1、第2讲 电磁感应规律及综合应用,-2-,网络构建,要点必备,-3-,网络构建,要点必备,1.“三定则、一定律”的应用 (1)安培定则:判断运动电荷、电流产生的磁场方向。 (2)左手定则:判断磁场对运动电荷、电流的作用力的方向。 (3)右手定则:判断部分导体切割磁感线产生感应电流的方向。 (4)楞次定律:判断闭合电路磁通量发生变化产生感应电流的方向。 2.求感应电动势的两种方法 (1)E= ,用来计算感应电动势的平均值。 (2)E=BLv,用来计算感应电动势的瞬时值或平均值。,-4-,1,2,3,4,1.(多选)(2018全国卷)如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ
2、的右侧。导线PQ中通有正弦式交变电流i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向。导线框R中的感应电动势( ),AC,-5-,1,2,3,4,考点定位:交变电流图象、法拉第电磁感应定律、楞次定律 命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点:科学思维 误区警示:解答此题常见错误主要有:一是由于题目以交变电流图象给出解题信息,导致一些同学看到题后,不知如何入手;二是不能正确运用法拉第电磁感应定律分析判断;三是不能正确运用楞次定律分析判断,陷入误区。,-6-,1,2,3,4,-7-,1,2,3,4,2. (多选)(2017全国卷)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与
3、纸面垂直。边长为0.1 m、总电阻为0.005 的正方形导线框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变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是 ( )A.磁感应强度的大小为0.5 T B.导线框运动速度的大小为0.5 m/s C.磁感应强度的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,导线框所受的安培力大小为0.1 N,BC,-8-,1,2,3,4,考点定位:E=BLv的理解和应用 命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力
4、 物理学科素养点:科学思维 解题思路与方法:由于导线框一直向右做匀速直线运动,所以不管是cd边还是ab边切割磁感线时产生的感应电动势大小相等。,-9-,1,2,3,4,-10-,1,2,3,4,3. (多选)(2016全国卷)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是( )A.若圆盘转动的角速度恒定,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的方向流动 C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化 D.若圆盘
5、转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍,AB,-11-,1,2,3,4,考点定位:法拉第电磁感应定律 命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点:科学思维 解题思路与方法:法拉第圆盘是课本上介绍的装置,在高考中多次出现;解题时要会分析等效电源:相当于一条半径旋转切割磁感线,记住求解感应电动势的公式E= Bl2,并能搞清整个电路的结构。,-12-,1,2,3,4,-13-,1,2,3,4,4.(多选)(2016全国卷)如图,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMO
6、N的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则( )A.两导线框中均会产生正弦交式变电流 B.两导线框中感应电流的周期都等于T C.在 时,两导线框中产生的感应电动势相等 D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等,BC,-14-,1,2,3,4,考点定位:楞次定律的应用、E=BLv的理解、有效值的概念 命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点:科学思维 解题思路与方法:在分析导体切割磁感线运动、计算电动势时,一定要注意导体切割磁感线的有效长度,在计算
7、交变电流的有效值时,一定要注意三个相同:相同电阻,相同时间,相同热量。,-15-,1,2,3,4,所以选项A错误,选项B、C正确。由有效值定义可知M、N线圈中电流的有效值不相等,D项错误。,-16-,1,2,3,4,【命题规律研究及预测】 分析高考试题可以看出,电磁感应问题高考试题每年都出现。主要考查电磁感应现象、楞次定律、法拉第电磁感应定律。题型一般为选择题。 在2019年的备考过程中要重视楞次定律、法拉第电磁感应定律的复习,尤其是图象问题。,-17-,考点一,考点二,考点三,楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用(M) 规律方法 1.感应电流方向的判断方法 (1)右手定则,即根据导体在磁场中做
8、切割磁感线运动的情况进行判断; (2)楞次定律,即根据穿过闭合回路的磁通量的变化情况进行判断。 2.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式 (1)阻碍原磁通量的变化“增反减同”; (2)阻碍相对运动“来拒去留”;(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”; (4)阻碍原电流的变化(自感现象)“增反减同”。,-18-,考点一,考点二,考点三,3.感应电动势大小的计算 (1)法拉第电磁感应定律:E= ,适用于普遍情况。 (2)E=Blv,适用于导体棒平动切割磁感线的情况。 (3)E= Bl2,适用于导体棒旋转切割磁感线的情况。,-19-,考点一,考点二,考点三,【典例1】(2017全国卷)如图,在方
9、向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一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位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( ) 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 思维点拨PQ切割磁感线,根据右手定则判断;PQRS产生电流后,会对穿过T的磁感应强度产生影响,根据楞次定律分析T中的感应电流的变化情况。,D,-20-,考
10、点一,考点二,考点三,解析 金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确。,-21-,考点一,考点二,考点三,1.(多选)(2018河南洛阳尖子生联考)如图甲所示,无限长通电直导线MN固定在绝缘水平面上,导线中通有图乙所示的电流i(沿NM方向为正)。与R组成闭合电路的导线框ABCD与直导线处在同一水平面内,AB边平行于直导线,则( )A.0t0时间内,流过R的电流方向为CRD B.
11、t02t0时间内,流过R的电流方向为CRD C.0t0时间内,导线框所受安培力的大小先增大后减小 D.t02t0时间与2t03t0时间内,导线框所受安培力的方向均向右,AC,-22-,考点一,考点二,考点三,解析 0t0时间内,导线中电流沿正方向增大,则线圈中的磁场向里增大,由楞次定律可知,流过R的电流方向为CRD,故A正确;t02t0时间内,电流正方向减小,则线圈中磁场向里减小。由楞次定律可知流过R的电流方向为DRC,故B错误;0t0时间内,开始感应电流增大,则安培力增大,但随后由于电流的变化越来越慢,故感应电流越来越小,故导线所受安培力的大小先增大后减小。故C正确;t02t0时间内电流为减
12、小过程,根据“来拒去留”规律可知,线圈有向左的运动趋势,故受力向左。而2t03t0时间内,导线框所受安培力的方向向右。故D错误。故选AC。,-23-,考点一,考点二,考点三,2.(多选)(2018全国卷)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态,下列说法正确的是( )A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动 B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
13、 D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,AD,-24-,考点一,考点二,考点三,解析 如图甲所示,闭合开关瞬间右边线圈产生电流,左边线圈磁通量增强。由楞次定律可知,增反减同,左边线圈感应磁场方向向左。根据右手螺旋定则可得铁芯中电流方向为从南到北。由此可得铁芯上方磁场为垂直纸面向里,则磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A项正确。,甲,-25-,考点一,考点二,考点三,开关闭合并保持一段时间后电路稳定,线圈中无磁通量变化,则铁芯中无电流,小磁针恢复南北指向,故B、C项错误;如图乙所示,开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,左边线圈磁通量减小,由增反减同得
14、其感应磁场方向向右。由右手螺旋定则可得铁芯中电流由北到南,铁芯上方磁场为垂直纸面向外,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故D项正确。乙,-26-,考点一,考点二,考点三,电磁感应中的图象问题(H) 规律方法 解决电磁感应图象问题的一般步骤 1.明确图象的种类,即是B-t图还是-t图,或者E-t图、I-t图等。 2.分析电磁感应的具体过程。 3.用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。 4.结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式。 5.根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。 6.画图象或判断图象。,-27-,考点一,考点二,考点三,【典例2】(2
15、018全国卷)如图,在同一水平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下,一边长为 的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动。线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是( ),D,-28-,考点一,考点二,考点三,思维点拨找到线框在移动过程中哪一部分切割磁感线,并根据右手定则判断电流的方向,从而判断整个回路中总电流的方向。要分过程处理本题。,解析 在00.5l过程,前、后两边均切割磁感线,产生相同方向(顺时针)、等大不变的电动势,产生同方向、不变的电流;在0.5ll过程,前、后两边均切割磁感线,产生反向、等大不变的电动势,线框
16、中总电动势为零,电流为零;在l1.5l过程,前、后两边均切割磁感线,产生相同方向(逆时针)、等大不变的电动势,产生同方向、不变的电流,选项D正确。,方法技巧根据线圈的运动利用楞次定律找到电流的方向,并计算电流的大小从而找到符合题意的图象。,-29-,考点一,考点二,考点三,3. (2018河北张家口期末)一正三角形导线框ABC(高为a)从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两匀强磁场区域。两磁场区域磁感应强度大小均为B,磁场方向相反且均垂直于平面、宽度均为a。则感应电流I与线框移动距离x的关系图线可能是(以逆时针方向为感应电流的正方向)( ),C,-30-,考点一,考点二,考点三,解析 当线框移动距离
17、x在a2a范围,线框穿过两磁场分界线时,BC、AC边在右侧磁场中切割磁感线,有效切割长度逐渐增大,产生的感应电动势E1增大,AB边在左侧磁场中切割磁感线,产生的感应电动势E2不变,两个电动势串联,总电动势E=E1+E2增大,为负值,故A、D错误;当线框移动距离x在0a范围,线框穿过左侧磁场时,根据楞次定律,感应电流方向为逆时针,为正值,故B错误。所以C正确。,-31-,考点一,考点二,考点三,4.(多选)(2018安徽安庆二模)如图甲所示,光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成角,M、P两端接一电阻R,整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。t=0时对金属棒施加一平行于导轨的外力F
18、,使金属棒由静止开始沿导轨向上运动,金属棒电阻为r,导轨电阻忽略不计。已知通过电阻R的感应电流I随时间t变化的关系如图乙所示。下列关于棒运动速度v、外力F、流过R的电荷量q以及闭合回路中磁通量的变化率 随时间变化的图象正确的是( ),AB,-32-,考点一,考点二,考点三,-33-,考点一,考点二,考点三,电磁感应中的综合问题(M) 规律方法 解答电磁感应中的综合问题的“五分析” (1)电路分析:确定电源,画出等效电路,明确内、外电路,分析电路的串、并联关系。 (2)受力分析:注意导体棒所受的安培力大小和方向。 (3)运动分析:对运动过程进行“慢进”式推理分析,应用牛顿第二定律对运动过程中各物
19、理量进行分析。 (4)能量分析:分析运动过程中各力做功情况,明确能量转化形式。 (5)规律分析:根据牛顿第二定律,运动学方程,动能定理、能量守恒定律合理组合优化。,-34-,考点一,考点二,考点三,【典例3】(2018河北张家口期末)如图所示,两根半径为r的四分之一圆弧轨道间距为L,其顶端a、b与圆心处等高,轨道光滑且电阻不计,在其上端连有一阻值为R的电阻,整个装置处于辐向磁场中,磁场方向指向圆心O。圆弧轨道所在处的磁感应强度大小均为B。将一根长度稍大于L、质量为m、电阻为R0的金属棒从轨道顶端ab处由静止释放。已知当金属棒到达如图所示的cd位置(金属棒与轨道圆心连线和水平面夹角为)时,金属棒
20、的速度达到最大;当金属棒到达轨道底端ef时,对轨道的压力为1.5mg。求:,-35-,考点一,考点二,考点三,(1)当金属棒的速度最大时,流经电阻R的电流大小和方向; (2)金属棒滑到轨道底端的整个过程中流经电阻R的电荷量; (3)金属棒滑到轨道底端的整个过程中电阻R上产生的热量。 思维点拨(1)金属棒速度最大时,在轨道切线方向所受合力为0,由此条件列式求解流经电阻R的电流大小,由右手定则判断电流方向。 (2)金属棒下滑过程中,回路的磁通量增加,先求出磁通量的增加量,再由法拉第电磁感应定律和欧姆定律求电荷量。 (3)先由牛顿第二定律求出金属棒到达最低点时的速度,再根据能量守恒定律求电阻R上产生
21、的热量。,-36-,考点一,考点二,考点三,-37-,考点一,考点二,考点三,-38-,考点一,考点二,考点三,5. (多选)(2018四川乐山二调)如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为,上端接有定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B,将质量为m的导体棒由静止释放,当速度达到v时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2v的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g。下列选项正确的是 ( ) A.拉力的功率P=2mgvsin B.拉力的功率P=3mgvsin C.
22、当导体棒速度达到 时加速度大小为 sin D.在速度达到2v以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功,AC,-39-,考点一,考点二,考点三,-40-,考点一,考点二,考点三,6.(多选)(2018辽宁葫芦岛一模)如图所示,两间距为d的平行光滑导轨由固定在同一水平面上的导轨CD-CD和竖直平面内半径为r的圆弧导轨AC-AC组成,水平导轨与圆弧导轨相切,左端接阻值为R的电阻;水平导轨处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。导体棒甲静止于CC处,导体棒乙从AA处由静止释放,沿圆弧导轨运动,与甲相碰后粘合在一起,并在到达水平导轨左端前停止。两棒的质量均为m,导体棒及导轨的电阻均不计,重力加速度大小为g。下列判断正确的是( ),BD,-41-,考点一,考点二,考点三,
