江苏版高考物理复习专题一0二电磁感应教学课件

这是一份江苏版高考物理复习专题一0二电磁感应教学课件，共53页。

2.电磁感应现象(1)产生感应电流的条件①表述1:闭合电路中的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动。②表述2:穿过闭合电路的磁通量发生变化。(2)电磁感应现象的实质:产生感应电动势。注意　如果回路闭合,则产生感应电流;如果回路不闭合,则只有感应电动势,没有感应 电流。二、楞次定律1.楞次定律及其理解(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通
量的变化。(2)本质:能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。(3)楞次定律中“阻碍”的含义 
2.楞次定律的推论及其应用
3.右手定则(1)内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感 线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的 方向。(2)适用情况:导体切割磁感线产生感应电流。
4.三个定则与一个定律的应用比较
注意　涉及力(洛伦兹力、安培力)时,才用左手定则。
例1　飞机水平飞行时,飞行员的左侧机翼顶端电势为φ1,右侧机翼顶端电势为φ2,则 (　    )A.在北半球自西向东飞行时,φ1=φ2B.在北半球飞行时,φ1>φ2C.在南半球自西向东飞行时,φ1=φ2D.在南半球飞行时,φ1>φ2
  解析    当飞机在北半球飞行时,由于地磁场有竖直向下的分量,由右手定则可知,此时四指指向机翼左端,左端电势高,即在北半球飞行时,无论飞行方向如何,都有φ1>φ2; 同理,在南半球飞行时,地磁场有竖直向上的分量,无论飞行方向如何,都有φ2>φ1。
例2    (2022届南通新高考基地学校大联考)如图所示,一带正电的粒子从直径上方掠过 在竖直面内的金属圆环表面,粒子与圆环不接触,该过程中 (　    ) A.穿过金属环的磁通量一定不变B.环中一定有感应电流C.金属环有扩张趋势D.粒子与金属环无相互作用
  解题指导    正电荷定向移动的方向为电流的方向。
  解析    带正电的粒子从直径上方掠过金属圆环表面时,穿过金属圆环的净磁通量垂直纸面向里,且净磁通量先增后减,环中产生感应电流,金属环先有收缩后有扩张趋势 (增缩减扩),故A、C均错误,B正确。环中产生感应电流后周围会有磁场,且在环内磁 场方向垂直于环所在的平面,正电荷从左向右运动时会受到洛伦兹力,所以粒子与金 属环有相互作用,D错误。
考点二　法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律(E=n ,n表示线圈的匝数)及其变形
注意    E=Blv的三个特性
例3    (2023届苏锡常镇二调)如图甲所示,一条南北走向的小路,路口设有出入道闸,两 侧道闸金属杆长均为L。当有车辆通过时杆会从水平位置匀速转过90°直到竖起,所用 时间为t。此处地磁场方向如图乙所示,B为地磁场的磁感应强度,BH为其水平分量,Bx、 By、Bz分别为地磁场的磁感应强度在x、y、z三个方向上的分量大小。杆在转动升起 的过程中,两端电势差的大小为 (　    )
A. 　　　    B. 　　　    C. 　　　    D. 
  解析    杆从水平位置匀速转过90°直到竖起,所用时间为t,可知金属杆的角速度ω= ,由于小路沿南北方向,则金属杆转动过程中所处的平面与x轴垂直,则金属杆两端电势 差的大小U=BxL =BxL = BxL2ω,联立解得U= 。
例4　如图所示,正方形线框的边长为L,电容器的电容为C。正方形线框的一半放在方 向垂直于纸面向里的匀强磁场中,在磁场以变化率k均匀减弱的过程中 (　    ) A.线框产生的感应电动势的大小为kL2B.电压表的读数为 C.a点的电势高于b点的电势
D.电容器所带的电荷量为0
  解析    线框产生的感应电动势大小E= = kL2(注意线框的有效面积),故A错误。磁场以变化率k均匀减弱,产生恒定的感应电动势,由于电路中接有电容器,电路中没有 电流,电压表示数为0,故B错误。根据楞次定律,a点的电势高于b点的电势,故C正确。 线框位于磁场的部分相当于电源,与电容器串联,因此电容器两端电压不是0,所带的电 荷量不是0,故D错误。
二、自感　涡流　电磁阻尼与电磁驱动1.互感两个互相靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一 个线圈中产生感应电动势。这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作互感电动势。2.自感(1)定义:当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应 电动势,这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。(2)自感电动势的表达式:E=L 。
(3)自感系数L的影响因素:线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯。(4)通电自感和断电自感的比较
例5    (2023届南师大附中一模适应性考试)如图所示的电路中,A、B、C是三个相同的 灯泡,L是电感线圈,其电阻与灯泡电阻相等,开关S先闭合然后再断开,则 (　    )A.S闭合后,A立即亮而B、C慢慢亮B.S闭合后,B、C立即亮而A慢慢亮C.S断开后,B、C先变亮然后逐渐变暗
D.S断开后,A先变亮然后逐渐变暗
  解析    S闭合后,B、C立即亮,由于灯泡A与电感线圈串联,线圈会阻碍电流的增大,所以A慢慢变亮,A错误,B正确。S断开后,由于线圈的阻碍作用,电流慢慢减小,所以A慢慢 变暗;因为电感线圈电阻与灯泡电阻相等,所以在开关闭合且电路稳定时通过灯泡B、 C的电流和通过灯泡A的电流大小相等,所以当开关断开后,电感线圈与A、B、C构成 闭合回路,此时B、C不会先变亮,而是逐渐变暗,C、D均错误。
  答案    B归纳总结    分析自感问题的三个技巧
3.涡流(1)定义:当某线圈中的电流随时间变化时,由于电磁感应,这个线圈附近的任何导体,如 果穿过导体的磁通量发生变化,导体内部都会产生感应电流,就像水中的漩涡,所以把 它叫作涡电流,简称涡流。(2)产生原因:金属块内磁通量变化→感应电动势→感应电流。(3)产生涡流的两种情况①块状金属放在变化的磁场中。②块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。
4.电磁阻尼与电磁驱动
例6    (2022届南京、盐城二模)汽车上使用的电磁制动装置示意图如图所示。电磁制 动是一种非接触的制动方式,其原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时,会产 生涡流,使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是 (　    )A.制动过程中,导体不会产生热量B.如果导体反向转动,此装置将不起制动作用
C.制动力的大小与线圈中电流的大小无关D.当线圈电流一定时,导体运动的速度越大,制动力就越大
  解析    电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时,会产生涡流,电流流过导体时会产生热量,A错误。如果改变线圈中的电流方向,则铁芯中的磁场的方向 变为反向,此时产生的涡流方向也相反,电流和所处位置的磁场方向同时反向,安培力 方向不变,故还是使导体受到阻碍运动的制动力,B错误。线圈中电流越大,则产生的磁 场越强,转盘转动产生的涡流越强,制动装置对转盘的制动力越大,C错误。线圈电流一 定时,导体运动的速度越大,转盘转动产生的涡流越强,制动力就越大,D正确。
微专题16　电磁感应中的电路和图像问题一、电磁感应中的电路问题 
例1    (2023届金陵中学学情调研)某同学设计了一种带有闪烁灯的自行车车轮,以增强 夜间骑车的安全性。如图所示为自行车后车轮,已知金属车轮半径r=0.6 m,金属轮轴 半径可以忽略,由绝缘辐条连接轮轴与车轮(辐条未画出)。车轮与轮轴之间对称地接 有4根相同的金属条,每根金属条中间都串接一个LED灯,LED灯可视为纯电阻,每个 LED灯的阻值恒为R=0.45 Ω,不计其他电阻。车轮旁的车架上固定有一特殊磁体,能在 车轮与轮轴之间形成一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度大小B=0.5 T的扇形匀强 磁场区域,扇形对应的圆心角θ=30°。使自行车沿平直路面匀速前进,已知车轮转动的 角速度ω=20 rad/s,不计车轮厚度,忽略磁场的边缘效应,取π=3。下列说法正确的是 (　    )
 A.车轮转动一周过程中,LED灯亮的总时间为0.075 sB.金属条ab进入磁场时,ab上电流的方向是a→bC.金属条ab进入磁场时,ab上电流大小是2 AD.车轮转动一周,LED灯产生的总焦耳热为0.54 J
  解析    根据题意可得车轮转动一周的时间T= =0.3 s,在车轮转动一周的过程中,能产生感应电流的时间t=4× T=0.1 s,即LED灯亮的总时间为0.1 s,故A错误。金属条ab进入磁场时,根据右手定则判断知ab上电流的方向是b→a,故B错误。金属条ab进入 磁场时,金属条ab相当于电源,此时的等效电路图如图所示,电源电动势E= Br2ω=1.8 V,电路中的总电阻R总=R+ R=0.6 Ω,所以通过ab的电流大小I= =  A=3 A,C错误。车轮转动一周,LED灯亮的总时间为0.1 s,则产生的总焦耳热Q=I2R总t=32×0.6×0.1 J=0.54 J,故D正确。
  答案    D归纳总结    “三步走”分析电路为主的电磁感应问题
二、电磁感应中的图像问题
注意　处理电磁感应中图像问题的几点注意(1)注意初始时刻:例如初始时刻感应电流是否为0,沿正方向还是沿负方向。(2)注意变化过程:分析发生电磁感应的过程,这个过程可以分为几个阶段,这几个阶段 是否和图像变化相对应。(3)注意大小、方向的变化趋势:看图线斜率(或其绝对值)大小、图线的曲直和物理过 程是否相对应。(4)判断F-t图像的变化时,不但要注意I随时间的变化,还需要注意B随时间的变化。有 时I≠0,但B=0,导致F=0。
例2    (2023届常熟中学期末)两个不可形变的正方形导体框a、b连成如图甲所示的回 路,并固定在竖直平面(纸面)内。导体框a内固定一小圆环c,a与c在同一竖直面内,圆环 c中通入如图乙所示的电流(规定逆时针方向为电流正方向),导体框b的MN边处在垂直 纸面向外的匀强磁场中,则匀强磁场对MN边的安培力 (　    )  
A.0~1 s内,方向向下B.1~3 s内,方向向下C.3~5 s内,先逐渐减小后逐渐增大D.第4 s末,大小为0
  解析    由题图乙知,0~1 s内小圆环c中的电流逆时针增大,穿过导体框a的净磁通量垂直纸面向外增大,根据楞次定律可知a中感应电流沿顺时针方向,由左手定则可知MN所 受安培力方向向上,故A错误。1~3 s内c中电流先逆时针减小后顺时针增大,穿过a的净 磁通量先向外减小,后向里增大,根据楞次定律可知a中感应电流一直沿逆时针方向,由 左手定则可知MN所受安培力方向向下,故B正确。3~5 s内c中电流的变化率不变,故a 中磁通量的变化率也不变,感应电流不变,故C错误。第4 s末尽管电流瞬时值为0,但其 变化率不为0,故穿过导体框a的磁通量变化率不为0,感应电流不为0,故D错误。
  答案    B归纳总结    解决电磁感应中图像问题的分析方法
微专题17　电磁感应中的综合问题导轨和导体棒电阻不计,以水平光滑导轨为例
例1    (2022届苏州中学调研)如图甲、乙、丙所示,除导体棒ab外,其余部分均固定不 动,图甲中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略,导体 棒和导轨间的摩擦也不计,图中装置均在水平面内,且都处于方向垂直于水平面(即纸 面)向里的匀强磁场中,导轨足够长。现给导体棒ab一个向右的初速度v0。在图甲、 乙、丙三种情形下关于导体棒ab的运动状态,下列说法正确的是 (　    )           A.图甲中,ab先做匀减速运动,最终做匀速运动
B.图乙中,ab先做加速度越来越大的减速运动,最终静止C.图丙中,ab先做初速度为v0的变减速运动,然后反向做变加速运动,最终做匀速直线运 动D.三种情形下导体棒ab最终都匀速运动
  解析    题图甲中,导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电,由于充电电流不断减小,安培力减小,则导体棒做变减速运动,当电容器C两极板间电压与导体 棒产生的感应电动势相等时,电路中没有电流,ab不受安培力,向右做匀速直线运动,故 A错误。题图乙中,导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流,导体棒受向左的安培力 而做减速运动,随着速度的减小,电流减小,安培力减小,加速度减小,最终ab静止,故B错 误。题图丙中,导体棒先受到向左的安培力作用向右做变减速运动,速度减为0后再在 安培力作用下向左做变加速运动,当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等 时,电路中没有电流,ab棒向左做匀速直线运动,故C正确。由以上分析可知D错误。
  答案    C归纳总结    电磁感应动力学问题分析策略 
例2    (2023届江苏省八市三模补偿训练)如图所示,两根光滑平行金属长导轨MN、PQ 水平固定放置,导轨间存在方向竖直向上的匀强磁场,两根完全相同的金属棒ab、cd垂 直放置在导轨上,两金属棒的长度恰好等于金属导轨的间距。t=0时刻对金属棒cd施 加一个水平向右的恒力F,此后两金属棒由静止开始运动,金属棒在运动过程中始终与 导轨接触良好,金属棒ab、cd的速度大小分别记为va、vc,加速度大小分别记为aa、ac, 金属棒cd两端电压记为Ucd,闭合回路消耗的电功率记为P,电路中除金属棒外电阻均不 计。下列图像错误的是 (　    ) 
  解析    金属棒cd在恒力F作用下由静止开始加速运动,最初金属棒ab、cd的加速度分别为aa=0,ac= ,之后回路中出现感应电流,金属棒cd受到的安培力与恒力F方向相反,金属棒cd的加速度逐渐减小,金属棒ab在安培力作用下开始加速,金属棒cd与金属 棒ab的速度差逐渐增大,回路中的电动势逐渐增大,设两金属棒的电阻均为R,安培力F安 = 逐渐增大,当aa=ac时,(vc-va)不再变化,回路中的电流不再变化,但是两金属棒的速度仍在增大,v-t图像如图所示,故A正确,B错误。由串联电路规律有Ucd=BLva+ IR,va随时间逐渐增大,I随时间先增大后不变,则Ucd随时间逐渐增大,故C正确。闭合回路消耗的电功率P=2I2R,在开始阶段随回路中电流的增大,电功率逐渐增大,当系统稳定后回路中电流不变,电功率不再变化,故D正确。本题选错误的,故选B。
例3    (2023届苏州期末)如图所示,间距为L的光滑导轨水平放置,导轨一端接有阻值为 R的电阻,导轨间存在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面的匀强磁场。质量为m 的导体棒在沿导轨方向拉力作用下由静止开始运动,运动过程中拉力的功率恒为P。 导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导体棒和导轨的电阻。(1)求回路中电流为I时拉力的大小F;
(2)从开始运动经过t时间导体棒速度已达到稳定,求t时间内电阻上产生的焦耳热Q。
  解析    (1)导体棒运动产生的感应电动势E=BLv根据欧姆定律可得I= 拉力的功率P=Fv联立解得拉力的大小F= 。(2)设速度稳定时拉力为Ft,安培力的大小F安=BI'L,其中I'= 联立解得Ft=F安= 
根据功率公式可得P=Ftvm= 则vm= 又由能量守恒可得Pt=Q+ m 则t时间内电阻上产生的焦耳热Q=Pt- 。
  答案    (1)     (2)Pt-