1、2013年高考物理 快速提分考前必看 专题05 电磁感应和电路【高考预测】 本专题解决的是综合应用动力学和能量观点，分析和解决电磁感应过程中的运动和能量转化问题。 高考对电磁感应部分要求较高，常在选择题中考查电磁感应的图象问题、变压器的相关物理量问题，在计算题中作为压轴题，以导体棒的运动为题设，综合电路的相关知识、牛顿运动定律和能量的转化与守恒解决导体棒问题。主要考查的知识点有：楞次定律的理解和应用；感应电流的图像问题；综合应用电路知识和能量观点解决电磁感应问题；直流电路的分析；变压器的工作原理；交流电的产生和描述问题。一、【知识方法回忆】 1.感应电流2.感应电动势的计算（1）法拉第电磁感应
2、定律：，若B不变，则；若s不变，则，常用于计算平均电动势。（2）导体垂直切割磁感线：，主要用于求电动势的瞬时值。（3）导体棒围绕棒的一端在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动而切割磁感线，产生的电动势。（4）感应电荷量的计算回路中发生磁通量变化时，在时间内感应电荷量为，可见，q仅由回路电阻R和磁通量的变化量决定，与发生磁通量的变化的时间无关。3.交流电流的产生及其发生（2）非纯电阻电路。电功，电功率P=UI，电热Q=,电热功率：P=，电功率大于电热功率，所以在非纯电阻电路中，求电功和电功率只能用、P=UI，求电热和电热功率只能用Q=、P=。一定要区分开来。6.电源的功率和效率（1）电源的总功率：
3、=EI（2）电源的内部消耗的功率：（3）电源的输出功率：（4）电源的效率： 二、【解题方法】1.判断电磁感应中闭合电路相对运动问题的分析方法（1）基本方法：根据原磁场（B原方向及情况）确定感应磁场（B感方向）判断感应电流的方向导体受力及运动趋势。（2）作用效果法：由楞次定律可知，感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”，即由阻碍引起感应电流的“原因”，即阻碍物体间的相对运动来作出判断。2.电磁感应中能量问题的解题思路（1）明确研究对象、研究过程。（2）进行正确的受力分析、运动分析、感应电路分析即相互制约关系。（3）明确各力的做功情况及伴随的能量转化的关系。（4）用动能定理、能量守恒定律
4、或功能关系列方程求解。3.电磁感应中电路问题的处理方法（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。（2）画出等效电路，对整个回路进行分析，确定哪一部分是电源，哪一部分为负载以及负载间的连接方式。（3）运用闭合电路欧姆定律，串联、并联电路的特点，电功率公式联立求解，这一部分知识要求熟练运用楞次定律、电磁感应定律、焦耳定律以及能量转化与守恒定律。【热点题型分析】题型一 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用例1.如图所示，Q是单匝金属线圈，MN是一个螺线管，它的绕线方法没有画出，Q的输出端a、b和MN的输入端c、d之间用导线相连，P是在MN的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈
5、若在Q所处的空间加上与环面垂直的变化磁场，发现在t1至t2时间段内弹簧线圈处在收缩状态，则所加磁场的磁感应强度的变化情况可能是（）【对点训练】1.闭合铜环与闭合金属框相接触放在匀强磁场中，如图所示，当铜环向右移动时，金属框架不动，下列说法中正确的是（）A铜环中没有感应电流产生，因磁通量没有变化B金属框中没有感应电流产生，因磁通量没有变化C铜环中没有感应电流产生，金属框中有感应电流产生D铜环和金属框中都有感应电流产生题型二 电磁感应中的图象问题例2. 线圈位于一个垂直线圈平面向里的磁场中，如图所示，磁感应强度B随t的变化规律如图所示，以线圈中逆时针方向的电流为正，以i表示线圈中的感应电流，则以下
6、的i-t图中正确的是（）【对点练习】2. 矩形导体框abcd固定放置在匀强磁场中，磁感线的方向与导体框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，要使导体ab边受到磁场对其作用力F随时间t变化，如图乙所示，规定力F向右为正方向，那么磁场中的磁感应强度B随时间t变化的图象可能是（）题型三 电磁感应过程的动力学问题典例3. 如图，两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为L1电阻不计在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接
7、触良好已知某时刻后两灯泡保持正常发光重力加速度为g求：【对点练习】3. 磁悬浮列车的原理如图所示，在水平面上，两根平行直导轨上有一正方形金属框abcd，导轨间有竖直方向且等距离（跟ab边的长度相等）的匀强磁场B1和B2当匀强磁场B1和B2同时以速度V沿直导轨向右运动时，金属框也会沿直导轨运动设直导轨间距为L=0.4m，B1=B2=1T，磁场运动的速度为V=5m/s金属框每边的电阻均为r=0.5，试求：（1）若金属框没有受阻力时，金属框向何方向运动？（2）金属框始终受到1N的阻力时，金属框最大速度是多少？（3）当金属框始终受到1N阻力时，要使金属框维持最大速度运动，每秒钟需消耗多少能量？题型四
8、电磁感应和直流电路问题典例4.如图所示，U形导线框MNQP水平放置在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中，磁感线方向与导线框所在平面垂直，导线MN和PQ足够长，间距为0.5m，横跨在导线框上的导体棒ab的电阻r=1.0，接在NQ间的电阻R=4O，电压表为理想电表，其余电阻不计若导体棒在水平外力作用下以速度=2.0m/s向左做匀速直线运动，不计导体棒与导线框间的摩擦（1）通过电阻R的电流方向如何？（2）电压表的示数为多少？（3）若某一时刻撤去水平外力，则从该时刻起，在导体棒运动1.0m的过程中，通过导体棒的电荷量为多少？【对点练习】4. 如图1所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置，其宽
9、度L=1m，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接阻值为R=0.40的电阻，质量为m=0.01kg、电阻为r=0.30的金属棒ab紧贴在导轨上现使金属棒ab由静止开始下滑，下滑过程中ab始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x与时间t的关系如图2所示，图象中的OA段为曲线，AB段为直线，导轨电阻不计，g=10m/s2（忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响），试求：（1）当t=1.5s时，重力对金属棒ab做功的功率；（2）金属棒ab在开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量；（3）磁感应强度B的大小5.金属导轨平行且与水平面成角，如图所示，导轨与两个固定电阻R相连，匀强磁场垂直穿
10、过导轨平面有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻相等，与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，受到安培力的大小为F此时（）A任一电阻R消耗的热功率为B两个电阻R共消耗的热功率为C该装置因摩擦而消耗的热功率为D该装置消耗的机械功率为（题型五 电磁感应和交流电路有关问题典例5. 如图所示，矩形线圈abcd的匝数为N=50匝，线圈ab的边长为l1=0.2m，bc的边长为l2=0.25m，在磁感应强度为B=0.4T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴匀速转动，转动的角速度=100rad/s，若线圈自身电阻为r=1，负载电阻R=9试求：（1）穿过线圈平面的最大磁通量m；（2）线圈在图示位置（线圈平面与磁感线平行）时，感应电动势e的大小；（3）1min时间内电阻R上产生的焦耳热Q的大小【对点练习】6. 有n=10匝的矩形线圈，每匝都是长50cm，宽20cm，线圈总电阻10，在B=2T的匀强磁场中以角速度=50rad/s旋转线圈与R=10的外电阻连接，图中的电流表、电压表的接入不影响原电路求：（1）写出电动势的瞬时表达式（从中性面开始计时）；（2）电流表、电压表的读数；（3）1min内产生的热量9