shí)間變化如圖2所示 磁場(chǎng)垂直于紙面向外為正 電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?關(guān)于圓環(huán)中的電流 時(shí)間圖象 以下四圖中正確的是 圖4 2 11 答案B 2 多選 含電容器電路的圖象問(wèn)題 2018 青島一模 如圖4 2 12所示 光滑水平面上放置一平行金屬導(dǎo)軌 其左端與平行板電容器C相連 一金屬棒垂直金屬導(dǎo)軌放置 整個(gè)裝置處于垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 現(xiàn)對(duì)金屬棒施加一水平向右的恒力F作用 使金屬棒由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 不計(jì)導(dǎo)軌及金屬棒的電阻 則下面關(guān)于金屬棒運(yùn)動(dòng)的速度v 加速度a 電容器兩板間的電勢(shì)差U 極板帶電荷量Q隨時(shí)間t變化關(guān)系圖象中 正確的是 圖4 2 12 答案BD 圖4 2 13 答案B 考點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題 操作 將金屬棒甲緊靠豎直軌道的左側(cè) 從某處由靜止釋放 運(yùn)動(dòng)到底端NN 過(guò)程中棒始終保持水平 且與軌道保持良好電接觸 計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的電壓 時(shí)間關(guān)系圖象U t圖如圖乙所示 圖中U0已知 操作 將金屬棒甲緊靠豎直軌道的左側(cè) 金屬棒乙 圖中未畫(huà)出 緊靠豎直軌道的右側(cè) 在同一高度將兩棒同時(shí)由靜止釋放 多次改變高度重新由靜止釋放 運(yùn)動(dòng)中兩棒始終保持水平 發(fā)現(xiàn)兩棒總是同時(shí)到達(dá)桌面 sin37 0 6 cos37 0 8 1 試求操作 中甲棒到達(dá)MM 時(shí)的速度大小 2 試求操作 全過(guò)程定值電阻上產(chǎn)生的熱量Q熱 3 試求右邊軌道PP 以下區(qū)域勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bx的方向和大小 規(guī)律總結(jié)分析電磁感應(yīng)能量問(wèn)題的基本思路和焦耳熱的求解方法1 解決電磁感應(yīng)能量問(wèn)題的基本思路 1 確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向 2 畫(huà)出等效電路圖并求出電流 3 進(jìn)行受力情況分析和做功情況分析 4 明確在此過(guò)程中的能量變化情況 5 用動(dòng)能定理或能量守恒定律解題 2 求解焦耳熱的三個(gè)途徑 1 電磁感應(yīng)電路為純電阻電路時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功 即Q W克安 2 當(dāng)電磁感應(yīng)電路中感應(yīng)電流不變時(shí) 可用焦耳定律來(lái)求焦耳熱 即Q I2Rt 3 電磁感應(yīng)電路中產(chǎn)生的焦耳熱可通過(guò)能量守恒定律列方程求解 題組訓(xùn)練 1 2018 宜昌模擬 如圖4 2 15所示 在傾角為 的光滑斜面上 有三條水平虛線l1 l2 l3 它們之間的區(qū)域 寬度均為x 兩區(qū)域分別存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B 一個(gè)質(zhì)量為m 邊長(zhǎng)為x 總電阻為R的正方形導(dǎo)線框 從l1上方一定高度處由靜止開(kāi)始沿斜面下滑 當(dāng)ab邊剛穿過(guò)l1進(jìn)入磁場(chǎng) 時(shí) 恰好以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng) ab邊在穿過(guò)l2運(yùn)動(dòng)到l3之前的某個(gè)時(shí)刻 線框又開(kāi)始以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng) 重力加速度為g 在線框從釋放到穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中 下列說(shuō)法正確的是 圖4 2 15 答案C 2 多選 電磁感應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題 2018 青島模擬 如圖4 2 16所示 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌 導(dǎo)軌間距為L(zhǎng) 兩導(dǎo)軌間連有一電阻R 導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為 在兩虛線間的導(dǎo)軌上涂有薄絕緣涂層 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向與導(dǎo)軌平面垂直 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從h高度處由靜止釋放 在剛要滑到涂層處時(shí)恰好勻速運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且僅與涂層間有摩擦 動(dòng)摩擦因數(shù) tan 其他部分的電阻不計(jì) 重力加速度為g 下列說(shuō)法正確的是 圖4 2 16 答案AC 模型概述 桿 導(dǎo)軌 模型的導(dǎo)軌放置方式可分為水平 豎直和傾斜 桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速運(yùn)動(dòng) 勻變速運(yùn)動(dòng) 非勻變速運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)等 磁場(chǎng)的狀態(tài)可分為恒定不變 均勻變化和非均勻變化等等 情景復(fù)雜形式多變 考點(diǎn)四電磁感應(yīng)中的 桿 導(dǎo)軌 模型 1 單桿水平式