專題十電磁感應(yīng)與能量變化

專題十電磁感應(yīng)與能量變化1．磁通量的計算：Φ＝BS回歸教材查缺補(bǔ)漏3．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化．4．感應(yīng)電流方向的判斷 (1)右手定則． (2)楞次定律

感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化．1．求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中圖象問題的關(guān)鍵： (1)所研究物理量的大小 (2)所研究物理量的方向 (3)電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生過程中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)．2．解答電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題及能量問題的方法

解答電磁感應(yīng)與力和能量的綜合問題，要明確三大綜合問題，即變速運(yùn)動與平衡、通過導(dǎo)體截面的電荷量及系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化，解決這些問題獲取高分需掌握受力分析、牛頓運(yùn)動定律、運(yùn)動學(xué)相關(guān)規(guī)律、功能關(guān)系等知識．方法技巧熟練應(yīng)用 (1)利用牛頓第二定律的瞬時性動態(tài)分析金屬棒的受力情況和運(yùn)動性質(zhì)，明確金屬棒的加速度與力瞬時對應(yīng)，速度的變化引起安培力的變化反過來又導(dǎo)致加速度變化． (2)功能關(guān)系在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用是最常見的，金屬棒或線框所受各力做功情況的判定及能量狀態(tài)的判定是獲取高分的關(guān)鍵，特別是安培力做功情況的判定． 說明：以下物理概念、規(guī)律的敘述中，在后面的(

)內(nèi)正確的打“√”，錯誤的打“×”．1．電流的周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象． (

)2．勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和在該磁場中與磁場方向垂直的平面面積S的乘積叫做穿過這個面的磁通量，即Φ＝BS.形象地說，磁通量就是穿過這個面的磁感線的條數(shù)．公式Φ＝BS只適用于勻強(qiáng)磁場，且面積S指完全處在垂直磁場方向的有效面積．磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)之分． (

)3．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 (

)4．當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它產(chǎn)生的變化的磁場在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象叫自感，由于自感產(chǎn)生的電動勢叫做自感電動勢． (

)5．判斷感應(yīng)電流方向的右手定則：讓磁感線垂直穿過手心，大拇指指向?qū)w切割磁感線的運(yùn)動方向，則四指的指向就是導(dǎo)體內(nèi)部所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向． (

)6．楞次定律：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化． (

)7．楞次定律的推廣：感應(yīng)電流的效果總是阻礙產(chǎn)生電流的原因 (

)答案1.×(訂正：利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流)．2.√

3.√

4.√

5.√

6.√

7.√

8.√

9.√1．應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的基本思路是什么？ 提示：運(yùn)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的基本思路可歸結(jié)為：“一原、二感、三電流”；從“阻礙磁通量變化”的角度來看，表現(xiàn)出“增反減同”，即若磁通量增加，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反；若磁通量減小，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同． 易錯：分不清兩個磁場——原磁場和感應(yīng)電流的磁場，誤認(rèn)為阻礙就是兩磁場方向相反．2．如何計算平均感應(yīng)電動勢和瞬時感應(yīng)電動勢的大??？3．安培定則，左、右手定則、楞次定律各適用于什么情況？ 提示： 易混：綜合問題中選錯規(guī)律或伸錯手．基本現(xiàn)象應(yīng)用的定則或定律運(yùn)動電荷、電流產(chǎn)生磁場安培定則磁場對運(yùn)動電荷、電流有作用力左手定則電磁感應(yīng)部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動右手定則閉合回路磁通量變化楞次定律4．電磁感應(yīng)的圖象問題一般有哪些類型？分析解決它們的思路如何？ 提示：這些圖象問題大體上可分為兩類： (1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確圖象．此類問題要注意以下幾點(diǎn)： ①定性或定量地表示出所研究問題的函數(shù)關(guān)系； ②在圖象中E、I、B等物理量的方向通過正負(fù)值來反映； ③畫圖象時要注意橫、縱坐標(biāo)的單位長度的定義或表達(dá)．(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量．不管是何種類型，電磁感應(yīng)中的圖象問題常需利用右手定則、左手定則，楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決．易錯：不進(jìn)行子過程的劃分，建立不起數(shù)和形的關(guān)系．5．解決電磁感應(yīng)與電路結(jié)合問題的一般思路是什么？ 提示：一般思路是“先源后路” 第一步：確定電源．用法拉第電磁感應(yīng)定律求感應(yīng)電動勢的大小，利用右手定則或楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向．如果在一個電路中切割磁感線的有幾個部分且相互聯(lián)系，可等效成電源的串、并聯(lián)． 第二步：分析電路結(jié)構(gòu)．找出等效的內(nèi)、外電路及外電路的串、并聯(lián)關(guān)系，畫出等效電路圖． 第三步：利用電路規(guī)律求解．主要應(yīng)用歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解． 易失分：不能正確畫出等效電路，不能結(jié)合直流電路的有關(guān)規(guī)律列出方程．6．閉合電路的一部分導(dǎo)體(一般為導(dǎo)體棒)做切割磁感線的運(yùn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電流又受到安培力的作用．安培力又怎樣影響導(dǎo)體棒的運(yùn)動？分析此類問題的基本方法和關(guān)鍵是什么？ 提示：(1)安培力對導(dǎo)體棒運(yùn)動的影響 導(dǎo)體棒產(chǎn)生感應(yīng)電動勢―→感應(yīng)電流―→通電導(dǎo)體受安培力―→合外力變化―→加速度變化―→速度變化―→感應(yīng)電動勢變化―→……周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)． (2)基本方法 ①用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向．②求回路中的電流強(qiáng)度．③分析、研究導(dǎo)體受力情況(注意安培力用左手定則判定其方向)．④列動力學(xué)方程或平衡方程求解．(3)動態(tài)問題分析要抓好研究對象的受力情況、運(yùn)動情況的動態(tài)進(jìn)行分析．易失分：在分析此類問題時不進(jìn)行受力分析和運(yùn)動情況分析，盲目套用公式．7．電磁感應(yīng)過程，就是能量轉(zhuǎn)化過程，則該過程涉及哪些能量的轉(zhuǎn)化？ 提示：(1)電磁感應(yīng)過程往往涉及多種能量的轉(zhuǎn)化．①如圖中金屬棒ab沿導(dǎo)軌由靜止下滑時，重力勢能減少，一部分用來克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能，最終在R上轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分轉(zhuǎn)化為金屬棒的動能．②若導(dǎo)軌足夠長，棒最終達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)勻速運(yùn)動時，重力勢能的減小則完全用來克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能．因此，從功和能的觀點(diǎn)入手，分析清楚電磁感應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，是解決電磁感應(yīng)中能量問題的重要途徑之一．(2)安培力做功和電能變化的特定對應(yīng)關(guān)系“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．同理，安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．易錯：對電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系和功能關(guān)系分析不透徹，不能根據(jù)這些關(guān)系正確列出方程求解．8．如何求解電磁感應(yīng)中感應(yīng)電荷的電荷量？感應(yīng)電荷量與哪些因素有關(guān)？易錯：不用平均感應(yīng)電動勢和平均感應(yīng)電流求電荷量，誤認(rèn)為E＝IΔt與電磁感應(yīng)的時間Δt有關(guān)．猜想一對電磁感應(yīng)現(xiàn)象、右手定則和楞次定律的考查命題依據(jù)：由近三年高考試題分析可知，該考點(diǎn)考查的內(nèi)容有物理學(xué)史、電磁感應(yīng)現(xiàn)象及感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，應(yīng)用楞次定律和右手定則判斷感應(yīng)電流的方向．命題形式多以選擇題的形式出現(xiàn)，難度中等．預(yù)計2014年高考命題的角度一是應(yīng)用楞次定律或右手定則判斷感應(yīng)電流的方向；二是應(yīng)用感應(yīng)電流引起的作用效果判斷感應(yīng)電流的方向．下面設(shè)計的考題是從感應(yīng)電流效果角度的一個命題，具有一定的新意和預(yù)測性．試題設(shè)計1．如圖1所示，兩個閉合的金屬圓環(huán)，穿在一根光滑的絕緣桿上，當(dāng)條形磁鐵的N極自右向左插向圓環(huán)時，兩圓環(huán)的運(yùn)動是 (

)． A．邊向左移邊分開 B．邊向左移邊合攏 C．邊向右移邊合攏 D．邊向右移邊分開解析感應(yīng)電流的磁場阻礙導(dǎo)體間的相對運(yùn)動，故兩圓環(huán)都向左運(yùn)動．根據(jù)楞次定律，條形磁鐵的N極自右向左插向圓環(huán)時，兩環(huán)中磁通量都增加，感應(yīng)電流磁場都向右，產(chǎn)生同方向的感應(yīng)電流，同向電流要相互吸引．答案B猜想二對法拉第電磁感應(yīng)定律的考查命題依據(jù)：由近幾年高考試題分析來看，該考點(diǎn)為高頻考點(diǎn)，命題角度為對磁通量、磁通量的變化量和磁通量的變化率的理解．動生電動勢的計算(導(dǎo)體棒平動切割、轉(zhuǎn)動切割磁感線兩種情況)，感生電動勢的計算，電磁感應(yīng)中電荷量的計算等．命題形式以選擇題和計算題為主，難度中等偏上．預(yù)計2014年高考會以新的背景材料結(jié)合生活生產(chǎn)、實際科研成果等進(jìn)行考查．下面設(shè)計的考題以線框穿過有特殊邊界的勻強(qiáng)場為背景，綜合考查電磁感應(yīng)的規(guī)律，該題的亮點(diǎn)是切割磁感線的有效長度按弦函數(shù)規(guī)律變化，是預(yù)測明年高考的一道好題．圖2A．線框中的電流先沿逆時針方向再沿順時針方向B．線框中的最大感應(yīng)電流為4AC．線框穿過磁場區(qū)域的過程中外力做功為0.048JD．線框向右運(yùn)動0.3m的過程中，通過線框某一截面的電荷量為0.12C答案ABC猜想三對電磁感應(yīng)規(guī)律綜合應(yīng)用的考查命題依據(jù)：從近三年高考試題分析可知，該內(nèi)容是高考的高頻考點(diǎn)，命題的形式以選擇題和計算題為主，計算題還可以壓軸題的形式出現(xiàn)，分值高、難度大．該考點(diǎn)考查的角度主要有以下幾個方面：①電磁感應(yīng)中的圖象問題主要考查電磁感應(yīng)過程中感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流、安培力隨時間或位移的變化規(guī)律；②常見題型有兩類，一是各種形狀的線圈穿過不同形狀有界磁場過程中的電磁感應(yīng)圖象；二是線圈面積不變，磁場變化過程中的電磁感應(yīng)圖象．③電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用，通常以單導(dǎo)體棒、雙導(dǎo)體棒、線圈的電磁感應(yīng)過程為模型，考查電磁感應(yīng)過程的電路分析、感應(yīng)電流的安培力與導(dǎo)體棒的運(yùn)動關(guān)系、安培力做功與功能關(guān)系．電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用試題一般綜合性較強(qiáng)，對能力要求較高．預(yù)計2014年高考電磁感應(yīng)中的圖象問題仍是重點(diǎn)考查的內(nèi)容，會從新的角度、新的背景進(jìn)行考查．如下面的“試題設(shè)計3”就是從定量計算角度進(jìn)行預(yù)測．“試題設(shè)計4”就是以金屬桿在傾斜導(dǎo)軌上的滑動為背景，斜面上存在兩個磁場區(qū)域，且有一個磁場還是隨時間變化的，此題難度較大，可做為高考壓軸題．試題設(shè)計3．如圖3甲所示，正六邊形導(dǎo)線框abcdef放在勻強(qiáng)磁場中靜止不動，磁場方向與導(dǎo)線框平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示．t＝0時刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直紙面向里，設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流順時針方向為正，豎直邊cd所受安培力的方向水平向左為正．則下面關(guān)于感應(yīng)電流i和cd邊所受安培力F隨時間t變化的圖象正確的是 (

)．圖3t＝3s時F＝B0Il＝F0，t＝3s后由于磁感應(yīng)強(qiáng)度減小使感應(yīng)電流反向，導(dǎo)致安培力瞬間反向而大小不變，然后隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的減小而減小，4s后安培力又變?yōu)檎蛟龃?，C正確，D錯誤．答案AC4．如圖4甲所示，間距為l、電阻不計的光滑導(dǎo)軌固定在傾角為θ的斜面上．在區(qū)域Ⅰ內(nèi)有方向垂直于斜面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B；在區(qū)域Ⅱ內(nèi)有垂直于斜面向下的勻強(qiáng)磁場，其感應(yīng)強(qiáng)度Bt的大小隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示．t＝0時刻在軌道上端的金屬細(xì)棒ab從如圖所示位置由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑，同時下滑的另一金屬棒cd在位于區(qū)域Ⅰ內(nèi)的導(dǎo)軌上由靜止釋放．在ab棒運(yùn)動到區(qū)域Ⅱ的下邊界EF處之前，cd棒始終靜