《大高考》2016屆高考物理(全國通用)配套課件+配套練習：專題十 電磁感應

知識點一電磁感應現(xiàn)象1.電磁感應現(xiàn)象當穿過閉合電路的磁通量_________時，電路中有_________產生的現(xiàn)象.2.產生感應電流的條件(1)條件：穿過閉合電路的磁通量_________.(2)特例：閉合電路的一部分導體在磁場內做___________的運動.

發(fā)生變化感應電流發(fā)生變化切割磁感線3.產生電磁感應現(xiàn)象的實質電磁感應現(xiàn)象的實質是產生____________，如果回路閉合則產生__________；如果回路不閉合，則只產生___________，而不產生__________.4.能量轉化發(fā)生電磁感應現(xiàn)象時，機械能或其他形式的能轉化為_____.

感應電動勢感應電流感應電動勢感應電流電能【易錯防范】(1)閉合電路內只要有磁通量，就有感應電流產生.(

)(2)電路的磁通量變化，電路中就一定有感應電流.(

)(3)線框不閉合時，即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化，線框中也沒有感應電流 產生.(

)(4)當導體切割磁感線時，一定產生感應電流.(

)

××√×知識點二楞次定律阻礙磁通量導體運動切割磁感線【易錯防范】(1)由楞次定律知，感應電流的磁場一定與引起感應電流的磁場方向相反.(

)(2)回路不閉合，穿過回路的磁通量變化時，也會產生“阻礙”作用.(

)(3)感應電流的磁場一定阻礙引起感應電流的磁場的磁通量的變化.(

)

××√知識點三法拉第電磁感應定律1.感應電動勢(1)概念：在_____________中產生的電動勢.(2)產生條件：穿過回路的______發(fā)生改變,與電路是否閉合_____.(3)方向判斷：感應電動勢的方向用_________或_________判斷.

電磁感應現(xiàn)象磁通量無關楞次定律右手定則2.法拉第電磁感應定律(1)內容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的_______________成正比.(2)公式：_________，其中n為_________.(3)感應電流與感應電動勢的關系：遵守______________定律，即I＝______.

磁通量的變化率線圈匝數(shù)閉合電路歐姆(4)導體切割磁感線時的感應電動勢BLvBLvsinθ【易錯防范】(1)線圈中磁通量越大，產生的感應電動勢越大.(

)(2)線圈中磁通量變化越大，產生的感應電動勢越大.(

)(3)線圈中磁通量變化越快，產生的感應電動勢越大.(

)(4)線圈中磁通量增加時感應電動勢增大，線圈中磁通量減小時感應電動勢減小.(

)

××√×知識點四自感渦流1.自感現(xiàn)象由于通過導體自身的_____________而產生的電磁感應現(xiàn)象.2.自感電動勢(1)定義：在________中產生的感應電動勢.(2)表達式：________.(3)自感系數(shù)L①相關因素：與線圈的大小、形狀、_____以及是否有______等因素有關.②單位：亨利(H)，常用單位還有毫亨(mH)、微亨(μH)、1mH＝______H， 1μH＝_____H.

電流發(fā)生變化自感現(xiàn)象圈數(shù)鐵芯10－310－63.渦流當線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的導體中產生的像水的旋渦一樣的_________.電磁阻尼:當導體在磁場中運動時,感應電流會使導體受到_______,安培力的方向總是______導體的相對運動.

感應電流安培力阻礙【名師助學】要點一楞次定律的理解及應用[突破指南]1.判斷感應電流方向的“四步法”

2.用右手定則判斷該方法適用于部分導體切割磁感線.判斷時注意掌心、四指、拇指的方向：(1)掌心——磁感線垂直穿入；(2)拇指——指向導體運動的方向；(3)四指——指向感應電流的方向.【典例1】

(2015·湖南五市十校聯(lián)考)(多選)下列各圖是驗證楞次定律實驗的示意圖，豎直放置的線圈固定不動，將磁鐵從線圈上方插入或拔出，線圈和電流表構成的閉合回路中就會產生感應電流.各圖中分別標出了磁鐵的極性、磁鐵相對線圈的運動方向以及線圈中產生的感應電流的方向等情況，其中正確的是(

)審題指導解析根據(jù)楞次定律可確定感應電流的方向：以C選項為例，當磁鐵向下運動時：(1)閉合線圈磁場的方向——向上；(2)穿過閉合線圈的磁通量的變化——增加；(3)感應電流產生的磁場方向——向下；(4)利用安培定則判斷感應電流的方向——與圖中箭頭方向相同.線圈的上端為S極，磁鐵與線圈相互排斥.運用以上分析法可知，C、D正確.

答案CD【借題發(fā)揮】

楞次定律中“阻礙”的主要表現(xiàn)形式要點二“三個定則、一個定律”的綜合應用技巧[突破指南]1.應用現(xiàn)象及規(guī)律比較

基本現(xiàn)象應用的定則或定律運動電荷、電流產生的磁場安培定則磁場對運動電荷、電流的作用力左手定則電磁感應部分導體做切割磁感線運動右手定則閉合回路磁通量變化楞次定律2.應用技巧各定則應用的關鍵是抓住因果關系：(1)因電而生磁(I→B)→安培定則；(2)因動而生電(v、B→I)→右手定則；(3)因電而受力(I、B→F安)→左手定則.3.一般解題步驟(1)分析題干條件，找出閉合電路或切割磁感線的導體棒.(2)結合題中的已知條件和待求量的關系選擇恰當?shù)囊?guī)律.(3)正確地利用所選擇的規(guī)律進行分析和判斷.

【典例2】

(2015·遼寧葫蘆島六校聯(lián)考)(多選)如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，MN的左邊有一閉合電路，當PQ在外力的作用下運動時，MN向右運動.則PQ所做的運動可能是(

)A.向右加速運動B.向左加速運動C.向右減速運動D.向左減速運動

答案BC【借題發(fā)揮】

電勢高低的判斷方法(1)明確電路中哪部分導體相當于電源；(2)根據(jù)楞次定律或右手定則判斷出感應電流的方向；(3)電流方向在電源內部：從低電勢(負極)流向高電勢(正極)；在電源外部：從高電勢(正極)流向低電勢(負極).

【典例3】

如圖所示，勻強磁場中有一矩形閉合線圈abcd，線圈平面與磁場垂直.已知線圈的匝數(shù)N＝100，邊長ab＝1.0m、bc＝0.5m，電阻r＝2Ω.磁感應強度B在0～1s內從零均勻變化到0.2T.在1～5s內從0.2T均勻變化到－0.2T，取垂直紙面向里為磁場的正方向.求：(1)0.5s時線圈內感應電動勢的大小E和感應電流的方向；(2)在1～5s內通過線圈的電荷量q；(3)在0～5s內線圈產生的焦耳熱Q.

審題指導

(1)0～1s內誰引起線圈中的磁通量發(fā)生變化？(2)感應電動勢的計算公式E＝

.(3)公式q＝It中的I應為電路中電流

值，如何計算電流I?(4)①公式Q＝I2rt中的I是恒定的還是變化的？②在0～5s內線圈的電流一樣嗎？如何計算0～5內線圈產生的焦耳熱？

答案

(1)10V

adcba(或逆時針)

(2)10C

(3)100J要點四導體切割磁感線產生感應電動勢的計算[突破指南]1.四種求感應電動勢方法的比較表達式情景圖研究對象意義適用條件E＝回路(不一定閉合)一般求平均電動勢，當Δt→0時求的是瞬時電動勢勻強磁場定量計算，非勻強磁場定性分析【典例4】

如圖所示，水平桌面上固定有一半徑為R的金屬細圓環(huán)，環(huán)面水平，圓環(huán)每單位長度的電阻為r，空間有一勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向豎直向下；一長度為2R、電阻可忽略的導體棒置于圓環(huán)左側并與環(huán)相切，切點為棒的中點.棒在拉力的作用下以恒定加速度a從靜止開始向右運動，運動過程中棒與圓環(huán)接觸良好.下列說法正確的是(

)A.拉力的大小在運動過程中保持不變B.棒通過整個圓環(huán)所用的時間為C.棒經過環(huán)心時流過棒的電流為B/πrD.棒經過環(huán)心時所受安培力的大小為8B2R/πr【解題探究】

(1)棒做

直線運動.(2)棒經過環(huán)心時，切割有效長度為

.(3)棒經過環(huán)心時，兩側的電阻

聯(lián)，r總＝

.答案D要點五電磁感應中的電路問題[突破指南]1.電磁感應中電路知識的關系圖

2.電磁感應中電路問題的題型特點閉合電路中磁通量發(fā)生變化或有部分導體做切割磁感線運動，在回路中將產生感應電動勢和感應電流.從而考題中常涉及電流、電壓、電功等的計算，也可能涉及電磁感應與力學、電磁感應與能量的綜合分析.

3.分析電磁感應電路問題的基本思路【典例5】

如圖(a)所示，在垂直于勻強磁場B的平面內，半徑為r的金屬圓盤繞過圓心O的軸轉動，圓心O和邊緣K通過電刷與一個電路連接.電路中的P是加上一定正向電壓才能導通的電子元件.流過電流表的電流I與圓盤角速度ω的關系如圖(b)所示，其中ab段和bc段均為直線，且ab段過坐標原點.Ω＞0代表圓盤逆時針轉動.已知：R＝3.0Ω，B＝1.0T，r＝0.2m.忽略圓盤、電流表和導線的電阻.(1)根據(jù)圖(b)寫出ab、bc段對應的I與ω的關系式；(2)求出圖(b)中b、c兩點對應的P兩端的電壓Ub、Uc；(3)分別求出ab、bc段流過P的電流IP與其兩端電壓UP的關系式.答案見解析【借題發(fā)揮】

電磁感應電路的幾個等效問題(2)安培力的方向判斷(3)牛頓第二定律及功能關系2.導體的兩種運動狀態(tài)(1)導體的平衡狀態(tài)——靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài).(2)導體的非平衡狀態(tài)——加速度不為零.3.兩大研究對象及其關系電磁感應中導體棒既可看作電學對象(因為它相當于電源)，又可看作力學對象(因為感應電流產生安培力)，而感應電流I和導體棒的速度v則是聯(lián)系這兩大對象的紐帶：

【典例6】

(2015·湖南長沙聯(lián)考)如圖所示，光滑斜面的傾角α＝30°，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長l1＝1m，bc邊的邊長l2＝0.6m，線框的質量m＝1kg，電阻R＝0.1Ω，線框通過細線與重物相連，重物質量M＝2kg，斜面上ef(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的勻強磁場，磁感應強度B＝0.5T，如果線框從靜止開始運動，進入磁場的最初一段時間做勻速運動，ef和gh的距離s＝11.4m，(取g＝10m/s2)，求：(1)線框進入磁場前重物的加速度；(2)線框進入磁場時勻速運動的速度v；(3)ab邊由靜止開始到運動到gh處所用的時間t；(4)ab邊運動到gh處的速度大小及在線框由靜止開始運動到gh處的整個過程中產生的焦耳熱.答案見解析【借題發(fā)揮】

分析電磁感應中動力學問題的基本思路電磁感應中產生的感應電流使導體棒在磁場中受到安培力的作用，從而影響導體棒的受力情況和運動情況.分析如下：要點七電磁感應中的能量問題[突破指南]1.電磁感應過程的實質是不同形式的能量轉化的過程，而能量的轉化是通過安培力做功的形式實現(xiàn)的，安培力做功的過程，是電能轉化為其他形式能的過程，外力克服安培力做功，則是其他形式的能轉化為電能的過程.

2.能量轉化及焦耳熱的求法(1)能量轉化

(2)求解焦耳熱Q的三種方法①利用焦耳定律求Q即Q＝I2Rt②利用功能關系求Q即Q＝W克服安培力③利用能量轉化求Q即Q＝ΔE其他能的減少量.

【典例7】

(2015·四川成都一診)間距為L＝2m的足夠長的金屬直角導軌如圖甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內，另一邊垂直于水平面.質量均為m＝0.1kg的金屬細桿ab、cd與導軌垂直放置形成閉合回路.桿與導軌之間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，導軌的電阻不計，細桿ab、cd的電阻分別為R1＝0.6Ω，R2＝0.4Ω.整個裝置處于磁感應強度大小為B＝0.50T、方向豎直向上的勻強磁場中(圖中未畫出).當ab在平行于水平導軌的拉力F作用下從靜止開始沿導軌勻加速運動時，cd桿也同時從靜止開始沿導軌向下運動.測得拉力F與時間t的關系如圖乙所示.g＝10m/s2.(1)求ab桿的加速度a；(2)求當cd桿達到最大速度時ab桿的速度大?。?3)若從開始到cd桿達到最大速度的過程中拉力F做了5.2J的功，通過cd桿橫截面的電荷量為2C,求該過程中ab桿所產生的焦耳熱.

解析

(1)由題圖乙可知，在t＝0時，F(xiàn)＝1.5N對ab桿進行受力分析，由牛頓第二定律得F－μmg＝ma代入數(shù)據(jù)解得a＝10m/s2

答案見解析一、電磁感應中圖象問題三類題型的分析1.圖象類型電磁感應中主要涉及的圖象有B

-t圖象、Φ

-t圖象、E

-t圖象和I

-t圖象.還常涉及感應電動勢E和感應電流I隨線圈位移x變化的圖象，即E

-x圖象和I

-x圖象.2.常見題型圖象的選擇、圖象的描繪、圖象的轉換、圖象的應用.

3.所用規(guī)律一般包括：左手定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等.4.分析步驟(1)明確圖象的種類；(2)分析電磁感應的具體過程；(3)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)方程；(4)根據(jù)函數(shù)方程進行數(shù)學分析，例如分析斜率的變化、截距等；(5)畫圖象或判斷圖象.題型一圖象的選擇問題類型由給定的電磁感應過程選出正確的圖象解題關鍵根據(jù)題意分析相關物理量的函數(shù)關系、分析物理過程中的轉折點、明確“＋、－”號的含義，結合數(shù)學知識做正確的判斷【典例1】

如圖，在水平面(紙面)內有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其 中ab、ac在a點接觸，構成“V”字型導軌.空間存在垂直于紙面的均勻磁場.用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導軌保持良好接觸.下列關于回路中電流i與時間t的關系圖線，可能正確的是(

)答案

A題型二圖象的轉換問題類型由一種電磁感應的圖象分析求解出對應的另一種電磁感應圖象的問題解題關鍵(1)要明確已知圖象表示的物理規(guī)律和物理過程；(2)根據(jù)所求的圖象和已知圖象的聯(lián)系，對另一圖象做出正確的判斷進行圖象間的轉換【典例2】

將一段導線繞成圖甲所示的閉合回路，并固定在水平面(紙面)內.回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強磁場Ⅰ中.回路的圓環(huán)區(qū)域內有垂直紙面的磁場Ⅱ，以向里為磁場Ⅱ的正方向，其磁感應強度B隨時間t變化的圖象如圖乙所示.用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反應F隨時間t變化的圖象是(

)解析結合題給的B－t圖象.利用楞次定律可以判斷：在0～T/2時間內，ab中的電流由b到a，且大小恒定；在T/2～T時間內.ab中的電流由a到b，大小也恒定.再利用左手定則可以判斷，ab邊先受到向左、恒定的安培力.后受到向右、恒定的安培力.綜上可知，B正確.答案

B

題型三圖象的應用問題類型由電磁感應圖象得出的物理量和規(guī)律分析求解動力學、電路等問題解題關鍵從圖象上讀取有關信息是求解本題的關鍵，圖象是數(shù)理綜合的一個重要的窗口，在運用圖象解決物理問題時，第一個關鍵是破譯，即解讀圖象中的關鍵信息(尤其是過程信息)，另一個關鍵是轉換，即有效地實現(xiàn)物理信息和數(shù)學信息的相互轉換.【典例3】

水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，間距為L，一端通過導線與阻值為R的電阻連接；導軌上放一質量為m的金屬桿(見圖甲)，金屬桿與導軌的電阻忽略不計；磁場豎直向下.用與導軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運動.當改變拉力的大小時，相對應的勻速運動速度v也會變化，v與F的關系如圖乙.(取重力加速度g＝10m/s2)(1)金屬桿在勻速運動之前做什么運動？(2)若m＝0.5kg，L＝0.5m，R＝0.5Ω，磁感應強度B為多大？(3)由v

-F圖線的截距可求得什么物理量？其值為多少？

(3)由直線的截距可以求得金屬桿受到的摩擦阻力Ff＝2N若金屬桿受到的阻力僅為動摩擦力，由截距可求得動摩擦因數(shù)μ＝0.4.答案(1)變加速運動(2)1T

(3)見解析

二、電磁感應中兩類含容電路的分析1.電磁感應回路中只有電容器元件這類問題的特點是電容器兩端電壓等于感應電動勢，充電電流等于感應電流.

【典例1】

如圖所示，兩條平行導軌所在平面與水平地面的夾角為θ，間距為L.導軌上端接有一平行板電容器，電容為C.導軌處于勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向垂直于導軌平面.在導軌上放置一質量為m的金屬棒，棒可沿導軌下滑，且在下滑過程中保持與導軌垂直并良好接觸.已知金屬棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度大小為g,忽略所有電阻.讓金屬棒從導軌上端由靜止開始下滑，求：(1)電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關系；(2)金屬棒的速度大小隨時間變化的關系.

2.電磁感應回路中，電容器與電阻并聯(lián)問題這一類問題的特點是電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓，充電過程中的電流只是感應電流的一支流.穩(wěn)定后，充電電流為零.【典例2】

如圖所示，質量為M的導體棒ab，垂直放在相距為l的平行光滑金屬導軌上.導軌平面與水平面的夾角為θ，并處于磁感應強度大小為B、方向垂直于導軌平面向上的勻強磁場中.左側是水平放置、間距為d的平行金屬板.R和Rx分別表示定值電阻和滑動變阻器的阻值，不計其他電阻.(1)調節(jié)Rx＝R，釋放導體棒，當導體棒沿導軌勻速下滑時，求通過導體棒的 電流I及導體棒的速率v