高考物理二輪總復(fù)習(xí)講義教案：電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用

1、ttt2t高考物理二輪總復(fù)習(xí)講義：電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用知識(shí)結(jié)構(gòu)考題一楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用1.楞次定律中“阻礙”的主要表現(xiàn)形式(1) 阻礙原磁通量的變化“增反減同”；(2) 阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)“來拒去留”；(3) 使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)“增縮減擴(kuò)”；(4) 阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)“增反減同”.2.楞次定律和右手定則的適用對(duì)象(1)楞次定律：一般適用于線圈面積不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化的情形. (2)右手定則：一般適用于導(dǎo)體棒切割磁感線的情形.3.求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的五種類型(1)磁通量變化型：en .b(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化型：ens .s(3) 面積變化型：enb .(4) 平動(dòng)

2、切割型：eblv.1(5)轉(zhuǎn)動(dòng)切割型：e nbl .2b注意：公式 en s 中的 s 是垂直于磁場(chǎng)方向的有效面積.例 1如圖 1 所示，a、b 兩個(gè)閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成，匝數(shù)均為 10 匝，邊長(zhǎng) la3l ，圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大，不考慮線 b1a2t t t e2t22 3234 t 4圈之間的相互影響，則( )圖 1a. 兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流b. a、b 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為 91c. a、b 線圈中感應(yīng)電流之比為 34d. a、b 線圈中電功率之比為 31解析 根據(jù)楞次定律可知，兩線圈內(nèi)均產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，選項(xiàng) a

3、 錯(cuò)誤；因磁感b b e應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大，設(shè) k，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得 e n n l ，則 bbn l s3 9 e e kls( ) ，選項(xiàng) b 正確；根據(jù) i 可知，il，故 a、b 線圈中感應(yīng)電流 1 1 r 4nl 4nl 4skls b nk l s之比為 31，選項(xiàng) c 錯(cuò)誤；電功率 p ie n l ，則 p l ，故 a、b 線圈中電 功率之比為 271，選項(xiàng) d 錯(cuò)誤.答案 b變式訓(xùn)練1.如圖 2 所示，a、b、c 三個(gè)線圈是同心圓，b 線圈上連接有直流電源 e 和開關(guān) k ，則下列 說法正確的是( )圖 2a. 在 k 閉合的一瞬間，線圈 a 中有逆時(shí)針方向的瞬

4、時(shí)電流，有收縮趨勢(shì)b. 在 k 閉合的一瞬間，線圈 c 中有順時(shí)針方向的瞬時(shí)電流，有收縮趨勢(shì)c. 在 k 閉合電路穩(wěn)定后，再斷開 k 的一瞬間，線圈 c 中有感應(yīng)電流，線圈 a 中沒有感應(yīng)電 流d. 在 k 閉合的一瞬間，線圈 b 中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；在 k 閉合電路穩(wěn)定后，再斷開 k 的一瞬間， 線圈 b 中仍然有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)答案 d解析 k 閉合時(shí)線圈 b 中有順時(shí)針的電流，根據(jù)右手定則可知內(nèi)部有向里增大的磁場(chǎng)，則a2線圈產(chǎn)生阻礙原磁通量變化的電流，根據(jù)楞次定律可知，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，線圈受到向外 的安培力，故有擴(kuò)張的趨勢(shì)，故a 錯(cuò)誤；根據(jù)楞次定律可知，c 中感應(yīng)電流為逆時(shí)針且有收 縮的趨勢(shì)，故

5、 b 錯(cuò)誤；在 k 閉合電路穩(wěn)定后，再斷開 k 的一瞬間，兩線圈中均有磁通量的 變化，故線圈中均有感應(yīng)電流，故 c 錯(cuò)誤；在 k 閉合的一瞬間，線圈 b 中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； 在 k 閉合電路穩(wěn)定后，再斷開 k 的一瞬間，線圈 b 中仍然有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故 d 正確. 2. 如圖 3，一圓形金屬環(huán)與兩固定的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線在同一豎直面內(nèi)，環(huán)的圓心與兩導(dǎo)線距離 相等，環(huán)的直徑小于兩導(dǎo)線間距.兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向向下的恒定電流.若( )圖 3a. 金屬環(huán)向上運(yùn)動(dòng)，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向b. 金屬環(huán)向下運(yùn)動(dòng)，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向c. 金屬環(huán)向左側(cè)直導(dǎo)線靠近，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟?/p>

6、時(shí)針方向d. 金屬環(huán)向右側(cè)直導(dǎo)線靠近，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向答案 d解析 根據(jù)楞次定律，當(dāng)金屬圓環(huán)上、下移動(dòng)時(shí)，穿過圓環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，故沒有感 應(yīng)電流產(chǎn)生，故選項(xiàng) a、b 錯(cuò)誤；當(dāng)金屬圓環(huán)向左移動(dòng)時(shí)，則穿過圓環(huán)的磁場(chǎng)垂直紙面向外 并且增強(qiáng)，故根據(jù)楞次定律可以知道，產(chǎn)生的感應(yīng)電流為順時(shí)針，故選項(xiàng) c 錯(cuò)誤；當(dāng)金屬 圓環(huán)向右移動(dòng)時(shí)，則穿過圓環(huán)的磁場(chǎng)垂直紙面向里并且增強(qiáng)，故根據(jù)楞次定律可以知道，產(chǎn) 生的感應(yīng)電流為逆時(shí)針，故選項(xiàng) d 正確.3. 法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖 4 所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片 p、q 分別 與圓盤的邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)

7、 b 中.圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)于流過電 阻 r 的電流，下列說法正確的是( )圖 4a. 若圓盤轉(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. 若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?2 倍，則電流在 r 上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?2 倍322 rr22 4 2200ab 0r 4kd u答案 ab解析 將圓盤看成無數(shù)幅條組成，它們都在切割磁感線從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，則 當(dāng)圓盤順時(shí)針(俯視)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)右手定則可知圓盤上感應(yīng)電流從邊緣流向中心，流過電阻1 e的電流方向從 a 到

8、b，b 對(duì)；由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ebl v bl ，i ， 恒定時(shí)，i 大小恒定， 大小變化時(shí)，i 大小變化，方向不變，故 a 對(duì)，c 錯(cuò)；由 pi rb l r知，當(dāng) 變?yōu)樵瓉淼?2 倍時(shí)，p 變?yōu)樵瓉淼?4 倍，d 錯(cuò). 4(rr)4.如圖 5 所示，一根弧長(zhǎng)為 l 的半圓形硬導(dǎo)體棒 ab 在水平拉力 f 作用下，以速度 v 在豎直 平面內(nèi)的 u 形框架上勻速滑動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b，回路中除電阻 r 外，其余電 阻均不計(jì)，u 形框左端與平行板電容器相連，質(zhì)量為 m 的帶電油滴靜止于電容器兩極板中 央，半圓形硬導(dǎo)體棒 ab 始終與 u 形框接觸良好.則以下判斷正確的是

9、( )圖 5mgda.油滴所帶電荷量為blvb. 電流自上而下流過電阻 rc. a、b 間的電勢(shì)差 u blvd. 其他條件不變，使電容器兩極板距離減小，電容器所帶電荷量將增加，油滴將向上運(yùn)動(dòng) 答案 bd解析 導(dǎo)體棒 ab 在水平拉力 f 作用下向右運(yùn)動(dòng)，由右手定則可知，導(dǎo)體棒 ab 相當(dāng)于電源， a 端是正極，故電流自上而下流過電阻 r，b 對(duì)；導(dǎo)體棒 ab 的弧長(zhǎng)為 l，與磁場(chǎng)切割有效2l s q長(zhǎng)度為 ，故 a、c 錯(cuò)；根據(jù)電容器 c ，c ，兩極板距離 d 減小，c 增大，q 增 加，電場(chǎng)強(qiáng)度 e 增大，油滴將向上運(yùn)動(dòng)，d 對(duì).考題二電磁感應(yīng)中的圖象問題解決電磁感應(yīng)圖象問題的方法技巧(

10、1)解決電磁感應(yīng)圖象問題的“三點(diǎn)關(guān)注”：1 關(guān)注初始時(shí)刻，如初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零，是正方向還是負(fù)方向.2 關(guān)注變化過程，看電磁感應(yīng)發(fā)生的過程分為幾個(gè)階段，這幾個(gè)階段是否和圖象變化相對(duì)應(yīng). 關(guān)注大小、方向的變化趨勢(shì)，看圖線斜率的大小、圖線的曲、直是否和物理過程對(duì)應(yīng). (2)解決電磁感應(yīng)圖象問題的一般步驟：400rr22安安2 222rr rrr2 22 2rr rr002 222rr合1 明確圖象的種類，即是 bt 圖還是 t 圖，或者 et 圖、it 圖等.2 分析電磁感應(yīng)的具體過程.3 用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系.4 結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫出函數(shù)

11、關(guān)系式.5 根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等.6 畫圖象或判斷圖象.(3)圖象選擇技巧：求解物理圖象的選擇題時(shí)可用“排除法”，即排除與題目要求相違背的 圖象，留下正確圖象.例 2 如圖 6 所示，電阻不計(jì)、間距為 l 的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b、 方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌左端接一定值電阻 r.質(zhì)量為 m、電阻為 r 的金屬棒 mn 置 于導(dǎo)軌上，受到垂直于金屬棒的水平外力 f 的作用由靜止開始運(yùn)動(dòng)，外力 f 與金屬棒速度 v 的關(guān)系是 ff kv(f 、k 是常量)，金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好.金屬棒中感應(yīng)電流 為 i，受到的安培力大小為 f

12、，電阻 r 兩端的電壓為 u ，感應(yīng)電流的功率為 p，它們隨時(shí)安 r間 t 變化圖象可能正確的有( )圖 6e解析 設(shè)金屬棒在某一時(shí)刻速度為 v，由題意可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eblv，回路電流 i bl b l v，即 iv；安培力 f bil v，方向水平向左，即 f v；r 兩端電壓 u rr rr rblr b lir v，即 u v；感應(yīng)電流功率 pei v ，即 pv .b l b l分析金屬棒運(yùn)動(dòng)情況，由牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律可得 f kv vma，即 f (k )v ma.因?yàn)榻饘侔魪撵o止開始運(yùn)動(dòng)，所以 f 0 .0b l(1)若 k ，金屬棒水平向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng).所以在此情況下沒有選項(xiàng)

13、符合；rrb l(2)若 k ，f 隨 v 增大而增大，即 a 隨 v 增大而增大，說明金屬棒在做加速度增大的加52 2合rr0t tt0速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)四個(gè)物理量與速度的關(guān)系可知 b 選項(xiàng)符合；b l(3)若 kt )穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小.0kt s答案 (1)rb l(2)b lv (tt )kst (b lv ks)解析 (1)在金屬棒未越過 mn 之前，穿過回路的磁通量的變化量為bskts由法拉第電磁感應(yīng)定律有 e由歐姆定律得eir由電流的定義得qi聯(lián)立式得 ks|q | tr12345由式得，在 t0 到 tt 的時(shí)間間隔內(nèi)即 tt ，流過電阻 r 的電荷量

14、q 的絕對(duì)值為0 0|q|kt s0r19000t0 00t0 0tt0r0 02(2)當(dāng) tt 時(shí)，金屬棒已越過 mn.由于金屬棒在 mn 右側(cè)做勻速運(yùn)動(dòng)，有0ff安式中，f 是外加水平恒力，f 是金屬棒受到的安培力.設(shè)此時(shí)回路中的電流為 i，安f b li安 0此時(shí)金屬棒與 mn 之間的距離為 sv (tt ) 勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過回路的磁通量為b ls0回路的總磁通量為 t其中 b skts18910由式得，在時(shí)刻 t(tt )，穿過回路的總磁通量為 b lv (tt )kst 在 t 到 tt 的時(shí)間間隔內(nèi)，總磁通量的改變量 為t (b lv ks)t由法拉第電磁感應(yīng)定律得，回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大

15、小為e tt由歐姆定律得 eir聯(lián)立式得b lf(b lv ks) .10.如圖 9 所示，寬 l2 m、足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌 mn 和 mn放在傾角為 30的斜面上， 在 n 與 n之間連接一個(gè) r2.0 的定值電阻，在 aa處放置一根與導(dǎo)軌垂直、質(zhì)量 m0.8 kg、電阻 r2.0 的金屬桿，桿和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù) 34，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度 b1.0 t、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.用輕繩通過定滑輪將電動(dòng) 小車與桿的中點(diǎn)相連，滑輪與桿之間的連線平行于斜面，開始時(shí)小車位于滑輪正下方水平面 上的 p 處(小車可視為質(zhì)點(diǎn))，滑輪離小車的高度 h4.0 m.啟動(dòng)電動(dòng)小車，使之沿 ps 方向以 v5.0 m/s 的速度勻速前進(jìn)，當(dāng)桿滑到 oo位置時(shí)的加速度 a3.2 m/s ，aa與 oo之 間的距離 d1 m，求：圖 9202 2安22f1安vr(1) 該過程中，通過電阻 r 的電量 q；(2) 桿通過 oo時(shí)的速度大?。?3) 桿在 oo時(shí)，輕繩的拉力大?。?4) 上述過程中，若拉力對(duì)桿所做的功為 13 j，求電阻 r 上的平均電功率. 答案 (1)0.5 c (2)3 m/s (3)12.56 n (4)2 w解析 (1)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e t bldq i t rr rr代入數(shù)據(jù)，可得：q0.5 ch(2)由幾何關(guān)系： hdsin 解得：sin 0.8 53桿