高中物理 第4章 電磁感應(yīng)章末復(fù)習(xí)課學(xué)案 新人教版選修32

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1、第4章 電磁感應(yīng)章末復(fù)習(xí)課【知識體系】 答案填寫電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁通量BSBSsin 一部分導(dǎo)體發(fā)生變化感應(yīng)電流方向?qū)w運動方向磁通量的變化EBLvEn電流感應(yīng)電動勢漩渦電場主題1電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的圖象問題1圖象類型2電磁感應(yīng)圖象的解題類型(1)由給出的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程,求解相關(guān)物理量3電磁感應(yīng)圖象的處理方法常常需要利用右手定則、法拉第電磁感應(yīng)定律與圖象數(shù)值(坐標(biāo)值、斜率、面積)對應(yīng),利用楞次定律、右手定則與圖象正負(fù)值對應(yīng)【典例1】如圖甲所示,光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直方向的勻強磁場中,勻強磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定向下為正方

2、向),導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置,除電阻R的阻值外,其余電阻不計,導(dǎo)體棒ab在水平外力F的作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)規(guī)定ab的方向為電流的正方向,水平向右的方向為外力的正方向,則在02t0時間內(nèi),能正確反映流過導(dǎo)體棒ab的電流與時間或外力與時間關(guān)系的圖線是()解析:在0t0時間內(nèi)磁通量為向上減少,t02t0時間內(nèi)磁通量為向下增加,兩者等效,且根據(jù)Bt圖線可知,兩段時間內(nèi)磁通量的變化率相等,根據(jù)楞次定律可判斷02t0時間內(nèi)均產(chǎn)生由b到a的大小不變的感應(yīng)電流,選項A、B均錯誤;在0t0可判斷所受安培力的方向水平向右,則所受水平外力方向向左,大小FBIL,隨B的減小呈線性減??;在t02t0時間內(nèi),可判斷所受

3、安培力的方向水平向左,則所受水平外力方向向右,大小FBIL,隨B的增加呈線性增加,選項D正確答案:D題后反思1明確兩坐標(biāo)軸代表的物理量以及圖線點、斜率、截距、圖線與橫軸所圍面積的意義2明確題目涉及的物理知識,如楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、右手定則、左手定則、安培力、功率、牛頓第二定律等3明確題目中規(guī)定的正方向,回路中的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流、磁感應(yīng)強度的方向在相應(yīng)的圖象中均用正、負(fù)號來反映 針對訓(xùn)練1如圖所示,xOy坐標(biāo)系第一象限有垂直紙面向外的勻強磁場,第三象限有垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小均為B,第二、四象限內(nèi)沒有磁場一個圍成四分之一圓弧形的導(dǎo)體環(huán)Oab,其圓心在原點O

4、,開始時導(dǎo)體環(huán)在第四象限,從t0時刻起繞O點在xOy坐標(biāo)平面內(nèi)逆時針勻速轉(zhuǎn)動若以逆時針方向的電流為正,下列表示環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流i隨時間t變化的圖象中,正確的是()解析:在0內(nèi),Oa切割磁感線運動,根據(jù)右手定則判斷可知,線框中感應(yīng)電流的方向為順時針方向,為負(fù)值;內(nèi),Ob切割磁感線運動,根據(jù)右手定則判斷可知,線框中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向,為正值;TT內(nèi),Oa切割磁感線運動,根據(jù)右手定則判斷可知,線框中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向,為正值;TT內(nèi),Ob切割磁感線運動,根據(jù)右手定則判斷可知,線框中感應(yīng)電流的方向為順時針方向,為負(fù)值無論哪個半徑切割磁感線,所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小都相同,設(shè)角速度為,由感應(yīng)電

5、動勢公式EBL2和歐姆定律可知感應(yīng)電流的大小是不發(fā)生變化的,由此可得知A、B、C錯誤,D正確答案:D主題2電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題1電磁感應(yīng)過程的實質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過程,而能量的轉(zhuǎn)化是通過安培力做功的形式實現(xiàn)的,安培力做功的過程,是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程,外力克服安培力做功,則是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程2能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法(1)能量轉(zhuǎn)化(2)求解焦耳熱Q的三種方法【典例2】如圖所示,寬度為L0.2 m的足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平面上,導(dǎo)軌的一端連接阻值R1 的電阻導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小B5 T一根質(zhì)量m100 g的導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上

6、,并與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的拉力拉動導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運動,運動速度v10 m/s,在運動過程中保持導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直求:(1)在閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大?。?2)作用在導(dǎo)體棒上的拉力的大?。?3)當(dāng)導(dǎo)體棒勻速運動30 cm時撤去拉力,求運動30 cm和撤去拉力至棒停下來的整個過程中電阻R上產(chǎn)生的總熱量解析:(1)EBLv50.210 V10 V,I10 A.(2)F拉F安BIL10 N.(3)運動30 cm過程中R上產(chǎn)生的熱量:Q1F拉s100.3 J3 J,撤去拉力至棒停下來的過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量:Q2mv20.1100 J5 J,所以QQ1

7、Q28 J.題后反思利用功能關(guān)系求解電磁感應(yīng)問題的基本方法:(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律或?qū)w切割磁感線公式確定感應(yīng)電動勢的大小,用楞次定律和右手定則判斷感應(yīng)電動勢的方向(2)畫出等效電路,求解電路中相關(guān)參量,分析電路中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系針對訓(xùn)練2如圖所示,一對光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距l(xiāng)0.5 m,左端接有阻值R0.3 的電阻一質(zhì)量m0.1 kg、電阻r0.1 的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上,整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中,磁場的磁感應(yīng)強度B0.4 T金屬棒在水平向右的外力作用下,由靜止開始以a2 m/s2的加速度做勻加速運動,當(dāng)金屬棒的位移x9 m時撤去外力,金屬棒繼續(xù)運動一段距離

8、后停下來,已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q221.導(dǎo)軌足夠長且電阻不計,金屬棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸求:(1)金屬棒在勻加速運動過程中,通過電阻R的電荷量q;(2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2;(3)外力做的功WF.解析:(1)設(shè)金屬棒勻加速運動的時間為t,回路的磁通量的變化量為,回路中的平均感應(yīng)電動勢為E,由法拉第電磁感應(yīng)定律得:E,其中Blx,設(shè)回路中的平均電流為I,由閉合電路歐姆定律得:I,則通過電阻R的電荷量為:qIt,聯(lián)立式,得q.代入數(shù)據(jù)得q4.5 C.(2)設(shè)撤去外力時金屬棒的速度為v,對于金屬棒的勻加速運動過程,由運動學(xué)公式得v22a

9、x,設(shè)金屬棒在撤去外力后的運動過程中安培力所做的功為W,由動能定理得:W0mv2,撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2W,聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得Q21.8 J(3)由題意知,撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比:Q1Q221,可得Q13.6 J在金屬棒運動的整個過程中,外力F克服安培力做功,由功能關(guān)系可知WFQ1Q2,由式得WF5.4 J.統(tǒng)攬考情高考對本章的考查有選擇題和計算題兩種形式;選擇題主要考查電磁感應(yīng)、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、自感現(xiàn)象;計算題通常結(jié)合生產(chǎn)、新技術(shù)等情境建模,常與平衡條件、牛頓運動定律、動能定理、能量守恒、閉合電路歐姆定律等知識綜合考查,試題難度較大真題例析(2016全國卷

10、)(多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸,關(guān)于流過電阻R的電流,下列說法正確的是()A若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定,則電流大小恒定B若從上向下看,圓盤順時針轉(zhuǎn)動,則電流沿a到b的方向流動C若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化D若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍解析:由電磁感應(yīng)定律得EBl,I,故一定時,電流大小恒定,選項A正確;由右手定則知圓盤中心為等效電源正極,圓盤邊緣為負(fù)極,電流經(jīng)外電路從a經(jīng)過R流到b,選項B正確;圓盤轉(zhuǎn)動方向不變時,等效電源正負(fù)極不變,電流方向不變,

11、故選項C錯誤;P,角速度加倍時功率變成4倍,選項D錯誤故選AB.答案:AB針對訓(xùn)練(2015課標(biāo)全國卷)如圖,直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中,磁感應(yīng)強度大小為B,方向平行于ab邊向上當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度逆時針轉(zhuǎn)動時,a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是()AUaUc,金屬框中無電流BUbUc,金屬框中電流方向沿abcaCUbcBl2,金屬框中無電流DUbcBl2,金屬框中電流方向沿acba解析:當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度逆時針轉(zhuǎn)動時,穿過直角三角形金屬框abc的磁通量恒為0,所以沒有感應(yīng)電流,由右手定則可知,c點電勢高,UbcBl2,故C

12、正確,A、B、D錯誤答案:C1如圖所示,豎直放置的螺線管與導(dǎo)線abcd構(gòu)成回路,導(dǎo)線所圍區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里的變化的磁場,螺線管下方水平桌面上有一導(dǎo)體環(huán)導(dǎo)線abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度按下列圖中所示的方式隨時間變化時,能使導(dǎo)體環(huán)受到向上的磁場作用力的是() ABCD解析:根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得ES,又根據(jù)楞次定律可得,當(dāng)導(dǎo)體環(huán)受到向上的磁場力時,說明穿過線圈的磁通量正在減小,所以導(dǎo)線abcd中的電流正在減小,由I可知,正在減小,即Bt圖象上各點切線的斜率隨時間減小,應(yīng)選A.答案:A2.(多選)如圖,一均勻金屬圓盤繞通過其圓心且與盤面垂直的軸逆時針勻速轉(zhuǎn)動現(xiàn)施加一垂直穿過圓盤的有界勻強

13、磁場,圓盤開始減速在圓盤減速過程中,以下說法正確的是()A處于磁場中的圓盤部分,靠近圓心處電勢高B所加磁場越強越易使圓盤停止轉(zhuǎn)動C若所加磁場反向,圓盤將加速轉(zhuǎn)動D若所加磁場穿過整個圓盤,圓盤將勻速轉(zhuǎn)動解析:由右手定則可知,處于磁場中的圓盤部分,靠近圓心處電勢高,選項A正確;根據(jù)EBLv可知所加磁場越強,則感應(yīng)電動勢越大,感應(yīng)電流越大,產(chǎn)生的電功率越大,消耗的機械能越快,則圓盤越容易停止轉(zhuǎn)動,選項B正確;若加反向磁場,根據(jù)楞次定律可知安培力阻礙圓盤的轉(zhuǎn)動,故圓盤仍減速轉(zhuǎn)動,選項C錯誤;若所加磁場穿過整個圓盤則圓盤中無感應(yīng)電流,不消耗機械能,圓盤勻速轉(zhuǎn)動,選項D正確故選ABD.答案:ABD3.如圖

14、所示,用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長分別為L和2L的兩只閉合線框a和b,以相同的速度從磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域中勻速地拉到磁場外,不考慮線框的重力,若閉合線框的電流分別為Ia、Ib,則IaIb為()A14B12C11 D不能確定解析:產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為EBlv,由閉合電路歐姆定律得I,又Lb2La,由電阻定律知Rb2Ra,故IaIb11.答案:C4.小明同學(xué)設(shè)計了一個“電磁天平”,如圖1所示,等臂天平的左臂為掛盤,右臂掛有矩形線圈,兩臂平衡線圈的水平邊長L0.1 m,豎直邊長H0.3 m,匝數(shù)為N1.線圈的下邊處于勻強磁場內(nèi),磁感應(yīng)強度B01.0 T,方向垂直線圈平面向里線圈中通有可在02.0

15、A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的電流I.掛盤放上待測物體后,調(diào)節(jié)線圈中電流使得天平平衡,測出電流即可測得物體的質(zhì)量(重力加速度取g10 m/s2)圖1(1)為使電磁天平的量程達到0.5 kg,線圈的匝數(shù)N1至少為多少?(2)進一步探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象,另選N2100匝、形狀相同的線圈,總電阻R10 ,不接外電流,兩臂平衡,如圖2所示,保持B0不變,在線圈上部另加垂直紙面向外的勻強磁場,且磁感應(yīng)強度B隨時間均勻變大,磁場區(qū)域?qū)挾萪0.1 m當(dāng)掛盤中放質(zhì)量為0.01 kg的物體時,天平平衡,求此時磁感應(yīng)強度的變化率.圖2解析:(1)線圈受到安培力FN1B0IL,天平平衡得mgN1B0IL,代入數(shù)據(jù)得N125匝(2)由電

16、磁感應(yīng)定律得EN2,EN2Ld,由歐姆定律得I.線圈受到安培力FN2B0IL,天平平衡mgNB0,代入數(shù)據(jù)可得0.1 T/s.5如圖,兩平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面上,相距l(xiāng),左端與一電阻R相連;整個系統(tǒng)置于勻強磁場中,磁感應(yīng)強度大小為B,方向豎直向下一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒置于導(dǎo)軌上,在水平外力作用下沿導(dǎo)軌以速度v勻速向右滑動,滑動過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為,重力加速度大小為g,導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略求:(1)電阻R消耗的功率;(2)水平外力的大小解析:(1)導(dǎo)體切割磁感線運動產(chǎn)生的電動勢為EBLv,根據(jù)歐姆定律,閉合回路中的感應(yīng)電流為I,電阻R消耗的功率為PI2R,聯(lián)立可得P.(2)對導(dǎo)體棒受力分析,受到向左的安培力和向左的摩擦力,向右的外力,三力平衡,故有F安mgF,F(xiàn)安BIlBl,故Fmg.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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