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2020届高考物理全优二轮复习课件:专题4 第1讲 电磁感应问题的综合分析 .ppt

1、专题突破 第一部分 专题四 电磁感应与电路主题新课标卷全国考查情况(序号为题号)热度2019年2018年2017年2016年电磁感应卷20卷21卷19卷17,19卷18卷18卷20卷15卷24卷20,24卷21,25交变电流卷16卷20卷16卷19,21电路卷17摘要:电磁感应与电路的知识在高考中考查频率较高,尤其是电磁感应部分的知识,近几年考查计算题的次数较多;以恒流电路和交流电路构成的电路问题也是高考热点之一,选择题几乎每年必考1道(通常也只考1道)电路问题电路也常融入电学实验、电磁感应计算等问题中考查第1讲 电磁感应问题的综合分析栏目导航02 热 点 突 破 03 强 化 集 训 01

2、真 题 再 现 01 真 题 再 现 1(2019年新课标卷)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现()A电阻定律B库仑定律C欧姆定律D能量守恒定律【答案】D【解析】楞次定律指感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,这种阻碍作用做功将其他形式的能转变为感应电流的电能,所以楞次定律的阻碍过程实质上就是能量转化的过程楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用2(多选)(2019 年新课标卷)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图甲中虚线 MN 所示,一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为 r 的圆环固定在纸面内,圆心 O 在 MN 上t0

3、时磁感应强度的方向如图甲所示磁感应强度 B 随时间 t 的变化关系如图乙所示,则在 t0 到 tt1 的时间间隔内()A圆环所受安培力的方向始终不变B圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C圆环中的感应电流大小为B0rS4t0D圆环中的感应电动势大小为B0r24t0【答案】BC【解析】根据 Bt 图象,由楞次定律可知,线圈中感应电流方向一直为顺时针,但在 t0 时刻,磁场的方向发生变化,故安培力 FA 的方向在 t0 时刻发生变化,则 A 错误,B 正确;由闭合电路欧姆定律得 IER,又根据法拉第电磁感应定律得 Et Bt r22 r2B02t0,又根据电阻定律得 R2rS,联立得 IB0rS4t0

4、,则 C 正确,D 错误3(多选)(2019年新课标卷)如图,两条光滑平行金属导轨固定,所在平面与水平面夹角为,导轨电阻忽略不计虚线ab、cd均与导轨垂直,在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且接触良好已知PQ进入磁场时加速度恰好为零,从PQ进入磁场开始计时,到MN离开磁场区域为止,流过PQ的电流随时间变化的图象可能正确的是()电磁感应图象问题 A B C D【答案】AD【解析】PQ进入磁场时加速度为零若PQ出磁场时MN仍然没有进入磁场,则PQ出磁场后至MN进入磁场的这段时间,由于磁通量不变,无感应

5、电流由于PQ、MN同一位置释放,故MN进入磁场时与PQ进入磁场时的速度相同,所以电流大小也应该相同,A正确,B错误;若PQ出磁场前MN已经进入磁场,由于磁通量不变,PQ、MN均加速运动,PQ出磁场后,MN由于加速故电流比PQ进入磁场时电流大,故D正确,C错误4(多选)(2019年新课标卷)如图,方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨,两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上t0时,棒ab以初速度v0向右滑动运动过程中,ab、cd始终与导轨垂直并接触良好,两者速度分别用v1、v2表示,回路中的电流用I表示下列图象中可能正确的是()A B C D【答案】AC【解析】a

6、b棒向右运动,切割磁感线产生感应电流,则受到向左的安培力,从而向左做减速运动,金属棒cd受向右的安培力作用而做加速运动随着两棒的速度差的减小,安培力减小,加速度减小,当两棒速度相等时,感应电流为零,最终两棒共速,一起做匀速运动故最终电路中电流为0,故A、C正确,B、D错误5(多选)(2018年江苏卷)如图所示,竖直放置的“”形光滑导轨宽为L,矩形匀强磁场、的高和间距均为d,磁感应强度为B.质量为m的水平金属杆由静止释放,进入磁场和时的速度相等金属杆在导轨间的电阻为R,与导轨接触良好,其余电阻不计,重力加速度为g.金属杆()电磁感应电路和动力学问题A刚进入磁场时加速度方向竖直向下B穿过磁场的时间

7、大于在两磁场之间的运动时间C穿过两磁场产生的总热量为 4mgdD释放时距磁场上边界的高度 h 可能小于m2gR22B4L4【答案】BC【解析】由于金属棒进入两个磁场的速度相等,而穿出磁场后金属杆做加速度为 g 的加速运动,所以金属感进入磁场时应做减速运动,选项 A 错误;对金属杆受力分析,根据B2L2vRmgma可知,金属杆做加速度减小的减速运动,其进出磁场的 vt 图象如图所示,由于 0t1 和 t1t2 图线与 t 轴包围的面积相等(都为 d),所以 t1(t2t1),选项 B 正确;从进入磁场到进入磁场之前过程中,根据能量守恒,金属棒减小的重力势能全部转化为焦耳热,所以 Q1mg2d,所

8、以穿过两个磁场过程中产生的热量为 4mgd,选项 C正确;若金属杆进入磁场做匀速运动,则B2L2vRmg0,得 vmgRB2L2,有前面分析可知金属杆进入磁场的速度大于mgRB2L2,根据 hv22g得金属杆进入磁场的高度应大于m2g2R22gB4L4m2gR22B4L4,选项 D 错误6(2019年天津卷)如图所示,固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨,垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R,两棒与导轨始终接触良好MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连,线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场,磁通量变化率为常量k.图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感

9、应强度大小为B.PQ的质量为m,金属导轨足够长,电阻忽略不计(1)闭合S,若使PQ保持静止,需在其上加多大的水平恒力F,并指出其方向;(2)断开S,PQ在上述恒力作用下,由静止开始到速度大小为v的加速过程中,流过PQ的电荷量为q,求该过程安培力做的功W.解:(1)设线圈中的感应电动势为 E,由法拉第电磁感应定律得Ent 设 PQ 与 MN 并联的电阻为 R 并,有 R 并R2 闭合 S 时,设线圈中的电流为 I,根据闭合电路欧姆定律得IER并R 设 PQ 中的电流为 IPQ,有 IPQ12I 设 PQ 受到的安培力为 F 安,有 F 安BIPQl 保持 PQ 静止,由受力平衡,有 FF 安 联

10、立式得 FBkl3R 方向水平向右(2)设 PQ 由静止开始到速度大小为 v 的加速过程中,PQ 运动的位移为 x,所用时间为 t,回路中的磁通量变化为,平均感应电动势为 E,有Et 其中 Blx设 PQ 中的平均电流为 I,有 I E2R 根据电流的定义得 I qt 由动能定理,有FxW12mv20联立式得 W12mv223kq.02 热 点 突 破 楞次定律和电磁感应图象问题多以选择题形式出现,有时也与计算题结合,主要考查以下内容:(1)综合应用楞次定律、法拉第电磁感应定律及电路、安培力等相关知识,判断电流(或安培力)随时间t(或位移x)变化的图象(2)利用动力学观点判断棒(或线圈)的速度

11、随时间变化的图象(3)在计算题中考查学生的识图能力,由图象获取解题信息的能力热点1 对楞次定律和电磁感应图象问题的考查例1(多选)(2019年河南名校二模)如图甲所示,两根粗糙足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一绝缘水平面上,两导轨间距d2 m,导轨电阻忽略不计,M、P端连接一电阻R0.75 的电阻,现有一质量m0.8 kg、电阻r0.25 的金属棒ab垂直于导轨放在两导轨上,棒与R的距离为L2.5 m,棒与导轨接触良好整个装置处于竖直方向的匀强磁场中,磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示已知棒与导轨间的动摩擦因数0.5,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g10 m/s2,下列说法正确的

12、是()A棒相对于导轨静止时,回路中产生的感应电动势为2 VB棒相对于导轨静止时,回路中产生的感应电流为2 AC棒经过2.0 s开始运动D在02.0 s时间内通过R的电荷量q为4 C【答案】ABD【解析】棒相对轨道静止时,回路中产生的感应电动势 EBt Ld252.522 V,I ERr20.750.25 A2 A,故 A、B 正确;回路电流,棒开始运动时,安培力等于最大静摩擦力,则有 BIdmg,BmgId 1 T,解得 t2.5 s,故 C 错误;t2.0 s2.5 s,所以 02.0 s 时间内棒相对于导轨静止,通过电阻 R 的电荷量为 qIt22 C4 C,故 D 正确1楞次定律的理解和

13、应用(1)“阻碍”的效果表现:阻碍原磁通量的变化增反减同;阻碍物体间的相对运动来拒去留;阻碍自身电流的变化自感现象(2)解题步骤:确定原磁场的方向(分析合磁场);确定原磁通量的变化(增加或减少);确定感应电流磁场的方向(增反减同);确定感应电流方向(安培定则)2求解图象问题的思路与方法(1)图象选择问题:求解物理图象的选择题可用“排除法”,即排除与题目要求相违背的图象,留下正确图象也可用“对照法”,即按照要求画出正确的草图,再与选项对照解决此类问题的关键是把握图象特点,分析相关物理量的函数关系,分析物理过程的变化或物理状态的变化(2)图象分析问题:定性分析物理图象,要明确图象中的横轴与纵轴所代

14、表的物理量,弄清图象的物理意义,借助有关的物理概念、公式、不变量和定律作出相应判断在有关物理图象的定量计算时,要弄清图象所揭示的物理规律及物理量间的函数关系,善于挖掘图象中的隐含条件,明确有关图象所包围的面积、斜率,以及图象的横轴、纵轴的截距所表示的物理意义1磁电式转速传感器(多选)(2019 年湛江模拟)如图,是磁电式转速传感器的结构简图该装置主要由测量齿轮、软铁、永久磁铁、线圈等原件组成测量齿轮为磁性材料,等距离地安装在被测旋转体的一个圆周上(圆心在旋转体的轴线上),齿轮转动时线圈内就会产生感应电流设感应电流的变化频率为 f,测量齿轮的齿数为 N,旋转体转速为 n.则()AfnNBfNnC

15、线圈中的感应电流方向不会变化D旋转体转速越高线圈中的感应电流越强【答案】AD2楞次定律(多选)(2019年广西防城港模拟)如图所示,等边闭合三角形线框,开始底边与匀强磁场的边界平行且重合,磁场的宽度大于三角形的高度,线框由静止释放,穿过该磁场区域,不计空气阻力,则下列说法正确的是()A线框进磁场过程中感应电流为顺时针方向B线框底边刚进入和刚穿出磁场时线圈的加速度大小可能相同C线框出磁场的过程,可能做先减速后加速的直线运动D线框进出磁场过程,通过线框的电量不同【答案】BC3自感现象(2019年辽宁大连统考)如图所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,随

16、着开关S闭合和断开的过程中(灯丝不会断),灯L1、L2的亮度变化情况是()AS闭合,L1不亮,L2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮BS闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮CS断开,L1、L2立即不亮DS断开,L1、L2都会亮一下再熄灭【答案】B4电磁感应图象问题(2019年江西师大附中二模)如图甲所示,空间存在方向竖直向下、磁感应强度大小B0.5 T的匀强磁场,有两条平行的长直导轨MN、PQ处于同一水平面内,间距L0.2 m,左端连接阻值R0.4 的电阻质量m0.1 kg的导体棒ab垂直跨接在导轨上,与导轨间的动摩擦因数0.2.从t0时刻开始,通过一小型电动机对棒施加一个水

17、平向右的牵引力,使棒从静止开始沿导轨方向做加速运动,此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好除R以外其余部分的电阻均不计,取重力加速度大小g10 m/s2.甲乙丙(1)若电动机保持恒定功率输出,棒的vt如图乙所示(其中OA是曲线,AB是水平直线)则求导体棒达到最大速度vm时牵引力大小?(2)若电动机保持恒定牵引力F0.3 N,且将电阻换为C10 F的电容器(耐压值足够大),如图丙所示,求导体棒的速度随时间变化的函数表达式【答案】(1)0.45 N(2)v0.5t【解析】(1)当导体棒达到最大速度后,所受合外力为零,沿导轨方向有 FF 安f0摩擦力 fmg0.20.110 N0.2 N感应电动势

18、EBLvm,感应电流 IER安培力 F 安BILB2L2vmR0.520.22100.4 N0.25 N.此时率引力 FF 安f0.45 N.(2)当金属棒的速度大小为时 v,感应电动势为 EBLv由 CQU可知,此时电容器极板上电荷量为 QCUCECBLv设在一小段时间 t 内,可认为导体棒做匀变速运动,速度增加量为 v电容器极板上增加的电荷量为 QCBLv根据电流的定义式 IQt CBLvtCBLa对导体棒受力分析,根据牛顿第二定律,有 FfBILma得 aFfmCB2L20.30.20.1100.520.22 m/s20.5 m/s2可知导体棒的加速度与时间无关,即导体棒做匀加速运动,v

19、0.5t.电磁感应综合问题往往涉及法拉第电磁感应定律、楞次定律、闭合电路欧姆定律、动力学问题、能量问题等,综合性较强,常作为压轴计算题,有时也有选择题热点2 电磁感应的综合问题例2(2019年广东六校三模)如图所示,相距L0.5 m足够长的两根光滑导轨与水平面成37角,导轨电阻不计,导轨处在磁感应强度B2 T的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面斜向上ab、cd为水平金属棒且与导轨接触良好,它们的质量均为m0.5 kg、电阻均为R2.ab棒与一绝缘水平细绳相连处于静止状态,现让cd棒从静止开始下滑,直至与ab相连的细绳刚好被拉断,在此过程中cd棒电阻R上产生的热量为1 J,已知细线能承受的最大拉力

20、为T5 Ng10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8.求细绳被拉断时:(1)ab棒中电流的方向与大小;(2)cd棒的速度大小;(3)cd棒沿导轨下滑的距离【答案】(1)1 A(2)4 m/s(3)2 m【解析】(1)cd 棒切割,由右手定则可知,ab 棒中电流的方向是从 a 流向 b.细绳被拉断瞬时,对 ab 棒有 Tcos 37mgsin 37BIL解得 I1 A.(2)由闭合电路欧姆定律可得 BLvI(RR)解得 v4 m/s.(3)金属棒 cd 从静止开始运动直至细绳刚好被拉断的过程中,ab、cd 电流相同,电阻相同,可得 QabQcd1 J在此过程中电路产生的总热量 QQ

21、abQcd2 J由能量守恒得 mgssin 3712mv2Q解得 s2 m.在此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约,解决问题前首先要建立“动电动”的思维顺序,可概括为:1找准主动运动者,用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感应电动势的大小和方向2根据等效电路图,求解回路中的感应电流的大小及方向3分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响,从而推出对电路中的感应电流有什么影响,最后定性分析导体棒的最终运动情况4列牛顿第二定律或平衡方程求解1电磁感应与力学(多选)(2019年广东名校二模)如图甲所示,一粗细均匀的单匝正方形铜线框,质量m1 kg,放置在光滑绝缘水平面上,两平行虚线间存在与水平面

22、垂直的匀强磁场,磁场边界线与线框ab边平行现用垂直于ab边的水平恒力F拉动线框,线框到达位置开始计时,此时线框开始进入匀强磁场,速度v03m/s,线框中感应电动势为2 V在t3 s时线框到达位置,线框开始离开匀强磁场,此过程中线框vt图象如图乙所示,那么()At0时,ab间的电压为0.75 VB恒力F的大小为0.5 NC线框进入磁场与离开磁场的过程中线框内感应电流的方向相同D线框完全离开磁场瞬间的速度大小为2 m/s【答案】BD【解析】t0 时,ab 相当于电源,外阻为内阻的 3 倍,ab 间电压应为电动势的34,即 Uab34E1.5 V,A 错误;线圈进入磁场过程中,穿过线圈的磁通量增加,

23、而线圈离开磁场过程中,穿过线圈的磁通量减小,根据楞次定律可知两个过程中产生的感应电流方向相反,当线圈完全进入磁场到刚要穿出磁场过程,即 13 s 过程中,由于穿过线圈的磁通量不变,所以没有感应电流,不受安培力作用,外力 F 即为线圈受到的合力,根据牛顿第二定律可得 Fma1322 N0.5 N,B 正确,C 错误;因为线圈刚要离开磁场时的速度和线框开始进入场时速度正好相等,所以受力情况、运动情况也是一样,线框刚离开磁场瞬间速度和刚进入磁场瞬间速度相等,即为 2 m/s,D 正确2电磁感应电路问题(多选)(2019年广东韶关质检)如图,由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd,

24、固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中一接入电路电阻为R的导体棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动,滑动过程PQ始终与ab垂直,且与线框接触良好,不计摩擦在PQ从ad向bc滑动的过程中()APQ中电流先增大后减小BPO两端电压先减小后增大CPQ上拉力的功率先减小后增大D线框消耗的电功率先增大后减小【答案】CD【解析】导体棒由靠近 ad 边向 bc 边匀速滑动的过程中,产生的感应电动势,保持不变,外电路总电阻先增大后减小由欧姆定律分析得知,PQ 中的电流先减小后增大,A 错误;PQ 中电流先减小后增大,PQ 两端电压为路端电压,由 UEIr 可知 PQ 两端的电压先增大后

25、减小,B 错误;导体棒匀速运动,PQ 上外力的功率等于回路的电功率,而回路的总电阻 R 先增大后减小,由 PE2R,分析得知,PQ 上拉力的功率先减小后增大,C 正确;线框作为外电路,总电阻最大值为 R 总123R2 3R4 R,则导体棒 PQ 上的电阻始终大于线框的总电阻,当导体棒向右运动的过程中电路中的总电阻先增大后减小,根据闭合电路的功率的分配关系与外电阻的关系可知,当外电路的电阻值与电源的内电阻相等时外电路消耗的电功率最大,所以可得线框消耗的电功率先增大后减小,D 正确3电磁感应电路问题(多选)(2020 届湖南重点中学大联考)如图所示,在光滑的水平面上方,有两个磁感应强度大小均为 B

26、、方向相反的水平匀强磁场,PQ 为两个磁场的边界,磁场范围足够大一个边长为 a、质量为 m、电阻为 R 的金属正方形线框,以速度 v 垂直磁场方向从实线()位置开始向右运动,当线框运动到分别有一半面积在两个磁场中的()位置时,线框的速度为v2.下列说法正确的是()A在位置()时线框中的电功率为B2a2v2RB此过程中线框产生的热能为38mv2C在位置()时线框的加速度为B2a2v2mRD此过程中通过线框截面的电量为2Ba2R【答案】AB【解析】在位置时,回路中产生感应电动势 E2Bav2Bav,感应电流 IERBavR,线框所受安培力大小为 F2BIa2BBavR a2B2a2vR,方向向左,则根据牛顿第二定律得加速度 a12B2a2vmR,故 C 错误此时线框中的电功率 PI2RB2a2v2R,故A 正确此过程穿过线框的磁通量的变化量为 0(Ba2)Ba2,通过线框截面的电量 qR Ba2R,故 D 错误根据能量守恒定律得到,此过程回路产生的热能 Q12mv212mv2238mv2,故 B 正确03 强 化 集 训 谢谢观看

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