2024年高考物理一轮复习第十一章第3节电磁感应定律的综合应用课件

这是一份2024年高考物理一轮复习第十一章第3节电磁感应定律的综合应用课件，共60页。PPT课件主要包含了磁通量，相当于电源，ER总，安培力的大小，安培力的方向，机械能，其他形式，能的过程，“3V，A”则下列说等内容，欢迎下载使用。
一、电磁感应中的电路问题
1.电源：切割磁感线运动的导体或__________发生变化的回路
2.电流：电路闭合时的电流 I 可由欧姆定律求出，I＝______，路端电压 U＝______＝E－Ir.
二、电磁感应中的动力学问题
(1)用左手定则判断：先用________定则判断感应电流的方向，再用左手定则判定安培力的方向.(2)用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方向________(填“相同”或“相反”).
三、电磁感应中的能量问题1.能量转化：感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力做功，将__________转化为___________，电流做功再将电能转化为__________的能.2.转化实质：电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能与________之间的转化.
【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)在电磁感应电路中，产生电流的那部分导体相当于电源.
)(2)导体棒切割磁感线时，导体棒两端的电压就是电源的电动)(3)导体棒切割感线产生感应电流时，导体棒受安培力的方向
有可能与运动方向相同.(
(4)安培力做正功的过程是将电能转化为机械能的过程.(
(5)物体克服安培力做功的过程是将其他形式的能量转化为电
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√
2.如图 11-3-1 甲所示，面积 S＝0.2 m2 的线圈，匝数 n＝630匝，总电阻 r＝1.0 Ω，线圈处在变化的磁场中，设磁场垂直纸面向外为正方向，磁感应强度 B 随时间 t 按图乙所示规律变化，方向垂直线圈平面，图甲中传感器可看成一个纯电阻 R ，并标有
0.9 W”，滑动变阻器 R0 上标有“10 Ω
图 11-3-1A.电流表的电流方向向左B.线圈中产生的感应电动势为定值C.为了保证电路的安全，电路中允许通过的电流最大值为 1 AD.若滑动变阻器的滑片置于最左端，为了保证电路的安全，图乙中的 t0 最小值为 20 s
3.如图 11-3-2 所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，倾角为 37°，宽度为 0.5 m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为 1 Ω.一导体棒 MN 垂直于导轨放置，质量为 0.2 kg，接入电路的电阻为 1 Ω，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为 0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为 0.8 T.将导体棒 MN 由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳定发光，此后导体棒 MN 的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力
加速度 g 取 10 m/s2，sin 37°＝0.6)(
A.2.5 m/s，1 WC.7.5 m/s，9 W
B.5 m/s，1 WD.15 m/s，9 W
⑤，E＝BLv⑥，联立①～⑥式，解得 v
解析：把立体图转为平面图，由平衡条件列出方程是解决此类问题的关键.对导体棒进行受力分析做出截面图，如图 D62 所示，导体棒共受四个力作用，即重力、支持力、摩擦力和安培力.由平衡条件得 mgsin 37°＝F安＋Ff①，Ff＝μFN②，FN＝mgcs 37°③，而 F安＝
，代入数据得 v＝5 m/s.
小灯泡消耗的电功率为 P＝I2R⑦，由⑤⑥⑦式得 P＝
)2R＝1 W.故 B 正确.R＋r
4.如图 11-3-3 所示，两个互连的金属圆环，小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一，磁场垂直穿过大金属环所在区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在大环内产生的感应电动势为
E，则 a、b 两点间的电势差为(
热点 1 电磁感应中的电路问题[热点归纳]
1.对电磁感应电路的理解.
(1)在电磁感应电路中，相当于电源的部分把其他形式的能通
过电流做功转化为电能.
(2)电源两端的电压为路端电压，而不是感应电动势.
(3)电源的正负极、感应电流的方向、电势的高低、电容器极
板带电问题，均可用右手定则或楞次定律判定.
2.电磁感应中电路知识的关系图.
3.分析电磁感应电路问题的基本思路：
【典题 1】(2020 年浙江选考)如图 11-3-4 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，不计其他电阻和摩擦，下列说法正确的是(
解析：由题图可知，金属棒绕 OO′轴切割磁感线转动，产生
热点 2 电磁感应中的动力学问题[热点归纳]1.题型简述.
感应电流在磁场中受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起.解决这类问题需要综合应用电磁感应规律(法拉第电磁感应定律、楞次定律)及力学中的有关规律(共点力的平衡条件、牛顿运动定律、动能定理等).
2.两种状态及处理方法.
3.动态分析的基本思路.
解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度最大值或最小值的条件.具体思路如下：
【典题 2】(2022 年天津卷)如图 11-3-5 甲所示，光滑的平行导电轨道水平固定在桌面上，轨道间连接一可变电阻，导体杆与轨道垂直并接触良好(不计杆和轨道的电阻)，整个装置处在垂直于轨道平面向上的匀强磁场中.杆在水平向右的拉力作用下先后两次都由静止开始做匀加速直线运动，两次运动中拉力大小与速率的关系如图乙所示.其中，第一次对应直线①，初始拉力大小为 F0，改变电阻阻值和磁感应强度大小后，第二次对应直线②，初始拉力大小为 2F0，两直线交点的纵坐标为 3F0.若第一次和第二次运动中的磁感应强度大小之比为 k、电阻的阻值之比为 m、杆从静止开始
运动相同位移的时间之比为 n，则 k、m、n 可能为(
甲A.k＝2，m＝2，n＝2
【迁移拓展 1】(2022 年广东联考)两相同的“ ”形光滑金属框架竖直放置，框架的一部分处在垂直纸面向外的条形匀强磁场中，如图 11-3-6 所示.两长度相同、粗细不同的均质铜棒 a、b 分别从两框架上相同高度处由静止释放，下滑过程中铜棒与框架垂直且接触良好，框架电阻不计，已知铜棒 a、b 穿过磁场的时间分别
为 ta、tb，下列判断正确的是(
A.ta＝tbB.ta＞tbC.ta＜tb
D.无法判断 ta、tb 的大小关系
热点 3 电磁感应中的能量问题[热点归纳]
1.能量转化及焦耳热的求法.(1)能量转化.
(2)求解焦耳热 Q 的三种方法.
2.解决电磁感应能量问题的策略是“先源后路、先电后力，再
【典题 3】(多选)如图 11-3-7 所示，光滑平行金属轨道平面与水平面成θ角，两轨道上端用一电阻 R 相连，该装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上，质量为 m 的金属杆 ab 以初速度v0 从轨道底端向上滑行，滑行到某一高度 h 后又返回到底端.若运动过程中，金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，且轨道与金
属杆的电阻均忽略不计，则(
解析：金属杆从轨道底端滑上斜面到又返回到出发点时，由于电阻 R 上产生热量，故返回时速度小于 v0，故 A 错误.上滑到最高点时动能转化为重力势能和电阻 R 上产生的热量(即克服安培力所做的功)，故 B、C 正确.金属杆两次通过轨道上同一位置时的速度大小不同，电路的电流不同，故电阻的热功率不同，故 D 错误.答案：BC
无论是磁场变化、线圈面积变化或者闭合电路的
部分导体切割磁感线，只要产生感应电动势，在闭合回路中产生感应电流，就会产生电能，最终消耗在回路中产生内能，从能量转化的角度遵循能量守恒定律.
【迁移拓展 2】如图 11-3-8 所示，在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，水平 U 型导体框左端接一阻值为 R 的电阻，导体棒 ab 质量为 m、电阻为 r，垂直导轨置于导体框上，导体框宽度为 L，导体棒与导轨接触良好.不计导体框的电阻和导体棒与导体框间的摩擦.ab 棒以水平向右的初速度 v0 开始运动，最终停在
导体框上.此过程中说法正确的是(
A.导体棒做匀减速直线运动
B.导体棒中感应电流的方向为 b→a，所以 b 点电势高于 a 点
C.刚开始运动时，ab 两端电压为 BLv0
解析：导体棒在安培力的作用下做减速运动，可得 E＝BLv，
导体棒切割磁感线产生感应电动势，相当于电源，电源内部电流由低电势流向高电势，根据楞次定律可知，导体棒中感应电流的方向为 b→a，所以 b 点电势低于 a 点电势，B错误.ab 两端电压为
热点 4 电磁感应与动量的综合[热点归纳]涉及一个导体棒或线框进出磁场，且做非匀变速运动时，求棒或线框的位移、速度等物理量，由于不可能根据直线运动公式求解，此时需要考虑动量定理.涉及两个导体棒相对运动时，若系统受的合外力为零，考虑动量守恒，若合外力不为零，考虑动量
定理.应用动量定理常用的两个关系式：q＝n
考向 1 动量定理与电磁感应的综合
(1)问题情景：导体棒沿处于匀强磁场中的导轨运动，导体棒是闭合电路的一部分，运动导体切割磁感线可等效为电源.(2)解答方法：①分析导体棒的受力，根据题设条件列平衡方程或动力学方程，注意安培力 F＝BIL 中的电流 I 是力、电联系的桥梁.②一般情况下要根据闭合电路的欧姆定律并结合电磁感应定律列电路方程.③求通过电路的电量时，可以根据动量定理列式求
【典题 4】(2022 年上海卷)如图 11-3-9，一个正方形导线框以初速度 v0 向右穿过一个有界的匀强磁场.线框两次速度发生变化所用时间分别为 t1 和 t2，以及这两段时间内克服安培力做的功分别
为 W1 和 W2，则(
A.t1＜t2，W1＜W2B.t1＜t2，W1＞W2C.t1＞t2，W1＜W2
D.t1＞t2，W1＞W2
抓住两个过程位移相同、速度越来越小的特点，
第二阶段平均速度小，时间长，第二段时间平均安培力小，克服安培力做功少.
考向 2 动量守恒定律与电磁感应的综合
(1)问题情景：两根导体棒沿处于匀强磁场中的光滑导轨运动，
并与导轨构成闭合回路.
(2)解答方法：①两导体棒在运动过程中若沿运动方向不受外力或所受外力的合力为零，可应用动量守恒定律列式.②两导体棒运动切割磁感线，可以等效为电源，根据闭合电路的欧姆定律并结合电磁感应定律列电路方程.
【典题 5】如图 11-3-10 所示，两条足够长的光滑平行金属导轨 MN、PQ 固定在水平桌面上，间距为 l＝1 m，电阻不计.整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为 B＝1 T.金属棒AB、CD 水平放置在两导轨上，相距 L＝0.3 m，棒与导轨垂直并接触良好，已知 AB 棒的质量为 m1＝0.3 kg，CD 棒的质量为 m2＝0.5 kg，两金属棒接入电路的电阻为 R1＝R2＝0.8 Ω.若给 AB 棒以v0＝4 m/s 的初速度水平向左运动，在两根金属棒运动到两棒间距
最大的过程中，下列说法中正确的是(
A.AB 棒中的电流方向为从 B 到 A，间距最大时电流为零B.CD 棒的最终速度大小为 1 m/s
C.该过程中通过导体横截面的电荷量为 0.8 CD.两金属棒的最大距离为 1.5 m
解析：根据楞次定律和右手定则可以判断 AB 棒中的电流方向为从 A 到 B，当间距达到最大后，两棒相对静止，回路中磁通量不再变化，电流为零，A 错误.AB 棒和 CD 棒组成的系统所受外力的合力为零，系统动量守恒，有 m1v0＝
【迁移拓展 3】(多选，2021 年湖南湘潭模拟)如图 11-3-11 所示，半径为 r 的粗糙四分之一圆弧导轨与光滑水平导轨平滑相连，四分之一圆弧导轨区域没有磁场，水平导轨区域存在磁感应强度大小为 B、方向竖直向上的匀强磁场，导轨间距为 d，ab、cd 是质量为 m、电阻为 R 的金属棒，导轨电阻忽略不计.cd 静止在平滑轨道上，ab 从四分之一圆弧轨道顶端由静止释放，在圆弧轨道上克
加速度为 g.从 ab 棒进入水平轨道开始，下列说法正确的是(
A.ab 棒先做匀减速直线运动，最后做匀速直线运动B.cd 棒先做匀加速直线运动，最后和 ab 以相同的速度做匀速直线运动C.ab 棒刚进入磁场时，cd 棒电流大小
解析：ab 棒进入磁场受安培力阻碍，做减速运动，所以安培力减小，则 ab 先做加速度减小的减速直线运动，cd 棒与 ab 串联，所以先做加速度减小的加速直线运动，最后它们共速，做匀速直线运动，A、B 错误.ab 刚进入磁场的速度就是它下滑到底端的速度，根据动能定理
电磁感应中的导体棒问题
这类问题的实质是不同形式的能量的转化过程，从功和能的观点入手，弄清导体切割磁感线运动过程中的能量转化关系，处理这类问题有三种观点，即：①力学观点；②图像观点；③能量观点.单杆模型中常见的四种情况如下表所示：
模型一 单棒模型【典题 6】(多选，2021 年河北石家庄模拟)两根电阻不计的光滑金属导轨 MAC、NBD 水平固定放置，MA、NB 间距为1 m，AC、BD 的延长线相交于 E 点且 AE＝BE，E 点到 AB 的距离 d＝6 m，M、N 两端与阻值 R＝2 Ω的电阻相连.虚线右侧存在竖直向上的匀强磁场，俯视图如图 11-3-12 所示.一根长度为 1 m、质量为 0.6 kg、电阻不计的金属棒，在外力作用下从 AB 处以 2 m/s 的初速度沿导轨水平向右运动，棒与导轨接触良好.金属棒向右运动 3 m 过程中，
电阻 R 上消耗的电功率始终为 2 W.在此运动过程中(
A.通过电阻 R 的电荷量为 1.125 CB.金属棒运动的时间为 2.25 s
C.金属棒克服安培力做的功为 4.5 J
D.外力对金属棒做功的平均功率为 5.2 W
模型二 双棒模型【典题 7】(多选，2021 年湖南永州模拟)如图 11-3-13 所示，相距 L 的光滑金属导轨固定于水平地面上，由竖直放置的半径为 R磁感应强度为 B 的匀强磁场.金属棒 ab 和 cd 垂直导轨放置且接触良好，cd 静止在磁场中.ab 从圆弧导轨的顶端由静止释放，进入磁场后与 cd 没有接触.cd 离开磁场时的速度是此时 ab 速度的一半.已知 ab 的质量为 m、电阻为 r，cd 的质量为 2m、电阻为 2r.金属
导轨电阻不计，重力加速度为 g.下列说法正确的是(
图 11-3-13A.cd 在磁场中运动时电流的方向为 c→dB.cd 在磁场中做加速度减小的加速运动
解析：cd 在磁场中运动时，abcd 回路中磁通量减小，根据楞次定律可知，cd 电流的方向为 d→c，A 错误.当 ab 进入磁场后回路中产生感应电流，则 ab 受到向左的安培力而做减速运动，cd 受到向右的安培力而做加速运动，由于两者的速度差逐渐减小，可知感应电流逐渐减小，安培力逐渐减小，可知 cd 向右做加速度减小的加速运动，B 正确.ab 从释放到刚进入磁场过程，由动能定理
模型三 含电容器电路【典题 8】如图 11-3-14 所示，水平面内有两根足够长的平行导轨 L1、L2，其间距d＝0.5 m，左端接有电容 C＝2000 μF 的电容.质量 m＝20 g 的导体棒可在导轨上无摩擦滑动，导体棒和导轨的电阻不计.整个空间存在着垂直导轨所在平面的匀强磁场，磁感应强度 B＝2 T.现用一沿导轨方向向右的恒力 F＝0.22 N 作用于导体棒，使导体棒从静止开始运动，经过一段时间 t，速度达到 v＝
B.此时电容 C 上的电量为 1×10－2 C
图 11-3-14A.此时电容器两端电压为 10 V
C.导体棒做匀加速运动，且加速度为 20 m/s2D.时间 t＝0.4 s
解析：当导体棒的运动速度达到 v＝5 m/s 时，产生的感应电动势 E＝Bdv＝5 V，电容器两端电压 U＝E＝5 V，故 A 错误.此时
电容器的带电量 q＝CU＝1×10－2 C，故 B 正确.导体棒在力 F 作