2020-2021学年第二章 电磁感应综合与测试背景图ppt课件

这是一份2020-2021学年第二章 电磁感应综合与测试背景图ppt课件，共55页。PPT课件主要包含了章末小结，知识网络构建，电磁感应，磁通量，安培定则，切割磁感线，电磁感应的实际应用，电磁感应的特例，安培力，电磁能量等内容，欢迎下载使用。

一、对楞次定律的理解和应用1．楞次定律揭示了判断感应电流方向的规律，即“感应电流的磁场”总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，其核心思想是阻碍，楞次定律提供了判断感应电流方向的基本方法。2．楞次定律的扩展含义，即从磁通量变化的角度看，感应电流的磁场表现为“增反减同”；从磁体与回路的相对运动角度看，表现为“来拒去留”；从回路面积看，表现为“增缩减扩”；从导体中原电流的变化(自感)看，表现为“增反减同”。3．楞次定律体现了电磁感应现象符合能量守恒定律。在电磁感应过程中其他形式的能与电能相互转化，但总能量守恒，能量守恒定律丰富了我们处理电磁感应问题的思路。
如图所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木盘A的轴线OO′重合。现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，则(　　)A．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大B．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小C．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小D．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大
思路引导：灵活运用楞次定律的扩展含义，是解答该类问题的有效途径。解析：胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大，根据安培定则知，通过B线圈的磁通量向下，且增大，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增大，由楞次定律的扩展含义知金属环的面积有缩小的趋势，且有向上的运动趋势，所以丝线的拉力减小。故B正确，A、C、D错误。故选B。
二、电磁感应现象中的电路问题1．题型特点在电磁感应现象中，闭合电路中磁通量发生变化(或部分导体切割磁感线)，在回路中将产生感应电动势和感应电流。在题目中常涉及电流、电压、电功等的计算，还可能涉及电磁感应与力学、能量等知识的综合分析。
2．解题思路(1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路就是电源，其他部分是外电路。(2)用法拉第电磁感应定律或切割公式确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向。(3)画出等效电路图。注意分清内外电路。(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电功等公式联立求解。
如图所示，在两条平行光滑的导轨上有一金属杆ab，外加磁场跟轨道平面垂直，导轨上连有两个定值电阻(R1＝5 Ω，R2＝6 Ω)和滑动变阻器R0，电路中的电压表量程为0～10 V，电流表的量程为0～3 A，把R0调至30 Ω，用F＝40 N的力使金属杆ab垂直导轨向右平移，当金属杆ab达到稳定状态时，两块电表中有一块表正好满偏，而另一块表还没有达到满偏，求此时金属杆ab速度的大小(其他电阻不计)。
思路引导：产生感应电动势的那部分电路应等效为电源，其余部分视为外电路，必要时可画出等效电路图，再根据电路知识进行分析求解。
金属杆ab切割磁感线产生的电动势E＝BLv金属杆ab相当于电源，有E＝U＋(I2＋I0)R1金属杆ab达到稳定速度时，F＝F安＝(I2＋I0)LB联立解得v＝1 m/s答案：1 m/s
三、电磁感应中的动力学问题1．导体中的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。(2)求回路中的电流强度的大小和方向。(3)分析研究导体受力情况(包括安培力)。(4)列动力学方程或平衡方程求解。
两种运动状态的处理思路：(1)达到稳定运动状态后，导体匀速运动，受力平衡，应根据平衡条件——合外力为零，列式分析平衡态。(2)导体达到稳定运动状态之前，往往做变加速运动，处于非平衡态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析非平衡态。
(多选)两根相距L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面。质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，回路总电阻为2R。整个装置处于磁感应强度大小为B，方向竖直向上的匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v1沿导轨匀速运动时，cd杆也正好以速度v2向下匀速运动。重力加速度为g。以下说法正确的是(　　)
答案：AD　思路引导：(1)ab杆切割磁感线产生感应电动势，cd杆运动方向与磁场平行，不产生感应电动势。(2)对ab杆和cd杆分别进行受力分析，列平衡方程求解。
4．电磁感应的图像问题(1)图像问题的特点考查方式比较灵活，有时根据电磁感应现象发生的过程，确定图像的正确与否，有时依据不同的图像，进行综合计算。(2)解题关键弄清初始条件，正、负方向的对应，变化范围，所研究物理量的函数表达式，进出磁场的转折点是解决问题的关键。
(3)解决图像问题的一般步骤①明确图像的种类，即是B－t图还是Φ－t图，E－t图，I－t图等。②分析电磁感应的具体过程。③用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。④结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律等规律写出函数关系式。⑤根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等。⑥画图像或判断图像。
(2020·四川省攀枝花市高二上学期检测)如图甲所示，圆形线圈位于随时间t变化的匀强磁场中，磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。取磁场垂直纸面向里为正，线圈中感应电流i顺时针方向为正，则i－t图线正确的是(　　)
思路引导：本题中线圈面积不变，磁场随时间变化产生感应电流，根据楞次定律和法拉第电磁感应定律判定。
5．电磁感应中的能量转化问题分析(1)过程分析①电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程。②电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功。此过程中，其他形式的能转化为电能。“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。③当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能量。安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。
(2)求解思路①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能；③利用电路特征求解：即根据电路结构直接计算电路中所产生的电能。
如图所示，电动机牵引一根原来静止的、长l＝1 m、质量m＝0.1 kg、电阻R＝1 Ω的导体棒MN向上运动，导体棒靠在处于磁感应强度B＝1 T、竖直放置的框架上。当导体棒上升高度h＝3.8 m时获得稳定速度，导体棒产生的热量为2 J。电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7 V、1 A并保持不变。电动机内阻r＝1 Ω，不计框架电阻及一切摩擦，g取10 m/s2。求：(1)棒获得的稳定速度的大小；(2)棒从静止达到稳定速度所需要的时间。
思路引导：(1)电动机工作时，电能转化为机械能和电动机内阻的内能。(2)棒达到稳定速度时，受力平衡，牵引力＝安培力＋重力。(3)电动机输出的电能＝导体棒增加的机械能＋导体棒产生的热量。
答案：(1)2 m/s　(2)1 s
一、高考真题探析 (2020·全国卷Ⅲ，24)如图，一边长为l0的正方形金属框abcd固定在水平面内，空间存在方向垂直于水平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一长度大于l0的均匀导体棒以速率v自左向右在金属框上匀速滑过，滑动过程中导体棒始终与ac垂直且中点位于ac上，导体棒与金属框接触良好。已知导体棒单位长度的电阻为r，金属框电阻可忽略。将导体棒与a点之间的距离记为x，求导体棒所受安培力的大小随x(0≤x≤l0)变化的关系式。
思路引导：本题考查了部分导体切割磁感线产生感应电动势的相关知识。利用几何关系准确求出有效切割长度与x的关系是解题关键。
二、临场真题练兵1．(2020·全国卷Ⅲ，14)如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到(　　)A．拨至M端或N端，圆环都向左运动B．拨至M端或N端，圆环都向右运动C．拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D．拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动
解析：无论开关S拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律(增反减同)，右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。
2．(2020·江苏卷，3)如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　)A．同时增大B1减小B2B．同时减小B1增大B2C．同时以相同的变化率增大B1和B2D．同时以相同的变化率减小B1和B2
解析：产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，圆环中的净磁通量变化为向里磁通量减小或者向外的磁通量增多，A错误，B正确；同时以相同的变化率增大B1和B2；或同时以相同的变化率减小B1和B2，两个磁场的磁通量总保持大小相同，所以总磁通量为0，不会产生感应电流，C、D错误。
3．(2020·浙江卷，12)如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴OO′上，随轴以角速度ω匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是(　　)
4．(多选)(2021·全国甲卷，8)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是(　　)A．甲和乙都加速运动B．甲和乙都减速运动C．甲加速运动，乙减速运动D．甲减速运动，乙加速运动
5．(2020·北京卷，18)如图甲所示，N＝200匝的线圈(图中只画了2匝)，电阻r＝2 Ω，其两端与一个R＝48 Ω的电阻相连，线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。
(1)判断通过电阻R的电流方向；(2)求线圈产生的感应电动势E；(3)求电阻R两端的电压U。答案：(1)a→b；(2)10 V；(3)9.6 V解析：(1)根据图像可知，线圈中垂直于纸面向里的磁场增大，为了阻碍线圈中磁通量的增大，根据楞次定律可知线圈中感应电流产生的磁场垂直于纸面向外，根据安培定则可知线圈中的感应电流为逆时针方向，所通过电阻R的电流方向为a→b。
6．(2020·江苏卷，21)如图所示，电阻为0.1 Ω的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2 m，bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5 T。在水平拉力作用下，线圈以8 m/s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中：
(1)感应电动势的大小E；(2)所受拉力的大小F；(3)感应电流产生的热量Q。答案：(1)0.8 V；(2)0.8 N；(3)0.32 J解析：(1)由题意可知当线框切割磁感线时产生的电动势为E＝BLv＝0.8 V。