统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题五电路与电磁感应第11讲电磁感应规律及其应用课件

这是一份统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题五电路与电磁感应第11讲电磁感应规律及其应用课件，共56页。PPT课件主要包含了高频考点·能力突破，素养培优·情境命题，答案B，答案AD，答案C，答案D，三个关注，答案AC，答案016C，答案014m等内容，欢迎下载使用。
例1 [2023·湖北卷]近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大．如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘．若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近(　　) V　 B．0.44 VC．0.59 V D．4.3 V
例2 [2023·全国甲卷](多选)一有机玻璃管竖直放在水平地面上，管上有漆包线绕成的线圈，线圈的两端与电流传感器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布，下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离．如图(a)所示．现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图(b)所示．则(　　)A．小磁体在玻璃管内下降速度越来越快B．下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次C．下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D．与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大
解析：电流的峰值越来越大，即小磁体在依次穿过每个线圈的过程中磁通量的变化率越来越快，因此小磁体的速度越来越大，A正确；下落过程中，小磁体在水平方向受的合力为零，故小磁体的N极、S极上下没有颠倒，B错误；线圈可等效为条形磁铁，线圈的电流越大则磁性越强，因此电流的大小是变化的．小磁体受到的电磁阻力是变化的，不是一直不变的，C错误；由图(b)可知，与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，感应电流的最大值更大，故磁通量变化率的最大值更大，D正确．故选AD.
预测1　[2023·黑龙江省哈尔滨市模拟]如图所示，足够长通电直导线平放在光滑水平面上并固定，电流I恒定不变．将一个金属环以初速度v0沿与导线成一定角度θ(θ＜90°)的方向滑出，此后关于金属环在水平面内的运动分析，下列判断中正确的是(　　)A．金属环做直线运动，速度先减小后增大B．金属环做曲线运动，速度一直减小至0后静止C．金属环最终做匀速直线运动，运动方向与直导线平行D.金属环最终做匀变速直线运动，运动方向与直导线垂直
解析：金属环周围有环形的磁场，金属环向右运动，磁通量减小，根据“来拒去留”可知，所受的安培力将阻碍金属圆环远离通电直导线，即安培力垂直直导线向左，与运动方向并非相反，故金属环做曲线运动，安培力使金属环在垂直导线方向做减速运动，当垂直导线方向的速度减为零，只剩沿导线方向的速度，然后磁通量不变，无感应电流，水平方向不受外力作用，故最终做匀速直线运动，方向与直导线平行，故金属环先做曲线运动后做直线运动，C项正确．
预测2　[2022·河北卷]将一根绝缘硬质细导线顺次绕成如图所示的线圈，其中大圆面积为S1，小圆面积均为S2，垂直线圈平面方向有一随时间t变化的磁场，磁感应强度大小B＝B0＋kt，B0和k均为常量，则线圈中总的感应电动势大小为(　　)A．kS1　　B．5kS2 C．k(S1－5S2) D．k(S1＋5S2)
考点二　电磁感应中的图象问题1．掌握两个技法，快速解答图象问题(1)排除法最快捷：根据选择题的特点，定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项．(2)函数法最有效：根据题目所给条件定量地写出两处物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象作出分析和判断．
例3 [2022·河北卷](多选)如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，导轨左端接入一电阻R.导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动，t＝0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直．设运动过程中通过电阻的电流强度为i，金属棒受到安培力的大小为F，金属棒克服安培力做功的功率为P，电阻两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒的电阻．
下列图象可能正确的是(　　)
预测3　[2023·四川省凉山模拟]如图所示，一个各短边边长均为L，长边边长为3L的线框，匀速通过宽度为L的匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里，线框沿纸面运动，开始时线框右侧短边ab恰好与磁场左边界重合，此过程中最右侧短边两端点a、b两点间电势差U随时间t变化关系图象正确的是(　　)
(1)电容器的电容；(2)若规定A→R3→B为电流的正方向，考虑线圈自感，定性画出通过电阻R3的电流与时间t图象．
考点三　电磁感应中的动力学与能量问题电磁感应中的动力学和能量问题的分析思路：
例4 [2023·北京卷]2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录．一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示．两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒．金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出．导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为B＝ki(k为常量)．金属棒被该磁场力推动．当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为2I.已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m.求：
(1)金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F；
答案：20 m/s2，10 m/s2　
解析：由题意可知第一级区域中磁感应强度大小为B1＝kI金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小为F＝B1IL＝kI2L.
(2)金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比a1∶a2；
答案：0.2 T　0.4 J　
(3)金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v.
预测5　如图所示，宽度为2L，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于倾角为θ的绝缘光滑斜面，方向向上．一电阻不计、宽为L的U形光滑金属框静止放在斜面上，ab边距磁场上边界为2L；电阻为R、长为L的金属棒cd平行于ab边静止放到金属框上面，且与金属框导电良好．某时刻同时由静止释放U形框和棒cd，ab边进入磁场后恰好做匀速运动；ab边到达磁场下边界时，棒cd正好进入磁场，并匀速穿过磁场．运动过程中棒cd始终平行于ab边，不计其他电阻和摩擦阻力，斜面足够长，重力加速度取g，求：
(1)U形金属框的质量m；
(2)棒cd中产生的焦耳热；
(3)棒cd在U形框上面运动的总时间．
预测6　如图所示，宽度为2L，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于倾角为θ的绝缘光滑斜面，方向向上．一电阻不计、宽为L的U形光滑金属框静止放在斜面上，ab边距磁场上边界为2L；电阻为R、长为L的金属棒cd平行于ab边静止放到金属框上面，且与金属框导电良好．某时刻同时由静止释放U形框和棒cd，ab边进入磁场后恰好做匀速运动；ab边到达磁场下边界时，棒cd正好进入磁场，并匀速穿过磁场．运动过程中棒cd始终平行于ab边，不计其他电阻和摩擦阻力，斜面足够长，重力加速度取g
2．与动量守恒定律的结合相互平行的水平轨道间的双棒做切割磁感线运动问题，由于这两根导体棒所受的安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒，解决此类问题往往要应用动量守恒定律．
例5 [2022·浙江1月]如图所示，水平固定一半径r＝0.2 m的金属圆环，长均为r、电阻均为R0的两金属棒沿直径放置，其中一端与圆环接触良好，另一端固定在过圆心的导电竖直转轴OO′上，并随轴以角速度ω＝600 rad/s匀速转动，圆环内左半圆存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场．圆环边缘、与转轴良好接触的电刷分别与间距l1的水平放置的平行金属轨道相连，轨道间接有电容C＝0.09 F的电容器，通过单刀双掷开关S可分别与接线柱1、2相连．
电容器左侧存在宽度也为l1、长度为l2、磁感应强度大小为B2的匀强磁场区域．在磁场区域内靠近左侧边缘处垂直轨道放置金属棒ab，磁场区域外有间距也为l1的绝缘轨道与金属轨道平滑连接，在绝缘轨道的水平段上放置“[”形金属框fcde.棒ab长度和“[”形框的宽度也均为l1、质量均为m＝0.01 kg，de与cf长度均为l3＝0.08 m，已知l1＝0.25 m，l2＝0.068 m，B1＝B2＝1 T、方向均为竖直向上；棒ab和“[”形框的cd边的电阻均为R＝0.1 Ω，除已给电阻外其他电阻不计，轨道均光滑，棒ab与轨道接触良好且运动过程中始终与轨道垂直．开始时开关S和接线柱1接通，待电容器充电完毕后，将S从1拨到2，电容器放电，棒ab被弹出磁场后与“[”形框粘在一起形成闭合框abcd，此时将S与2断开，已知框abcd在倾斜轨道上重心上升0.2 m后返回进入磁场．
(1)求电容器充电完毕后所带的电荷量Q，哪个极板(M或N)带正电？
答案：M板带正电　0.54 C　
(2)求电容器释放的电荷量ΔQ；
(3)求框abcd进入磁场后，ab边与磁场区域左边界的最大距离x.
预测7　(多选)如图所示，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，足够长的光滑平行金属导轨水平放置，导轨左、右两部分的间距分别为l、2l，质量分别为m、2m的导体棒a、b均垂直导轨放置，导体棒a接入电路的电阻为R，其余电阻均忽略不计．a、b两棒分别以v0、2v0的初速度同时向右运动，两棒在运动过程中始终与导轨垂直且保持良好接触，a总在窄轨上运动，b总在宽轨上运动，直到两棒达到稳定状态，从开始运动到两棒稳定的过程中
电磁感应规律在生活、生产、科技中的应用随着现代科技的发展，生活中的很多应用都涉及电磁感应现象．例如生活应用中、现代传感器应用中、交通运输中．分析这些问题都要用到电磁感应的原理．
情境1　[2023·重庆市沙坪坝区模拟](多选)动圈式扬声器的结构如图(a)和图(b)所示，图(b)为磁铁和线圈部分的右视图，线圈与一电容器的两端相连．当人对着纸盆说话，纸盆带着线圈左右运动能将声信号转化为电信号．已知线圈有n匝，线圈半径为r，线圈所在位置的磁感应强度大小为B，则下列说法正确的是(　　)A．纸盆向左运动时，电容器的上极板电势比下极板电势高B．纸盆向左运动时，电容器的上极板电势比下极板电势低C．纸盆向右运动速度为v时，线圈产生的感应电动势为2nrBvD．纸盆向右运动速度为v时，线圈产生的感应电动势为2nπrBv
解析：根据右手定则，可知上极板带负电，下极板带正电，因此下极板电势更高，A项错误，B项正确；切割长度为2πr，则E＝2πnBvr，C项错误，D项正确．
情境2　[2023·东北三省三校一模](多选)如图为投币机中一种测量硬币某种特性的装置，硬币可竖直通过两线圈中间的狭缝．发射线圈L1的匝数为N1，接有频率为f、电压为U1的低频交流电．接收线圈L2的匝数为N2，在不同情况下，接收线圈输出的电压U2会发生改变，下列说法正确的是(　　)A．无硬币通过时，若L1与L2为完全相同的线圈，则U2＝U1B．无硬币通过时，若只增大U1，则U2也增大C．硬币通过狭缝时，硬币中会产生感应电流D．硬币通过狭缝的全过程中，其加速度不变
解析：无硬币通过时，若L1、L2为完全相同的线圈，两线圈的匝数相同，由于两线圈之间存在磁损，因此通过L1与L2的磁通量与L2的磁通量不同，则U2与U1不相等，A项错误；无硬币通过时，只增大U1，L2磁通量的变化率增大，因此U2也增大，B项正确；硬币通过狭缝时，硬币中的磁通量会变化，因此硬币中会产生感应电流，C项正确；硬币通过狭缝的全过程中，硬币中产生了感应电流，硬币受到的安培力发生变化，硬币所受的合力发生变化，根据牛顿第二定律，其加速度发生变化，D项错误．
情境3　(多选)如图是公路上安装的一种测速“电子眼”的原理示意图，在“电子眼”前方路面下间隔一段距离埋设两个通电线圈，当车辆通过线圈上方的道路时，会引起线圈中电流的变化，系统根据两次电流变化的时间及线圈之间的距离，对超速车辆进行抓拍，下列判断正确的是(　　)A．车辆经过线圈时有感应电流产生B．“电子眼”测量的是车辆经过第二个线圈时的瞬时速率C．线圈中电流的变化是车辆经过线圈时发生电磁感应引起的D．如果某个线圈出现故障，没有电流通过，“电子眼”还可以正常工作
解析：车辆上有很多金属部件，当这些金属部件经过通电线圈时，使线圈中的磁场发生变化，故车辆经过线圈时有感应电流产生，选项A正确；因为系统是根据两次电流发生变化的时间以及线圈之间的距离判断车辆是否超速，故测量的是车辆在两个线圈之间的平均速度，选项B错误；车辆经过线圈上方会发生电磁感应现象，会引起线圈中的电流发生变化，选项C正确；如果某个线圈出现故障，没有电流通过，就会无计时起点或终点，无法计时，“电子眼”不能正常工作，选项D错误．
情境4　[2023·浙江省宁波市选考模拟]电磁减震器是利用电磁感应原理的一种新型智能化汽车独立悬架系统．某同学也设计了一个电磁阻尼减震器，图为其简化的原理图．该减震器由绝缘滑动杆及固定在杆上的多个相互紧靠的相同矩形线圈组成，滑动杆及线圈的总质量m＝1.0 kg.每个矩形线圈abcd匝数n＝100匝，电阻值R＝1.0 Ω，ab边长L＝20 cm，bc边长d＝10 cm，该减震器在光滑水平面上以初速度v0＝1.0 m/s向右进入磁感应强度大小B＝0.1 T、方向竖直向下的匀强磁场中．求：
(1)刚进入磁场时减震器的加速度大小；
(2)第二个线圈恰好完全进入磁场时，减震器的速度大小；