高三物理二轮复习专题课件精编：专题六 第1课时 电磁感应问题的综合分析

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 题前要建立“动—电—动”的思维顺序，可概括为：
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(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，求解回路中的电流． (3)分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响，从而推理 得出对电路中的电流的影响， 最后定性分析导体棒最终的运动 情况． (4)列牛顿第二定律或平衡方程求解．
专题六 第1课时
距 L＝0.1 m，足够长光滑的倾斜部分
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和粗糙的水平部分圆滑连接，倾斜部 分与水平面的夹角 θ＝30° ，垂直斜面 图6 方向向上的磁场磁感应强度 B ＝ 0.5 T ，水平部分没有磁 场．金属棒 ab 质量 m＝0.005 kg、电阻 r＝0.02 Ω，运动中 与导轨始终接触良好，并且垂直于导轨．电阻 R＝0.08 Ω， 其余电阻不计．当金属棒从斜面上离地高 h＝1.0 m 以上的 任何地方由静止释放后， 在水平面上滑行的最大距离 x 都是 1.25 m．取 g＝10 m/s2，求：
答案 A
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专题六 第1课时
以题说法 面：
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对于电磁感应图象问题的分析要注意以下三个方
(1)注意初始时刻的特征，如初始时刻感应电流是否为零，感 应电流的方向如何． (2)注意看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是 否和图象变化相对应． (3)注意观察图象的变化趋势，看图象斜率的大小、图象的曲 直是否和物理过程对应．
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如图 7 甲所示，光滑绝缘水平面上有一竖直向下
的匀强磁场，磁感应强度 B＝0.2 T，以虚线 MN 为左边界， MN 的左侧有一质量 m＝0.1 kg，bc 边长 L1＝0.2 m，电阻 R ＝0.2 Ω 的矩形线圈 abcd.t＝0 时， 用一恒定拉力 F 拉线圈， 使
专题六
【应考策略】 对本专题的复习应注意“抓住两个定律，
本 运用两种观点，分析三种电路”．两个定律是指楞次定律和 课 时 法拉第电磁感应定律；两种观点是指动力学观点和能量观点； 栏 目 三种电路指直流电路、交流电路和感应电路． 开 关
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专题六 第1课时
第 1 课时
电磁感应问题的综合分析
手定则可以判定 ab 边所受安培力向右，故 B 正确．
答案 B
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ΔΦ 以题说法 1．法拉第电磁感应定律 E＝n ，常有两种特殊 Δt ΔB ΔS ΔB 本 情况，即 E＝n S 和 E＝nB ，其中 是 B－t 图象中图线 Δ t Δt Δt 课
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的斜率，若斜率不变则感应电动势是恒定不变的． 2．楞次定律中的“阻碍”有三层含义：阻碍磁通量的变化； 阻碍物体间的相对运动； 阻碍原电流的变化． 要注意灵活应用．
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解析 当两线框完全进入磁场以后，根据右手定则知 Un>Um， Uq>Up，A 正确；
两线框完全进入磁场后，由于两线框的速度关系无法确定，故
本 不能确定两点间的电势差的关系，B 错误； 课 时 栏 设 m、n 间距离为 a，由 q＝ΔΦ，R＝ρl得进入磁场过程中流过 目 R S 开 BaS 关 1、2 线框的电荷量都为 ，C 错误，D 正确．
(2)滑动摩擦力 Ff＝μmg 金属棒在摩擦力作用下做匀减速直线运动，有 Ff＝ma 金属棒在水平面做匀减速直线运动，有 v2＝2ax 解得 μ＝0.04 (用动能定理同样可以得分)
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(3)下滑的过程中，由动能定理可得： 1 2 mgh－W＝ mv 2
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图4
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解析
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线框在 0～t1 这段时间内做自由落体运动， v－t 图象为
过原点的倾斜直线，t2 之后线框完全进入磁场区域中，无感应 电流，线框不受安培力，只受重力，线框做匀加速直线运动，
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v－t 图象为倾斜直线．t1～t2 这段时间线框受到安培力作用， 线框的运动类型只有三种，即可能为匀速直线运动、也可能 为加速度逐渐减小的加速直线运动，还可能为加速度逐渐减 小的减速直线运动，而 A 选项中，线框做加速度逐渐增大的 减速直线运动是不可能的，故不可能的 v－t 图象为 A 选项中 的图象．
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解析 (1)到达水平面之前已经开始匀速运动 设最大速度为 v，感应电动势 E＝BLv E 感应电流 I＝ R＋ r
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(1 分) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分)
(1 分) (1 分) (1 分) (1 分)
安培力 F＝BIL 匀速运动时，mgsin θ＝F 解得 v＝1.0 m/s
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专题六 第1课时
如图 3 所示，用同种电阻丝制成的 正方形闭合线框 1 的边长与圆形闭合线框 2 的 直径相等．m 和 n 是 1 线框下边的两个端点，p
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和 q 是 2 线框水平直径的两个端点.1 和 2 线框 同时由静止开始释放并进入上边界水平、足够 图3 ) 大的匀强磁场中，进入过程中 m、n 和 p、q 连线始终保持水 平．当两线框完全进入磁场以后，下面说法正确的是 ( A．m、n 和 p、q 电势的关系一定有 Um<Un，Up<Uq B．m、n 和 p、q 间电势差的关系一定有 Umn＝Upq C．进入磁场过程中流过 1 和 2 线框的电荷量 Q1>Q2 D．进入磁场过程中流过 1 和 2 线框的电荷量 Q1＝Q2
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故 B 错误； E2 B2l2a2t2 电功率 P＝ ＝ ，则 P 随 t 变化的关系是二次函数，其 R R
图象是开口向上的抛物线，C 正确； Blat2 通过线框横截面的电荷量 q＝it＝ ，即 q－t 图象也是抛物 R 线，D 错误．
答案 C
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题型 3 例3 电磁感应过程的动力学分析 (16 分)如图 6 所示，两平行导轨间
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专题六 第1课时
(1)金属棒在斜面上的最大速度； (2)金属棒与水平面间的动摩擦因数；
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(3)从高度h＝1.0 m处滑下后电阻R上产生的热量． 审题突破 金属棒在倾斜导轨上运动时受到几个力作用？安 培力有什么特点？金属棒在高于1.0 m的不同地方释放会有什 么共同特点？
4ρ
答案 AD
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题型2 电磁感应图象问题 例2
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(2013· 福建· 18)如图4，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
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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OO′下方磁场区域足够大，不计空气的影响，则下 列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变 化的规律 ( )
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专题六 第1课时
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图2
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专题六 第1课时
T 解析 0～ 时间内， 回路中产生顺时针方向、 大小不变的感应 2 T 电流，根据左手定则可以判定 ab 边所受安培力向左. ～T 时 2 本 课 时 间内，回路中产生逆时针方向、大小不变的感应电流，根据左
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专题六 第1课时
解析 线框速度 v＝at，产生的感应电动势 E＝Blv＝Blat，感 E Blat 应电流 i＝R＝ R ，i 与 t 成正比，A 错误； B2l2at B2l2at 受到的安培力 F 安＝ ， 又由 F－F 安＝ma 得 F＝ ＋ma， R R
本 课 时 1．楞次定律中“阻碍”的表现 栏 (1)阻碍磁通量的变化(增反减同)． 目 开 (2)阻碍物体间的 相对运动 (来拒去留)． 关
(3)阻碍 原电流 的变化(自感现象)．
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2．感应电动势的计算 动势．
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ΔΦ (1)法拉第电磁感应定律：E＝ n Δt ，常用于计算 平均 电
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如图 5 所示，虚线右侧存在匀强 磁场，磁场方向垂直纸面向外，正方形金属
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框电阻为 R，边长为 l，自线框从左边界进入 磁场时开始计时，在外力作用下由静止开始，
图5 以垂直于磁场边界的恒定加速度 a 进入磁场区域，t1 时刻线框
全部进入磁场．规定顺时针方向为感应电流 I 的正方向，外力 大小为 F，线框中电功率的瞬时值为 P，通过线框横截面的电 荷量为 q，其中 P－t 图象为抛物线，则这些量随时间变化的 关系正确的是 ( )
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专题六 第1课时
解决感应电路综合问题的一般思路是“先电后力”，即： 先作“源”的分析——分析电路中由电磁感应所产生的电源， 求出电源参数 E 和 r；
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接着进行“路”的分析——分析电路结构， 弄清串、 并联关系， 求出相关部分的电流大小，以便求解安培力； 然后是“力”的分析——分析研究对象(通常是金属棒、 导体、 线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力； 接着进行“运动状态”的分析——根据力和运动的关系， 判断 出正确的运动模型； 最后是“能量”的分析 ——寻找电磁感应过程和研究对象的 运动过程中，其能量转化和守恒的关系.
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专题六 第1课时
题型 1
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楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 (2013· 山东· 18)将一段导线绕成图 2 甲所示的闭合回路，
例1
并固定在水平面(纸面)内．回路的 ab 边置于垂直纸面向里 的匀强磁场Ⅰ中．回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ， 以向里为磁场Ⅱ的正方向， 其磁感应强度 B 随时间 t 变化的 图象如图乙所示．用 F 表示 ab 边受到的安培力，以水平向 右为 F 的正方向， 能正确反应 F 随时间 t 变化的图象是( )
(2 分) (1 分) (2 分) (1 分)
安培力所做的功等于电路中产生的焦耳热 W＝Q R 电阻 R 上产生的热量：QR＝ Q R＋ r 联立解得：QR＝3.8×10
答案 (1)1.0 m/s
－2
J
(3)3.8×10
－2
(2)0.04
J
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专题六 第1课时
以题说法
电磁感应与动力学问题的解题策略
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其由静止开始向右做匀加速运动，经过时间 1 s，线圈的 bc 边 到达磁场边界 MN，此时有一装置立即将拉力 F 改为变力，又 经过 1 s，线圈恰好完全进入磁场．整个运动过程中，线圈中 感应电流 i 随时间 t 变化的图象如图乙所示．
图1
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专题六 第1课时
3．感应电荷量的计算 回路中发生磁通量变化时，在 Δt 时间内迁移的电荷量(感 E ΔΦ ΔΦ 应电荷量)为 q＝I·Δt＝R·Δt＝n ·Δt＝n R .可见，q 仅由 RΔt 回路电阻 R 和 磁通量 的变化量 ΔΦ 决定， 与发生磁通量变 化的时间 Δt 无关． 4．电磁感应电路中产生的焦耳热 当电路中电流恒定时，可用焦耳定律计算；当电路中电流 变化时，则用功能关系或 能量守恒定律 计算．
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专题六
【专题定位】 高考对本部分内容的要求较高， 常在选择 题中考查电磁感应中的图象问题、变压器和交流电的描述问 题，在计算题中作为压轴题，以导体棒运动为背景，综合应用
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电路的相关知识、 牛顿运动定律和能量守恒定律解决导体棒类 问题． 本专题考查的重点有以下几个方面： ①楞次定律的理解和 应用； ②感应电流的图象问题； ③电磁感应过程中的动态分析 问题； ④综合应用电路知识和能量观点解决电磁感应问题； ⑤ 直流电路的分析； ⑥变压器原理及三个关系； ⑦交流电的产生 及描述问题．
ΔB n S ①若 B 变，而 S 不变，则 E＝ Δt ；
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ΔS ②若 S 变，而 B 不变，则 E＝ nB Δt .
(2)导体棒垂直切割磁感线：E＝Blv，主要用于求电动势的
瞬时 值．
(3)如图 1 所示，导体棒 Oa 围绕棒的一端 O 在垂直磁场的平面内做匀速圆周运动而切割 1 2 Bl ω 磁感线，产生的电动势 E＝ 2 .