高考物理二輪復(fù)習(xí)講義（講與練）專題08 電磁感應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用 【講】（原卷版）

專題08電磁感應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用【要點(diǎn)提煉】1.電磁問題中“三定則、一定律”的應(yīng)用(1)安培定則：判斷運(yùn)動(dòng)電荷、電流產(chǎn)生的磁場方向。(2)左手定則：判斷磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷、電流的作用力的方向。(3)楞次定律：判斷閉合電路磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向。(4)右手定則：判斷閉合電路中部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向。2．楞次定律推論的應(yīng)用技巧(1)“增反減同”；(2)“來拒去留”；(3)“增縮減擴(kuò)”；(4)“增離減靠”。3．四種求感應(yīng)電動(dòng)勢的方法(1)平均感應(yīng)電動(dòng)勢：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)。(2)垂直切割：E＝BLv。(3)導(dǎo)體棒繞與磁場平行的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)：E＝eq\f(1,2)Bl2ω。(4)線圈繞與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)：e＝nBSωsinωt。4．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)電場的作用使電荷發(fā)生定向移動(dòng)而形成感應(yīng)電流。通過的電荷量的表達(dá)式為q＝eq\x\to(I)Δt＝neq\f(ΔΦ,ΔtR總)·Δt＝neq\f(ΔΦ,R總)。(2)導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，通過的電荷量q滿足關(guān)系式：－Beq\x\to(I)lΔt＝－Blq＝mΔv。5．三步解決電磁感應(yīng)中的電路問題(1)確定電源：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)或E＝Blv。(2)分析電路結(jié)構(gòu)：分析內(nèi)、外電路，以及外電路的串并聯(lián)關(guān)系，畫出等效電路圖。(3)應(yīng)用閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)電路的基本規(guī)律等列方程求解。6．電磁感應(yīng)問題綜合性較強(qiáng)，可結(jié)合電路分析、動(dòng)力學(xué)分析、能量分析等綜合考查，解題所用知識(shí)點(diǎn)和方法涉及閉合電路歐姆定律、動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)和動(dòng)量觀點(diǎn)?！靖呖伎枷?電磁感應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用】命題角度1楞次定律的理解及應(yīng)用例1.（2022·北京·高考真題）如圖所示平面內(nèi)，在通有圖示方向電流I的長直導(dǎo)線右側(cè)，固定一矩形金屬線框SKIPIF1<0，SKIPIF1<0邊與導(dǎo)線平行。調(diào)節(jié)電流I使得空間各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加，則（）A．線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)镾KIPIF1<0B．線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流逐漸增大C．線框SKIPIF1<0邊所受的安培力大小恒定D．線框整體受到的安培力方向水平向右【答案】D【詳解】A．根據(jù)安培定則可知，通電直導(dǎo)線右側(cè)的磁場方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加，根據(jù)楞次定律可知線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)镾KIPIF1<0，A錯(cuò)誤；B．線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為SKIPIF1<0空間各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加，故線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流不變，B錯(cuò)誤；C．線框SKIPIF1<0邊感應(yīng)電流保持不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加，根據(jù)安培力表達(dá)式SKIPIF1<0，故所受的安培力變大，C錯(cuò)誤；D．線框所處空間的磁場方向垂直紙面向里，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)镾KIPIF1<0，根據(jù)左手定則可知，線框SKIPIF1<0邊所受的安培力水平向右，線框SKIPIF1<0邊所受的安培力水平向左。通電直導(dǎo)線的磁場分部特點(diǎn)可知SKIPIF1<0邊所處的磁場較大，根據(jù)安培力表達(dá)式SKIPIF1<0可知，線框整體受到的安培力方向水平向右，D正確。故選D。楞次定律的理解電磁感應(yīng)的效果總要阻礙引起電磁感應(yīng)的原因，列表舉例說明如下：內(nèi)容例證阻礙原磁通量變化——“增反減同”eq\a\vs4\al(磁鐵靠近線圈，B感與B原反向)續(xù)表內(nèi)容例證阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)——“來拒去留”eq\a\vs4\al()eq\a\vs4\al(磁鐵靠近，,是斥力,,磁鐵遠(yuǎn)離，,是引力)使回路面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢——“增縮減擴(kuò)”eq\a\vs4\al()eq\a\vs4\al(P、Q是光滑固定導(dǎo)軌，,a、b是可動(dòng)金屬棒，磁鐵下移，,回路面積應(yīng)減小，a、b靠近)eq\a\vs4\al()B減小，線圈擴(kuò)張阻礙原電流的變化——“增反減同”合上S，B先亮阻礙原磁通量變化——“增離減靠”eq\a\vs4\al()eq\a\vs4\al(螺線管內(nèi)電流增大，線圈A,向左運(yùn)動(dòng)；反之，螺線管內(nèi),電流減小，線圈A向右運(yùn)動(dòng))1.（2022·浙江·高考真題）如圖所示，將一通電螺線管豎直放置，螺線管內(nèi)部形成方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=kt的勻強(qiáng)磁場，在內(nèi)部用絕緣輕繩懸掛一與螺線管共軸的金屬薄圓管，其電阻率為SKIPIF1<0、高度為h、半徑為r、厚度為d（d?r），則（）A．從上向下看，圓管中的感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向B．圓管的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為SKIPIF1<0C．圓管的熱功率大小為SKIPIF1<0D．輕繩對(duì)圓管的拉力隨時(shí)間減小命題角度2法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用例2.（2022·江蘇·高考真題）如圖所示，半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0、k為常量，則圖中半徑為R的單匝圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】A【詳解】由題意可知磁場的變化率為SKIPIF1<0根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知SKIPIF1<0故選A。1．公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)與E＝Blv的比較E＝neq\f(ΔΦ,Δt)E＝Blv區(qū)別研究對(duì)象閉合回路回路中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的部分導(dǎo)體研究內(nèi)容平均電動(dòng)勢①若v為瞬時(shí)速度，則求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢②若v為平均速度，則求的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢適用范圍對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象廣泛適用只適用于導(dǎo)體垂直切割磁感線的電磁感應(yīng)現(xiàn)象聯(lián)系E＝Blv由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)在一定條件下推導(dǎo)得到。導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，常用E＝Blv求E；磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí)，常用E＝neq\f(ΔΦ,Δt)求E2.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律時(shí)的兩點(diǎn)注意(1)公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢，在磁通量均勻變化時(shí)，瞬時(shí)值才等于平均值。(2)應(yīng)用E＝nSeq\f(ΔB,Δt)求感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)，S為回路在磁場范圍內(nèi)的有效面積。2.-1.（2022·河北·高考真題）將一根絕緣硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線順次繞成如圖所示的線圈，其中大圓面積為SKIPIF1<0，小圓面積均為SKIPIF1<0，垂直線圈平面方向有一隨時(shí)間t變化的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小SKIPIF1<0，SKIPIF1<0和SKIPIF1<0均為常量，則線圈中總的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02-2.（2022·湖北·高考真題）近年來，基于變壓器原理的無線充電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其簡化的充電原理圖如圖所示。發(fā)射線圈的輸入電壓為220V、匝數(shù)為1100匝，接收線圈的匝數(shù)為50匝。若工作狀態(tài)下，穿過接收線圈的磁通量約為發(fā)射線圈的80%，忽略其它損耗，下列說法正確的是（）A．接收線圈的輸出電壓約為8VB．接收線圈與發(fā)射線圈中電流之比約為22:1C．發(fā)射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相同D．穿過發(fā)射線圈的磁通量變化率與穿過接收線圈的相同命題角度3動(dòng)生感應(yīng)電動(dòng)勢問題分析例3.（2022·廣東·模擬預(yù)測）如圖所示，MN、PQ為間距L=0.5m足夠長的平行導(dǎo)軌，NQ⊥MN。導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=37°，NQ間連接有一個(gè)R=5Ω的電阻。有一勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面，磁感強(qiáng)度為B=1T。將一根質(zhì)量為m=0.05kg的金屬棒ab緊靠NQ放置在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與金屬棒的電阻均不計(jì)?，F(xiàn)由靜止釋放金屬棒，金屬棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)過程中始終與NQ平行。已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定速度，cd距離NQ為s=1m。試解答以下問題：（g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）（1）當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí)回路中的電流多大？（2）金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度是多大？（3）若將金屬棒滑行至cd處的時(shí)刻記作t=0，從此時(shí)刻起，讓磁感強(qiáng)度逐漸減小，可使金屬棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，則t=1s時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為多大？【答案】（1）I=0.2A；（2）2m/s；（3）0.25T【詳解】（1）達(dá)到穩(wěn)定速度前，金屬棒加速度逐漸減小，速度逐漸增大。達(dá)到穩(wěn)定速度時(shí)，有mgsinθ=F安+μmgcosθF安=BIL則SKIPIF1<0解得I=0.2A（2）根據(jù)E=BLvE=IR得SKIPIF1<0（3）當(dāng)回路中的總磁通量不變時(shí)，金屬棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流。此時(shí)金屬棒將沿導(dǎo)軌做勻加速運(yùn)動(dòng)。

mgsinθ-μmgcosθ=ma所以a=g（sinθ-μcosθ)=10×（0.6-0.5×0.8）m/s2=2m/s2.設(shè)t時(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)度為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0故t=1s時(shí)，解得磁感應(yīng)強(qiáng)度SKIPIF1<0=0.25T公式E＝BLv的應(yīng)用公式E＝BLv適用于導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中切割磁感線的情況，其中L為垂直于磁場和速度方向的有效切割長度。對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)切割問題，公式中的v應(yīng)為導(dǎo)體棒切割磁感線部分各點(diǎn)的平均速度。3.（2022·北京東城·三模）某鐵路安裝有一種電磁裝置可以向控制中心傳輸信號(hào)，以確定火車的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其原理是將能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖甲所示（俯視圖），當(dāng)它經(jīng)過安放在兩鐵軌間的線圈時(shí)，線圈便產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)傳輸給控制中心。線圈邊長分別為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，匝數(shù)為SKIPIF1<0，線圈和傳輸線的電阻忽略不計(jì)。若火車通過線圈時(shí)，控制中心接收到線圈兩端的電壓信號(hào)SKIPIF1<0與時(shí)間SKIPIF1<0的關(guān)系如圖乙所示（SKIPIF1<0、SKIPIF1<0均為直線），SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIP