2019-2020年高三物理第二輪復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 新人教版.doc
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2019-2020年高三物理第二輪復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 新人教版 第3講 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 【核心要點(diǎn)突破】 知識(shí)鏈接 一、 安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的應(yīng)用情況 二、法拉第電磁感應(yīng)定律 1.公式：，N為線(xiàn)圈匝數(shù) 2、 導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)的情形 （1）一般情況：運(yùn)動(dòng)速度v與磁感應(yīng)線(xiàn)方向夾角為時(shí)則 （2）E=BLv (垂直平動(dòng)切割) L是導(dǎo)線(xiàn)的有效切割長(zhǎng)度 (v為磁場(chǎng)與導(dǎo)體的相對(duì)切割速度) (B不動(dòng)而導(dǎo)體動(dòng)；導(dǎo)體不動(dòng)而B(niǎo)運(yùn)動(dòng)) （3）． (直導(dǎo)體繞一端轉(zhuǎn)動(dòng)切割) 深化整合 一、感應(yīng)電流方向的判斷、楞次定律的理解 楞次定律判定感應(yīng)電流方向的一般步驟，基本思路可歸結(jié)為：“一原、二感、三電流”， （1）明確閉合回路中引起感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)方向如何； （2）確定原磁場(chǎng)穿過(guò)閉合回路中的磁通量如何變化(是增還是減) （3）根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向． （4）再利用安培定則，根據(jù)感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向來(lái)確定感應(yīng)電流方向． 2.楞次定律中“阻礙”兩字的含義： （1）誰(shuí)阻礙誰(shuí)?是感應(yīng)電流的磁通量阻礙原磁通量; （2）阻礙什么?阻礙的是磁通量的變化而不是磁通量本身; （3）如何阻礙?當(dāng)磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反,當(dāng)磁通量減小時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同,即”增反減同”; （4）結(jié)果如何?阻礙不是阻止,只是延緩了磁通量變化的快慢,結(jié)果是增加的還是增加,減少的還是減少. 【典例訓(xùn)練1】（xx全國(guó)Ⅱ理綜T18）如圖，空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平，且垂直于紙面向里，磁場(chǎng)上邊界b 和下邊界d水平。在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線(xiàn)圈，線(xiàn)圈上下邊的距離很短，下邊水平。線(xiàn)圈從水平面a開(kāi)始下落。已知磁場(chǎng)上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離。若線(xiàn)圈下邊剛通過(guò)水平面b、c（位于磁場(chǎng)中）和d時(shí)，線(xiàn)圈所受到的磁場(chǎng)力的大小分別為、和，則 A．>> B. << C. >> D. << 【命題立意】本題涉及到電磁感應(yīng)及安培力公式等知識(shí)，考查了考生的理解能力、分析綜合能力，是高考命題的熱點(diǎn)。 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí),可參照以下解題步驟: 關(guān)鍵 點(diǎn) (1) 應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律和安培力公式, (2)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行線(xiàn)圈下落分析并考慮到線(xiàn)圈的上下邊距離很短及磁場(chǎng)上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離. 【規(guī)范解答】選D，金屬線(xiàn)圈進(jìn)入與離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，產(chǎn)生感應(yīng)電流，線(xiàn)圈受到向上的磁場(chǎng)力力即安培力，根據(jù),，可得：，由此可知線(xiàn)圈所受到的磁場(chǎng)力與速度成正比。當(dāng)線(xiàn)圈完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，沒(méi)有安培力，故；通過(guò)水平面b時(shí)，有，則；通過(guò)水平面d時(shí)，有，則，而，故，則，所以D正確。 二、電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題分類(lèi) 1. 電路問(wèn)題 （1）切割磁感線(xiàn)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則這部分電路就是等效電源，確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 （2）正確分析電路的結(jié)構(gòu)，畫(huà)出等效電路圖 （3）利用電路規(guī)律求解．主要閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路性質(zhì)特點(diǎn)、電功、電熱的公式．求解未知物理量． 2. 動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 解題關(guān)鍵：在于通過(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析來(lái)尋找過(guò)程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等，基本思路方法是： F=BIL 臨界狀態(tài) v與a方向關(guān)系 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析 a變化情況 F=ma 合外力 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體所受的安培力 感應(yīng)電流 確定電源（E，r） （1）用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向. （2）求回路中電流強(qiáng)度. （3）分析研究導(dǎo)體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向）. （4）列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解. 3. 能量問(wèn)題 （1）產(chǎn)生和維持感應(yīng)電流的存在的過(guò)程就是其它形式的能量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流電能的過(guò)程。 導(dǎo)體在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前,外力移動(dòng)導(dǎo)體所做的功，一部分消耗于克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生感應(yīng)電流的電能或最后在轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分用于增加導(dǎo)體的動(dòng)能，即 導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)），外力所做的功，完全消耗于克服安培力做功，并轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能或最后在轉(zhuǎn)化為焦耳熱 （2）在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，能量是守恒的。楞次定律與能量守恒定律是相符合的，認(rèn)真分析電磁感應(yīng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化，熟練地應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是求解叫復(fù)雜的電磁感應(yīng)問(wèn)題常用的簡(jiǎn)便方法。 4.圖象問(wèn)題 （1）電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B、 磁通量Φ、 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E或e 和 感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線(xiàn)，即B—t圖線(xiàn)、 Φ一t圖線(xiàn)、 e一t圖線(xiàn) 和I一t圖線(xiàn)。 （2） 對(duì)于切割產(chǎn)生應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況，還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨位移X變化的圖線(xiàn)，即e—X圖線(xiàn)和I—X圖線(xiàn)。這些圖象問(wèn)題大體上可分為兩類(lèi)： ①由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖象， ②或由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程，求解相應(yīng)的物理量， 不管是何種類(lèi)型，電磁感應(yīng)中的圖象常需利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決感應(yīng)電流的方向和感應(yīng)電流的大小。 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中圖像問(wèn)題的分析，要抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（電流）大小是否恒定.用楞次定律判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（或電流）的方向，從而確定其正負(fù)，以及在坐標(biāo)中的范圍. 【典例訓(xùn)練2】（xx四川理綜T20）如圖所示，電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌固定在一絕緣斜面上，兩相同的金屬導(dǎo)體棒a、b垂直于導(dǎo)軌靜止放置，且與導(dǎo)軌接觸良好，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面?，F(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F作用在a的中點(diǎn)，使其向上運(yùn)動(dòng)。若b始終保持靜止，則它所受摩擦力可能 A．變?yōu)? B . 先減小后不變 C . 等于F D．先增大再減小 【命題立意】結(jié)合電磁感應(yīng)現(xiàn)象，考查受力分析 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí),可參照以下解題步驟: A受恒力F作用,結(jié)合電磁感應(yīng)定律,判斷出a運(yùn)動(dòng)速度的變化 確定感應(yīng)電流變化的情況,并判斷出a和b所受安培力的變化 確定b所受摩擦力的情況. 【規(guī)范解答】選AB，a棒所受恒定的拉力作用，隨著速度的增大，安培阻力增大，因此，a做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)a加速度為0后勻速運(yùn)動(dòng)，所以a所受安培力先增大后不變。由于a、b所受安培力大小相等，所以，b所受安培力先增大后不變，由于b始終保持靜止，故b所受摩擦力先減小后不變，B正確；若b所受安培力等于下滑力，則b所受摩擦力為零，A正確. 【高考真題探究】 1.（xx新課標(biāo)全國(guó)卷T14）在電磁學(xué)發(fā)展過(guò)程中，許多科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)。下列說(shuō)法正確的是 A．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)；法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 B．麥克斯韋預(yù)言了電磁波；楞次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在 C．庫(kù)侖發(fā)現(xiàn)了點(diǎn)電荷的相互作用規(guī)律；密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了元電荷的數(shù)值 D．安培發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用規(guī)律；洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)電流的作用規(guī)律 【命題立意】本題以電磁學(xué)發(fā)展史為基礎(chǔ)，主要考查考生對(duì)電磁學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的了解以及對(duì)電磁學(xué)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家的偉大成就的了解。 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路分析： 科學(xué)家的重要貢獻(xiàn) 電磁學(xué)主干知識(shí)和重點(diǎn)內(nèi)容 【規(guī)范解答】選AC，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在；選項(xiàng)D錯(cuò)誤，洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用規(guī)律，安培發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)電流的作用規(guī)律。 2.（xx山東理綜T21）如圖所示，空間存在兩個(gè)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為，方向相反且垂直紙面，、為其邊界，OO′為其對(duì)稱(chēng)軸。一導(dǎo)線(xiàn)折成邊長(zhǎng)為的正方形閉合回路，回路在紙面內(nèi)以恒定速度向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到關(guān)于OO′對(duì)稱(chēng)的位置時(shí) A．穿過(guò)回路的磁通量為零 B．回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為2B C．回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较? D．回路中邊與邊所受安培力方向相同 【命題立意】本題以線(xiàn)框切割磁場(chǎng)為背景,主要考查法拉第電磁感應(yīng)定律、右手定則、左手定則等知識(shí)點(diǎn)。 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路分析： 右手定則判斷感應(yīng)電流方向 切割方向 磁場(chǎng)方向 【規(guī)范解答】選ABD.正方形閉合回路運(yùn)動(dòng)到關(guān)于OO′對(duì)稱(chēng)的位置時(shí)，穿過(guò)回路的合磁通量為零，A正確；由右手定則可以判斷ab邊上的電流方向?yàn)橛蒩到b，cd邊上的電流方向?yàn)橛蒫到d，所以回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，C錯(cuò)誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為，B正確；由左手定則可以判定回路中邊與邊所受安培力方向相同，都是 水平向左的，D正確。 3. （xx北京理綜T16）在如圖所示的電路中，兩個(gè)相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線(xiàn)圈L和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R。閉合開(kāi)關(guān)S后，調(diào)整R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時(shí)流過(guò)兩個(gè)燈泡的電流為Ｉ。然后，斷開(kāi)Ｓ。若時(shí)刻再閉合Ｓ，則在前后的一小段時(shí)間內(nèi)，正確反映流過(guò)L1的電流ｉ１、流過(guò)Ｌ２的電流ｉ２隨時(shí)間ｔ的變化的圖像是 【命題立意】本題以通電自感實(shí)驗(yàn)為例,注重對(duì)考生物理學(xué)科能力的考查，體現(xiàn)新課改的探究理念。 【思路點(diǎn)撥】 解答本題時(shí)可按以下思路分析： 燈泡L1逐漸變亮 燈泡L2立即亮 時(shí)刻閉合Ｓ L1、L2亮最終亮度一樣 【規(guī)范解答】選B，閉合開(kāi)關(guān)S后，調(diào)整R，使兩個(gè)燈泡L1、L2發(fā)光的亮度一樣，電流為Ｉ，說(shuō)明。若時(shí)刻再閉合Ｓ，流過(guò)電感線(xiàn)圈L和燈泡L1的電流迅速增大，使電感線(xiàn)圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙了流過(guò)L1的電流ｉ１增大，直至到達(dá)電流為Ｉ，故A錯(cuò)誤，B正確；而對(duì)于時(shí)刻再閉合Ｓ，流過(guò)燈泡L2的電流ｉ２立即達(dá)到電流為Ｉ，故C、D錯(cuò)誤。 4.（xx江蘇物理卷T2）一矩形線(xiàn)框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線(xiàn)框平面與磁場(chǎng)方向垂直，先保持線(xiàn)框的面積不變，將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1 s 時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來(lái)的兩倍，接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，在1 s 時(shí)間內(nèi)，再將線(xiàn)框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半，先后兩個(gè)過(guò)程中，線(xiàn)框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為 A. B.1 C.2 D.4 【命題立意】本題考查電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用，題目設(shè)置不難。 【思路點(diǎn)撥】解答本題需要考生正確理解法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式含義和電動(dòng)勢(shì)正比于磁通量的變化率的規(guī)律。 【規(guī)范解答】選B。先保持線(xiàn)框的面積不變，由法拉第電磁定律可知；再保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，有,可見(jiàn)先后兩個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)大小相等，兩者的比值為1，選項(xiàng)B正確。 【類(lèi)題拓展】應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律求解問(wèn)題的四種方法 1．應(yīng)用公式：這里主要兩種情況，一是面積不變，這時(shí)公式為；另一種是磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，這時(shí)公式為。 2．公式E=BLvsinθ：該公式一般用來(lái)計(jì)算導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，式中B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度，L表示導(dǎo)體棒的有效長(zhǎng)度，v表示瞬時(shí)速度，θ表示v與B之間的夾角。 3．公式：主要適用于導(dǎo)體棒繞一個(gè)端點(diǎn)垂直于磁感線(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割。 4．公式：適用線(xiàn)框垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向的一條軸從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，與軸的位置無(wú)關(guān)，與線(xiàn)框的形狀無(wú)關(guān)，當(dāng)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)起，公式變?yōu)? 。 5.（xx江蘇物理卷T4）如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,電感L的電阻不計(jì)，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t=0時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān)S,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在t=t1時(shí)刻斷開(kāi)S,下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時(shí)間t變化的圖像中，正確的是 【命題立意】本題通過(guò)兩個(gè)時(shí)刻：開(kāi)關(guān)閉合時(shí)刻和斷開(kāi)時(shí)刻，考查自感和電壓圖象的知識(shí)。 【思路點(diǎn)撥】能正確分析并理解閉電路外電路電阻的變化，如何影響外電壓的問(wèn)題。 【規(guī)范解答】選B。開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，由于線(xiàn)圈的自感阻礙作用，可看做電阻，線(xiàn)圈電阻逐漸減小，并聯(lián)電路電阻逐漸減小，路端電壓逐漸減??；開(kāi)關(guān)閉合后再斷開(kāi)時(shí)，線(xiàn)圈的感應(yīng)電流與原電流方向相同，形成回路，燈泡的電流與原來(lái)相反，并逐漸減小到0，路端電壓逐漸減小到零，為負(fù)值。A圖象開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，增大，不符合題意，錯(cuò)誤；B圖象電壓的變化規(guī)律符合題意，正確；C圖象的電壓先增大后減小，且方向不變，錯(cuò)誤；D圖象在兩過(guò)程中電壓始終為不正確。 6.（xx新課標(biāo)全國(guó)卷T21）如圖所示，兩個(gè)端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置，相對(duì)的端面之間有一縫隙，鐵芯上繞導(dǎo)線(xiàn)并與電源連接，在縫隙中形成一勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一銅質(zhì)細(xì)直棒ab水平置于縫隙中，且與圓柱軸線(xiàn)等高、垂直。讓銅棒從靜止開(kāi)始自由下落，銅棒下落距離為0.2R時(shí)銅棒中電動(dòng)勢(shì)大小為E1，下落距離為0.8R時(shí)電動(dòng)勢(shì)大小為E2，忽略渦流損耗和邊緣效應(yīng)。關(guān)于E1、E2 的大小和銅棒離開(kāi)磁場(chǎng)前兩端的極性，下列判斷正確的是 A.E1>E2，a端為正 B. E1>E2，b端為正 C. E1下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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