高考二輪總復(fù)習(xí)課件物理專題4電路與電磁感應(yīng)第2講電磁感應(yīng)規(guī)律及綜合應(yīng)用

第二講電磁感應(yīng)規(guī)律及綜合應(yīng)用專題四2023內(nèi)容索引0102核心考點(diǎn)聚焦微專題?熱考命題突破【知識(shí)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)】

核心考點(diǎn)聚焦考點(diǎn)一楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用核心歸納命題角度1

感應(yīng)電流方向的判定(1)楞次定律:一般用于線圈面積不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化的情形。楞次定律中“阻礙”的四種形式:①阻礙原磁通量的變化;增反減同②阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng);來拒去留③阻礙線圈面積的變化; 增縮減擴(kuò)④阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)。

增反減同(2)右手定則:一般用于導(dǎo)體棒切割磁感線的情形。命題角度2

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的求解(1)感生電動(dòng)勢(shì)命題角度3

感應(yīng)電荷量的兩種求法(1)當(dāng)回路中的磁通量發(fā)生變化時(shí),由于感應(yīng)電場(chǎng)的作用使電荷發(fā)生定向移深化拓展“三定則、一定律”的比較

定則或定律適用的現(xiàn)象因果關(guān)系安培定則電流的磁效應(yīng)——電流、運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)因電生磁左手定則1.安培力——磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力;2.洛倫茲力——磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力因電受力右手定則導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象因動(dòng)生電楞次定律閉合回路磁通量變化產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象因磁生電典例剖析例1(命題角度1、2)(2022重慶質(zhì)檢)一種手壓式環(huán)保節(jié)能手電筒的結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示,使用時(shí),迅速按壓手柄,燈泡(可視為純電阻)就能發(fā)光,這種不需要干電池的手電筒利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。其轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和齒輪傳動(dòng)裝置的簡(jiǎn)化原理圖如圖乙、丙所示。假設(shè)圖乙中的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置由金屬內(nèi)圈和金屬外圈構(gòu)成,內(nèi)、外圈之間接有一根沿半徑方向的金屬條ab,燈泡通過電刷分別跟內(nèi)、外線圈相連接(圖乙中未畫出)。整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上,處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直線圈平面(紙面)向里。圖丙中的齒輪傳動(dòng)裝置中A齒輪固定在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上,B、C齒輪同心固定,C輪邊緣與手柄相嚙合,A、B齒輪邊緣相嚙合,手柄重力忽略不計(jì)。下列說法正確的是(

)A.向下壓手柄時(shí),齒輪C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B.轉(zhuǎn)動(dòng)裝置隨A齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電流由a流向bC.手柄向下和向上運(yùn)動(dòng)時(shí)流過ab桿的電流方向相同D.流過燈泡的電流大小與手柄向下壓的速度成正比D解析

由丙圖可知,向下壓手柄時(shí),齒輪C順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),A錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)動(dòng)裝置隨A齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),金屬條ab逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線,回路閉合,由右手定則知電流由b流向a,B錯(cuò)誤;手柄向下和向上運(yùn)動(dòng)時(shí),A齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,流對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.(命題角度1、2)(2022北京西城二模)如圖甲所示,將線圈套在長(zhǎng)玻璃管上,線圈的兩端與電流傳感器相連。將強(qiáng)磁鐵從長(zhǎng)玻璃管上端由靜止釋放,磁鐵下落過程中將穿過線圈。實(shí)驗(yàn)觀察到如圖乙所示的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像。甲乙下列說法正確的是(

)A.t1~t3時(shí)間內(nèi),磁鐵受到線圈的作用力方向先向上后向下B.若將磁鐵兩極翻轉(zhuǎn)后重復(fù)實(shí)驗(yàn),將先產(chǎn)生負(fù)向感應(yīng)電流,后產(chǎn)生正向感應(yīng)電流C.若將線圈的匝數(shù)加倍,線圈中產(chǎn)生的電流峰值也將加倍D.若將線圈到玻璃管上端的距離加倍,線圈中產(chǎn)生的電流峰值也將加倍B解析

根據(jù)楞次定律的“來拒去留”可知,t1~t3時(shí)間內(nèi),磁鐵受到線圈的作用力方向一直向上,故A錯(cuò)誤;若將磁鐵兩極翻轉(zhuǎn)后重復(fù)實(shí)驗(yàn),則圓環(huán)內(nèi)磁通量方向相反,根據(jù)楞次定律可知,將先產(chǎn)生負(fù)向感應(yīng)電流,后產(chǎn)生正向感應(yīng)電流,故B正確;若將線圈的匝數(shù)加倍,,因?yàn)殡娮枰布颖?線圈中產(chǎn)生的電流峰值不會(huì)加倍,故C錯(cuò)誤;若將線圈到玻璃管上端的距離加倍,如果沒有安培力,則根據(jù)動(dòng)能定理有mgh=mv2,高度加倍,速度并非變?yōu)樵瓉淼?倍,實(shí)際存在安培力做負(fù)功,速度不是原來的2倍,則線圈中產(chǎn)生的電流峰值不會(huì)加倍,故D錯(cuò)誤。2.(命題角度2)(多選)(2022山東卷)如圖所示,xOy平面的第一、三象限內(nèi)以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為

l的扇形區(qū)域充滿方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。邊長(zhǎng)為l的正方形金屬框繞其始終在O點(diǎn)的頂點(diǎn),在xOy平面內(nèi)以角速度ω順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。t=0時(shí)刻,金屬框開始進(jìn)入第一象限。不考慮自感影響,關(guān)于金屬框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間t變化規(guī)律的描述正確的是(

)BC3.(命題角度2、3)(多選)(2022廣東廣州三模)一跑步機(jī)的原理圖如圖所示,該跑步機(jī)水平底面固定有間距L=0.8m的平行金屬電極,電極間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.5T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且接有理想電壓表和阻值為8Ω的定值電阻R,絕緣橡膠帶上鍍有電阻均為2Ω的平行細(xì)金屬條,金屬條間距等于電極長(zhǎng)度d且與電極接觸良好,導(dǎo)線電阻不計(jì)。某人跑步時(shí),橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng),電壓表的示數(shù)為0.8V,則(

)A.通過電阻R的電流為0.08AB.細(xì)金屬條的速度大小為2.5m/sC.人克服細(xì)金屬條所受安培力做功的功率為0.2WD.每2s內(nèi)通過電阻R的電荷量為0.2CBD解析

由題知單根細(xì)金屬條電阻r=2

Ω,橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),始終只有一根細(xì)金屬條在切割磁感線,其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=BLv,電壓表測(cè)量R兩端電壓,由題知其示數(shù)為0.8

V,即U=

·R=0.8

V,解得E=1

V,v=2.5

m/s,通過電阻R的電流I=

=0.1

A,A錯(cuò)誤,B正確;人克服細(xì)金屬條所受安培力做功的功率P=Fv=BILv=0.1

W,C錯(cuò)誤;每2

s內(nèi)通過電阻R的電荷量q=It=0.1×2

C

=0.2

C,D正確?？键c(diǎn)二電磁感應(yīng)中的圖像問題核心歸納命題角度1

由電磁感應(yīng)過程畫圖像(1)分析電磁感應(yīng)過程;(2)明確物理量變化規(guī)律;(3)判斷圖像正誤。命題角度2

由圖像分析電磁感應(yīng)過程(1)看清圖像縱、橫軸意義;(2)明確物理量變化規(guī)律;(3)還原電磁感應(yīng)過程。深化拓展1.電磁感應(yīng)圖像問題的“三點(diǎn)關(guān)注”(1)關(guān)注初始時(shí)刻,如初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零,是正方向還是負(fù)方向。(2)關(guān)注過程,看電磁感應(yīng)發(fā)生的過程分為幾個(gè)階段,這幾個(gè)階段是否和圖像變化相對(duì)應(yīng)。(3)關(guān)注大小、方向的變化趨勢(shì),看圖線斜率的大小、圖線的曲直是否和物理過程對(duì)應(yīng)。2.電磁感應(yīng)圖像問題的“兩種技法”最快捷的方法(1)排除法:定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化),特別是物理量的正負(fù),排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)。最有效的方法(2)函數(shù)法:根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩物理量之間的函數(shù)關(guān)系,然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖像作出分析和判斷。典例剖析例2(命題角度1)(多選)(2022湖南岳陽二模)如圖所示,兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌水平固定,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直,在ab與cd之間存在垂直于軌道所在平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。將兩根相同的導(dǎo)體棒PQ、MN平行于ab放置在導(dǎo)軌上,兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好?，F(xiàn)在對(duì)PQ、MN施加相同的恒力F,先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止開始運(yùn)動(dòng)。已知PQ進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零。從PQ進(jìn)入磁場(chǎng)開始計(jì)時(shí),到MN離開磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橹?PQ的運(yùn)動(dòng)速度v、流過PQ的電流I隨時(shí)間t變化的圖像可能正確的是(

)ACD解析

若PQ離開磁場(chǎng)時(shí),MN還未進(jìn)入磁場(chǎng),PQ進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零,則F=BIL,PQ在磁場(chǎng)內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng),由于PQ離開磁場(chǎng)時(shí),MN還未進(jìn)入磁場(chǎng),PQ上的安培力消失,PQ將在外力F的作用下做勻加速運(yùn)動(dòng);若PQ未離開磁場(chǎng)時(shí),MN已進(jìn)入磁場(chǎng),根據(jù)題意可知MN進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)與PQ速度相等,則兩棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)等大反向,故電流為零,則兩棒在外力F的作用下做勻加速運(yùn)動(dòng),PQ棒離開磁場(chǎng)后繼續(xù)做勻加速運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤,A正確。PQ進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零,則F=BIL,可知I=,PQ在磁場(chǎng)內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng),則電流不變,當(dāng)PQ離開磁場(chǎng)時(shí),MN還未進(jìn)入磁場(chǎng),則電流為零,當(dāng)MN進(jìn)入磁場(chǎng),根據(jù)題意可知MN進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)與PQ進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度相等,且做勻速運(yùn)動(dòng),則流過PQ的電流大小不變,根據(jù)右手定則可知,流過PQ的電流反向,故C正確。PQ進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零,PQ在磁場(chǎng)內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng),則電流不變,當(dāng)PQ未離開磁場(chǎng)時(shí),MN已進(jìn)入磁場(chǎng),根據(jù)題意可知MN進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)與PQ速度相等,則兩棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)等大反向,故電流為零,則兩棒在外力F的作用下做勻加速運(yùn)動(dòng),PQ棒離開磁場(chǎng)時(shí),對(duì)于MN有安培力大于外力F,則BI1L-F=ma,MN減速,且a減小,則電流逐漸減小且非均勻變化,根據(jù)右手定則可知,流過PQ的電流反向,故D正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4.(命題角度1)(2022上海徐匯二模)如圖所示,載有固定條形磁鐵的小車沿傾斜直軌道依次穿過三個(gè)完全相同且等間距排列的線圈,該過程中a、b兩點(diǎn)間電壓U隨時(shí)間t變化的圖線可能為(

)A解析

由題意可得,小車沿傾斜直軌道做勻加速直線運(yùn)動(dòng),所以經(jīng)過相鄰兩個(gè)線圈的時(shí)間越來越小,且隨著小車速度增大,穿過三個(gè)線圈的磁通量變化率逐漸增大,即最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸增大,且隨著小車速度增大,穿過三個(gè)線圈的時(shí)間變小,則出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的時(shí)間也逐漸減小,故A正確。5.(命題角度2)如圖甲所示,水平面內(nèi)虛線MN的右側(cè)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),現(xiàn)有一個(gè)閉合的金屬線框以恒定速度從MN左側(cè)沿垂直MN的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,線框中的電流隨時(shí)間變化的i-t圖像如圖乙所示,則線框的形狀可能是(

)B解析

導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv,設(shè)線框總電阻是R,則感應(yīng)電流I=,由圖乙所示圖像可知,感應(yīng)電流先均勻變大,再不變,后均勻變小,由于B、v、R是定值,由上式知I與有效切割長(zhǎng)度成正比,則導(dǎo)體棒的有效長(zhǎng)度L應(yīng)先均勻變大,再不變,后均勻變小,故A、C、D錯(cuò)誤,B正確?？键c(diǎn)三電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量和能量問題核心歸納命題角度1

電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題命題角度2

電磁感應(yīng)中的能量、動(dòng)量問題(1)分析“受力”:分析研究對(duì)象的受力情況,特別關(guān)注安培力的方向。(2)分析“能量”:搞清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了變化,根據(jù)動(dòng)能定理或能量守恒定律等列方程求解。(3)分析“動(dòng)量”:在電磁感應(yīng)中可用動(dòng)量定理求變力的作用時(shí)間、速度、位移和電荷量(一般應(yīng)用于單桿切割磁感線運(yùn)動(dòng))。深化拓展求焦耳熱Q的三種方法(1)焦耳定律:Q=I2Rt,適用于電流、電阻不變的情境。(2)功能關(guān)系:Q=W克服安培力,電流變與不變都適用。(3)能量轉(zhuǎn)化:Q=ΔE(其他能的減少量),電流變與不變都適用。典例剖析例3(命題角度2)(2022山東煙臺(tái)一模)有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m、總電阻為R的正方形導(dǎo)線框自磁場(chǎng)上方某處自由下落,如圖所示。區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,二者寬度分別為L(zhǎng)、H,且H>L。導(dǎo)線框恰好勻速進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ,一段時(shí)間后又恰好勻速離開區(qū)域Ⅱ,重力加速度為g,下列說法正確的是(

)B.導(dǎo)線框剛進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ時(shí)的加速度大小為g,方向豎直向上C.導(dǎo)線框進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ的過程產(chǎn)生的焦耳熱為mgHD.導(dǎo)線框從完全進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ到開始離開區(qū)域Ⅱ的過程中做勻速運(yùn)動(dòng)C導(dǎo)線框恰好勻速進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ,故線框在區(qū)域Ⅰ中以速度v勻速運(yùn)動(dòng),設(shè)線框完全離開磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)速度為v',從完全離開區(qū)域Ⅰ到開始離開區(qū)域Ⅱ的過程焦耳熱為Q=mgH,C正確;從完全進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ到開始離開區(qū)域Ⅱ的過程,導(dǎo)線框加速度為g,D錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練6.(命題角度2)(多選)(2022廣東聯(lián)合測(cè)評(píng))2021年7月25日,臺(tái)風(fēng)“煙花”登陸上海后,“中國(guó)第一高樓”上海中心大廈上的阻尼器開始出現(xiàn)擺動(dòng),給大樓進(jìn)行減振。該阻尼器首次采用了電渦流技術(shù),底部附著永磁鐵的質(zhì)量塊擺動(dòng)通過導(dǎo)體板上方時(shí),導(dǎo)體板內(nèi)產(chǎn)生電渦流。關(guān)于阻尼器,下列說法正確的是(

)A.阻尼器擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電渦流源于電磁感應(yīng)現(xiàn)象B.阻尼器擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電渦流源于外部電源供電C.阻尼器最終將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.質(zhì)量塊通過導(dǎo)體板上方時(shí),導(dǎo)體板的電渦流大小與質(zhì)量塊的速率無關(guān)

AC解析

阻尼器擺動(dòng)時(shí),永磁鐵通過導(dǎo)體板上方使其磁通量發(fā)生變化,從而在導(dǎo)體板中產(chǎn)生電渦流,這屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;通過阻礙質(zhì)量塊和永磁鐵的運(yùn)動(dòng),阻尼器將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能,并通過電流做功將電能最終轉(zhuǎn)化為焦耳熱,故C項(xiàng)正確;質(zhì)量塊通過導(dǎo)體板上方時(shí)的速度越大,磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流也越大,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.(命題角度1、2)(多選)(2021全國(guó)甲卷)由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長(zhǎng)相同的甲、乙兩個(gè)正方形閉合線圈,兩線圈的質(zhì)量相等,但所用導(dǎo)線的橫截面積不同,甲線圈的匝數(shù)是乙的2倍?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時(shí)由靜止開始下落,一段時(shí)間后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的上邊界水平,如圖所示。不計(jì)空氣阻力,已知下落過程中線圈始終平行于紙面,上、下邊保持水平。在線圈下邊進(jìn)入磁場(chǎng)后且上邊進(jìn)入磁場(chǎng)前,可能出現(xiàn)的是(

)A.甲和乙都加速運(yùn)動(dòng) B.甲和乙都減速運(yùn)動(dòng)C.甲加速運(yùn)動(dòng),乙減速運(yùn)動(dòng) D.甲減速運(yùn)動(dòng),乙加速運(yùn)動(dòng)AB當(dāng)重力大于安培力時(shí),甲和乙都做加速運(yùn)動(dòng),A正確;當(dāng)重力小于安培力時(shí),甲和乙都做減速運(yùn)動(dòng),B正確;甲和乙受力情況相同,合力相同,要么都加速,要么都減速,不可能一個(gè)加速,一個(gè)減速,C、D錯(cuò)誤。微專題?熱考命題突破命題篇新教材、新高考、新情境電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的STSE問題情境解讀電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的STSE問題往往以科技、日常生活新情境為素材,如磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、浮桶式燈塔、電子感應(yīng)加速器、無線充電技術(shù)、電磁剎車等從電磁感應(yīng)現(xiàn)象切入,考查動(dòng)力學(xué)、能量、動(dòng)量和電學(xué)知識(shí)等一個(gè)或多個(gè)知識(shí)點(diǎn)?？枷蚍治鲭姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象是高考的必考知識(shí),一般綜合考查以下三個(gè)方面的問題:(1)電磁感應(yīng)中的電路問題,主要考查等效電路的模型建構(gòu),題目涉及感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì);(2)電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題,主要涉及兩大研究對(duì)象——電學(xué)對(duì)象和力學(xué)對(duì)象;(3)電磁感應(yīng)中的能量問題。高考中的電磁感應(yīng)問題,經(jīng)常與圖像、力和運(yùn)動(dòng)、功和能量等聯(lián)系在一起考查,題目難度較大。案例探究例1(2022湖北八市二模)小明模仿科技小視頻制作電磁“小車”:用銅制裸導(dǎo)線繞制成長(zhǎng)螺線管當(dāng)作軌道,固定在水平桌面上;將兩個(gè)磁性很強(qiáng)的磁鐵固連在一節(jié)新干電池的兩極上,制成“小車”,磁極與電極如圖所示。把“小車”從左側(cè)入口完全推入螺線管,“小車”并沒有像視頻那樣向前運(yùn)動(dòng)。以下說法正確的是(

)A.電磁“小車”工作原理是螺線管中產(chǎn)生了電磁感應(yīng)現(xiàn)象B.若將“小車”從右側(cè)入口完全推入,“小車”可能會(huì)向前運(yùn)動(dòng)C.若將左端磁鐵反向與電池固連后從左側(cè)入口完全推入,“小車”可能會(huì)運(yùn)動(dòng)D.將“小車”放入包有絕緣層的鋁制長(zhǎng)螺線管中,“小車”可能會(huì)運(yùn)動(dòng)B解析

兩磁極間的磁感線如圖甲所示,干電池與磁鐵及中間部分線圈組成了閉合回路,在兩磁極間的線圈中產(chǎn)生電流,左端磁極的左側(cè)線圈和右端磁極的右側(cè)線圈中沒有電流。從左側(cè)看,線圈中電流方向如圖乙所示,由左手定則可知,中間線圈所受的安培力向右,根據(jù)牛頓第三定律可知小車向左加速,顯然該小車前進(jìn)不是利用電磁感應(yīng)原理,因?yàn)樾≤囀芟蜃蟮淖饔昧?則把“小車”從左側(cè)入口完全推入螺線管肯定不會(huì)向右運(yùn)動(dòng),而若將“小車”從右側(cè)入口完全推入,“小車”可能會(huì)向前運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤,B正確;若將左端磁鐵反向與電源固連,則磁感線不會(huì)向外發(fā)散,兩部分受到方向相反的力,合力為零,不能加速運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò)誤;將“小車”放入包有絕緣層的鋁制長(zhǎng)螺線管中,在螺線管中不會(huì)產(chǎn)生閉合電流,則“小車”不會(huì)受到力的作用,則不可能會(huì)運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤。角度拓展1(2022江蘇南京鹽城二模)汽車上使用的電磁制動(dòng)裝置的示意圖如圖所示。電磁制動(dòng)是一種非接觸的制動(dòng)方式,其原理是當(dāng)導(dǎo)體在通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生渦流,使導(dǎo)體受到阻礙運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)力。下列說法正確的是(

)A.制動(dòng)過程中,導(dǎo)體不會(huì)產(chǎn)生熱量B.如果導(dǎo)體反向轉(zhuǎn)動(dòng),此裝置將不起制動(dòng)作用C.制動(dòng)力的大小與線圈中電流的大小無關(guān)D.線圈電流一定時(shí),導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速度越大,制動(dòng)力就越大D解析

電磁制動(dòng)的原理是當(dāng)導(dǎo)體在通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生渦流,電流流過電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量,A錯(cuò)誤;如果改變線圈中的電流方向,鐵芯產(chǎn)生的磁感線的方向變?yōu)榉聪?此時(shí)產(chǎn)生的渦流方向也相反,根據(jù)安培力的公式,電流和所處的磁場(chǎng)方向同時(shí)反向,安培力方向不變,故還是使導(dǎo)體受到阻礙運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)力,B錯(cuò)誤;線圈中電流越大,則產(chǎn)生的磁場(chǎng)越強(qiáng),則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的渦流越強(qiáng),則制動(dòng)器對(duì)轉(zhuǎn)盤的制動(dòng)力越大,C錯(cuò)誤;線圈電流一定時(shí),導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速度越大,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的渦流越強(qiáng),制動(dòng)力就越大,D正確。角度拓展2

(2022廣東普通高中一模)浮桶式燈塔模型如圖甲所示,其由帶空腔的磁體和一個(gè)連著燈泡的線圈組成,磁體在空腔產(chǎn)生的磁場(chǎng)如圖乙所示,磁體通過支柱固定在暗礁上,線圈隨波浪相對(duì)磁體沿豎直方向運(yùn)動(dòng),且始終處于磁場(chǎng)中,則下列說法正確的是(

)A.當(dāng)海面平靜時(shí),燈泡穩(wěn)定發(fā)光B.當(dāng)海水水平勻速流動(dòng)時(shí),燈泡穩(wěn)定發(fā)光C.海水上下震蕩幅度越大,燈泡發(fā)光越亮D.海水上下震蕩速度越快,燈泡發(fā)光越亮D解析

當(dāng)海面平靜時(shí),線圈靜止不動(dòng),不切割磁感線,不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),燈泡不亮,故A錯(cuò)誤;當(dāng)海水水平勻速流動(dòng)時(shí),線圈不切割磁感線,不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),燈泡不亮,故B錯(cuò)誤;線圈隨海水上下震蕩,切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=nBlv,可知電動(dòng)勢(shì)的大小與海水上下的震蕩速度有關(guān),與震蕩幅度無關(guān),v越大,E越大,則燈泡越亮,故C錯(cuò)誤,D正確。角度拓展3

(2022浙江卷)艦載機(jī)電磁彈射是現(xiàn)在航母最先進(jìn)的彈射技術(shù),我國(guó)在這一領(lǐng)域已達(dá)到世界先進(jìn)水平。某興趣小組開展電磁彈射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究,如圖1所示,用于推動(dòng)模型飛機(jī)的動(dòng)子(圖中未畫出)與線圈絕緣并固定,線圈帶動(dòng)動(dòng)子,可在水平導(dǎo)軌上無摩擦滑動(dòng)。線圈位于導(dǎo)軌間的輻向磁場(chǎng)中,其所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。開關(guān)S與1接通,恒流源與線圈連接,動(dòng)子從靜止開始推動(dòng)飛機(jī)加速,飛機(jī)達(dá)到起飛速度時(shí)與動(dòng)子脫離;此時(shí)S擲向2接通定值電阻R0,同時(shí)施加回撤力F,在F和磁場(chǎng)力作用下,動(dòng)子恰好返回初始位置停下。若動(dòng)子從靜止開始至返回過程的v-t圖如圖2所示,在t1至t3時(shí)間內(nèi)F=(800-10v)N,t3時(shí)撤去F。已知起飛速度v1=80m/s,t1=1.5s,線圈匝數(shù)n=100,每匝周長(zhǎng)l=1m,飛機(jī)的質(zhì)量M=10kg,動(dòng)子和線圈的總質(zhì)量m=5kg,R0=9.5Ω,B=0.1T,不計(jì)空氣阻力和飛機(jī)起飛對(duì)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)速度的影響,求:

圖1

圖2(1)恒流源的電流I;(2)線圈電阻R;(3)時(shí)刻t3。答案

(1)80A(2)0.5Ω解析

(1)由題意可知接通恒流源時(shí)安培力F安=nBIl此時(shí)安培力為F安'=nBI'l此時(shí)根據(jù)牛頓第二定律有從t3時(shí)刻到最后返回初始位置停下的時(shí)間段內(nèi)通過回路的電荷量,根據(jù)動(dòng)量定理有-nBlΔq=0-ma'(t3-t2)聯(lián)立可得(t3-t2)2+(t3-t2)-1=0命題篇經(jīng)典物理模型電磁感應(yīng)中的“桿+導(dǎo)軌”模型模型建構(gòu)“桿+導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型,導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜,桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動(dòng)等。(一)單桿模型(二)雙桿模型

物理模型“雙桿”模型分為兩類:一類是“一動(dòng)一靜”,甲桿靜止不動(dòng),乙桿運(yùn)動(dòng),其實(shí)質(zhì)是單桿問題,不過要注意問題包含著一個(gè)條件——甲桿靜止,受力平衡。另一種情況是兩桿都在運(yùn)動(dòng),對(duì)于這種情況,要注意兩桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是相加還是相減考向分析“桿+導(dǎo)軌”模型是高考的熱點(diǎn),考查的知識(shí)點(diǎn)多,題目的綜合性強(qiáng),物理情境變化空間大,也是復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)。此類試題可以很好地考查力與運(yùn)動(dòng)的相互觀念,一般會(huì)與動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理、焦耳定律、功能關(guān)系、能量守恒定律等聯(lián)系在一起,進(jìn)而考查學(xué)生綜合分析問題的能力。案例探究例2(2022廣東廣州月考)艦載飛機(jī)著艦時(shí)利用電磁阻攔使它快速停止,電磁阻攔技術(shù)原理如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩根相距為d、電阻不計(jì)的平行導(dǎo)軌MN、PQ固定在水平面內(nèi),導(dǎo)軌端點(diǎn)MP間接有阻值為R的電阻。一長(zhǎng)為d、質(zhì)量為m、阻值為R的金屬棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,ab與軌道接觸良好。質(zhì)量為m0的飛機(jī)以水平速度v0瞬間鉤住ab棒后關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng)且獲得共同的速度,飛機(jī)和ab棒在安培力作用下停下來。不計(jì)一切摩擦。求:(1)飛機(jī)在阻攔減速過程中獲得的加速度a的最大值;(2)從飛機(jī)鉤住金屬棒到它們停下來的整個(gè)過程中運(yùn)動(dòng)的距離x。解析

(1)設(shè)飛機(jī)瞬間鉤住ab棒后關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng)獲得的共同速度為v,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有m0v0=(m0+m)v此時(shí)由安培力產(chǎn)生的加速度最大,根據(jù)牛頓第二定律有角度拓展4(多選)(2021福建卷)如圖所示,P、Q是兩根固定在水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌,間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻可忽略不計(jì)。圖中EFHG矩形區(qū)域有一方向垂直導(dǎo)軌平面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。在t=t1時(shí)刻,兩均勻金屬棒a、b分別從磁場(chǎng)邊界EF、GH進(jìn)入磁場(chǎng),速度大小均為v0;一段時(shí)間后,流經(jīng)a棒的電流為0,此時(shí)t=t2,b棒仍位于磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)。已知金屬棒a、b以相同材料制成,長(zhǎng)度均為L(zhǎng),電阻分別為R和2R,a棒的質(zhì)量為m。在運(yùn)動(dòng)過程中兩金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,a、b棒沒有相碰,則(

)B.t2時(shí)刻b棒的速度為0C.t1~t2時(shí)間內(nèi),通過a棒橫截面的電荷量是b棒的2倍AD解析

在t=t1時(shí)刻,兩均勻金屬棒a、b分別從磁場(chǎng)邊界EF、GH進(jìn)入磁場(chǎng),速度大小均為v0,由右手定則可判斷出兩金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流方向都是逆時(shí)針方向,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是BLv0,由閉合電路歐姆定律由于金屬棒a、b串聯(lián)構(gòu)成回路,所以在t1~t2時(shí)間內(nèi),通過a棒的電荷量與b棒相同,C錯(cuò)誤;由于金屬棒a、b電阻分別為R和2R,金屬棒a、b串聯(lián)構(gòu)成回路,二者電流相等,由焦耳定律可知金屬棒a、b產(chǎn)生的焦耳熱之比為1∶2,設(shè)t1~t2時(shí)間內(nèi),a棒產(chǎn)生的焦耳熱為Q,則b棒產(chǎn)生的焦耳熱為2Q,由電阻定律可知,金屬棒a的橫截面積為b的2倍,體積為b的2倍,質(zhì)量為b的2倍,即b的質(zhì)量為0.5m。t=t2時(shí)刻流經(jīng)a棒的電流為0,說明金屬棒a、b具有共同速度,由動(dòng)角度拓展5(2022廣東廣州二模)如圖所示,不計(jì)電阻的金屬導(dǎo)軌AOCD和A'O'C'D'放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。豎直平面AOC與A'O'C'的距離為L(zhǎng),θ=45°;DCOO'C'D'在絕緣的水平地面上,D與D'靠近但不接觸;

OO'C'C為矩形,lOC=5L、lOD=6L,∠D'C'C=45°;金屬棒a和b完全相同,長(zhǎng)度為L(zhǎng)、質(zhì)量