高考第一輪復習教案-電磁感應

第1課電磁感應現(xiàn)象第1課一、電磁感應【例1】線圈在長直導線電流的磁場中，作如圖所示的運動：A向右平動；B向下平動，C、繞軸轉動（ad邊向外），D、從紙面向紙外作平動，E、向上平動（E線圈有個缺口），判斷線圈中有沒有感應電流？【例2】如圖所示，當導線MN中通以向右方向電流的瞬間，則cd中電流的方向（B）A．由C向dB．由d向CC．無電流產生D．AB兩情況都有可能二、感應電流方向的判定【例3】圖中為地磁場磁感線的示意圖，在南半球地磁場的豎直分量向上，飛機在南半球上空勻速飛行，機翼保持水平，飛機高度不變，由于地磁場的作用，金屬機翼上有電勢差．設飛行員左方機翼末端處的電勢為U1，右方機翼末端處的電勢為U2A．若飛機從西往東飛，U1比U2高；B．若飛機從東往西飛，U2比U1高；C．若飛機從南往北飛，U1比U2高；D．若飛機從北往南飛，U2比U1高；2.楞次定律(1)楞次定律:感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化．(2)對“阻礙”的理解這里的“阻礙”不可理解為“相反”，感應電流產生的磁場的方向，當原磁場增加時，則與原磁場方向相反，當原磁場減弱時，則與原磁場方向相同；也不可理解為“阻止”，這里是阻而未止．(3)楞次定律的另一種表達:感應電流的效果總是要反抗產生感應電流的原因.即由電磁感應現(xiàn)象而引起的一些受力、相對運動、磁場變化等都有阻礙原磁通量變化的趨勢。(4)楞次定律應用時的步驟①先看原磁場的方向如何．②再看原磁場的變化（增強還是減弱）．③根據(jù)楞次定律確定感應電流磁場的方向．④再利用安培定則，根據(jù)感應電流磁場的方向來確定感應電流方向．【例4】如圖所示，小金屬環(huán)靠近大金屬環(huán)，兩環(huán)互相絕緣，且在同一平面內，小圓環(huán)有一半面積在大圓環(huán)內，當大圓環(huán)接通電源的瞬間，小圓環(huán)中感應電流的情況是A.無感應電流B.有順時針方向的感應電流C.有逆時針方向的感應電流D.無法確定【例5】如圖所示，一個有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電導線的下方，當通電直導線中電流I增大時，圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長度L將變化：①S增大；②S減??；③L變長；.④L變短．正確的是（）A.①③;B.①④;C.②③;D.①④【例6】如圖所示，閉合線框ABCD和abcd可分別繞軸線OO/，轉動．當abcd繞OO/軸逆時針轉動時〔俯視圖），問ABCD如何轉動？【例7】用一種新材料制成一閉合線圈，當它浸入液氮中時，會成為超導體，這時手拿一永磁體，使任一磁極向下，放在線圈的正上方，永磁體便處于懸浮狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為超導體磁懸浮，可以用電磁感應及有關知識來解釋這一現(xiàn)象．【例8】在光滑水平面上固定一個通電線圈，如圖所示，一鋁塊正由左向右滑動穿過線圈，那么下面正確的判斷是（）A.接近線圈時做加速運動，離開時做減速運動B.接近和離開線圈時都做減速運動C.一直在做勻速運動D.在線圈中運動時是勻速的規(guī)律方法1、楞次定律的理解與應用【例9】如圖所示，一個電感很大的線圈通過電鍵與電源相連，在其突出部分的鐵芯上套有一個很輕的鋁環(huán)，關于打開和閉合電鍵時將會發(fā)生的現(xiàn)象，有以下幾種說法：①閉合電鍵瞬間，鋁環(huán)會豎直向上跳起；②打開電鍵瞬間，鋁環(huán)會增大對線圈的壓力；③閉合電鍵瞬間，鋁環(huán)會增大對線圈的壓力；④打開電鍵瞬間，鋁環(huán)會豎直向上跳起。其中判斷正確的是()A.①②;B.①③;C.①④;D.②③;【例10】磁感應強度為B的勻強磁場僅存在于邊長為2l的正方形范圍內，有一個電阻為R、邊長為l的正方形導線框abcd，沿垂直于磁感線方向，以速度v勻速通過磁場，如圖所示，從ab邊進入磁場算起．畫出穿過線框的磁通量隨時間變化的圖象線框中感應電流的方向【例11】如圖所示，導線框abcd與導線AB在同一平面內，直導線中通有恒定電流I，當線框由左向右勻速通過直導線過程中，線框中感應電流的方向是A．先abcda，再dcbad，后abcdaB．先abcda，再dcbadC．始終是dcbadD．先dcbad，再abcda，后dcbad【例12】如圖所示，一水平放置的圓形通電線圈1固定，另一較小的圓形線圈2從1的正上方下落，在下落過程中兩線圈平面始終保持平行且共軸，則在線圈2從正上方下落至l的正下方過程中，從上往下看，線圈2中的感應電流應為（）A．無感應電流B．有順時針方向的感應電流C、先是順時針方向，后是逆時針方向的感應電流D、先是逆時針方向，后是順時針方向的感應電流【例13】如圖所示，AOC是光滑的金屬軌道，AO沿豎直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金屬直桿如圖立在導軌上,OP＞OQ，直桿從圖示位置由靜止開始在重力作用下運動，運動過程中QO端始終在OC上，P端始終在AO上，直到完全落在OC上，空間存在著垂直紙面向外的勻強磁場，則在PQ棒滑動的過程中，下列判斷正確的是（）A.感應電流的方向始終由P→QB.感應電流的方向先由P→Q，再是Q→PC.PQ受磁場力的方向垂直于棒向左D.PQ受磁場力的方向垂直于棒先向左，再向右2、力學與電磁磁應的綜合應用解決這類問題一般分兩條途徑:一是注意導體或運動電荷在磁場中的受力情況分析和運動狀態(tài)分析;二是從動量和功能方面分析,由有關的規(guī)律進行求解【例14】如圖所示，閉合金屬環(huán)從高h的曲面滾下，又沿曲面的另一側上升，整個裝置處在磁場中，設閉合環(huán)初速為零，摩擦不計，則A．若是勻強磁場，環(huán)滾的高度小于hB．若是勻強磁場，環(huán)滾的高度等于hC、若是非勻強磁場，環(huán)滾的高度小于h。D、若是非勻強磁場，環(huán)滾的高度大于h?！纠?5】如圖所示，光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平軌道相連，水平軌道上方有足夠長的光滑絕緣桿MN，上掛一光滑鋁環(huán)A,在弧形軌道上高為h的地方無初速度釋放磁鐵B（可視為質點），B下滑至水平軌道時恰好沿A的中心軸線運動，設A,B的質量為MA.MB，求A獲得的最大速度和全過程中A獲得的電能．（忽略B沿弧形軌道下滑時環(huán)A中產生的感應電流）第2課散法拉第電磁感應定律、自感第2課基礎知識一、法拉第電磁感應定律【例1】兩根平行的長直金屬導軌，其電阻不計，導線ab、cd跨在導軌上且與導軌接觸良好，如圖11—17所示，ab的電阻大于cd的電阻，當d在外力F1，（大?。┑淖饔孟?，勻速向右運動時，ab在外力F2（大?。┳饔孟卤３朱o止，那么在不計摩擦力的情況下（Uab、Ucd是導線與導軌接觸處的電勢差）（）A．F1＞F2，Uab＞UcdB．F1＜F2，Uab＝UcdC．F1＝F2，Uab＞UcdD．F1＝F2，Uab=Ucd【例2】如圖所示，磁場方向與水平而垂直，導軌電阻不計，質量為m長為l，電阻為R的直導線AB可以在導軌上無摩擦滑動從靜止開始下滑過程中，最大加速度為；最大速度為。二、感應電量的計算N(1)Q＝IΔt=εΔt/R＝ΔΦ/RN(2)當線圈是N匝時則電量為：Q=NΔΦ/R如圖所示，當磁鐵完全插入時，假設線圈中磁通量變化為ΔΦ，通過每匝線圈磁通量變化與N匝線圈的磁通量變化一樣都為ΔΦ；通過每匝線圈磁通量的變化率都為ΔΦ/Δt，因為是N匝，相當于N個相同電源串聯(lián)，所以線圈的感應電動勢ε＝Nε0=NΔΦ/Δt．(3)如圖所示，磁鐵快插與慢插兩情況通過電阻R的電量一樣，但兩情況下電流做功及做功功率不一樣．【例3】.長L1寬L2的矩形線圈電阻為R，處于磁感應強度為B的勻強磁場邊緣，線圈與磁感線垂直。將FL1L2Bv線圈以向右的速度v勻速拉出磁場，求：①拉力F大??；②拉力的功率P；③拉力做的功W；FL1L2Bv解析：特別要注意電熱Q和電荷q的區(qū)別，其中q與速度無關！三.自感現(xiàn)象【例4】在圖中，L是自感系數(shù)足夠大的線圈，其直流電阻可以忽略不計，D1和D2是兩個相同的燈泡，若將電鍵K閉合，待燈泡亮度穩(wěn)定后再斷開電鍵K，則()A．電鍵K閉合時，燈泡D1和D2同時亮，然后D1會變暗直到不亮，D2更亮B．電鍵K閉合時，燈泡D1很亮，D2逐漸變亮，最后一樣亮亮亮C．電鍵K斷開時，燈泡D2隨之熄滅。而D1會更下才熄滅D．電鍵K斷開時，燈泡D1隨之熄滅，而D2會更下才熄滅【例5】如圖所示是演示自感現(xiàn)象的電路圖．L是一個電阻很小的帶鐵芯的自感線圈，A是一個標有“6V，4w”的小燈泡，電源電動勢為6V，內阻為3Ω，在實驗中（）A．S閉合的瞬間燈泡A中有電流通過，其方向是從a→bB．S閉合后，燈泡A不能正常工作C．S由閉合而斷開瞬間，燈A中無電流D．S由閉合而斷開瞬間，燈A中有電流通過，其方向為從b→a規(guī)律方法1、Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt三個概念的區(qū)別磁通量Ф=BScosθ，表示穿過這一平面的磁感線條數(shù)；磁通量的變化量△Ф=Ф2－Ф1表示磁通量變化的多少；磁通量的變化率ΔФ/Δt表示磁通量變化的快慢.Ф大,ΔФ及ΔФ/ΔT不一定大,ΔФ/ΔT大，Ф及ΔФ也不一定大．它們的區(qū)別類似于力學中的v.ΔV及a=ΔV/△t的區(qū)別.【例6】長為a寬為b的矩形線圈，在磁感強度為B的勻強磁場中垂直于磁場的OO′軸以恒定的角速度ω旋轉，設t=0時，線圈平面與磁場方向平行，則此時的磁通量和磁通量的變化率分別是[]．【例6】如圖所示，AB是兩個同心圓，半徑之比RA∶RB=2∶1，AB是由相同材料，粗細一樣的導體做成的，小圓B外無磁場，B內磁場的變化如圖所示，求AB中電流大小之比（不計兩圓中電流形成磁場的相互作用）．【例7】如圖所示，光滑導軌寬0.4m，ab金屬棒長0.5m，均勻變化的磁場垂直穿過其面，方向如圖，磁場的變化如圖所示，金屬棒ab的電阻為1ΩA．1s末回路中的電動勢為1．6VB．1s末棒ab受安培力大小為1．28NC．1s末回路中的電動勢為0．8VD．1s末棒ab受安培力大小為0．64N3、自感問題【例8】如圖電路中，自感線圈電阻很?。珊雎圆挥嫞?，自感系數(shù)很大．A、B、C是三只完全相同的燈泡．則S閉合后（）A．S閉合瞬間，三個燈都亮B．S閉合瞬間，A燈最亮，B燈和C燈亮度相同C．S閉合后，過一會兒，A燈逐漸變暗，最后完全熄滅D．S閉合后過一會兒，B、C燈逐漸變亮，最后亮度相同【例9】如圖所示，L為一純電感線圈，R為一燈泡．下列說法中正確的是（）A．開關K接通瞬間無電流通過燈泡B．開關K接通后電路穩(wěn)定時，無電流通過燈泡C．開關K斷開瞬間無電流通過燈泡D．開關K接通瞬間及接通后電路穩(wěn)定時，燈泡中均有從a到b的電流，而在開關K斷開瞬間燈泡中則有從b到a的電流4、電磁感應與力學的聯(lián)系【例10】.豎直放置的U形導軌寬為L，上端串有電阻R（其余電阻不計）。磁感應強度為B的勻強磁場方向向外。金屬棒ab質量為m，與導軌接觸良好，不計摩擦，從靜止釋放后保持水平而下滑。求其下滑的最大速度。*如果在該圖上端電阻右邊安一只電鍵，讓ab下落一段距離后再閉合電鍵，那么閉合電鍵后ab的運動情況如何？（無論何時閉合電鍵，ab可能先加速后勻速，也可能先減速后勻速，但最終穩(wěn)定后的速度都一樣）?！纠?1】如圖所示，質量為100g的鋁環(huán)，用細線懸掛起來，環(huán)中央距地面h為0.8m.有一質量200g的磁鐵以10m/s的水平速度射入并穿過鋁環(huán)，落在距鋁環(huán)原位置水平距離3.6m處，則在磁鐵與鋁環(huán)發(fā)生相互作用時：（1)鋁環(huán)向哪邊偏斜？它能上升多高？(2)在磁鐵穿過鋁環(huán)的整個過程中，環(huán)中產生了多少電能？第3課專題：電磁感應中的電路分析和圖象問題第3課規(guī)律方法一、電路分析主要步驟是：1.確定電源．產生感應電流或感應電動勢的那部分電路就相當于電源，利用法拉第電磁感應定律確定其電動勢的大小，利用楞次定律確定其正負極．需要強調的是：在電源內部電流是由負極流向正極的，在外部從正極流向外電路，并由負極流人電源．如無感應電流，則可以假設電流如果存在時的流向．2.分析電路結構，畫出等效電路圖．這一步的實施的本質是確定“分析”的到位與準確．承上啟下，為下一步的處理做好準備．3.利用電路規(guī)律求解．主要還是歐姆定律、串并聯(lián)電路、電功、電熱．【例1】如圖所示，粗細均勻的金屬環(huán)的電阻為R，可轉動原金屬桿OA的電阻為R/4，桿長為L，A端與環(huán)相接觸，一定值電阻分別與桿的端點O及環(huán)邊連接，桿OA在垂直于環(huán)面向里的、磁感應強度為B的勻強磁場中，以角速度ω順時針轉動，又定值電阻為R/2，求電路中總電流的變化范圍?！纠?】如圖所示，半徑為a的圓形區(qū)域內有勻強磁場，磁感應強度B＝0.2T，磁場方向垂直紙面向里，半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場同心地旋轉，磁場與環(huán)面垂直，其中a=0.4m,b＝0.6m.金屬環(huán)上分別接有燈L1、L2，兩燈的電阻均為R0＝2Ω.一金屬棒MN與金屬環(huán)接觸良好，棒與環(huán)的電阻均不計．（1)若棒以v0=5m/s的速率在環(huán)上向右勻速滑動，求棒滑過圓環(huán)直徑00'的瞬時,MN中的電動勢和流過L1的電流．(2)撤去中間的金屬棒MN，將右面的半圓環(huán)OL2O/以OO/為軸向上翻轉900，若此時磁場隨時間均勻變化，其變化率為T/s，求L1的功率．二、圖象問題順時針【例3】一勻強磁場，磁場方向垂直紙面，規(guī)定向里的方向為正。在磁場中有一細金屬圓環(huán)，圓環(huán)平面位于紙面內，如圖所示?，F(xiàn)令磁感應強度B隨時間t變化，先按下圖中的oa圖線變化，后來又按bc和ad變化，令E1,E2,E3,分別表示這三段變化過程中的感應電動勢的大小，I1、I2、I3分別表示對應的感應電流，則（）順時針A.El＞E2，I1沿逆時針方向，I2沿順時針方向.B.El＜E2，I1沿逆時針方向，I2沿順時針方向.C.E1＜E2，I2沿順時針方向，I3沿逆時針方向D.E2=E3,I2沿順時針方向，I3沿順時針方向【例4】如圖所示，豎直放置的螺線管與導線abcd構成回路，導線所圍區(qū)城內有一垂直紙面向里的變化的勻強磁場，螺線管下方水平桌面上有一導體圓環(huán)．導線abcd所圍區(qū)域內磁場的磁感應強度按圖中哪一圖線所表示的方式隨時間變化時，導體圓環(huán)將受到向上的磁場作用力（）BBACD【例5】如圖中A是一個邊長為L的正方形線框，電阻為R，今維持線框以恒定的速度v沿x軸運動。并穿過圖中所示的勻強磁場B區(qū)域，若以X軸正方向作為力的正方向，線框在圖示位置的時刻作為時間的零點，則磁場對線框的作用力F隨時間t的變化圖線為圖中的【例6】一個閉合線圈固定在垂直紙面的勻強磁場中，設磁場方向向里為磁感強度B的正方向，線圈中的箭頭為電流I的正方向．線圈及線圈中感應電流I隨時間變化的圖線如圖所示，則磁感強度B隨時間變化的圖線可能是圖中的（）【例7】如圖(a）所示，一個邊長為a，電阻為R的等邊三角形線框在外力作用下以速度v勻速地穿過寬度為a的兩個勻強磁場．這兩個磁場的磁感應強度大小均為B，方向相反，線框運動方向與底邊平行且與磁場邊緣垂直．取逆時針方向的電流為正，試通過計算，畫出從圖示位置開始，線框中產生的感應電流I與沿運動方向的位移X之間的函數(shù)圖象．【例8】如圖（l）所示，OO/和OPQ是位于同一水平面上的兩根金屬導軌，處于豎直方向的勻強磁場中，磁感強度為B，導軌OP與OO/成45o角，PQ與OO/平行，相距為d，且足夠長．一金屬桿在t＝0的時刻從O點出發(fā)，以恒定的速度v沿導軌向右滑動，在滑動過程中，桿始終保持與OO/垂直，且與兩導軌接觸良好，金屬桿和導軌OO/的電阻可以不計，OPQ有電阻，且每單位長度的電阻力R，求在開始滑動后的任一時刻t，通過金屬桿的電流強度i，并在圖（2）中的i—t坐標上定性地畫出電流i隨時間t變化的關系曲線．【例9】在圖甲中，直角坐標系0xy的1、3象限內有勻強磁場，第1象限內的磁感應強度大小為2B，第3象限內的磁感應強度大小為B，磁感應強度的方向均垂直于紙面向里.現(xiàn)將半徑為l，圓心角為900的扇形導線框OPQ以角速度ω繞O點在紙面內沿逆時針勻速轉動，導線框回路電阻為R.(1)求導線框中感應電流最大值.(2)在圖乙中畫出導線框勻速轉動一周的時間內感應電流I隨時間t變化的圖象.(規(guī)定與圖甲中線框的位置相對應的時刻為t=0)(3)求線框勻速轉動一周產生的熱量.OO2BxBy圖甲┛ωPlQIIOt圖乙第4課專題:電磁感應與力學綜合第4課規(guī)律方法一、與運動學與動力學結合的題目【例1】如圖所示，一傾斜的金屬框架上設有一根金屬棒，由于摩擦力的作用，在沒有磁場時金屬棒可在框架上處于靜止狀態(tài)，從t0時刻開始，給框架區(qū)域加一個垂直框架平面斜向上的逐漸增強的勻強磁場，到t時刻，棒開始運動，在t0到t這段時間內，金屬棒所受的摩擦力A．不斷增大；B．不斷減??；C．先減小后增大；D．先增大后減小，【例2】如圖所示，足夠長的U形導體框架的寬度L＝0.40m，電阻不計，其所在平面與水平面成α＝370角，磁感強度B=1．0T的勻強磁場方向垂直于框平面，一根質量為m＝0.20kg，有效電阻R=1．0Ω的導體棒MN垂直跨放在U形架上，該導體棒與框架間的動摩擦因數(shù)μ＝0．50，導體棒由靜止開始沿框架下滑到剛開始勻速運動時，通過的位移S＝3．0m，求：（1）導體棒運動過程中某一0.【例3】如圖所示，水平放置的兩根金屬導軌位于方向垂直于導軌平面并指向紙里的磁場中，導軌上有兩根小金屬導體桿ab、cd，能沿導軌無摩擦地滑動，金屬桿ab、cd與導軌間的接觸電阻可忽略不計，開始時，ab、cd都是靜止的，現(xiàn)在讓cd桿以初速度v向右開始運動，如果兩根導軌足夠長，則（）A．cd始終做減速運動，ab始終做加速運動并追上cdB．cd始終做減速運動，ab始終做加速運動，但追不上cdC、cd先做減速運動，后作加速運動，ab先做加速運動后作減速運動D．開始cd做減速運動，ab做加速運動．最終兩桿以相同速度做勻速運動【例4】如圖所示，金屬桿a在離地h高處從靜止開始沿弧形軌道下滑，平行導軌的水平部分有豎直向上的勻強磁場B，水平部分導軌上原來放有一金屬桿b，已知a桿的質量為ma，且與b桿的質量比為ma：mb＝3：4，水平導軌足夠長，不計摩擦，求：（1）當P棒進入磁場后，a、b棒各做什么運動？a和b的最終速度分別是多大？（2）a棒剛進入磁場時，a、b棒加速度之比為多少？整個過程中回路釋放的電能是多少？（3）若已知a、b桿的電阻之比Ra：Rb=3：4，其余電阻不計，整個過程中a、b上產生的熱量分別是多少？【例5】如圖所示abcde和a/b/c/d/e/為兩平行的光滑導軌，aa/＝2cc/，de、d/e/部分為與直軌相切的半徑均為R的半圓形軌道，且處于豎直平面內，直軌部分處于豎直向上的勻強磁場中，彎曲部分處于磁場外，在靠近aa/和cc/處有兩根金屬棒MN、PQ，質量分別為2m和m，為使棒PQ能沿導軌運動而通過半圓形軌道的最高點ee/，在初始位置必須給棒MN以多大的沖量（假設兩段水平直軌道足夠長，PQ出磁場時MN仍在寬軌道上運動）．二、電磁感應定律與能量【例6】甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO/旋轉，當它們以相同的初角速度開始轉動后，由于阻力，經相同的時間后便停止，若將兩環(huán)置于磁感強度為B的大小相同的勻強磁場中，乙環(huán)的轉軸與磁場方向平行，甲環(huán)的轉軸與磁場方向垂直，如圖所示，當甲、乙兩環(huán)同時以相同的角速度開始轉動后，則下列判斷中正確的是（）A．甲環(huán)先停；B．乙環(huán)先停。C．兩環(huán)同時停下；D．無法判斷兩環(huán)停止的先后；【例7】如圖所示，兩根光滑的金屬導軌平行放置在傾角為θ的斜面上，導軌的左端接有電阻R，導軌自身的電阻忽略不計，斜面處在方向垂直斜面向上的勻強磁場中，一質量為m，電阻可忽略不計的金屬棒ab，在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下，沿導軌勻速上滑，并上升高度h，在這一過程中（）A．作用于金屬棒的合力做功為零B．作用于金屬棒的合力做功為重力勢能mgh與電阻發(fā)出的焦耳熱之和C．恒力F與安培力的合力所做的功等于零D．恒力F與重力的合力做的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱【例8】如圖所示，有一水平放置的光滑導電軌道，處在磁感強度為B＝0．5T，方向向上的勻強磁場中．軌道上放一根金屬桿，它的長度恰好等于軌道間的間距L＝0．2m，其質量m＝0．1kg，電阻r=0．02Ω．跨接在軌道間的電阻R＝1．18Ω．軌道電阻忽略不計，g＝10m／s2，（1）要使金屬桿獲得60m／s的穩(wěn)定速度，應對它施加多大的水平