2021届高考物理二轮复习PPT教学课件_法拉第电磁感应定律的综合应用_2
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6 4t
（教学提纲）2 0 2 1 届高考物理二轮复习获奖课件：法拉第电磁感 应定律 的综合 应用_ 2 （免费下载）
(3)0≤t≤0.5 s电荷量q1= B 0 =L 20.25 C,…………………………(1分)
R
0.5 s≤t≤1.0 s电荷量q2=
B1L2 =B00L.22 5 C,……………………(1分)
【解析】选D。开关S原来闭合时,电路处于稳定状态,流过R1的电流方向向左, 大小为I1。与R1并联的R2和线圈L支路,电流I2的方向也是向左。当某一时刻开 关S突然断开时,L中向左的电流要减小,由于自感现象,线圈L产生自感电动势,在 回路“L→R1→A→R2”中形成感应电流,电流通过R1的方向与原来相反,变为 向右,并从I2开始逐渐减小到零,故选项D图……………………………………(1分)
R
所以外力F=FA=0.062 5 N。………………………………………………(1分)
(2)匀速出磁场,电流为0,磁通量不变Φ1=Φ,t1=1.0 s时,B1=0.5 T,
磁通量Φ1=B1L2,则t时刻磁通量Φ=BL[L-v(t-t1)],……………………(2分) 解得B= 1 …。 ………………………………………………………(1分)
R
总电荷量q=q1+q2=0.5 C。………………………………………………(1分)
答案:(1)0.062 5 N (2)B= 1 (3)0.5 C
6 4t
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课时提升作业
二十七 法拉第电磁感应定律及其应用 自感现象 (建议用时60分钟) 【基础练】 1.(2020·丽水模拟)我国第一艘航母“辽宁舰”交接入列后,歼-15飞机顺利完成 了起降飞行训练,图甲为一架歼-15飞机刚着舰时的情景。已知该飞机机身长为l, 机翼两端点C、D的距离为d,某次在我国近海海域训练中飞机降落时的速度沿水平 方向,大小为v。如图乙所示,该空间地磁场磁感应强度的水平分量为Bx,竖直分量 为By。C、D两点间的电势差为U,下列分析正确的是( )
(1)求外力F的大小; (2)在1.0 s≤t≤1.3 s内存在连续变化的磁场,求磁感应强度B的大小与时间t 的关系; (3)求在0≤t≤1.3 s内流过导线横截面的电荷量q。
【解题关键】 (1)信息提取 ①有界磁场,先保持恒定,后均匀增大。 ②线框匀速通过磁场,受外力F和安培力,桌面光滑无摩擦力。 (2)过程分析 ①匀速进入磁场 ②匀速通过磁场 ③匀速出磁场
【解析】选B。若a对桌面的压力大于本身重力,则b中的感应电流应增加,由
I=
N
B t
知S
R
增 大B ,所以只有B图正确。
t
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A.U=Bxlv,C点电势低于D点电势 B.U=Bxdv,C点电势高于D点电势 C.U=Bylv,C点电势低于D点电势 D.U=Bydv,C点电势高于D点电势 【解析】选D。飞机机翼切割磁感线,地磁场竖直分量为By。由法拉第电磁感 应定律,可知感应电动势大小为U=Bydv;北半球的磁感应强度的竖直分量是向 下的,根据右手定则,感应电动势的方向由D指向C,所以C点的电势高于D点的电 势,故D正确,A、B、C错误。
(3)核心规律 ①匀速进入磁场,外力等于安培力的大小,F=FA。 ②匀速出磁场,出磁场时感应电流为零,磁通量保持不变。 ③匀速在磁场中运动,由磁场的变化产生感应电动势。
【规范解答】
【解析】(1)由图2可知t0=0,B0=0.25
T,则回路电流I=
B
0L R
v…, ……(1分)
安培力FA= B
2 0
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【加固训练】
如图所示,L为自感系数很大、直流电阻不计的线圈,D1、D2、D3为三个完全相 同的灯泡,E为内阻不计的电源,在t=0时刻闭合开关S,当电路稳定后D1、D2两灯 的电流分别为I1、I2。当时刻为t1时断开开关S,若规定电路稳定时流过D1、D2 的电流方向为电流的正方向,则图中能正确定性描述电灯电流i与时间t关系的
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5.如图所示装置,在cdef区域内存在垂直纸面向里的变化的匀强磁场,要求线 圈a对桌面的压力大于本身重力,则cdef内的磁感应强度随时间变化的关系可 能是 ( )
6.(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长 为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边 界平行,如图甲所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进 入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为 顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是 ( )
【解析】选D。由右手定则可知通过电阻R的电流的方向是由d到c;而金属圆盘
产生的感应电动势E= 1 Br2ω,所以通过电阻R的电流大小是I= B r 2,选项D正确。
2
2R
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盘的电阻不计)(
A.由c到d,I= B r 2
R
C.由c到d,I= B r 2
2R
)
B.由d到c,I= B r 2
R
D.由d到c,I= B r 2
2R
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4.(多选)如图所示,在线圈正上方放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源, 几分钟后,杯中的水沸腾起来,t0时刻的电流方向已在图中标出,且此时电流正 在增大,则关于把水烧开的过程中发生的电磁感应现象的说法正确的有( ) A.金属杯中产生涡流,涡流的热效应使水沸腾起来 B.t0时刻,从上往下看,金属杯中的涡流沿顺时针方向 C.t0时刻,从上往下看,金属杯中的涡流沿逆时针方向 D.将交流电源断开的瞬间,金属杯中的涡流也瞬间消失
法拉第电磁感应定律的综合应用
【经典案例】 (9分)(2020·浙江7月选考真题)如图1所示,在绝缘光滑水平桌面上,以O为原 点、水平向右为正方向建立x轴,在0≤x≤1.0 m区域内存在方向竖直向上的匀 强磁场。桌面上有一边长L=0.5 m、电阻R=0.25 Ω的正方形线框abcd,当平行 于磁场边界的cd边进入磁场时,在沿x方向的外力F作用下以v=1.0 m/s的速度 做匀速运动,直到ab边进入磁场时撤去外力。若以cd边进入磁场时作为计时起 点,在0≤t≤1.0 s内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示,在 0≤t≤1.3 s内线框始终做匀速运动。
3.如图所示的电路,开关原先闭合,电路处于稳定状态,在某一时刻突然断开开 关S,则通过电阻R1中的电流I随时间变化的图线可能是下图中的 ( )
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A.磁感应强度的大小为0.5 T
B.导线框运动速度的大小为0.5 m/s
C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外
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2.如图所示,半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中,绕过O点的轴以
角速度ω沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆
【得分技巧】 技巧1 对应关键的物理过程,找出遵循的物理规律,书写正确的表达式。 第(1)问中,回路电流表达式、安培力表达式、二力平衡表达式都是得分点。 第(2)问中,t时刻磁通量表达式,第(3)问中电荷量表达式都是得分点。 技巧2 考试时书写过程的技巧 写出表达式后,不必在试卷上代入数据,可以在草纸上运算,将正确结果写在试 卷上即可。
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【解析】选A、C、D。由于交流电在螺线管中产生变化的磁场,变化的磁场穿 过金属杯可以在金属杯中产生变化的电场,从而产生涡流,使水沸腾,A正确;t0时 刻电流从螺线管的上端流入且电流正在增大,则穿过金属杯的磁场是向下增大 的,所以根据楞次定律,感应电流的磁场方向一定是向上的,由安培定则可知,从 上往下看,金属杯中的涡流沿逆时针方向,故C正确,B错误;将交流电源断开的瞬 间,自感线圈中没有形成自感回路,故不能产生断电自感,所以金属杯中的涡流也 瞬间消失,D正确。
是
()
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【解析】选D。开关闭合时,电感阻碍电流I1增大,所以I1慢慢增大最后稳定;断 开开关,电感阻碍电流I1减小,所以I1慢慢减小到0,电流的方向未发生改变,故A、 B均错误;开关闭合时,电感阻碍电流I1增大,I1慢慢增大,则I2慢慢减小,最后稳定; 断开开关,原来通过D2的电流立即消失,但D1、D2、L构成一回路,通过D1的电 流也通过D2,所以I2慢慢减小,但电流的方向与断开前相反,故C错误,D正确。
D.在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1 N
【解析】选B、C。据右手定则可知磁感应强度的方向垂直于纸面向外,C项正
确;由v=
l t
=0.5
m/s可知B项正确;由E=Blv可知磁感应强度的大小为0.2
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(3)0≤t≤0.5 s电荷量q1= B 0 =L 20.25 C,…………………………(1分)
R
0.5 s≤t≤1.0 s电荷量q2=
B1L2 =B00L.22 5 C,……………………(1分)
【解析】选D。开关S原来闭合时,电路处于稳定状态,流过R1的电流方向向左, 大小为I1。与R1并联的R2和线圈L支路,电流I2的方向也是向左。当某一时刻开 关S突然断开时,L中向左的电流要减小,由于自感现象,线圈L产生自感电动势,在 回路“L→R1→A→R2”中形成感应电流,电流通过R1的方向与原来相反,变为 向右,并从I2开始逐渐减小到零,故选项D图……………………………………(1分)
R
所以外力F=FA=0.062 5 N。………………………………………………(1分)
(2)匀速出磁场,电流为0,磁通量不变Φ1=Φ,t1=1.0 s时,B1=0.5 T,
磁通量Φ1=B1L2,则t时刻磁通量Φ=BL[L-v(t-t1)],……………………(2分) 解得B= 1 …。 ………………………………………………………(1分)
R
总电荷量q=q1+q2=0.5 C。………………………………………………(1分)
答案:(1)0.062 5 N (2)B= 1 (3)0.5 C
6 4t
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二十七 法拉第电磁感应定律及其应用 自感现象 (建议用时60分钟) 【基础练】 1.(2020·丽水模拟)我国第一艘航母“辽宁舰”交接入列后,歼-15飞机顺利完成 了起降飞行训练,图甲为一架歼-15飞机刚着舰时的情景。已知该飞机机身长为l, 机翼两端点C、D的距离为d,某次在我国近海海域训练中飞机降落时的速度沿水平 方向,大小为v。如图乙所示,该空间地磁场磁感应强度的水平分量为Bx,竖直分量 为By。C、D两点间的电势差为U,下列分析正确的是( )
(1)求外力F的大小; (2)在1.0 s≤t≤1.3 s内存在连续变化的磁场,求磁感应强度B的大小与时间t 的关系; (3)求在0≤t≤1.3 s内流过导线横截面的电荷量q。
【解题关键】 (1)信息提取 ①有界磁场,先保持恒定,后均匀增大。 ②线框匀速通过磁场,受外力F和安培力,桌面光滑无摩擦力。 (2)过程分析 ①匀速进入磁场 ②匀速通过磁场 ③匀速出磁场
【解析】选B。若a对桌面的压力大于本身重力,则b中的感应电流应增加,由
I=
N
B t
知S
R
增 大B ,所以只有B图正确。
t
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A.U=Bxlv,C点电势低于D点电势 B.U=Bxdv,C点电势高于D点电势 C.U=Bylv,C点电势低于D点电势 D.U=Bydv,C点电势高于D点电势 【解析】选D。飞机机翼切割磁感线,地磁场竖直分量为By。由法拉第电磁感 应定律,可知感应电动势大小为U=Bydv;北半球的磁感应强度的竖直分量是向 下的,根据右手定则,感应电动势的方向由D指向C,所以C点的电势高于D点的电 势,故D正确,A、B、C错误。
(3)核心规律 ①匀速进入磁场,外力等于安培力的大小,F=FA。 ②匀速出磁场,出磁场时感应电流为零,磁通量保持不变。 ③匀速在磁场中运动,由磁场的变化产生感应电动势。
【规范解答】
【解析】(1)由图2可知t0=0,B0=0.25
T,则回路电流I=
B
0L R
v…, ……(1分)
安培力FA= B
2 0
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【加固训练】
如图所示,L为自感系数很大、直流电阻不计的线圈,D1、D2、D3为三个完全相 同的灯泡,E为内阻不计的电源,在t=0时刻闭合开关S,当电路稳定后D1、D2两灯 的电流分别为I1、I2。当时刻为t1时断开开关S,若规定电路稳定时流过D1、D2 的电流方向为电流的正方向,则图中能正确定性描述电灯电流i与时间t关系的
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5.如图所示装置,在cdef区域内存在垂直纸面向里的变化的匀强磁场,要求线 圈a对桌面的压力大于本身重力,则cdef内的磁感应强度随时间变化的关系可 能是 ( )
6.(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长 为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边 界平行,如图甲所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进 入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为 顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是 ( )
【解析】选D。由右手定则可知通过电阻R的电流的方向是由d到c;而金属圆盘
产生的感应电动势E= 1 Br2ω,所以通过电阻R的电流大小是I= B r 2,选项D正确。
2
2R
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盘的电阻不计)(
A.由c到d,I= B r 2
R
C.由c到d,I= B r 2
2R
)
B.由d到c,I= B r 2
R
D.由d到c,I= B r 2
2R
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4.(多选)如图所示,在线圈正上方放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源, 几分钟后,杯中的水沸腾起来,t0时刻的电流方向已在图中标出,且此时电流正 在增大,则关于把水烧开的过程中发生的电磁感应现象的说法正确的有( ) A.金属杯中产生涡流,涡流的热效应使水沸腾起来 B.t0时刻,从上往下看,金属杯中的涡流沿顺时针方向 C.t0时刻,从上往下看,金属杯中的涡流沿逆时针方向 D.将交流电源断开的瞬间,金属杯中的涡流也瞬间消失
法拉第电磁感应定律的综合应用
【经典案例】 (9分)(2020·浙江7月选考真题)如图1所示,在绝缘光滑水平桌面上,以O为原 点、水平向右为正方向建立x轴,在0≤x≤1.0 m区域内存在方向竖直向上的匀 强磁场。桌面上有一边长L=0.5 m、电阻R=0.25 Ω的正方形线框abcd,当平行 于磁场边界的cd边进入磁场时,在沿x方向的外力F作用下以v=1.0 m/s的速度 做匀速运动,直到ab边进入磁场时撤去外力。若以cd边进入磁场时作为计时起 点,在0≤t≤1.0 s内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示,在 0≤t≤1.3 s内线框始终做匀速运动。
3.如图所示的电路,开关原先闭合,电路处于稳定状态,在某一时刻突然断开开 关S,则通过电阻R1中的电流I随时间变化的图线可能是下图中的 ( )
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A.磁感应强度的大小为0.5 T
B.导线框运动速度的大小为0.5 m/s
C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外
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2.如图所示,半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中,绕过O点的轴以
角速度ω沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆
【得分技巧】 技巧1 对应关键的物理过程,找出遵循的物理规律,书写正确的表达式。 第(1)问中,回路电流表达式、安培力表达式、二力平衡表达式都是得分点。 第(2)问中,t时刻磁通量表达式,第(3)问中电荷量表达式都是得分点。 技巧2 考试时书写过程的技巧 写出表达式后,不必在试卷上代入数据,可以在草纸上运算,将正确结果写在试 卷上即可。
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【解析】选A、C、D。由于交流电在螺线管中产生变化的磁场,变化的磁场穿 过金属杯可以在金属杯中产生变化的电场,从而产生涡流,使水沸腾,A正确;t0时 刻电流从螺线管的上端流入且电流正在增大,则穿过金属杯的磁场是向下增大 的,所以根据楞次定律,感应电流的磁场方向一定是向上的,由安培定则可知,从 上往下看,金属杯中的涡流沿逆时针方向,故C正确,B错误;将交流电源断开的瞬 间,自感线圈中没有形成自感回路,故不能产生断电自感,所以金属杯中的涡流也 瞬间消失,D正确。
是
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【解析】选D。开关闭合时,电感阻碍电流I1增大,所以I1慢慢增大最后稳定;断 开开关,电感阻碍电流I1减小,所以I1慢慢减小到0,电流的方向未发生改变,故A、 B均错误;开关闭合时,电感阻碍电流I1增大,I1慢慢增大,则I2慢慢减小,最后稳定; 断开开关,原来通过D2的电流立即消失,但D1、D2、L构成一回路,通过D1的电 流也通过D2,所以I2慢慢减小,但电流的方向与断开前相反,故C错误,D正确。
D.在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1 N
【解析】选B、C。据右手定则可知磁感应强度的方向垂直于纸面向外,C项正
确;由v=
l t
=0.5
m/s可知B项正确;由E=Blv可知磁感应强度的大小为0.2