2025屆高考物理二輪總復習第一編專題4電路與電磁感應第2講電磁感應規(guī)律及綜合應用課件

第二講電磁感應規(guī)律及綜合應用通覽知識明要點研學考點提能力目錄索引0102突破熱點聚素養(yǎng)03通覽知識明要點研學考點提能力考點一楞次定律和法拉第電磁感應定律的應用高考風向標考點考題明細考查頻度楞次定律和法拉第電磁感應定律的應用2024湖北卷,1;2024甘肅卷,4、6;2024廣東卷,4;2024湖南卷,4;2024江蘇卷,10;2023河北卷,8;2023重慶卷,2;2023海南卷,6;2023湖北卷,5;2023江蘇卷,8;2022河北卷,5;2022廣東卷,4、10;2022山東卷,12;2022全國甲卷,16全國卷:3年1考地方卷:3年15考命題角度1感應電流方向的判定

例1(2024江蘇卷)如圖所示,在絕緣的水平面上,有閉合的兩個線圈a、b,線圈a處在勻強磁場中,現(xiàn)將線圈a從磁場中勻速拉出,線圈a、b中產生的感應電流方向分別是(

)A.順時針、順時針

B.順時針、逆時針C.逆時針、順時針

D.逆時針、逆時針答案

A解析

線圈a從磁場中勻速拉出的過程中,穿過線圈a的磁通量在減小,根據楞次定律可知線圈a中產生的感應電流方向為順時針,由于線圈a從磁場中勻速拉出,則線圈a中產生的電流為恒定電流,線圈a靠近線圈b的過程中線圈b的磁通量在向外增大,可得線圈b中產生的感應電流方向為順時針。故選A。命題角度2兩類電動勢的求解

則t=3s時,柔軟細金屬絲所受安培力大小為(

)答案

C命題角度3感應電荷量的兩種求法

例3(2024河北邯鄲一模)2023年11月,我國首顆高精度地磁場探測衛(wèi)星投入使用,該衛(wèi)星將大幅提高我國空間磁場探測技術水平。地磁場的磁感線從地理南極出發(fā),回到地理北極,磁感線分布如圖甲所示。在地面上不太大范圍內,地磁場都可以看成是勻強磁場。設在北京某處有一個半徑為r、總電阻為R的單匝閉合線圈,初始狀態(tài)線圈水平放置,線圈所在位置地磁場的磁感應強度大小為B,方向與線圈面成α(α<45°)角。若以東西方向的直徑為軸,從東向西看,把線圈逆時針轉過,如圖乙所示,則此過程通過回路截面的電荷量為(

)答案

A拓展衍生1.(多選)(2024云南昆明一模)法拉第制作了最早的圓盤發(fā)電機,如圖甲所示。興趣小組仿制了一個金屬圓盤發(fā)電機,按圖乙連接電路。圓盤邊緣與電刷P緊貼,用導線把電刷P與電阻R的a端連接,圓盤的中心軸線O與電阻R的b端連接。將該圓盤放置在垂直于盤面向外的勻強磁場中,磁感應強度大小為B。使圓盤以角速度ω勻速轉動,轉動方向如圖乙所示。已知圓盤半徑為L,除電阻R外其他電阻不計。下列說法正確的是(

)A.通過電阻R的電流方向為b→aB.通過電阻R的電流方向為a→bAC解析

圓盤可看成由無數根沿著半徑的導體棒組成,每根導體棒均切割磁感線,從而產生感應電動勢,產生感應電流,根據右手定則,圓盤上感應電流從圓周邊緣流向圓心O點,通過電阻R的電流方向為b→a,故A正確,B錯誤;2.(2024廣東卷)電磁俘能器可在汽車發(fā)動機振動時利用電磁感應發(fā)電實現(xiàn)能量回收。結構如圖甲所示,兩對永久磁體可隨發(fā)動機一起上下振動。每對永久磁體間有水平方向的勻強磁場,磁感應強度大小均為B。磁場中,邊長為L的正方形線圈豎直固定在減震裝置上。某時刻磁場分布與線圈位置如圖乙所示,永久磁體振動時磁場分界線不會離開線圈。關于圖乙中的線圈,下列說法正確的是(

)A.穿過線圈的磁通量為BL2B.永久磁體相對線圈上升越高,線圈中感應電動勢越大C.永久磁體相對線圈上升越快,線圈中感應電動勢越小D.永久磁體相對線圈下降時,線圈中感應電流的方向為順時針方向D解析

本題考查法拉第電磁感應定律等。根據磁通量的概念,圖示時刻回路內的磁通量為0,選項A錯誤;永久磁體相對于線圈上升越快,線圈中感應電動勢越大,選項B、C錯誤;永久磁體相對于線圈下降時,回路內的向外的磁場增大,向內的磁場減小,根據楞次定律,感應電流的磁場向內,線圈中感應電流的方向為順時針方向,選項D正確?？键c二電磁感應中的圖像問題高考風向標考點考題明細考查頻度電磁感應中的圖像問題2024全國甲卷,21;2023福建卷,4;2022河北卷,8全國卷:3年1考地方卷:3年2考1.電磁感應圖像問題的“三點關注”2.電磁感應圖像問題的“兩種解法”例4(2024江蘇連云港一模)如圖所示,水平光滑金屬導軌OA、OB間的夾角為60°,固定放置在方向豎直向下的勻強磁場中。輕質絕緣彈簧右端固定在C點,彈簧軸線平分∠AOB,C、O間距恰為彈簧的原長,導體棒與彈簧左端連接并垂直于彈簧,導體棒和導軌單位長度的阻值相同。導體棒從圖示位置以初速度v0向右運動到O點的過程中,導體棒的速度v、加速度a、回路中電流I、通過O點的電荷量q隨時間t變化的圖像可能正確的是(

)A解析

導體棒向右運動過程,彈簧形變量變小,向右的彈力變小,導體棒的速度增大,根據楞次定律可知導體棒受到向左的安培力增大,因此,若導體棒的速度增大,則導體棒受到向右的合外力應該是減小的,導體棒的加速度應該是減小的,v-t圖像斜率應該是減小的,導體棒靠近O點過程中,某時刻加速度為零,此時應該速度最大,故A正確,B錯誤;設某時刻導體棒接入導軌的長化規(guī)律應該與速度的變化規(guī)律相同,故C錯誤;根據q=It,則q-t圖像與v-t圖趨勢相同,故D錯誤。拓展衍生3.(多選)(2024全國甲卷)如圖所示,一絕緣細繩跨過兩個在同一豎直面(紙面)內的光滑定滑輪,繩的一端連接一矩形金屬線框,另一端連接一物塊。線框與左側滑輪之間的虛線區(qū)域內有方向為垂直于紙面的勻強磁場,磁場上下邊界水平,在t=0時刻線框的上邊框以不同的初速度從磁場下方進入磁場。運動過程中,線框始終在紙面內且上下邊框保持水平。以向上為速度的正方向,下列線框的速度v隨時間t變化的圖像中可能正確的是(

)AC解析

設線框的上邊框進入磁場時的速度為v,線框的質量為m0,物塊的質量為m,題圖中線框進入磁場時線框的加速度向下,則對線框由牛頓第二定律度較小,則線框進入磁場時做加速度減小的減速運動,則選項A可能。因t=0時刻線框就進入磁場,則進入磁場時線框向上不可能做勻減速運動,則選項B不可能。若線框的質量等于物塊的質量,線框進入磁場做加速度減小的減速運動,完全進入磁場后線框做勻速運動;當線框離開磁場時,受向下的安培力又做加速度減小的減速運動,最終離開磁場時做勻速運動,則選項C可能,D不可能?？键c三電磁感應中的動力學、動量和能量問題高考風向標考點考題明細考查頻度電磁感應中的動力學、動量和能量問

題2024湖南卷,8;2024黑吉遼卷,9;2024山東卷,11;2024全國甲卷,25;2024江西卷,15;2024湖北卷,15;2024廣西卷,15;2024河北卷,14;2024安徽卷,15;2024浙江卷,13、19;2023重慶卷,7;2023廣東卷,14;2023山東卷,12;2023遼寧卷,10;2022湖北卷,15;2022湖南卷,10;2022全國乙卷,24全國卷:3年2考地方卷:3年16考命題角度1電磁感應中的動力學問題

例5(多選)(2024黑吉遼卷)如圖,兩條“”形的光滑平行金屬導軌固定在絕緣水平面上,間距為L,左、右兩導軌面與水平面夾角均為30°,均處于豎直向上的勻強磁場中,磁感應強度大小分別為2B和B。將有一定阻值的導體棒ab、cd放置在導軌上,同時由靜止釋放,兩棒在下滑過程中始終與導軌垂直并接觸良好。ab、cd的質量分別為2m和m,長度均為L。導軌足夠長且電阻不計,重力加速度為g,兩棒在下滑過程中(

)A.回路中的電流方向為abcdaC.ab與cd加速度大小之比始終為2∶1D.兩棒產生的電動勢始終相等答案

AB解析

考查楞次定律、安培力以及牛頓第二定律。兩導體棒沿軌道向下滑動,根據右手定則可知回路中的電流方向為abcda,故A正確;對任意時刻,當電路中的電流為I時,對ab根據牛頓第二定律得2mgsin

30°-2BILcos

30°=2ma1,對cd根據牛頓第二定律得mgsin

30°-BILcos

30°=ma2,可得a1=a2,故C錯誤;當導體棒勻速運動時,電路中的電流達到穩(wěn)定值,此時對ab分析得,2mgsin

30°=2BI'Lcos

30°,解得I'=,故B正確;根據前面分析可知,a1=a2,故可知兩導體棒速度大小始終相同,由于兩邊磁感應強度不同,因此兩棒產生的感應電動勢不同,故D錯誤。命題角度2電磁感應中的能量、動量分析

例6(多選)(2024廣東廣州二模)發(fā)電機的工作原理可以簡化為如圖所示的情境。質量為m的導體棒垂直于光滑導軌放置,導軌間距為l,導軌間分布著垂直于導軌平面、磁感應強度大小為B的勻強磁場。將負載(電阻為R的電熱毯)接入導軌中形成閉合回路,導體棒在恒力F0的作用下由靜止開始沿光滑導軌向右運動。t時刻,導體棒速度達到v。導軌和導體棒電阻忽略不計,導軌無限長,導體棒始終與導軌垂直且接觸良好。下列說法正確的是(

)CD的增大,加速度逐漸減小,當加速度減小為零后,導體棒做勻速運動,由于不知道t時刻加速度是否為零,則在0~t時間內發(fā)電機電動勢可能隨時間先增大后不變,也可能一直增大,B錯誤;拓展衍生4.(多選)如圖所示,有兩個寬度均為L、沿水平方向的勻強磁場區(qū)域Ⅰ、Ⅱ,兩磁場的各個邊界均在水平面內。兩磁場的磁感應強度大小均為B,兩磁場間的距離大于L。一質量為m、電阻為R、邊長為L的正方形單匝閉合導線框abcd從磁場區(qū)域Ⅰ上方某一位置由靜止釋放,導線框cd邊剛要出磁場區(qū)域Ⅰ和剛要出磁場區(qū)域Ⅱ時的速度相同,導線框穿過磁場區(qū)域Ⅱ產生的焦耳熱為Q。導線框向下運動過程中始終在垂直于磁場的豎直平面內,ab邊始終水平。重力加速度大小為g。下列說法正確的是(

)A.導線框穿過區(qū)域Ⅰ產生的焦耳熱也一定為QB.cd邊穿過兩個磁場區(qū)域的過程,通過導線框截面的電荷量相等C.導線框穿過兩個磁場區(qū)域的過程,導線框的速度變化量不一定相同答案

ABD解析

磁場寬度與導線框的邊長都為L,則導線框只有進出磁場兩個過程,各位置的瞬時速度如圖所示因導線框cd邊剛要出磁場區(qū)域Ⅰ和剛要出磁場區(qū)域Ⅱ時的速度相同為v3,說明出磁場的運動過程一定是減速運動,且穿過磁場的運動過程完全相同,則有v1=v4,v2=v5,導線框穿過磁場區(qū)域Ⅱ產生的焦耳熱為Q,則導線框穿過磁場區(qū)域Ⅰ和穿過磁場區(qū)域Ⅱ是完全相同的運動過程,產生的焦耳熱一定為Q,故A正確;域的過程中,通過導線框的磁通量的變化量ΔΦ相同,則電荷量q相等,故B正確;導線框穿過兩個磁場區(qū)域的過程,由動量定理有mgt-Bql=mΔv,因運動過程相同,則時間相同,又電荷量相等,則導線框的速度變化量一定相同,故C錯誤;設磁場區(qū)域Ⅰ、Ⅱ間的距離為H,選擇導線框cd邊剛出磁場區(qū)域Ⅰ和5.(2024安徽卷)如圖所示,一“U”形金屬導軌固定在豎直平面內,一電阻不計、質量為m的金屬棒ab垂直于導軌,并靜置于絕緣固定支架上。邊長為L的正方形cdef區(qū)域內,存在垂直于紙面向外的勻強磁場。支架上方的導軌間存在豎直向下的勻強磁場。兩磁場的磁感應強度大小B隨時間t的變化關系均為B=kt(SI),k為常數(k>0)。支架上方的導軌足夠長,兩邊導軌單位長度的電阻均為r,支架下方導軌的總電阻為R。t=0時,對ab施加豎直向上的拉力,恰使其向上做加速度大小為a的勻加速直線運動,整個運動過程中ab與兩邊導軌接觸良好。已知ab與導軌間動摩擦因數為μ,重力加速度大小為g。不計空氣阻力,兩磁場互不影響。(1)求通過面積Scdef的磁通量大小隨時間t變化的關系式,以及感應電動勢的大小,并寫出ab中電流的方向。(2)求ab所受安培力的大小隨時間t變化的關系式。(3)求經過多長時間,對ab所施加的拉力達到最大值,并求此最大值。解析

(1)通過面積Scdef的磁通量大小隨時間t變化的關系式為Φ=BScdef=kL2t由楞次定律可知ab中的電流從a流向b。

(2)根據左手定則可知ab受到的安培力方向垂直導軌平面向里,大小為F安=BIL其中B=kt(3)由題知t=0時,對ab施加豎直向上的拉力,恰使其向上做加速度大小為a的勻加速直線運動,對ab受力分析,由牛頓第二定律有F-mg-μF安=ma突破熱點聚素養(yǎng)模型建構經典物理模型:電磁感應中的“桿+導軌”模型“桿+導軌”模型又分為“單桿”模型和“雙桿”模型,導軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜,桿的運動狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運動等。(一)單桿模型物理模型

勻強磁場與導軌垂直,磁感應強度為B,導軌寬為l,桿cd質量為m,初速度為零,拉力恒為F,水平導軌光滑,除電阻R外,其他電阻不計(二)雙桿模型

物理模型“雙桿”模型分為兩類:一類是“一動一靜”,甲桿靜止不動,乙桿運動,其實質是單桿問題,不過要注意問題包含著一個條件——甲桿靜止,受力平衡。另一種情況是兩桿都在運動,對于這種情況,要注意兩桿切割磁感線產生的感應電動勢是相加還是相減考向分析“桿+導軌”模型是高考的熱點,考查的知識點多,題目的綜合性強,物理情境變化空間大,也是復習中的難點。此類試題可以很好地考查力與運動的關系,一般會與動量定理、動量守恒定律、動能定理、焦耳定律、功能關系、能量守恒定律等聯(lián)系在一起,進而考查學生綜合分析問題的能力。案例探究典例(2023全國甲卷)如圖所示,水平桌面上固定一光滑U形金屬導軌,其平行部分的間距為l,導軌的最右端與桌面右邊緣對齊,導軌的電阻忽略不計。導軌所在區(qū)域有方向豎直向上的勻強磁場,磁感應強度大小為B。一質量為m、電阻為R、長度也為l的金屬棒P靜止在導軌上。導軌上質量為3m的絕緣棒Q位于P的左側,以大小為v0的速度向P運動并與P發(fā)生彈性碰撞,碰撞時間很短。碰撞一次后,P和Q先后從導軌的最右端滑出導軌,并落在地面上同一地點。P在導軌上運動時,兩端與導軌接觸良好,P與Q始終平行,不計空氣阻力。求:(1)金屬棒P滑出導軌時的速度大小;(2)金屬棒P在導軌上運動過程中產生的熱量;(3)與P碰撞后,絕緣棒Q在導軌上運動的時間。解析

(1)設Q、P碰撞后瞬間的速度分別是v1、v2,規(guī)定向右為正方向絕緣棒Q與金屬棒P發(fā)生彈性碰撞由動量守恒定律得3mv0=3mv1+mv2由機械能守恒定律得規(guī)律總結

“四步法”解決雙桿切割問題

角度拓展(多選)如圖所示,兩寬度不等的光滑平行金屬導軌水平固定放置,窄軌間距為L,寬軌間距為2L。導體棒ab、cd分別垂直放置在兩導軌上,質量均為m,導軌間的電阻均為R。導軌間存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度的大小為B。已知兩導軌均足夠長、電阻不計。使兩導體棒均