新高考物理二輪復(fù)習(xí)講與練專題4.2 電磁感應(yīng)（講）原卷版

專題4.2電磁感應(yīng)一、考情分析近3年考情分析考點要求等級要求考題統(tǒng)計202220212020電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律Ⅱ2021·北京卷·T112020·浙江1月卷·T82020·江蘇卷·T32020·北京卷·T8法拉第電磁感應(yīng)定律及簡單應(yīng)用Ⅱ2022·重慶卷·T132022·重慶卷·T72022·江蘇卷·T52022·上海卷·T122022·湖南卷·T102022·廣東卷·T12022·廣東卷·T42022·山東卷·T122022·全國甲卷·T202022·全國甲卷·T162022·浙江1月卷·T132021·重慶卷·T32021·北京卷·T72021·全國甲卷·T212021·廣東卷·T102021·河北卷·T72021·河北卷·T52021·湖南卷·T102021·山東卷·T122021·山東卷·T82021·福建卷·T72020·全國=1\*ROMANI卷·T212020·浙江7月卷·T122020·全國=3\*ROMANIII卷·T242020·北京卷·T182020·海南卷·T13電磁感應(yīng)中的圖象問題Ⅱ2021·遼寧卷·T92020·山東卷·T12電磁感應(yīng)中的動力學(xué)、動量和能量問題Ⅱ2022·海南卷·T182022·上海卷·T202022·遼寧卷·T152022·浙江1月卷·T212022·全國乙卷·T242021·浙江省6月卷·T22021·天津卷·T122021·湖北卷·T162021·海南卷·T182021·全國乙卷·T252021·浙江1月卷·T222020·江蘇卷·T212020·天津卷·T112020·浙江7月卷·T222020·北京卷·T20考情總結(jié)高考對本部分內(nèi)容的考查頻率較高，常以選擇題考查楞次定律、電磁感應(yīng)中的電路、法拉第電磁感應(yīng)定律、電磁感應(yīng)中的圖象問題、能量轉(zhuǎn)換及電荷量的計算等知識點．電磁感應(yīng)中常涉及B-t圖象、Φ-t圖象、E-t圖象、I-t圖象、F-t圖象和v-t圖象，還涉及E-x圖象、I-x圖象等，考查考生運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力．應(yīng)考策略1．抓住兩個關(guān)鍵：一是電動勢的大小，它取決于磁通量的變化率；二是電動勢的方向，實際方向與規(guī)定的正方向一致時取正，反之取負(fù)．同時注意對無感應(yīng)電流區(qū)域的判斷．2．加強(qiáng)知識遷移能力的訓(xùn)練：綜合試題涉及力和運動、動量守恒、能量守恒、電路分析、安培力等力學(xué)和電學(xué)知識．主要的類型有滑軌類問題、線圈穿越有界磁場的問題、電磁感應(yīng)圖象的問題等．二、思維導(dǎo)圖三、講知識1.電磁問題方向判斷“三定則、一定律”的應(yīng)用(1)安培定則：判斷運動電荷、電流產(chǎn)生的磁場方向。(2)左手定則：判斷磁場對運動電荷、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)”。3．四種求電動勢的方法(1)平均電動勢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E＝eq\f(1,2)Bl2ω。(4)線圈繞與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動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，由于感應(yīng)電場的作用使電荷發(fā)生定向移動而形成感應(yīng)電流。通過的電荷量表達(dá)式為q＝IΔt＝neq\f(ΔΦ,ΔtR總)·Δt＝neq\f(ΔΦ,R總)。(2)導(dǎo)體切割磁感線運動通過的電荷量q滿足的關(guān)系式：－Beq\x\to(I)lΔt＝－Blq＝mΔv。5．解決電磁感應(yīng)圖象問題的兩種常用方法(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(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是分析物理量的正負(fù)以及是否過某些特殊點，以排除錯誤的選項。(2)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖象進(jìn)行分析和判斷。6．三步解決電磁感應(yīng)中電路問題(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。7．電磁感應(yīng)中力、能量和動量綜合問題的分析方法(1)分析“受力”：分析研究對象的受力情況，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)動能定理或能量守恒定律等列方程求解。(3)分析“動量”：在電磁感應(yīng)中可用動量定理求變力的作用時間、速度、位移和電荷量(一般應(yīng)用于單桿切割磁感線運動)。①求速度或電荷量：－Beq\x\to(I)lΔt＝mv2－mv1，q＝eq\x\to(I)Δt。②求時間：FΔt＋I(xiàn)A＝mv2－mv1，IA＝－Beq\x\to(I)lΔt＝－Bleq\f(ΔΦ,R總)。③求位移：－Beq\x\to(I)lΔt＝－eq\f(B2l2\x\to(v)Δt,R總)＝mv2－mv1，即－eq\f(B2l2,R總)x＝m(v2－v1)。四、講重點重點1電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的三種常見情況導(dǎo)線切割磁感線結(jié)論：只要穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流磁鐵與回路相對運動磁場發(fā)生變化2.深刻理解楞次定律中“阻礙”的含義，巧判感應(yīng)電流的方向推論例證阻礙原磁通量變化——“增反減同”阻礙相對運動——“來拒去留”使回路面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢——“增縮減擴(kuò)”阻礙原電流的變化——“增反減同”3.“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、運動電荷產(chǎn)生的磁場因電生磁左手定則1.安培力——磁場對電流的作用力；2．洛倫茲力——磁場對運動電荷的作用力因電受力右手定則導(dǎo)體做切割磁感線運動產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象因動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)象因磁生電重點2法拉第電磁感應(yīng)定律及簡單應(yīng)用1．法拉第電磁感應(yīng)定律的三種變形表達(dá)式(1)磁通量的變化僅由面積S變化引起時，ΔΦ＝BΔS，則E＝neq\f(BΔS,Δt)。(2)磁通量的變化僅由磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化引起時，ΔΦ＝ΔBS，則E＝neq\f(ΔBS,Δt)。注意：S為線圈在磁場中的有效面積。(3)磁通量的變化是由于面積S和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的共同變化引起的，應(yīng)根據(jù)定義求E，ΔΦ＝|Φ末－Φ初|，則E＝neq\f(|B2S2－B1S1|,Δt)≠neq\f(ΔBΔS,Δt)。2.導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢平動切割E＝BlvB、l、v三者互相垂直旋轉(zhuǎn)切割E＝eq\f(1,2)Bl2ω導(dǎo)體棒在垂直于磁場的平面繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動3.自感中燈泡“閃亮”與“不閃亮”問題與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流突然增大，然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定斷電時電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2：①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；②若I2＞I1，燈泡“閃亮”后逐漸變暗。兩種情況下燈泡中電流方向均改變4．電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，而對外做功相同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運動重點3電磁感應(yīng)中的圖象問題分析電磁感應(yīng)中的圖象問題的思路與方法圖象類型(1)各量隨時間變化的圖象：如B-t圖象、φ-t圖象、E-t圖象、I-t圖象、F-t圖象等(2)各量隨位移變化的圖象：如E-x圖象、I-x圖象等問題類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出相應(yīng)的圖象(畫圖象)(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的問題(用圖象)常用規(guī)律有關(guān)方向的判斷左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律六類公式(1)平均感應(yīng)電動勢E＝neq\f(ΔΦ,Δt)(2)平動切割電動勢E＝Blv(3)轉(zhuǎn)動切割電動勢E＝eq\f(1,2)Bl2ω(4)閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)(5)安培力F＝BIl(6)牛頓運動定律及運動學(xué)的相關(guān)公式等常用方法排除法定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是分析物理量的正負(fù)，以排除錯誤的選項函數(shù)法根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖象進(jìn)行分析和判斷重點4電磁感應(yīng)中的動力學(xué)、動量和能量問題電磁感應(yīng)中的動力學(xué)、動量和能量問題解題策略動力學(xué)問題平衡態(tài)非平衡態(tài)能量問題能量轉(zhuǎn)化eq\x(\a\al(其他形式,的能量))eq\o(→,\s\up7(克服安培),\s\do5(力做功))eq\x(\a\al(電,能))eq\o(→,\s\up7(電流做功),\s\do5())eq\x(\a\al(焦耳熱或其他,形式的能量))焦耳熱Q的三種方法動量問題對于兩導(dǎo)體棒在平直的光滑導(dǎo)軌上運動的情況，如果兩棒所受的外力之和為零，則考慮應(yīng)用動量守恒定律處理問題當(dāng)題目中涉及電荷量或平均電流時，可應(yīng)用動量定理eq\x\to(BI)L·Δt＝m·Δv、q＝eq\x\to(I)·Δt來解決問題重點1電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律例題1：（2023屆·山東學(xué)情空間區(qū)域校驗共同體高三上學(xué)期開學(xué)考試）“讓體育走進(jìn)生活，讓體育鍛煉人人可為、人人愛為，既是體育強(qiáng)國建設(shè)的目標(biāo)，也是推動人的全面發(fā)展的重要途徑”。深受喜愛的健身車的磁控阻力原理如圖所示，在銅質(zhì)飛輪的外側(cè)有一些磁鐵（與飛輪不接觸），人在健身時帶動飛輪轉(zhuǎn)動，磁鐵會對飛輪產(chǎn)生阻礙，拉動控制拉桿可以改變磁鐵與飛輪間的距離。則（）A.飛輪受到阻力大小與其材料密度有關(guān)B.飛輪受到阻力大小與其材料電阻率無關(guān)C.飛輪轉(zhuǎn)速一定時，磁鐵越靠近飛輪，其受到的阻力越大D.磁鐵與飛輪間距離不變時，飛輪轉(zhuǎn)速越大，其受到的阻力越大訓(xùn)練2：（2023·北京市房山區(qū)高三上學(xué)期期末）如圖甲所示，探測線圈與沖擊電流計串聯(lián)后可用來測定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若將線圈放在被測磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，磁場方向垂直紙面向里，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確的是（）A.SKIPIF1<0時刻感應(yīng)電動勢為零B.SKIPIF1<0時間內(nèi)a點電勢高于b點電勢CSKIPIF1<0時間內(nèi)沖擊電流計中電流大小保持不變D.SKIPIF1<0時間內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的方向始終為逆時針方向重點2法拉第電磁感應(yīng)定律及簡單應(yīng)用例題2：（2023屆·西南匯高三上學(xué)期開學(xué)考試）如圖所示，邊長為L、匝數(shù)為n的正方形金屬線框，它的質(zhì)量為m，電阻為R，用細(xì)線把它懸掛于一個有界的垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，線框的上一半處于磁場內(nèi)，下一半處于磁場外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間的變化規(guī)律為SKIPIF1<0（SKIPIF1<0）。已知細(xì)線能夠承受的最大拉力為SKIPIF1<0。則（）A.線框中感應(yīng)電流沿逆時針方向B.從SKIPIF1<0開始計時，線框處于靜止?fàn)顟B(tài)的時間SKIPIF1<0C.從SKIPIF1<0開始計時，線框處于靜止?fàn)顟B(tài)的時間SKIPIF1<0D.細(xì)線斷后，若保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，則線框?qū)蚣铀傧侣溆?xùn)練2：（2023屆·山東莒南縣一中高三上學(xué)期開學(xué)考試）如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一導(dǎo)體棒ab繞O點在垂直于磁場的平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，角速度為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為（）A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0重點3電磁感應(yīng)中的圖象問題例題3：（2023屆·安徽省卓越縣中聯(lián)盟高三上學(xué)期開學(xué)考試）某同學(xué)將一段金屬絲彎成如圖1所示的平面線圈，已知圓形區(qū)域的面積為SKIPIF1<0，五角星形區(qū)域的面積為SKIPIF1<0，連接圓和五角星部分區(qū)域的面積忽略不計?，F(xiàn)將該線圈沿垂直于磁場的方向放入一勻強(qiáng)磁場（垂直紙面向里的方向為磁場的正方向），且磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度SKIPIF1<0隨時間SKIPIF1<0變化的規(guī)律如圖2所示。則下列圖像中能正確描述線圈兩端點SKIPIF1<0間電勢差SKIPIF1<0隨時間SKIPIF1<0變化規(guī)律的是令SKIPIF1<0（）A. B.C. D.訓(xùn)練3：重點4電磁感應(yīng)中的動力學(xué)、動量和能量問題例題4：（2023屆·湖南九師聯(lián)盟高三上學(xué)期開學(xué)考試）如圖甲所示，質(zhì)量為SKIPIF1<0粗細(xì)均勻總電阻為R，邊長為d的正方形金屬框abcd由靜止開始下落（計時開始），經(jīng)過一段時間進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為SKIPIF1<0的有界勻強(qiáng)磁場，磁場水平向里與金屬框面（紙面）垂直，沿水平方向的上下邊界1、2之間的距離為L