高考物理总复习专题十电磁感应市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,专题十电磁感应,高考物理,(江苏省专用),1/121,一、单项选择题,1.(江苏单科,1,3分)如图所表示,一正方形线圈匝数为,n,边长为,a,线圈平面与匀强磁场垂直,且二分之一处于磁场中。在,t,时间内,磁感应强度方向不变,大小由,B,均匀地增大到2,B,。在此过程,中,线圈中产生感应电动势为,(),A.,B.,C.,D.,A,组,自主命题,江苏卷题组,五年高考,2/121,答案B由法拉第电磁感应定律知线圈中产生感应电动势,E,=,n,=,n,S,=,n,得,E,=,选项B正确。,考查点本题考查考生对法拉第电磁感应定律和磁通量等知识了解,属于轻易题。,错解分析本题易错选C,原因有两种可能:一是对磁通量概念了解有误,认为面积,S,=,a,2,;二是审,题不清,认为磁感应强度“增加了”2,B,。由此可见,解题过程中一定要细心再细心!,3/121,2.(江苏单科,6,4分)电吉他中电拾音器基本结构如图所表示,磁体附近金属弦被磁化,所以,弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音。以下说法正确有,(),A.选取铜质弦,电吉他仍能正常工作,B.取走磁体,电吉他将不能正常工作,C.增加线圈匝数能够增大线圈中感应电动势,D.弦振动过程中,线圈中电流方向不停改变,二、多项选择题,4/121,答案BCD铜质弦无法被磁化,不能产生磁场引发线圈中磁通量改变从而产生感应电流,所,以铜质弦不能使电吉他正常工作,故A项错误;取走磁体,金属弦无法被磁化,线圈中不会产生感,应电流,B项正确;由,E,=,n,知,C项正确;金属弦往返振动,线圈中磁通量不停增加或减小,电流方,向不停改变,D项正确。,考查点本题考查产生感应电流条件、法拉第电磁感应定律、感应电流方向等知识,属于容易题。,易错点拨有些学生受生活中吉他铜质弦影响,误选A项,这就提醒我们解题一定要结合所学,物理知识,深入思索推理,不要凭想象。,失分警示铜质材料不能被磁化,铜质弦振动时不会在线圈中产生感应电动势。,审题关键磁体把金属弦磁化;被磁化了弦振动时,使线圈内磁通量发生改变,从而产生,了感应电流。,5/121,3.(江苏单科,7,4分)如图所表示,在线圈上端放置一盛有冷水金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,以下办法可行有,(),A.增加线圈匝数,B.提升交流电源频率,C.将金属杯换为瓷杯,D.取走线圈中铁芯,6/121,答案AB该装置工作原理是,线圈内改变电流产生改变磁场,从而使金属杯内产生涡,流,再把电能转化为内能,使杯内水升温。交流电源频率一定时,线圈产生磁场磁感应,强度最大值,B,m,越大,杯内磁通量改变就越快,产生涡流就越大,增加线圈匝数会使线圈产生,磁场,B,m,增大,而取走线圈中铁芯会使线圈产生磁场,B,m,减小,故A对、D错。交流电源频,率增大,杯内磁通量改变加紧,产生涡流增大,故B正确。瓷为绝缘材料,不能产生涡流,故C错。,考查点本题从改变线圈结构、工作电源、加热容器等多个视角考查考生对涡流了解,属于,轻易题。,学习指导涡流不是重、难点,学习中很轻易忽略它。由此可见,我们在学习过程中,不留知识,漏洞,才不会在高考中留下遗憾。,7/121,4.(江苏单科,13,15分)如图所表示,两条相距,d,平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一,阻值为,R,电阻。质量为,m,金属杆静置在导轨上,其左侧矩形匀强磁场区域,MNPQ,磁感应,强度大小为,B,、方向竖直向下。当该磁场区域以速度,v,0,匀速地向右扫过金属杆后,金属杆速度,变为,v,。导轨和金属杆电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中一直与导轨垂直且两端,与导轨保持良好接触。求:,(1),MN,刚扫过金属杆时,杆中感应电流大小,I,;,(2),MN,刚扫过金属杆时,杆加速度大小,a,;,三、非选择题,(3),PQ,刚要离开金属杆时,感应电流功率,P,。,8/121,解析本题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律。,(1)感应电动势,E,=,Bdv,0,感应电流,I,=,解得,I,=,(2)安培力,F,=,BId,牛顿第二定律,F,=,ma,解得,a,=,(3)金属杆切割磁感线速度,v,=,v,0,-,v,则,感应电动势,E,=,Bd,(,v,0,-,v,),电功率,P,=,解得,P,=,答案(1),(2),(3),9/121,方法技巧感应电动势求法,感应电动势可分为感生电动势和动生电动势。感生电动势用公式,E,=,n,求解,且只能求解平,均电动势。动生电动势用公式,E,=,BLv,求解,既能够求平均电动势,也能够求瞬时电动势。用,E,=,BLv,求解电动势时,v,为导体棒垂直切割磁感线速度。,10/121,5.(江苏单科,13,15分)据报道,一法国摄影师拍到“天宫一号”空间站飞过太阳瞬间。照片中,“天宫一号”太阳帆板轮廓清楚可见。如图所表示,假设“天宫一号”正以速度,v,=7.7 km/s绕地球做匀速圆周运动,运动方向与太阳帆板两端,M,、,N,连线垂直,M,、,N,间距离,L,=20 m,地磁场磁感应强度垂直于,v,、,MN,所在平面分量,B,=1.0,10,-5,T。将太阳帆板视为导体。,(1)求,M,、,N,间感应电动势大小,E,;,(2)在太阳帆板上将一只“1.5 V,0.3 W”小灯泡与,M,、,N,相连组成闭合电路,不计太阳帆板和导线电阻,试判断小灯泡能否发光,并说明理由;,(3)取地球半径,R,=6.4,10,3,km,地球表面重力加速度,g,=9.8 m/s,2,试估算“天宫一号”距离地球表面高度,h,(计算结果保留一位有效数字)。,11/121,解析(1)法拉第电磁感应定律,E,=,BLv,代入数据得,E,=1.54 V,(2)不能,因为穿过闭合回路磁通量不变,不产生感应电流。,(3)在地球表面有,G,=,mg,匀速圆周运动,G,=,m,解得,h,=,-,R,代入数据得,h,4,10,5,m(数量级正确都算对),答案(1)1.54 V(2)看法析(3)4,10,5,m,考查点本题考查感应电流产生条件、法拉第电磁感应定律、万有引力提供向心力、黄金,代换式等考点,情景清楚简单,对分析推理能力要求不高,属于中等难度题。,易错点拨即使,MN,连线在切割磁感线,M,点电势高于,N,点电势,但在,M,、,N,之间连小灯泡,整个回,路在磁场中平动,磁通量不变。,12/121,6.(江苏单科,13,15分)做磁共振(MRI)检验时,对人体施加磁场发生改变时会在肌肉组织,中产生感应电流。某同学为了估算该感应电流对肌肉组织影响,将包裹在骨骼上一圈肌肉,组织等效成单匝线圈,线圈半径,r,=5.0 cm,线圈导线截面积,A,=0.80 cm,2,电阻率,=1.5 m。如,图所表示,匀强磁场方向与线圈平面垂直,若磁感应强度,B,在0.3 s内从1.5 T均匀地减为零,求:(计算,结果保留一位有效数字),(1)该圈肌肉组织电阻,R,;,(2)该圈肌肉组织中感应电动势,E,;,(3)0.3 s内该圈肌肉组织中产生热量,Q,。,13/121,解析(1)由电阻定律得,R,=,代入数据得,R,=6,10,3,(2)感应电动势,E,=,代入数据得,E,=4,10,-2,V,(3)由焦耳定律得,Q,=,t,代入数据得,Q,=8,10,-8,J,答案(1)6,10,3,(2)4,10,-2,V(3)8,10,-8,J,考查点本题考查了电阻定律、法拉第电磁感应定律和电功三个方面内容,模型已构建好,主,要考查基本规律简单应用,属于中等难度题。,学习指导考生在本题中出现错误主要有以下几方面:不了解公式中各字母含义,乱套公,式;单位换算错误;未按有效数字要求表示结果;运算结果错误。由以上种种错误可见,学习过程中不但要切记公式,更主要是要了解式中各字母物理意义;解题过程中要细心、细,心、再细心!,14/121,7.(江苏单科,13,15分,)如图所表示,在匀强磁场中有一倾斜平行金属导轨,导轨间距为,L,长,为3,d,导轨平面与水平面夹角为,在导轨中部刷有一段长为,d,薄绝缘涂层。匀强磁场磁,感应强度大小为,B,方向与导轨平面垂直。质量为,m,导体棒从导轨顶端由静止释放,在滑上,涂层之前已经做匀速运动,并一直匀速滑到导轨底端。导体棒一直与导轨垂直,且仅与涂层间有,摩擦,接在两导轨间电阻为,R,其它部分电阻均不计,重力加速度为,g,。求:,(1)导体棒与涂层间动摩擦因数,;,(2)导体棒匀速运动速度大小,v,;,(3)整个运动过程中,电阻产生焦耳热,Q,。,答案(1)tan,(2),(3)2,mgd,sin,-,15/121,解析(1)在绝缘涂层上,受力平衡,mg,sin,=,mg,cos,解得,=tan,(2)在光滑导轨上,感应电动势,E,=,BLv,感应电流,I,=,安培力,F,安,=,BIL,受力平衡,F,安,=,mg,sin,解得,v,=,(3)摩擦生热,Q,摩,=,mgd,cos,由能量守恒定律得3,mgd,sin,=,Q,+,Q,摩,+,mv,2,解得,Q,=2,mgd,sin,-,16/121,考查点本题考查了共点力平衡、摩擦力、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力、能,量守恒定律等知识,要求考生含有一定综合分析能力,属于中等难度题。,解题思绪因为棒“一直匀速滑到导轨底端”,所以,棒在绝缘涂层上滑动时,“下滑力”等于,滑动摩擦力。棒开始做变加速运动,待匀速时速度到达最大,由合外力等于零列式可得最大速度,v,。对棒运动全过程应用能量守恒定律,便可轻而易举地解出。,17/121,8.(江苏单科,13,15分)如图所表示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈,abcd,线圈平面与磁场垂直。,已知线圈匝数,N,=100,边长,ab,=1.0 m、,bc,=0.5 m,电阻,r,=2。磁感应强度,B,在01 s内从零均匀,改变到0.2 T。在15 s内从0.2 T均匀改变到-0.2 T,取垂直纸面向里为磁场正方向。求:,(1)0.5 s时线圈内感应电动势大小,E,和感应电流方向;,(2)在15 s内经过线圈电荷量,q,;,(3)在05 s内线圈产生焦耳热,Q,。,答案(1)10 V,a,d,c,b,a,(2)10 C(3)100 J,18/121,解析(1)感应电动势,E,1,=,N,磁通量改变,1,=,S,B,1,解得,E,1,=,N,代入数据得,E,1,=10 V,感应电流方向为,a,d,c,b,a,(2)同理可得,E,2,=,N,感应电流,I,2,=,电荷量,q,=,I,2,t,2,解得,q,=,N,代入数据得,q,=10 C,(3)01 s内焦耳热,Q,1,=,r,t,1,且,I,1,=,19/121,15 s内焦耳热,Q,2,=,r,t,2,由,Q,=,Q,1,+,Q,2,代入数据得,Q,=100 J,评析本题为电磁感应常规物理量求解,考查学生对基本规律了解及基本能力,难度较小。,考查点本题考查法拉第电磁感应定律、电流、楞次定律、电荷量、焦耳定律等知识,要求考,生含有一定分析综合能力,属于中等难度题。,解题思绪利用楞次定律判断感应电流方向,运使用方法拉第电磁感应定律求感应电动势,再利用闭,合电路欧姆定律和电流定义式相结合求电荷量,由焦耳定律求焦耳热。,20/121,考点一楞次定律法拉第电磁感应定律,一、单项选择题,1.(课标,15,6分)如图,在方向垂直于纸面向里匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面,与磁场垂直。金属杆,PQ,置于导轨上并与导轨形成闭合回路,PQRS,一圆环形金属线框,T,位于回,路围成区域内,线框与导轨共面。现让金属杆,PQ,突然向右运动,在运动开始瞬间,关于感应,电流方向,以下说法正确是,(),A.,PQRS,中沿顺时针方向,T,中沿逆时针方向,B.,PQRS,中沿顺时针方向,T,中沿顺时针方向,C.,PQRS,中沿逆时针方向,T,中沿逆时针方向,D.,PQRS,中沿逆时针方向,T,中沿顺时针方向,B,组,统一命题、省（区、市）卷题组,21/121,答案D金属杆,PQ,向右运动,穿过,PQRS,磁通量增加,由楞次定律可知,PQRS,中产生逆时针,方向电流。这时因为,PQRS,中感应电流作用,依据楞次定律可知,T,中产生顺时针方向感应,电流。故只有D项正确。,易错点拨对楞次定律深度了解,线框与导轨共面且与磁场垂直。当金属杆,PQ,向右运动时,PQRS,中向里磁通量增加,从而产生,逆时针方向感应电流。,T,中原有向里磁通量不变,而增加了因,PQRS,中感应电流产生向外,磁通量,造成,T,中合磁通量减小,从而产生顺时针方向感应电流。,22/121,2.(北京理综,19,6分)图1和图2是教材中演示自感现象两个电路图,L,1,和,L,2,为电感线圈。实,验时,断开开关S,1,瞬间,灯,A,1,突然闪亮,随即逐步变暗;闭合开关S,2,灯,A,2,逐步变亮,而另一个相同,灯,A,3,马上变亮,最终,A,2,与,A,3,亮度相同。以下说法正确是,(),A.图1中,A,1,与,L,1,电阻值相同,B.图1中,闭合S,1,电路稳定后,A,1,中电流大于,L,1,中电流,C.图2中,变阻器,R,与,L,2,电阻值相同,D.图2中,闭合S,2,瞬间,L,2,中电流与变阻器,R,中电流相等,23/121,答案C本题考查自感现象判断。在图1中止开S,1,瞬间,灯,A,1,突然闪亮,说明断开S,1,前,L,1,中电,流大于,A,1,中电流,故,L,1,阻值小于,A,1,阻值,A、B选项均错误;在图2中,闭合S,2,瞬间,因为,L,2,自,感作用,经过,L,2,电流很小,D错误;闭合S,2,后,最终,A,2,与,A,3,亮度相同,说明两支路电流相等,故,R,与,L,2,阻值相同,C项正确。,知识拓展断电自感现象深入分析,图1试验为断电自感试验,当S,1,断开后,L,1,与,A,1,组成一个闭合回路,L,1,自感电动势使回路中电流,保持一段时间,故,A,1,会逐步变暗。,24/121,3.(北京理综,16,6分)如图所表示,匀强磁场中有两个导体圆环,a,、,b,磁场方向与圆环所在平面,垂直。磁感应强度,B,随时间均匀增大。两圆环半径之比为21,圆环中产生感应电动势分别,为,E,a,和,E,b,。不考虑两圆环间相互影响。以下说法正确是,(),A.,E,a,E,b,=41,感应电流均沿逆时针方向,B.,E,a,E,b,=41,感应电流均沿顺时针方向,C.,E,a,E,b,=21,感应电流均沿逆时针方向,D.,E,a,E,b,=21,感应电流均沿顺时针方向,答案B由题意可知,=,k,导体圆环中产生感应电动势,E,=,=,S,=,r,2,因,r,a,r,b,=2,1,故,E,a,E,b,=41;由楞次定律知感应电流方向均沿顺时针方向,选项B正确。,25/121,4.(浙江理综,16,6分)如图所表示,a,、,b,两个闭合正方形线圈用一样导线制成,匝数均为10匝,边长,l,a,=3,l,b,图示区域内有垂直纸面向里匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间相互影响,则,(),A.两线圈内产生顺时针方向感应电流,B.,a,、,b,线圈中感应电动势之比为91,C.,a,、,b,线圈中感应电流之比为34,D.,a,、,b,线圈中电功率之比为31,26/121,答案B磁场均匀增大,穿过两线圈磁通量增大,依据楞次定律可知两线圈内会产生逆时针,方向感应电流,选项A错误;由法拉第电磁感应定律,E,=,n,=,n,l,2,得,=,=,选项B正确;由,电阻定律,R,=,得,=,=,由闭合电路欧姆定律可得,I,=,即,=,=,选项C错误;由,P,=,得,=,=,选项D错误。,27/121,5.(课标,15,6分)如图,直角三角形金属框,abc,放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为,B,方向,平行于,ab,边向上。当金属框绕,ab,边以角速度,逆时针转动时,a,、,b,、,c,三点电势分别为,U,a,、,U,b,、,U,c,。已知,bc,边长度为,l,。以下判断正确是,(),A.,U,a,U,c,金属框中无电流,B.,U,b,U,c,金属框中电流方向沿,a,-,b,-,c,-,a,C.,U,bc,=-,Bl,2,金属框中无电流,D.,U,ac,=,Bl,2,金属框中电流方向沿,a,-,c,-,b,-,a,答案C闭合金属框在匀强磁场中以角速度,逆时针转动时,穿过金属框磁通量一直为零,金属框中无电流。由右手定则可知,U,b,=,U,a,L,)条形匀强磁场区域,磁场边界与导线框一边平行,磁场方向竖直,向下。导线框以某一初速度向右运动。,t,=0时导线框右边恰与磁场左边界重合,随即导线,框进入并经过磁场区域。以下,v,-,t,图像中,可能正确描述上述过程是,(),44/121,答案D导线框刚进入磁场时速度设为,v,0,此时产生感应电动势,E,=,BLv,0,感应电流,I,=,=,线框受到安培力,F,=,BLI,=,。由牛顿第二定律,F,=,ma,知,=,ma,由楞次定律知线,框开始减速,随,v,减小,其加速度,a,减小,故进入磁场时做加速度减小减速运动。当线框全部进,入磁场开始做匀速运动,在出磁场过程中,仍做加速度减小减速运动,故只有D选项正确。,评析考查了电磁感应现象中力电综合问题,解答这类题关键是确定导线框受安培力,结,合牛顿运动定律能够确定出力与运动关系,从而画出速度与时间关系图线。,45/121,4.(课标,20,6分)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.,1 m、总电阻为0.005 正方形导线框,abcd,位于纸面内,cd,边与磁场边界平行,如图(a)所表示。已,知导线框一直向右做匀速直线运动,cd,边于,t,=0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间改变,图线如图(b)所表示(感应电流方向为顺时针时,感应电动势取正)。以下说法正确是,(),A.磁感应强度大小为0.5 T,B.导线框运动速度大小为0.5 m/s,C.磁感应强度方向垂直于纸面向外,D.在,t,=0.4 s至,t,=0.6 s这段时间内,导线框所受安培力大小为0.1 N,二、多项选择题,46/121,答案BC本题考查电磁感应、安培力。导线框匀速进入磁场时速度,v,=,=,m/s=0.5 m/s,选项B正确;由,E,=,BLv,得,B,=,=,T=0.2 T,选项A错误;由右手定则可确定磁感应强度方向,垂直于纸面向外,选项C正确;导线框所受安培力,F,=,BLI,=,BL,=0.2,0.1,N=0.04 N,选项D错,误。,贮备知识依据图像和导线框匀速运动,获取信息,结合安培力、导体切割磁感线产生感应电动,势能够确定选项。,47/121,5.(课标,20,6分)法拉第圆盘发电机示意图如图所表示。铜圆盘安装在竖直铜轴上,两,铜片,P,、,Q,分别与圆盘边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上匀强磁场,B,中。圆盘旋转,时,关于流过电阻,R,电流,以下说法正确是,(),A.若圆盘转动角速度恒定,则电流大小恒定,B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿,a,到,b,方向流动,C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生改变,则电流方向可能发生改变,D.若圆盘转动角速度变为原来2倍,则电流在,R,上热功率也变为原来2倍,48/121,答案AB设圆盘半径为,L,可认为圆盘由无数根辐条组成,则每根辐条切割磁感线产生感,应电动势,E,=,BL,2,整个回路中电源为无数个电动势为,E,电源并联而成,电源总内阻为零,故,回路中电流,I,=,=,由此可见A正确。,R,上热功率,P,=,I,2,R,=,由此可见,变为原来2,倍时,P,变为原来4倍,故D错。由右手定则可判知B正确。电流方向与导体切割磁感线方向,相关,而与切割速度大小无关,故C错。,疑难突破金属圆盘在恒定匀强磁场中转动时,其等效电源模型如图所表示,每个电源电动,势,E,=,BL,2,(,L,为圆盘半径),内阻为,r,0,则,n,个电源并联后总电动势仍为,E,总内阻,r,=,n,时,r,=0。,49/121,6.(课标,25,20分)如图,两条相距,l,光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内,其左端接,一阻值为,R,电阻;一与导轨垂直金属棒置于两导轨上;在电阻、导轨和金属棒中间有一面积,为,S,区域,区域中存在垂直于纸面向里均匀磁场,磁感应强度大小,B,1,随时间,t,改变关系为,B,1,=,kt,式中,k,为常量;在金属棒右侧还有一匀强磁场区域,区域左边界,MN,(虚线)与导轨垂直,磁场磁,感应强度大小为,B,0,方向也垂直于纸面向里。某时刻,金属棒在一外加水平恒力作用下从静止,开始向右运动,在,t,0,时刻恰好以速度,v,0,越过,MN,今后向右做匀速运动。金属棒与导轨一直相互垂,直并接触良好,它们电阻均忽略不计。求,(1)在,t,=0到,t,=,t,0,时间间隔内,流过电阻电荷量绝对值;,(2)在时刻,t,(,t,t,0,)穿过回路总磁通量和金属棒所受外加水平恒力大小。,三、非选择题,50/121,解析(1)在金属棒越过,MN,之前,t,时刻穿过回路磁通量为,=,ktS,设在从,t,时刻到,t,+,t,时间间隔内,回路磁通量改变量为,流过电阻,R,电荷量为,q,。由法,拉第电磁感应定律有,=-,由欧姆定律有,i,=,由电流定义有,i,=,联立式得|,q,|=,t,由式得,在,t,=0到,t,=,t,0,时间间隔内,流过电阻,R,电荷量,q,绝对值为,|,q,|=,(2)当,t,t,0,时,金属棒已越过,MN,。因为金属棒在,MN,右侧做匀速运动,有,f,=,F,式中,f,是外加水平恒力,F,是匀强磁场施加安培力。设此时回路中电流为,I,F,大小为,F,=,B,0,lI,此时金属棒与,MN,之间距离为,s,=,v,0,(,t,-,t,0,),匀强磁场穿过回路磁通量为,=,B,0,ls,答案(1),(2),B,0,lv,0,(,t,-,t,0,)+,kSt,(,B,0,lv,0,+,kS,),51/121,回路总磁通量为,t,=,+,式中,仍如式所表示。由,式得,在时刻,t,(,t,t,0,)穿过回路总磁通量为,t,=,B,0,lv,0,(,t,-,t,0,)+,kSt,在,t,到,t,+,t,时间间隔内,总磁通量改变,t,为,t,=(,B,0,lv,0,+,kS,),t,由法拉第电磁感应定律得,回路感应电动势大小为,t,=,由欧姆定律有,I,=,联立,式得,f,=(,B,0,lv,0,+,kS,),评分参考第(1)问7分,式各1分,式2分;第(2)问13分,式2分,式各1分,式各2分,式各1分。,易错点拨(1)在计算磁通量时,用是左侧矩形面积,而不是圆形磁场面积,从而造成犯错。(2),当金属棒越过,MN,后计算磁通量时,得出金属棒与,MN,距离,s,=,v,0,t,从而造成犯错。,52/121,1.(课标,18,6分)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上形貌。为了有,效隔离外界振动对STM扰动,在圆底盘周围沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场,来快速衰减其微小振动,如图所表示。无扰动时,按以下四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰,动后,对于紫铜薄板上下及左右振动衰减最有效方案是,(),考点三电磁感应中动力学与能量问题,一、单项选择题,53/121,答案A本题考查电磁阻尼。因为要求有效衰减紫铜薄板上下及左右微小振动,则在紫,铜薄板发生微小上下或左右振动时,经过紫铜薄板横截面磁通量应均能发生改变,由图能够,看出,只有A图方案中才能使两方向上微小振动得到有效衰减。,方法技巧电磁感应中金属块等效,金属块在有界匀强磁场中平动时,能够等效为一系列垂直于磁场闭合框;金属块在匀强磁场中,转动时,可等效为一系列沿半径方向排列导体棒。,54/121,2.(天津理综,3,6分)如图所表示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有电阻,R,。金属,棒,ab,与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。,现使磁感应强度随时间均匀减小,ab,一直保持静止,以下说法正确是,(),A.,ab,中感应电流方向由,b,到,a,B.,ab,中感应电流逐步减小,C.,ab,所受安培力保持不变,D.,ab,所受静摩擦力逐步减小,55/121,答案D本题考查楞次定律、电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力、平衡条件。由,于经过回路磁通量向下减小,则依据楞次定律可知,ab,中感应电流方向由,a,到,b,A错误。因,ab,不动,回路面积不变;当,B,均匀减小时,由,E,=,n,=,n,S,知,产生感应电动势恒定,回路中感应电,流,I,=,恒定,B错误。由,F,=,BIL,知,F,随,B,减小而减小,C错误。对,ab,由平衡条件有,f,=,F,故D正确。,一题多解广义楞次定律,因,B,减小时引发回路磁通量减小,由广义楞次定律可知回路有扩张趋势,则,ab,所受安培力方向,向右,再由左手定则能够判定,ab,中感应电流方向从,a,到,b,故A错误。,56/121,3.(北京理综,24,20分)发电机和电动机含有装置上类似性,源于它们机理上类似性。直,流发电机和直流电动机工作原理能够简化为如图1、图2所表示情景。,二、非选择题,在竖直向下磁感应强度为,B,匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道,MN,、,PQ,固定在水平面内,相距为,L,电阻不计。电阻为,R,金属导体棒,ab,垂直于,MN,、,PQ,放在轨道上,与轨道接触良好,以,速度,v,(,v,平行于,MN,)向右做匀速运动。,图1轨道端点,M,、,P,间接有阻值为,r,电阻,导体棒,ab,受到水平向右外力作用。图2轨道端,点,M,、,P,间接有直流电源,导体棒,ab,经过滑轮匀速提升重物,电路中电流为,I,。,57/121,(1)求在,t,时间内,图1“发电机”产生电能和图2“电动机”输出机械能。,(2)从微观角度看,导体棒,ab,中自由电荷所受洛仑兹力在上述能量转化中起着主要作用。为了,方便,可认为导体棒中自由电荷为正电荷。,a.请在图3(图1导体棒,ab,)、图4(图2导体棒,ab,)中,分别画出自由电荷所受洛仑兹力示意图。,b.我们知道,洛仑兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒,ab,中自由电荷所受洛仑兹力是怎样在,能量转化过程中起到作用呢?请以图2“电动机”为例,经过计算分析说明。,58/121,答案看法析,解析本题考查发电机和电动机机理分析、洛仑兹力方向及其在能量转化中作用。,(1)图1中,电路中电流,I,1,=,棒,ab,受到安培力,F,1,=,BI,1,L,在,t,时间内,“发电机”产生电能等于棒,ab,克服安培力做功,E,电,=,F,1,v,t,=,图2中,棒,ab,受到安培力,F,2,=,BIL,在,t,时间内,“电动机”输出机械能等于安培力对棒,ab,做功,E,机,=,F,2,v,t,=,BILv,t,(2)a.如图3、图4所表示。,59/121,b.设自由电荷电荷量为,q,沿导体棒定向移动速率为,u,。,如图4所表示,沿棒方向洛仑兹力,f,1,=,qvB,做负功,W,1,=-,f,1,u,t,=-,qvBu,t,垂直棒方向洛仑兹力,f,2,=,quB,做正功,W,2,=,f,2,v,t,=,quBv,t,所以,W,1,=-,W,2,即导体棒中一个自由电荷所受洛仑兹力做功为零。,f,1,做负功,妨碍自由电荷定向移动,宏观上表现为“反电动势”,消耗电源电能;,f,2,做正功,宏,观上表现为安培力做正功,使机械能增加。大量自由电荷所受洛仑兹力做功宏观表现是将电,能转化为等量机械能,在此过程中洛仑兹力经过两个分力做功起到“传递”能量作用。,疑难突破洛仑兹力做功及其作用,在“发电机”模型中,外力促使导体棒做切割磁感线运动时,棒中自由电荷随棒运动,从而会受,到沿棒方向洛仑兹力,表现为“电源中非静电力”,这一力做正功,起到了使其它形式能量,向电能转化作用;在“电动机”模型中,外电源使导体棒中产生电场,在电场力作用下,导体棒,中自由电荷沿棒运动,从而受到垂直于棒方向洛仑兹力,宏观上表现为“导体棒受到安培,力”,这一力做正功,起到了使电能向其它形式能量转化作用。,60/121,4.(天津理综,12,20分)电磁轨道炮利用电流和磁场作用使炮弹取得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图,图中直流电源电动势为,E,电容器电容为,C,。两根固定于水平面内光滑平行金属导轨间距为,l,电阻不计。炮弹可视为一质量为,m,、电阻为,R,金属棒,MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。首先开关S接1,使电容器完全充电。然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为,B,匀强磁场(图中未画出),MN,开始向右加速运动。当,MN,上感应电动势与电容器两极板间电压相等时,回路中电流为零,MN,到达最大速度,之后离开导轨。问:,(1)磁场方向;,(2),MN,刚开始运动时加速度,a,大小;,(3),MN,离开导轨后电容器上剩下电荷量,Q,是多少。,答案(1)看法析(2),(3),61/121,解析本题考查安培力及其应用、电容器、动量定理、电磁感应定律等多个考点综合应用。,(1)垂直于导轨平面向下。,(2)电容器完全充电后,两极板间电压为,E,当开关S接2时,电容器放电,设刚放电时流经,MN,电流为,I,有,I,=,设,MN,受到安培力为,F,有,F,=,IlB,由牛顿第二定律,有,F,=,ma,联立式得,a,=,(3)当电容器充电完成时,设电容器上电荷量为,Q,0,有,Q,0,=,CE,62/121,开关S接2后,MN,开始向右加速运动,速度到达最大值,v,max,时,设,MN,上感应电动势为,E,有,E,=,Blv,max,依题意有,E,=,设在此过程中,MN,平均电流为,MN,上受到平均安培力为,有,=,lB,由动量定理,有,t,=,mv,max,-0,又,t,=,Q,0,-,Q,联立式得,Q,=,63/121,解题关键动量定理在电磁感应中应用,本题中,电容器放电引发电容器两极板间电压减小,同时,MN,棒加速产生反电动势增大,故回,路中电流逐步减小,故,MN,棒所受安培力也逐步减小,所以对,MN,棒运动过程应用动量定理时,安,培力冲量应用平均安培力乘时间来计算,则,t,=,lB,t,=,BlQ,=,mv,max,Q,为流过,MN,棒总电荷,量,即电容器放出总电荷量。,64/121,5.(上海单科,33,14分)如图,一关于,y,轴对称导体轨道位于水平面内,磁感应强度为,B,匀强,磁场与平面垂直。一足够长、质量为,m,直导体棒沿,x,方向置于轨道上,在外力,F,作用下从原点,由静止开始沿,y,轴正方向做加速度为,a,匀加速直线运动,运动时棒与,x,轴一直平行。棒单位长,度电阻为,与电阻不计轨道接触良好,运动中产生热功率随棒位置改变规律为,P,=,k,(SI)。求:,(1)导体轨道轨道方程,y,=,f,(,x,);,(2)棒在运动过程中受到安培力,F,m,随,y,改变关系;,(3)棒从,y,=0运动到,y,=,L,过程中外力,F,功。,答案(1),y,=,x,2,(2),F,m,=,y,(3),L,2,+,maL,65/121,解析(1)设棒运动到某一位置时与轨道接触点坐标为(,x,y,),安培力,F,m,=,安培力功率,P,=,F,m,v,=,=,k,棒做匀加速运动,v,2,=2,ay,R,=2,x,代入前式得,y,=,x,2,轨道形状为抛物线。,(2)安培力,F,m,=,v,=,以轨道方程代入得,F,m,=,y,(3)由动能定理,W,=,W,m,+,mv,2,安培力做功,W,m,=,L,2,66/121,棒在,y,=,L,处动能为,mv,2,=,maL,外力做功,W,=,L,2,+,maL,67/121,6.(浙江理综,24,20分)小明同学设计了一个“电磁天平”,如图1所表示,等臂天平左臂为挂,盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡。线圈水平边长,L,=0.1 m,竖直边长,H,=0.3 m,匝数为,N,1,。线圈,下边处于匀强磁场内,磁感应强度,B,0,=1.0 T,方向垂直线圈平面向里。线圈中通有可在02.0 A,范围内调整电流,I,。挂盘放上待测物体后,调整线圈中电流使天平平衡,测出电流即可测得物,体质量。(重力加速度取,g,=10 m/s,2,),图1,(1)为使电磁天平量程到达0.5 kg,线圈匝数,N,1,最少为多少?,(2)深入探究电磁感应现象,另选,N,2,=100匝、形状相同线圈,总电阻,R,=10。不接外电流,两,臂平衡。如图2所表示,保持,B,0,不变,在线圈上部另加垂直纸面向外匀强磁场,且磁感应强度,B,随,68/121,时间均匀变大,磁场区域宽度,d,=0.1 m。当挂盘中放质量为0.01 kg物体时,天平平衡,求此时磁,感应强度改变率,。,图2,69/121,解析(1)线圈受到安培力,F,=,N,1,B,0,IL,天平平衡,mg,=,N,1,B,0,IL,代入数据得,N,1,=25,(2)由电磁感应定律得,E,=,N,2,E,=,N,2,Ld,由欧姆定律得,I,=,线圈受到安培力,F,=,N,2,B,0,I,L,天平平衡,m,g,=,B,0,代入数据可得,=0.1 T/s,答案(1)25(2)0.1 T/s,70/121,7.(广东理综,35,18分,)如图(a)所表示,平行长直金属导轨水平放置,间距,L,=0.4 m。导轨右端,接有阻值,R,=1 电阻。导体棒垂直放置在导轨上,且接触良好。导体棒及导轨电阻均不,计。导轨间正方形区域,abcd,内有方向竖直向下匀强磁场,b,、,d,连线与导轨垂直,长度也为,L,。,从0时刻开始,磁感应强度,B,大小随时间,t,改变,规律如图(b)所表示;同一时刻,棒从导轨左端开始,向右匀速运动,1 s后刚好进入磁场。若使棒在导轨上一直以速度,v,=1 m/s 做直线运动,求:,(1)棒进入磁场前,回路中电动势,E,;,(2)棒在运动过程中受到最大安培力,F,以及棒经过三角形,abd,区域时电流,i,与时间,t,关系式。,(a),(b),答案(1)0.04 V,(2)0.04 N,i,=,t,-1(1 s,t,1.2 s),71/121,解析(1)由图(b)可知01.0 s内,B,改变率,=0.5 T/s,正方形磁场区域面积,S,=,=0.08 m,2,棒进入磁场前01.0 s内回路中感应电动势,E,=,=,由得,E,=0.08,0.5 V=0.04 V,(2)当棒经过,bd,位置时,有效切割长度最大,感应电流最大,棒受到最大安培力,F,=,BIL,棒过,bd,时感应电动势,E,m,=,BLv,=0.5,0.4,1 V=0.2 V,棒过,bd,时电流,I,=,72/121,由得,F,=0.04 N,棒经过,a,点后在三角形,abd,区域中有效切割长度,L,与时间,t,关系:,L,=2,v,(,t,-1),其中,t,取值范围为1 s,t,1.2 s,电流,i,与时间,t,关系式,i,=,=,=,t,-1(1 s,t,1.2 s),73/121,1.(课标,14,6分)在法拉第时代,以下验证“由磁产生电”构想试验中,能观察到感应电