適用于老高考舊教材廣西專版2023屆高考物理二輪總復(fù)習(xí)第二部分專題四第12講電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用課件

第12講電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用專題四內(nèi)容索引0102核心梳理?規(guī)律導(dǎo)引高頻考點?探究突破03新題演練?能力遷移04怎樣得高分核心梳理?規(guī)律導(dǎo)引【知識脈絡(luò)梳理】

【規(guī)律方法導(dǎo)引】

1.知識規(guī)律(1)掌握“三個定則”“兩個定律”。“三個定則”是指安培定則、左手定則和右手定則;“兩個定律”是指楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律。(2)應(yīng)用楞次定律時的“三看”和“三想”。①看到“線圈(回路)中磁通量變化”時,想到“增反減同”。②看到“導(dǎo)體與磁體間有相對運動”時,想到“來拒去留”。③看到“回路面積可以變化”時,想到“增縮減擴”。(3)求感應(yīng)電動勢的兩種方法。

(4)運用“兩種觀點”分析“一種電路”?！皟煞N觀點”是指動力學(xué)觀點和能量觀點;“一種電路”是指電磁感應(yīng)電路。2.思想方法(1)物理思想:等效思想、守恒思想。(2)物理方法:圖像法、轉(zhuǎn)換法、解析法。高頻考點?探究突破命題熱點一電磁感應(yīng)中的圖像問題常以選擇題的形式考查物理量的定量關(guān)系。例1(多選)(2020·山東卷)如圖所示,平面直角坐標(biāo)系的第一和第二象限分別存在磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反且垂直于坐標(biāo)平面的勻強磁場,圖中虛線方格為等大正方形。一位于Oxy平面內(nèi)的剛性導(dǎo)體框abcde在外力作用下以恒定速度沿y軸正方向運動(不發(fā)生轉(zhuǎn)動)。從圖示位置開始計時,4s末bc邊剛好進入磁場。在此過程中,導(dǎo)體框內(nèi)感應(yīng)電流的大小為I,ab邊所受安培力的大小為Fab,二者與時間t的關(guān)系圖像可能正確的是(

)思維導(dǎo)引

答案:

BC

規(guī)律方法

電磁感應(yīng)圖像問題的求解方法(1)圖像選擇問題:求解物理圖像的選擇題可用“排除法”,即排除與題目要求相違背的圖像,留下正確圖像。也可用“對照法”,即按照要求畫出正確的草圖,再與選項對照。解決此類問題關(guān)鍵是把握圖像特點、分析相關(guān)物理量的函數(shù)關(guān)系、分析物理過程的變化或物理狀態(tài)的變化。(2)圖像分析問題:定性分析物理圖像,要明確圖像中的橫軸與縱軸所代表的物理量,弄清圖像的物理意義,借助有關(guān)的物理概念、公式、不變量和定律作出相應(yīng)判斷。在進行有關(guān)物理圖像的定量計算時,要弄清圖像所揭示的物理規(guī)律及物理量間的函數(shù)關(guān)系,善于挖掘圖像中的隱含條件,明確圖像與坐標(biāo)軸所包圍的面積、圖像斜率,以及圖像的橫軸、縱軸的截距所表示的物理意義。拓展訓(xùn)練1(多選)(2021·寧夏銀川模擬)如圖甲所示,兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌ab、cd與水平面成θ=30°固定,導(dǎo)軌間距離為l=1m,電阻不計,一個阻值為R0的定值電阻與電阻箱并聯(lián)接在兩金屬導(dǎo)軌的上端,整個系統(tǒng)置于勻強磁場中,磁感應(yīng)強度方向與導(dǎo)軌所在平面垂直,磁感應(yīng)強度大小為B=1T?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m、不計電阻的金屬棒MN從圖示位置由靜止開始釋放,金屬棒下滑過程中與導(dǎo)軌接觸良好,且始終與導(dǎo)軌保持垂直,改變電阻箱的阻值R,測量金屬棒的最大速度vm,得到

的關(guān)系如圖乙所示,g取10m/s2。則下列說法正確的是(

)A.金屬棒的質(zhì)量m=0.2kgB.金屬棒的質(zhì)量m=0.1kgC.定值電阻R0=1ΩD.定值電阻R0=2Ω答案:

AD

拓展訓(xùn)練2(2022·遼寧高考模擬)如圖所示,電阻忽略不計的正方形金屬框abcd水平固定放置,對角線長度為l,整個金屬框內(nèi)部區(qū)域分布著垂直水平面向上的勻強磁場。長度大于l的均勻?qū)w棒MN自a向c在金屬框上勻速滑過,滑動過程中MN始終關(guān)于ac對稱并與金屬框接觸良好。若導(dǎo)體棒MN單位長度電阻恒定,與a點的距離記為x,則下列關(guān)于MN棒所受安培力F與x(0≤x≤l)的關(guān)系圖像可能正確的是(

)A解析:

由楞次定律可知,導(dǎo)體棒自a向c通過磁場,其所受安培力方向始終水平向左,阻礙其運動;設(shè)導(dǎo)體棒單位長度電阻為r,導(dǎo)體棒勻速滑過磁場的速命題熱點二電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題考查與牛頓第二定律、運動學(xué)知識結(jié)合的動態(tài)分析問題以及電磁感應(yīng)中的純力學(xué)問題,計算題和選擇題都有可能出現(xiàn)。例2(2021·遼寧高三模擬)如圖甲所示MN、PQ為足夠長的兩平行金屬導(dǎo)軌,間距l(xiāng)=1.0m,與水平面之間的夾角α=30°,勻強磁場磁感應(yīng)強度B=0.5T,垂直于導(dǎo)軌平面向上,MP間接有電流傳感器,質(zhì)量m=0.2kg、阻值R=1.0Ω的金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置,它與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)μ=,如圖甲所示。用外力F沿導(dǎo)軌平面向上拉金屬桿ab,使ab由靜止開始運動并開始計時,電流傳感器顯示回路中的電流I隨時間t變化的圖像如圖乙所示,0~3s拉力做的功為225J,除導(dǎo)體棒電阻外,其他電阻不計。g取10m/s2。求:(1)0~3s內(nèi)金屬桿ab運動的位移;(2)0~3s內(nèi)F隨t變化的關(guān)系。思維導(dǎo)引

答案:

(1)9m

(2)F=0.5t+2.4(F的單位為N,t的單位為s)規(guī)律方法

電磁感應(yīng)與動力學(xué)綜合題的解題策略(1)分析“源”:找準(zhǔn)主動運動者,用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求解電動勢的大小和方向。(2)分析“路”:畫出等效電路圖,求解回路中的電流的大小及方向。(3)分析“力”:分析安培力對導(dǎo)體棒運動速度、加速度的影響,從而推得對電流有什么影響,最后確定導(dǎo)體棒的最終運動情況。(4)列“方程”:列出牛頓第二定律或平衡方程求解。拓展訓(xùn)練3(2022·山東威海二模)將一根質(zhì)量m=1kg、電阻R=10Ω的長導(dǎo)線繞制成匝數(shù)n=200、邊長l=20cm的正方形線圈,然后用絕緣線將線圈懸掛起來,如圖所示。線圈接在恒定電壓U=4V的直流電源上(圖中未畫出),線圈中產(chǎn)生逆時針方向的電流。M、N為線圈豎直邊的中點,在MN下方有垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律為B=0.25t(T),重力加速度g取10m/s2,則絕緣線上拉力等于零的時刻為(

)A根據(jù)力的平衡條件有mg=nBIl其中B=0.25t(T)代入數(shù)據(jù)解得t=2

s,選項A正確,B、C、D錯誤。拓展訓(xùn)練4(2022·廣東惠州二模)如圖所示,從勻強磁場中把不發(fā)生形變的矩形線圈勻速拉出磁場區(qū),若兩次拉出的速度之比為1∶2,則兩次線圈所受外力大小之比F1∶F2為(

)A.2∶1B.1∶2C.1∶4D.1∶1B解析:

設(shè)線圈左、右兩邊邊長為L,整個線圈的電阻為R,磁場的磁感應(yīng)強度為B。線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BLv命題熱點三電磁感應(yīng)中的動量與能量問題經(jīng)常和閉合電路歐姆定律一起出題,考查電路中的動量與能量轉(zhuǎn)換,計算題和選擇題都可能出現(xiàn)。例3(多選)如圖所示,寬為l的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN和PQ由圓弧部分和水平部分平滑連接,右端接阻值為R的定值電阻,水平軌道的左邊部分矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上、大小為B的勻強磁場。在圓弧部分的某一高度h處由靜止釋放一根金屬棒,金屬棒到達磁場右邊界處恰好停止。已知金屬棒質(zhì)量為m,電阻為,與導(dǎo)軌始終垂直接觸良好。導(dǎo)軌電阻不計,重力加速度為g。則在整個運動過程中(

)思維導(dǎo)引

答案:

AC

規(guī)律方法

1.電磁感應(yīng)過程的實質(zhì)是不同形式的能量之間轉(zhuǎn)化的過程,在動生式電磁感應(yīng)過程中,能量的轉(zhuǎn)化是通過安培力做功的形式實現(xiàn)的,安培力做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程,外力克服安培力做功,則是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程。2.三種求解電能的思路(1)利用克服安培力做的功求解:電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功。(2)利用能量守恒求解:其他形式的能的減少量等于產(chǎn)生的電能。(3)利用公式求解:Q=I2Rt,其中I指電流的有效值。3.安培力的沖量與通過導(dǎo)體的電荷量有關(guān)聯(lián)設(shè)想在某一回路中,一部分導(dǎo)體僅在安培力作用下運動時,安培力F為變力,拓展訓(xùn)練5(2022·湖南長沙一模)如圖所示,足夠長的光滑平行金屬直導(dǎo)軌固定在水平面上,左側(cè)軌道間距為2d,右側(cè)軌道間距為d。軌道處于豎直向下、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中。質(zhì)量為2m、有效電阻為2R的金屬棒a靜止在左側(cè)軌道上,質(zhì)量為m、有效電阻為R的金屬棒b靜止在右側(cè)軌道上?，F(xiàn)給金屬棒a一水平向右的初速度v0,經(jīng)過一段時間后兩金屬棒達到穩(wěn)定狀態(tài)。已知兩金屬棒運動過程中始終相互平行且與導(dǎo)軌良好接觸,導(dǎo)軌電阻忽略不計,金屬棒a始終在左側(cè)軌道上運動,則下列說法正確的是(

)A.整個運動過程中a、b兩棒組成的系統(tǒng)動量守恒B.達到穩(wěn)定狀態(tài)時,a、b兩棒的速度之比為2∶1答案:

D

解析:

金屬棒a、b接入電路的長度不等,通過兩棒的電流相等,所以兩棒所受安培力大小不等,即金屬棒a、b組成的系統(tǒng)合外力不為0,故動量不守恒,選項A錯誤。達到穩(wěn)定運動時,電路中電流為零,設(shè)此時a、b棒的速度分別為v1、v2,則有2Bdv1=Bdv2,對變速運動中取極短時間Δt,以向右為正方向,根整理以上兩式可得對變速運動全過程有Bdq=m(v0-v1)Bdq=mv2所以最終a、b兩棒的速度之比為1∶2,選項B、C錯誤。根據(jù)能量守恒定律可知,從t=0時至達到穩(wěn)定運動的過程中,回路產(chǎn)生的內(nèi)能為拓展訓(xùn)練6(多選)(2021·四川雅安高三三模)如圖所示,一質(zhì)量為2m的足夠長U形光滑金屬框abcd置于水平絕緣平臺上,bc邊長為l,不計金屬框電阻。一長為l的導(dǎo)體棒MN置于金屬框上,導(dǎo)體棒的阻值為R、質(zhì)量為m。裝置處于磁感應(yīng)強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中?，F(xiàn)給金屬框水平向右的初速度v0,在整個運動過程中MN始終與金屬框保持良好接觸,則(

)AC解析:

金屬框開始獲得向右的初速度v0,根據(jù)右手定則可知電流方向為M→N→c→b→M,最后二者速度相等時,回路中沒有感應(yīng)電流,故A正確。以整體為研究對象,由于整體水平方向不受力,所以整體水平方向動量守恒,最后二者速度達到相等,取初速度方向為正,根據(jù)動量守恒定律得2mv0新題演練?能力遷移1.(2022·全國甲卷)用三個除長度外都相同的細導(dǎo)線做成剛性閉合線框,正方形線框的邊長與圓線框的直徑相等,圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長相等,如圖所示。把它們放入磁感應(yīng)強度隨時間線性變化的同一勻強磁場中,線框所在平面均與磁場方向垂直,正方形、圓形和正六邊形線框中感應(yīng)電流的大小分別為I1、I2和I3。則(

)A.I1<I3<I2 B.I1>I3>I2C.I1=I2>I3 D.I1=I2=I3C2.(2020·浙江7月選考)如圖所示,固定在水平面上的半徑為r的金屬圓環(huán)內(nèi)存在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場。長為l的金屬棒,一端與圓環(huán)接觸良好,另一端固定在豎直導(dǎo)電轉(zhuǎn)軸OO'上,隨軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。在圓環(huán)的A點和電刷間接有阻值為R的電阻和電容為C、板間距為d的平行板電容器,有一帶電微粒在電容器極板間處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知重力加速度為g,不計其他電阻和摩擦,下列說法正確的是(

)B3.(2021·山東德州月考)如圖所示,方向豎直向下的勻強磁場中有兩根位于同一水平面內(nèi)的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌,兩相同的光滑導(dǎo)體棒ab、cd靜止在導(dǎo)軌上。t=0時,棒ab以初速度v0向右運動且不會與cd相碰。運動過程中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好,兩者速度分別為vab、vcd,通過ab橫截面的電荷量為q,回路中的電流為I,cd棒產(chǎn)生的焦耳熱為Q。下列圖像正確的是(

)C解析:

導(dǎo)體棒ab切割磁感線產(chǎn)生由a到b的感應(yīng)電流,則導(dǎo)體棒ab受到向左的安培力,做減速運動;導(dǎo)體棒cd受到向右的安培力,向右加速運動,則感應(yīng)電流I=,兩導(dǎo)體棒的相對速度減小,感應(yīng)電流減小,每個導(dǎo)體棒所受的安培力大小F=BIl,F隨著電流減小而減小,設(shè)導(dǎo)體棒質(zhì)量為m,當(dāng)兩者速度相等時,電流為零,導(dǎo)體棒的速度由動量守恒定律得mv0=2mv,兩導(dǎo)體棒的速量應(yīng)該是隨時間的增加而增加,最后達到最大值,因為電流隨時間減小,所以q-t的圖像斜率也應(yīng)該是減小,

故B錯誤。系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定后,兩個導(dǎo)體棒的相對速度為0,不再有感應(yīng)電流產(chǎn)生,焦耳熱不會隨著時間一直增大,故D錯誤。4.(多選)(2021·廣西南寧二中高三二模)如圖所示,光滑斜面的傾角為θ,斜面上放置一矩形導(dǎo)體線框abcd,ab邊的邊長為l1,bc邊的邊長為l2,線框的質(zhì)量為m,電阻為R,線框通過絕緣細線繞過光滑的定滑輪與一重物相連,重物質(zhì)量為m'。斜面上ef線(ef平行底邊)的右方有垂直斜面向上的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,如果線框從靜止開始運動,進入磁場的最初一段時間是做勻速運動的,且線框的ab邊始終平行于底邊,則下列說法不正確的是(

)D.該勻速運動過程中產(chǎn)生的焦耳熱為(m'g-mgsinθ)l2答案:ABC5.(2020·廣西三市聯(lián)考一模)如圖所示,間距為l的光滑M、N金屬軌道水平放置,ab是電阻為R的金屬棒,此棒可緊貼平行導(dǎo)軌滑動。導(dǎo)軌左側(cè)接阻值也為R的定值電阻,其他電阻忽略不計。導(dǎo)軌右側(cè)連接一水平放置的平行板電容器,板間距為l,板長也為l,軌道處的磁場方向垂直軌道平面豎直向下,電容器處的磁場垂直紙面向里,磁感應(yīng)強度大小均為B。當(dāng)ab以速度v0向右勻速運動時,一電荷量大小為q的微粒以某一速度緊貼A板左側(cè)平行于A板進入電容器內(nèi),做勻速圓周運動,恰好能到達C板右側(cè)邊緣。求:(1)A、C兩板間的電壓U;(2)帶電粒子的質(zhì)量m;(3)帶電粒子的速度大小v。怎樣得高分電磁感應(yīng)中的電路、能量問題【典例示范】

如圖甲所示(俯視圖),相距為2l的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置,導(dǎo)軌一部分處在以O(shè)O'為右邊界的勻強磁場中,勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直導(dǎo)軌平面向下,導(dǎo)軌右側(cè)接有定值電阻R,導(dǎo)軌電阻忽略不計。在距邊界OO'為l處垂直導(dǎo)軌放置一質(zhì)量為m、電阻不計的金屬桿ab。(1)若金屬桿ab固定在導(dǎo)軌上的初始位置,磁場的磁感應(yīng)強度在時間t內(nèi)由B均勻減小到零,求此過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1。(2)若磁場的磁感應(yīng)強度不變,金屬桿ab在恒力作用下在初始位置由靜止開始向右運動3l距離,其v-x的關(guān)系如圖乙所示。求:①金屬桿ab在剛要離開磁場時的加速度大小;②此過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q2。思維流程

以題說法

電磁感應(yīng)的能量問題往往涉及法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、閉合電路歐姆定律、動力學(xué)問題、能量守恒等考點,綜合性很強,解答此類問題要注意從以下三方面進行突破:(1)明確電學(xué)對象——將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分電路等效為電源,如果在一個電路中切割磁感線的是幾部分互相聯(lián)系的電路,則可等效成電源的串并聯(lián)。分析內(nèi)外電路結(jié)構(gòu),應(yīng)用閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律理順電學(xué)量之間的關(guān)系。(2)建立過程模型——分析物體的受力情況和運動情況,導(dǎo)