1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-2 第四章 电磁感应成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 电磁感应 第四章 第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 章末小结第四章 第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 规 律 方 法 2触 及 高 考 3考 题 探 析 4临 场 练 兵 5知 识 结 构 1第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 知 识 结 构第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 电磁感应 划时代的发现奥斯特
2、梦圆“电生磁”法拉第心系“磁生电”相互联系、转化产生感应电流的条件闭合电路磁通量发生变化 B变磁场强弱发生变化S变回路面积变化变B与S夹角变化感应电流的方向楞次定律多用于回路中磁感应强度变化时右手定则多用于研究导体切割磁感线时感应电动势的大小Et 多用于回路中磁感应强度变化时EBLv多用于研究导体切割磁感线时特殊的电磁感应现象 互感与自感涡流电磁阻尼和电磁驱动第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 规 律 方 法第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 1对楞次定律的理解和应用(1)楞次定律揭示了判断感应电流方向的规律，即“感应
3、电流的磁场”总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，其核心思想是阻碍，楞次定律提供了判断感应电流方向的基本方法。(2)楞次定律的扩展含义，即从磁通量变化的角度看，感应电流的磁场表现为“增反减同”；从磁体与回路的相对运动角度看，表现为“来拒去留”；从回路面积看，表现为“增缩减扩”；从导体中原电流的变化(自感)看，表现为“增反减同”。(3)楞次定律体现了电磁感应现象符合能量守恒定律。在电磁感应过程中其他形式的能与电能相互转化，但总能量守恒，能量守恒定律丰富了我们处理电磁感应问题的思路。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 如图所示，在光滑水平面上有一水平放置的金属
4、弹簧圆环，在它正上方有一磁性很强的条形磁铁，不计空气阻力，当条形磁铁运动时，下列说法中正确的是导学号 12220153()第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A条形磁铁水平向右运动时，金属环将随着向右运动，同时圆环的面积变大B条形磁铁水平向右运动时，金属环将随着向左运动，同时圆环的面积变小C条形磁铁竖直下落过程中，磁铁减速运动，同时圆环的面积变小且对桌面压力变大D条形磁铁竖直下落过程中，磁铁减速运动，同时圆环的面积变大且对桌面压力变小第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：条形磁铁水平向右运动时，穿过圆环的磁通量减小
5、，根据楞次定律，圆环产生感应电流，感应电流对磁场的阻碍作用使得金属环随着向右运动，同时使环的面积增大，这是电磁驱动现象，故A对、B错；条形磁铁下落时，穿过该环的磁通量增加，根据楞次定律，感应电流产生的效果阻碍其下落，同时圆环的面积变小且对桌面压力变大，故C对、D错。答案：AC点评：灵活运用楞次定律的扩展含义，是解答该类问题的有效途径。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2电磁感应中的电路问题(1)在电磁感应现象中，导体切割磁感线或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源。因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起。(2)解决与电路相联系
6、的电磁感应问题的基本方法 用法拉第电磁感应定律和楞次定律(右手定则)确定感应电动势的大小和方向。确定内电路和外电路，画等效电路图。运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路的性质，电功率等公式求解。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (3)与上述问题相关的几个知识点：电源电动势Ent 或EBLv闭合电路欧姆定律I ErR通过导体的电荷量qItnR第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 如图所示，在两条平行光滑的导轨上有一金属杆 ab，外加磁场跟轨道平面垂直，导轨上连有两个定值电阻(R15，R26)和滑动变阻器 R0，电路中的电压表
7、量程为 010V，电流表的量程为 03A，把 R0调至 30，用 F40N 的力使金属杆 ab 垂直导轨向右平移，当金属杆 ab 达到稳定状态时，两块电表中有一块表正好满偏，而另一块表还没有达到满偏，求此时金属杆 ab 速度的大小(其他电阻不计)。导学号 12220154第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：假如电流表满偏，则定值电阻 R2 两端的电压为 UIR 并3630306V15V，超过电压表的量程，故假设不成立。假如电压表满偏，则通过电流表的电流是 I2I0106 A1030A2A，小于电流表的量程，符合题意。金属杆ab切割磁感线产生的电动势E
8、BLv金属杆ab相当于电源，有EU(I2I0)R1金属杆ab达到稳定速度时，FF安(I2I0)LB联立解得v1m/s答案：1m/s第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 3电磁感应中的力学问题(1)导体中的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法：用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。求回路中的电流强度的大小和方向。分析研究导体受力情况(包括安培力)。列动力学方程或平衡方程求解。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (2)电磁感应现象中涉及的具有收尾
9、速度的力学问题，关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析：周而复始地循环，达到稳定状态时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态。导体受力而运动产生感应电动势 感应电流 通电导体受安培力 合外力 加速度变化 速度变化 感应电动势变化第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 两种运动状态的处理思路：达到稳定运动状态后，导体匀速运动，受力平衡，应根据平衡条件合外力为零，列式分析平衡态。导体达到稳定运动状态之前，往往做变加速运动，处于非平衡态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析非平衡态。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (4)电磁感
10、应中的动力学临界问题 解决这类问题的关键是通过受力分析和运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值、最小值的条件。基本思路：导体受外力运动 EBLv感应电动势错误！感应电流 FBIL导体安培力合外力变化加速度变化速度变化临界状态列式求解。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (银川一中 20132014 学年高二下学期期中)如图，矩形闭合导体线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用 t1、t2 分别表示线框 ab 边和 cd边刚进入磁场的时刻。线框下落过程形状不变，ab 边始终保持与磁场水平边界线 OO平行，线框平面与磁场方向垂直。设 O
11、O下方磁场区域足够大，不计空气影响，则下列哪一个图象可能反映线框下落过程中速度 v 随时间t 变化的规律 导学号 12220155()第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：在 0t1时间内，线框做自由落体运动，t2时刻以后，线框全部进入磁场后做匀加速直线运动，这两段时间内的 vt图线均为直线。在 t1t2 时间内，线框进入磁场的过程中，线框的运动状态与进入磁场时的速度 v 有关。当线框在磁场中匀速运动时，安培力等于重力，即B2L2v0Rmg。若线框的速度 v大于 v0，则进入磁场
12、后减速，由B2L2vRmgma 可知，加速第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 度减小，A项错误；若线框速度vv0，但相差不大，则线框进入磁场后可能先减速再匀速，B项正确；若线框的速度vv0，则线框进入磁场一直匀速至全部进入磁场，D项正确；若线框的速度vUc，金属框中无电流BUbUc，金属框中电流方向沿abca(2015全国卷，15)如图，直角三角形金属框 abc 放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方向平行于 ab 边向上当金属框绕 ab边以角速度 逆时针转动时，a、b、c 三点的电势分别为 Ua、Ub、Uc。已知 bc 边的长度为 l.下列判断正确的
13、是 导学号 12220158()CUbc12Bl2，金属框中无电流DUac12Bl2，金属框中电流方向沿 acba第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：当金属框绕 ab 边以角速度 逆时针转动时，穿过直角三角形金属框 abc 的磁通量恒为 0，所以没有感应电流。转动过程中 bc 边和 ac 边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则可知，c 点电势高，Ubc12Bl2，故 C 正确，A、B、D 错误。答案：C第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (2015广东理综，35)如图(a)所示，平行长直金属导轨水平放置，间距
14、 L0.4m。导轨右端接有阻值 R1 的电阻。导体棒垂直放置在导轨上，且接触良好。导体棒及导轨的电阻均不计。导轨间正方形区域 abcd 内有方向竖直向下的匀强磁场，b、d 连线与导轨垂直，长度也为 L。从 0 时刻开始，磁感应强度 B 的大小随时间 t 变化，规律如图(b)所示；同一时刻，棒从导轨左端开始向右匀速运动，1s 后刚好进入磁场。若使 棒 在 导 轨 上 始 终 以 速 度 v 1m/s 做 直 线 运 动，求：导学号 12220159第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (
15、1)棒进入磁场前，回路中的电动势E；(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F，以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式。解析：(1)棒进入磁场前，回路中的电动势为感生电动势，由磁场变化产生Et BSt 0.5 22 0.421V0.04V。(2)棒进入磁场后，磁感应强度不变，回路中的电动势为动生电动势，由导体棒切割磁感线产生，导体棒所受安培力为FBILBBLvR LB2L2vR，第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 因为t1 s后，B0.5T，v1m/s，R1，所以L最大时，F最大。当L0.4m时，Fmax0.04N，当导体棒通过三角形abd区域时，
16、导体棒切割磁感线的有效长度由几何关系可得L2 v(t1)，答案：(1)0.04V(2)0.04N i(t1)A(1st1.2s)代入 EBLv 与 iER，整理得 1s 到 1.2s 的过程中 iBLvR(t1)A(1st1.2s)。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 临 场 练 兵第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 一、选择题(13题为单选题，4、5题为多选题)1.(2015重庆理综，4)如图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为 n，面积为 S。若在 t1到 t2时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈
17、，其磁感应强度大小由 B1均匀增加到 B2，则该段时间线圈两端 a 和 b 之间的电势差 ab 导学号 12220160()A恒为nSB2B1t2t1B从 0 均匀变化到nSB2B1t2t1第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 答案：CC恒为nSB2B1t2t1D从 0 均匀变化到nSB2B1t2t1解析：穿过线圈的磁场均匀增加，产生恒定的感应电动势，Ent nSB2B1t2t1，而等效电源内部的电流由愣次定律知从 ab，即 b 点是正极，abnSB2B1t2t1，故选 C。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2(201
18、5安徽理综，19)如图所示，abcd 为水平放置的平行“”形光滑金属导轨，间距为 l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，导轨电阻不计。已知金属杆 MN 倾斜放置，与导轨成 角，单位长度的电阻为 r，保持金属杆以速度 v 沿平行于 cd 的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则 导学号 12220161()第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 答案：BA电路中感应电动势的大小为 Blvsin B电路中感应电流的大小为Bvsin rC金属杆所受安培力的大小为B2lvsin rD金属杆的热功率为B2lv2rsin 第四章 章末小结成才
19、之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：A 项，金属杆切割磁感线产生电动势的一般表达式为 EBLv，其中 L 表示产生感应电动势的导体两端点的连线在切割速度 v 的垂直方向上投影的长度，因此本题中 EBlv，故 A 项错误。B 项，感应电流 IER Blvrlsin Bvsin r，故 B项正确。C 项，安培力大小为 FB2lvr，故 C 项错误。D 项，热功率 PI2R(Bv sin r)2rlsin B2lv2sin r，故 D 项错误。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 APQ中电流先增大后减小BPQ两端电压先减小后增大CPQ上拉
20、力的功率先减小后增大D线框消耗的电功率先减小后增大答案：C3(2015福建理综，18)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，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 从靠近 ad 处向 bc 滑动的过程中 导学号 12220162()第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：设 PQ 左侧电路的电阻为 Rx，则右侧电路的电阻为3RRx，所以外电路的总电阻
21、为 RRx3RRx3R，外电路电阻先增大后减小，所以路端电压先增大后减小，所以 B 错误；电路的总电阻先增大后减小，再根据闭合电路的欧姆定律可得PQ 中的电流先减小后增大，故 A 错误；由于导体棒做匀速运动，拉力等于安培力，即 FBIL，拉力的功率 PBILv，先减小后增大，所以 C 正确；外电路的总电阻 RRx3RRx3R最大为 3R/4，小于电源内阻 R，又外电阻先增大后减小，所以外电路消耗的功率先增大后减小，故 D 错误。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 4(2015全国卷，19)1824 年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜
22、圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是导学号 12220163()第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A圆盘上产生了感应电动势B圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动答案：AB第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：圆盘运动过程中，半径方向的
23、金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，选项A对，圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等而形成涡流，选项B对。圆盘转动过程中，圆盘位置，圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，选项C错。圆盘本身呈现电中性，不会产生环形电流，选项D错。第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高B所加磁场越强越易使圆盘停止转动C若所加磁场反向，圆盘将加速转动D若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动5(2015山东理综，17)如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现
24、施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速在圆盘减速过程中，以下说法正确的是 导学号 12220164()第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 答案：ABD解析：由右手定则可知，处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高，选项A正确；根据EBLv可知所加磁场越强，则感应电动势越大，感应电流越大，产生的电功率越大，消耗的机械能越快，则圆盘越容易停止转动，选项B正确；若加反向磁场，根据楞次定律可知安培力阻碍圆盘的转动，故圆盘仍减速转动，选项C错误；若所加磁场穿过整个圆盘则圆盘中无感应电流，不消耗机械能，圆盘匀速转动，选项D正确；故选ABD。第四章 章末小结成才之
25、路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 二、非选择题6.(2015天津理综，11)如图所示，“凸”字形硬质金属线框质量为 m，相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab 边长为 l，cd边长为 2l，ab 与 cd 平行，间距为 2l。匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面。开始时，cd 边到磁场上边界的距离为 2l，线框由静止释放，从 cd 边进入磁场直到ef、pq 边进入磁场前，线框做匀速运动。在 ef、pq 边离开磁场后，ab 边离开磁场之前，线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生的热量为 Q。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且 ab、cd 边
26、保持水平，重力加速度为 g。求 导学号 12220165第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍；(2)磁场上下边界间的距离H。解析：(1)设磁场的磁感应强度大小为B，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为v1，cd边上的感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律，有E12Blv1，设线框总电阻为R，此时线框中电流为I1，由闭合电路欧姆定律，有答案：(1)4 倍(2)Qmg28lI1E1R，第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 设此时线框所受安培力为 F1，有F12I1lB，由于线框做匀速运动，其受力平衡，有mgF1，由式得v1mgR4B2l2，设ab边离开磁场之前，线框做匀速运动的速度为v2，同理可得由式得v24v1，v2mgRB2l2，第四章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (2)线框自释放直到cd边进入磁场前，由机械能守恒定律，有2mgl12mv21，线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有mg(2lH)12mv2212mv21Q，由式得H Qmg28l。
