新高考物理二輪復習講與練專題4.2 電磁感應（講）原卷版

專題4.2電磁感應一、考情分析近3年考情分析考點要求等級要求考題統計202220212020電磁感應現象楞次定律Ⅱ2021·北京卷·T112020·浙江1月卷·T82020·江蘇卷·T32020·北京卷·T8法拉第電磁感應定律及簡單應用Ⅱ2022·重慶卷·T132022·重慶卷·T72022·江蘇卷·T52022·上海卷·T122022·湖南卷·T102022·廣東卷·T12022·廣東卷·T42022·山東卷·T122022·全國甲卷·T202022·全國甲卷·T162022·浙江1月卷·T132021·重慶卷·T32021·北京卷·T72021·全國甲卷·T212021·廣東卷·T102021·河北卷·T72021·河北卷·T52021·湖南卷·T102021·山東卷·T122021·山東卷·T82021·福建卷·T72020·全國=1\*ROMANI卷·T212020·浙江7月卷·T122020·全國=3\*ROMANIII卷·T242020·北京卷·T182020·海南卷·T13電磁感應中的圖象問題Ⅱ2021·遼寧卷·T92020·山東卷·T12電磁感應中的動力學、動量和能量問題Ⅱ2022·海南卷·T182022·上海卷·T202022·遼寧卷·T152022·浙江1月卷·T212022·全國乙卷·T242021·浙江省6月卷·T22021·天津卷·T122021·湖北卷·T162021·海南卷·T182021·全國乙卷·T252021·浙江1月卷·T222020·江蘇卷·T212020·天津卷·T112020·浙江7月卷·T222020·北京卷·T20考情總結高考對本部分內容的考查頻率較高，常以選擇題考查楞次定律、電磁感應中的電路、法拉第電磁感應定律、電磁感應中的圖象問題、能量轉換及電荷量的計算等知識點．電磁感應中常涉及B-t圖象、Φ-t圖象、E-t圖象、I-t圖象、F-t圖象和v-t圖象，還涉及E-x圖象、I-x圖象等，考查考生運用數學知識解決物理問題的能力．應考策略1．抓住兩個關鍵：一是電動勢的大小，它取決于磁通量的變化率；二是電動勢的方向，實際方向與規(guī)定的正方向一致時取正，反之取負．同時注意對無感應電流區(qū)域的判斷．2．加強知識遷移能力的訓練：綜合試題涉及力和運動、動量守恒、能量守恒、電路分析、安培力等力學和電學知識．主要的類型有滑軌類問題、線圈穿越有界磁場的問題、電磁感應圖象的問題等．二、思維導圖三、講知識1.電磁問題方向判斷“三定則、一定律”的應用(1)安培定則：判斷運動電荷、電流產生的磁場方向。(2)左手定則：判斷磁場對運動電荷、電流的作用力的方向。(3)楞次定律：判斷閉合電路磁通量發(fā)生變化產生的感應電流的磁場方向。(4)右手定則：判斷閉合電路中部分導體切割磁感線產生的感應電流的方向。2．楞次定律推論的應用技巧(1)“增反減同”；(2)“來拒去留”；(3)“增縮減擴”。3．四種求電動勢的方法(1)平均電動勢E＝neq\f(ΔΦ,Δt)。(2)垂直切割E＝BLv。(3)導體棒繞與磁場平行的軸勻速轉動E＝eq\f(1,2)Bl2ω。(4)線圈繞與磁場垂直的軸勻速轉動e＝nBSωsinωt。4．感應電荷量的兩種求法(1)當回路中的磁通量發(fā)生變化時，由于感應電場的作用使電荷發(fā)生定向移動而形成感應電流。通過的電荷量表達式為q＝IΔt＝neq\f(ΔΦ,ΔtR總)·Δt＝neq\f(ΔΦ,R總)。(2)導體切割磁感線運動通過的電荷量q滿足的關系式：－Beq\x\to(I)lΔt＝－Blq＝mΔv。5．解決電磁感應圖象問題的兩種常用方法(1)排除法：定性地分析電磁感應過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是分析物理量的正負以及是否過某些特殊點，以排除錯誤的選項。(2)函數法：根據題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數關系，然后由函數關系對圖象進行分析和判斷。6．三步解決電磁感應中電路問題(1)確定電源：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)或E＝Blv。(2)分析電路結構：分析內、外電路，以及外電路的串并聯關系，畫出等效電路圖。(3)應用閉合電路歐姆定律及串并聯電路的基本規(guī)律等列方程求解。7．電磁感應中力、能量和動量綜合問題的分析方法(1)分析“受力”：分析研究對象的受力情況，特別關注安培力的方向。(2)分析“能量”：搞清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了變化，根據動能定理或能量守恒定律等列方程求解。(3)分析“動量”：在電磁感應中可用動量定理求變力的作用時間、速度、位移和電荷量(一般應用于單桿切割磁感線運動)。①求速度或電荷量：－Beq\x\to(I)lΔt＝mv2－mv1，q＝eq\x\to(I)Δt。②求時間：FΔt＋IA＝mv2－mv1，IA＝－Beq\x\to(I)lΔt＝－Bleq\f(ΔΦ,R總)。③求位移：－Beq\x\to(I)lΔt＝－eq\f(B2l2\x\to(v)Δt,R總)＝mv2－mv1，即－eq\f(B2l2,R總)x＝m(v2－v1)。四、講重點重點1電磁感應現象楞次定律1.產生感應電流的三種常見情況導線切割磁感線結論：只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導體回路中就會產生感應電流磁鐵與回路相對運動磁場發(fā)生變化2.深刻理解楞次定律中“阻礙”的含義，巧判感應電流的方向推論例證阻礙原磁通量變化——“增反減同”阻礙相對運動——“來拒去留”使回路面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴”阻礙原電流的變化——“增反減同”3.“三定則、一定律”的比較定則或定律適用的現象因果關系安培定則電流的磁效應——電流、運動電荷產生的磁場因電生磁左手定則1.安培力——磁場對電流的作用力；2．洛倫茲力——磁場對運動電荷的作用力因電受力右手定則導體做切割磁感線運動產生的電磁感應現象因動生電楞次定律閉合回路磁通量變化產生的電磁感應現象因磁生電重點2法拉第電磁感應定律及簡單應用1．法拉第電磁感應定律的三種變形表達式(1)磁通量的變化僅由面積S變化引起時，ΔΦ＝BΔS，則E＝neq\f(BΔS,Δt)。(2)磁通量的變化僅由磁感應強度B變化引起時，ΔΦ＝ΔBS，則E＝neq\f(ΔBS,Δt)。注意：S為線圈在磁場中的有效面積。(3)磁通量的變化是由于面積S和磁感應強度B的共同變化引起的，應根據定義求E，ΔΦ＝|Φ末－Φ初|，則E＝neq\f(|B2S2－B1S1|,Δt)≠neq\f(ΔBΔS,Δt)。2.導體棒切割磁感線產生感應電動勢平動切割E＝BlvB、l、v三者互相垂直旋轉切割E＝eq\f(1,2)Bl2ω導體棒在垂直于磁場的平面繞一端以角速度ω勻速轉動3.自感中燈泡“閃亮”與“不閃亮”問題與線圈串聯的燈泡與線圈并聯的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流突然增大，然后逐漸減小達到穩(wěn)定斷電時電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2：①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；②若I2＞I1，燈泡“閃亮”后逐漸變暗。兩種情況下燈泡中電流方向均改變4．電磁阻尼與電磁驅動的比較電磁阻尼電磁驅動不同點成因由于導體在磁場中運動而產生感應電流，從而使導體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變化而產生感應電流，從而使導體受到安培力效果安培力的方向與導體運動方向相反，阻礙導體運動導體受安培力的方向與導體運動方向相同，推動導體運動能量轉化導體克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，最終轉化為內能由于電磁感應，磁場能轉化為電能，通過安培力做功，電能轉化為導體的機械能，而對外做功相同點兩者都是電磁感應現象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應電流的導體與磁場間的相對運動重點3電磁感應中的圖象問題分析電磁感應中的圖象問題的思路與方法圖象類型(1)各量隨時間變化的圖象：如B-t圖象、φ-t圖象、E-t圖象、I-t圖象、F-t圖象等(2)各量隨位移變化的圖象：如E-x圖象、I-x圖象等問題類型(1)由給定的電磁感應過程選出或畫出相應的圖象(畫圖象)(2)由給定的有關圖象分析電磁感應過程，求解相應的問題(用圖象)常用規(guī)律有關方向的判斷左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律六類公式(1)平均感應電動勢E＝neq\f(ΔΦ,Δt)(2)平動切割電動勢E＝Blv(3)轉動切割電動勢E＝eq\f(1,2)Bl2ω(4)閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)(5)安培力F＝BIl(6)牛頓運動定律及運動學的相關公式等常用方法排除法定性地分析電磁感應過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是分析物理量的正負，以排除錯誤的選項函數法根據題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數關系，然后由函數關系對圖象進行分析和判斷重點4電磁感應中的動力學、動量和能量問題電磁感應中的動力學、動量和能量問題解題策略動力學問題平衡態(tài)非平衡態(tài)能量問題能量轉化eq\x(\a\al(其他形式,的能量))eq\o(→,\s\up7(克服安培),\s\do5(力做功))eq\x(\a\al(電,能))eq\o(→,\s\up7(電流做功),\s\do5())eq\x(\a\al(焦耳熱或其他,形式的能量))焦耳熱Q的三種方法動量問題對于兩導體棒在平直的光滑導軌上運動的情況，如果兩棒所受的外力之和為零，則考慮應用動量守恒定律處理問題當題目中涉及電荷量或平均電流時，可應用動量定理eq\x\to(BI)L·Δt＝m·Δv、q＝eq\x\to(I)·Δt來解決問題重點1電磁感應現象楞次定律例題1：（2023屆·山東學情空間區(qū)域校驗共同體高三上學期開學考試）“讓體育走進生活，讓體育鍛煉人人可為、人人愛為，既是體育強國建設的目標，也是推動人的全面發(fā)展的重要途徑”。深受喜愛的健身車的磁控阻力原理如圖所示，在銅質飛輪的外側有一些磁鐵（與飛輪不接觸），人在健身時帶動飛輪轉動，磁鐵會對飛輪產生阻礙，拉動控制拉桿可以改變磁鐵與飛輪間的距離。則（）A.飛輪受到阻力大小與其材料密度有關B.飛輪受到阻力大小與其材料電阻率無關C.飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，其受到的阻力越大D.磁鐵與飛輪間距離不變時，飛輪轉速越大，其受到的阻力越大訓練2：（2023·北京市房山區(qū)高三上學期期末）如圖甲所示，探測線圈與沖擊電流計串聯后可用來測定磁場的磁感應強度。若將線圈放在被測磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，磁場方向垂直紙面向里，磁場的磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確的是（）A.SKIPIF1<0時刻感應電動勢為零B.SKIPIF1<0時間內a點電勢高于b點電勢CSKIPIF1<0時間內沖擊電流計中電流大小保持不變D.SKIPIF1<0時間內線圈中感應電流的方向始終為逆時針方向重點2法拉第電磁感應定律及簡單應用例題2：（2023屆·西南匯高三上學期開學考試）如圖所示，邊長為L、匝數為n的正方形金屬線框，它的質量為m，電阻為R，用細線把它懸掛于一個有界的垂直紙面向里的勻強磁場中，線框的上一半處于磁場內，下一半處于磁場外，磁感應強度大小隨時間的變化規(guī)律為SKIPIF1<0（SKIPIF1<0）。已知細線能夠承受的最大拉力為SKIPIF1<0。則（）A.線框中感應電流沿逆時針方向B.從SKIPIF1<0開始計時，線框處于靜止狀態(tài)的時間SKIPIF1<0C.從SKIPIF1<0開始計時，線框處于靜止狀態(tài)的時間SKIPIF1<0D.細線斷后，若保持磁感應強度B不變，則線框將勻加速下落訓練2：（2023屆·山東莒南縣一中高三上學期開學考試）如圖所示，在磁感應強度為B的勻強磁場中，一導體棒ab繞O點在垂直于磁場的平面內勻速轉動，角速度為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，導體棒產生的感應電動勢大小為（）A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0重點3電磁感應中的圖象問題例題3：（2023屆·安徽省卓越縣中聯盟高三上學期開學考試）某同學將一段金屬絲彎成如圖1所示的平面線圈，已知圓形區(qū)域的面積為SKIPIF1<0，五角星形區(qū)域的面積為SKIPIF1<0，連接圓和五角星部分區(qū)域的面積忽略不計?，F將該線圈沿垂直于磁場的方向放入一勻強磁場（垂直紙面向里的方向為磁場的正方向），且磁場磁感應強度SKIPIF1<0隨時間SKIPIF1<0變化的規(guī)律如圖2所示。則下列圖像中能正確描述線圈兩端點SKIPIF1<0間電勢差SKIPIF1<0隨時間SKIPIF1<0變化規(guī)律的是令SKIPIF1<0（）A. B.C. D.訓練3：重點4電磁感應中的動力學、動量和能量問題例題4：（2023屆·湖南九師聯盟高三上學期開學考試）如圖甲所示，質量為SKIPIF1<0粗細均勻總電阻為R，邊長為d的正方形金屬框abcd由靜止開始下落（計時開始），經過一段時間進入磁感應強度大小為SKIPIF1<0的有界勻強磁場，磁場水平向里與金屬框面（紙面）垂直，沿水平方向的上下邊界1、2之間的距離為L