（江蘇專用）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第10單元 電磁感應(yīng)學(xué)案

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1、 第10單元 電磁感應(yīng) 高考熱點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 要求 2014年 2015年 2016年 2017年 高考基礎(chǔ)要求及 冷點(diǎn)統(tǒng)計(jì) Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 Ⅰ 14 18 20 15 自感、渦流(Ⅰ) 高考對于自感、渦流的考查屬于冷點(diǎn),一般不單獨(dú)出題.可以與物理學(xué)史結(jié)合考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象.如2015年全國卷Ⅰ第19題. 磁通量 Ⅰ 19 25 18 法拉第電磁感應(yīng)定律 Ⅱ 18 25 15 24 20 21、25 18 20 1

2、5 楞次定律 Ⅱ 25 19 24 20 25 20 15 考情分析 1.高考著重考查的知識點(diǎn)有:電磁感應(yīng)現(xiàn)象、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律. 2.從近年來高考命題趨勢看,結(jié)合圖像綜合考查楞次定律和電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用為選擇題的命題熱點(diǎn);以導(dǎo)軌+導(dǎo)體棒模型為載體,以近代科技、生活實(shí)際為背景,考查電磁感應(yīng)規(guī)律與力學(xué)、電路知識的綜合應(yīng)用,是計(jì)算題(或選擇題)的命題熱點(diǎn). 第26講　電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律 一、磁通量 1.磁通量 (1)定義:磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的　　　　.? (2)公式:Φ=　　　　(B⊥S);

3、單位:韋伯(Wb).? (3)矢標(biāo)性:磁通量是　　　　,但有正負(fù).? 2.磁通量的變化量:ΔΦ=　　　　.? 3.磁通量的變化率(磁通量變化的快慢):　　　　與所用時(shí)間的比值,即,與線圈的匝數(shù)無關(guān).? 二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象 當(dāng)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí),電路中有　　　　產(chǎn)生的現(xiàn)象.? 2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 (1)閉合電路;(2)　　　　發(fā)生變化.? 三、感應(yīng)電流的方向 1.楞次定律:感應(yīng)電流的磁場總要　　　　引起感應(yīng)電流的　　　　的變化.適用于一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象.? 2.右手定則:伸開右手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi);讓磁感線從

4、掌心進(jìn)入,并使拇指指向　　　　的方向,這時(shí)四指所指方向就是感應(yīng)電流的方向.適用于判斷導(dǎo)線　　　　時(shí)感應(yīng)電流的方向.? 【思維辨析】 (1)閉合電路內(nèi)只要有磁通量,就有感應(yīng)電流產(chǎn)生. (　　) (2)穿過線圈的磁通量和線圈的匝數(shù)無關(guān). (　　) (3)線框不閉合時(shí),即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化,線框中也沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生. (　　) (4)當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線時(shí),一定產(chǎn)生感應(yīng)電動勢. (　　) (5)由楞次定律知,感應(yīng)電流的磁場一定與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反. (　　) (6)磁通量變化量越大,感應(yīng)電動勢越大. (　　) (7)自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用. (　　) 考點(diǎn)一

5、　電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解與判斷 1.磁通量發(fā)生變化的三種常見情況 (1)磁場強(qiáng)弱不變,回路面積改變. (2)回路面積不變,磁場強(qiáng)弱改變. (3)回路面積和磁場強(qiáng)弱均不變,但二者的相對位置發(fā)生改變. 2.判斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的流程 (1)確定研究的回路. (2)弄清楚回路內(nèi)的磁場分布,并確定穿過該回路的磁通量Φ. (3)Φ不變→無感應(yīng)電流 Φ變化→ 1　[2017·全國卷Ⅰ] 掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌.為了有效隔離外界振動對STM的擾動,在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板,并施加磁場來快速衰減其微小振動,如圖26-1所示.無擾動時(shí),按

6、下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場;出現(xiàn)擾動后,對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是圖26-2中的 (　　) 圖26-1 A　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D 圖26-2 式題1 圖26-3中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 (　　) 圖26-3 式題2 利用所學(xué)物理知識,可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相關(guān)問題.IC卡內(nèi)部有一個(gè)由電感線圈L和電容器C構(gòu)成的LC振蕩電路,公交卡上的讀卡機(jī)(刷卡時(shí)“滴”的響一聲的機(jī)器)向外發(fā)射某一特定頻率的電磁波.刷卡時(shí),IC卡內(nèi)的線圈L中產(chǎn)生感應(yīng)電流,給電容器C充電,達(dá)到一定的電壓后,驅(qū)動卡內(nèi)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傳輸.下

7、列說法正確的是 (　　) A.IC卡工作所需要的能量來源于卡內(nèi)的電池 B.僅當(dāng)讀卡機(jī)發(fā)射該特定頻率的電磁波時(shí),IC卡才能有效工作 C.若讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波偏離該特定頻率,則線圈L中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流 D.IC卡只能接受讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波,而不能向讀卡機(jī)傳輸自身的數(shù)據(jù)信息 考點(diǎn)二　楞次定律的理解與應(yīng)用 考向一　應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的“四步法” 2　[2017·全國卷Ⅲ] 如圖26-4所示,在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中有一U形金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面與磁場垂直.金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS,一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi),線框與導(dǎo)軌共面.現(xiàn)讓金屬桿

8、PQ突然向右運(yùn)動,在運(yùn)動開始的瞬間,關(guān)于感應(yīng)電流的方向,下列說法正確的是 (　　) 圖26-4 A.PQRS中沿順時(shí)針方向,T中沿逆時(shí)針方向 B.PQRS中沿順時(shí)針方向,T中沿順時(shí)針方向 C.PQRS中沿逆時(shí)針方向,T中沿逆時(shí)針方向 D.PQRS中沿逆時(shí)針方向,T中沿順時(shí)針方向 式題 [2017·哈爾濱六中二模] 如圖26-5所示,一圓形金屬環(huán)與兩固定的平行長直導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi),環(huán)的圓心與兩導(dǎo)線距離相等,環(huán)的直徑小于兩導(dǎo)線間距.兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向均向下的恒定電流,則 (　　) 圖26-5 A.金屬環(huán)向上運(yùn)動時(shí),環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針 B.金屬環(huán)向下運(yùn)動

9、時(shí),環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針 C.金屬環(huán)向左側(cè)直導(dǎo)線靠近時(shí),環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針 D.金屬環(huán)向右側(cè)直導(dǎo)線靠近時(shí),環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針 ■ 方法技巧 楞次定律中“阻礙”的含義 考向二　利用楞次定律的推論速解電磁感應(yīng)問題 　　電磁感應(yīng)現(xiàn)象中因果相對的關(guān)系恰好反映了自然界的這種對立統(tǒng)一規(guī)律,對楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為感應(yīng)電流的“效果”總是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因,可由以下四種方式呈現(xiàn): (1)阻礙磁通量的變化,即“增反減同”. (2)阻礙相對運(yùn)動,即“來拒去留”. (3)使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢,即“增縮減擴(kuò)”. (4)阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象),

10、即“增反減同”. 3　如圖26-6所示,光滑固定導(dǎo)軌M、N水平放置,兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置在導(dǎo)軌上,形成一個(gè)閉合回路,當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)(重力加速度為g) (　　) 圖26-6 A.P、Q將互相靠攏 B.P、Q將互相遠(yuǎn)離 C.磁鐵的加速度仍為g D.磁鐵的加速度大于g 式題 [2017·上海靜安質(zhì)檢] 如圖26-7所示,在同一水平面內(nèi)有兩根光滑平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ,在兩導(dǎo)軌之間豎直放置通電螺線管,ab和cd是放在導(dǎo)軌上的兩根金屬棒,它們分別放在螺線管的左、右兩側(cè),保持開關(guān)閉合,最初兩金屬棒處于靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)滑動變阻器的滑片向左滑動時(shí),兩根金屬棒與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中感

11、應(yīng)電流方向(俯視圖)及ab、cd兩棒的運(yùn)動情況是 (　　) 圖26-7 A.感應(yīng)電流為順時(shí)針方向,兩棒相互靠近 B.感應(yīng)電流為順時(shí)針方向,兩棒相互遠(yuǎn)離 C.感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向,兩棒相互靠近 D.感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向,兩棒相互遠(yuǎn)離 考點(diǎn)三　左手定則、右手定則、楞次定律、安培定則 1.規(guī)律比較 名稱 基本現(xiàn)象 因果關(guān)系 應(yīng)用的定則或定律 電流的磁效應(yīng) 運(yùn)動電荷、電流產(chǎn)生磁場 因電生磁 安培定則 洛倫茲力、安培力 磁場對運(yùn)動電荷、電流有作用力 因電受力 左手定則 電磁感應(yīng) 部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動 因磁生電 右手定則 閉合回路磁通量變化 因

12、磁生電 楞次定律 2.相互聯(lián)系 (1)應(yīng)用楞次定律時(shí),一般要用到安培定則. (2)研究感應(yīng)電流受到的安培力,一般先用右手定則確定電流方向,再用左手定則確定安培力的方向,有時(shí)也可以直接應(yīng)用楞次定律的推論確定. 4　(多選)如圖26-8所示,水平放置的兩條光滑的金屬軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN,MN的左邊有一閉合電路.當(dāng)PQ在一外力的作用下運(yùn)動時(shí),MN向右運(yùn)動,則PQ所做的運(yùn)動可能是 (　　) 圖26-8 A.向右加速運(yùn)動 B.向左加速運(yùn)動 C.向右減速運(yùn)動 D.向左減速運(yùn)動 式題 (多選)如圖26-9所示裝置中,cd金

13、屬桿原來靜止.當(dāng)ab桿做如下哪些運(yùn)動時(shí),cd金屬桿將向右移動 (　　) 圖26-9 A.向右勻速運(yùn)動 B.向右加速運(yùn)動 C.向左加速運(yùn)動 D.向左減速運(yùn)動 ■ 方法技巧 左、右手定則巧區(qū)分 (1)右手定則與左手定則的區(qū)別:抓住“因果關(guān)系”才能無誤,“因動而電”——用右手;“因電而動”——用左手. (2)左手定則和右手定則很容易混淆,為了便于區(qū)分,可把兩個(gè)定則簡單地總結(jié)為“通電受力用左手,運(yùn)動生電用右手”. 第27講　法拉第電磁感應(yīng)定律、自感和渦流 一、法拉第電磁感應(yīng)定律 1.感應(yīng)電動勢 (1)定義:在　　　　　　　　中產(chǎn)生的

14、電動勢.? (2)產(chǎn)生條件:穿過回路的　　　　發(fā)生改變,與電路是否閉合無關(guān).? (3)方向判斷:感應(yīng)電動勢的方向用　　　　或　　　　判斷.? 2.法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容:感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這一回路的　　　　　　　　成正比.? (2)公式:E=　　　　.? 二、自感和渦流 1.自感現(xiàn)象 (1)由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化時(shí)而產(chǎn)生的　　　　現(xiàn)象.由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫作自感電動勢.? (2)自感電動勢E=　　　　.? (3)自感系數(shù)L與線圈的大小、形狀、圈數(shù)、是否有鐵芯等有關(guān),單位是　　　　.? 2.渦流:塊狀金屬在磁場中運(yùn)動,或者處在變化的磁場中,金屬塊內(nèi)部

15、會產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流在整塊金屬內(nèi)部自成閉合回路,叫作　　　　.? 【思維辨析】 (1)穿過線圈的磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大. (　　) (2)穿過線圈的磁通量變化越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大. (　　) (3)穿過線圈的磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大. (　　) (4)線圈匝數(shù)n越多,磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也越大. (　　) (5)對于同一線圈,電流變化越快,線圈中的自感電動勢越大. (　　) (6)自感電動勢阻礙電流的變化,但不能阻止電流的變化. (　　) 考點(diǎn)一　法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用 1.法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 (1)感應(yīng)電動勢的大小

16、由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率共同決定,而與磁通量Φ的大小、變化量ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系. (2)磁通量的變化率對應(yīng)Φ-t圖線上某點(diǎn)切線的斜率. 2.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的三種情況 (1)磁通量的變化是由面積變化引起時(shí),ΔΦ=B·ΔS,則E=n; (2)磁通量的變化是由磁場變化引起時(shí),ΔΦ=S·ΔB,則E=n; (3)磁通量的變化是由面積和磁場共同變化引起時(shí),則根據(jù)定義,ΔΦ=|Φ末-Φ初|,E=n. 1　[2015·重慶卷] 圖27-1為無線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖,線圈匝數(shù)為n,面積為S.若在t1到t2時(shí)間內(nèi),勻強(qiáng)磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈,其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小

17、由B1均勻增加到B2,則該段時(shí)間線圈兩端a和b之間的電勢差φa-φb (　　) 圖27-1 A.恒為 B.從0均勻變化到 C.恒為- D.從0均勻變化到- 式題 [2017·合肥一中段考] 在半徑為r、電阻為R的圓形導(dǎo)線框內(nèi),以直徑為界,左、右兩側(cè)分別存在著方向如圖27-2甲所示的勻強(qiáng)磁場,以垂直于紙面向外為磁場的正方向,兩部分磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律分別如圖乙所示,則0~t0時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框中 (　　) 圖27-2 A.感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針 B.感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針 C.感應(yīng)電流大小為 ■ 方法技巧 應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律

18、應(yīng)注意的三個(gè)問題 (1)公式E=n求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢,在磁通量均勻變化時(shí),瞬時(shí)值才等于平均值. (2)利用公式E=nS求感應(yīng)電動勢時(shí),S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積. 考點(diǎn)二　導(dǎo)體棒切割磁感線引起的感應(yīng)電動勢的計(jì)算 2(多選)[2017·全國卷Ⅱ] 兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直.邊長為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi),cd邊與磁場邊界平行,如圖27-3甲所示.已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動,cd邊于t=0時(shí)刻進(jìn)入磁場.線框中感應(yīng)電動勢隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示(感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí),感應(yīng)電動勢取

19、正).下列說法正確的是 (　　) 圖27-3 A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5 T B.導(dǎo)線框運(yùn)動速度的大小為0.5 m/s C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外 D.在t=0.4 s至t=0.6 s這段時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N ■ 題根分析 分析導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢時(shí)應(yīng)注意,一是導(dǎo)體棒切割磁感線有平動切割和轉(zhuǎn)動切割兩種,二是要將其與根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算的感應(yīng)電動勢區(qū)別開. (1)E=Blv的三個(gè)特性 ①正交性:本公式要求磁場為勻強(qiáng)磁場,而且B、l、v三者互相垂直. ②有效性:公式中的l為導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度.圖27-4中,導(dǎo)體棒的有

20、效長度為ab間的距離. 圖27-4 ③相對性:E=Blv中的速度v是導(dǎo)體棒相對磁場的速度,若磁場也在運(yùn)動,應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系. (2)導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線 當(dāng)導(dǎo)體棒在垂直于磁場的平面內(nèi)繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BlBl2ω,如圖27-5所示. 圖27-5 ■ 變式網(wǎng)絡(luò) 式題1 [2015·安徽卷] 如圖27-6所示,abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌,間距為l,導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌電阻不計(jì).已知金屬桿MN傾斜放置,與導(dǎo)軌成θ角,單位長度的電阻為r,保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(金屬桿

21、滑動過程中與導(dǎo)軌接觸良好),則 (　　) 圖27-6 A.電路中感應(yīng)電動勢的大小為 B.電路中感應(yīng)電流的大小為 C.金屬桿所受安培力的大小為 D.金屬桿的熱功率為 式題2 [2015·全國卷Ⅱ] 如圖27-7所示,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)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ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí),a、b、c三點(diǎn)的電勢分別為φa、φb、φc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是 (　　) 圖27-7 A.φa>φc,金屬框中無電流 B. φb>φc,金屬框中電流方向沿a-b-c-a C.Ubc=-Bl2ω,金屬框中無電流 D.

22、Ubc=Bl2ω,金屬框中電流方向沿a-c-b-a 式題3 (多選)[2016·全國卷Ⅱ] 法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖27-8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.圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場B中.圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí),關(guān)于流過電阻R的電流,下列說法正確的是 (　　) 圖27-8 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(shí)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 式題4 (多選)如圖27

23、-9所示,半徑為R的半圓形硬導(dǎo)體桿AB以速度v在水平U形金屬框架上勻速滑動,且彼此接觸良好.勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,U形框架中接有電阻R0,則AB進(jìn)入磁場的過程中 (　　) 圖27-9 A.R0中電流的方向由上到下 B.感應(yīng)電動勢的平均值為BπRv C.感應(yīng)電動勢的最大值為2BRv D.感應(yīng)電動勢的最大值為BπRv 考點(diǎn)三　渦流、自感現(xiàn)象的理解及應(yīng)用 考向一　通電自感與斷電自感現(xiàn)象對比 通電自感 斷電自感 自感電路 器材規(guī)格 　A1、A2燈規(guī)格相同,R=RL,L較大 　L很大(有鐵芯) 自感現(xiàn)象 　在S閉合瞬間,A2燈立即亮起來,A1燈逐漸變

24、亮,最終兩燈一樣亮 　在開關(guān)S斷開時(shí),A燈逐漸變暗直至熄滅 產(chǎn)生原因 　開關(guān)閉合時(shí),流過電感線圈的電流迅速增大,線圈中產(chǎn)生自感電動勢,阻礙了電流的增大,流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢 　斷開開關(guān)S時(shí),流過線圈L的電流減小,自感電動勢阻礙電流的減小,通過L的電流通過A燈,A燈不會立即熄滅,若RLIA,則A燈熄滅前要閃亮一下,若RL≥RA,原來的電流IL≤IA,則A燈逐漸變暗直至熄滅,不會閃亮一下 3　[2017·北京卷] 圖27-10甲和乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個(gè)電路圖,L1和L2為電感線圈.實(shí)驗(yàn)時(shí),斷開開關(guān)S1瞬間,燈A1突然閃亮,隨后逐漸變

25、暗;閉合開關(guān)S2,燈A2逐漸變亮,而另一個(gè)相同的燈A3立即變亮,最終A2與A3的亮度相同.下列說法正確的是 (　　) 甲　　　　　　　　　乙 圖27-10 A.圖甲中,A1與L1的電阻值相同 B.圖甲中,閉合S1,電路穩(wěn)定后,A1中電流大于L1中電流 C.圖乙中,變阻器R與L2的電阻值相同 D.圖乙中,閉合S2瞬間,L2中電流與變阻器R中電流相等 考向二　對渦流的考查 4　(多選)1824年,法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”.實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置,在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針,如圖27-11所示,實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心

26、的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí),磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來,但略有滯后.下列說法正確的是 (　　) 圖27-11 A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢 B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動 C.在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中,磁針的磁場穿過整個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化 D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動形成電流,此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動 　電磁感應(yīng)中的電路和圖像問題 熱點(diǎn)一　電磁感應(yīng)中的電路問題 (1)對電源的理解:在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源.如:切割磁感線的導(dǎo)體棒、內(nèi)有磁通量變化的線圈等. (2)對電路的理解:內(nèi)電路是切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈;除電源外其余

27、部分是外電路,外電路由電阻、電容器等電學(xué)元件組成.在外電路中,電流從高電勢處流向低電勢處;在內(nèi)電路中,電流則從低電勢處流向高電勢處. (3)分析電磁感應(yīng)電路問題的基本思路 1　如圖Z10-1甲所示,水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌間距L=0.3 m,導(dǎo)軌左端連接阻值R=0.6 Ω的電阻,區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.6 T的勻強(qiáng)磁場,磁場區(qū)域?qū)扗=0.2 m.細(xì)金屬棒A1和A2用長為2D=0.4 m的輕質(zhì)絕緣桿連接,放置在導(dǎo)軌平面上,均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r=0.3 Ω.導(dǎo)軌電阻不計(jì).使金屬棒以恒定速度v=1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿過磁場.

28、計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(t=0)到A2離開磁場的時(shí)間內(nèi),不同時(shí)間段通過電阻R的電流,并在圖乙中畫出. 圖Z10-1 式題 如圖Z10-2所示,由某種粗細(xì)均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場B中.一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動,滑動過程PQ始終與ab垂直,且與線框接觸良好,不計(jì)摩擦.在PQ從靠近ad處向bc滑動的過程中(　　) 圖Z10-2 A.PQ中電流先增大后減小 B.PQ兩端電壓先減小后增大 C.PQ上拉力的功率先減

29、小后增大 D.線框消耗的電功率先減小后增大 ■ 規(guī)律總結(jié) 電磁感應(yīng)中電路知識的關(guān)系圖 熱點(diǎn)二　電磁感應(yīng)中的圖像問題 考向一　感生類圖像問題總結(jié) (1)問題類型 ①給定電磁感應(yīng)過程,選出或畫出正確的圖像. ②由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過程,求解相應(yīng)物理量. (2)分析方法 ①電動勢大小:E=n,取決于磁通量的變化率. ②電動勢方向:注意感應(yīng)電流的實(shí)際方向是否與規(guī)定情況一致,同向取正,反向取負(fù). (3)注意問題 ①關(guān)注初始時(shí)刻:如初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零,是正方向還是負(fù)方向. ②關(guān)注變化過程:看電磁感應(yīng)發(fā)生過程分為幾個(gè)階段,這幾個(gè)階段是否和圖像變化相對應(yīng). ③關(guān)

30、注大小、方向的變化趨勢,看圖像斜率大小、圖像的曲直和物理過程是否相對應(yīng). ④求F-t圖像時(shí),不但要注意i-t變化,還需要關(guān)注B-t變化.有時(shí)I≠0,但B=0,所以F=0. 2　將一段導(dǎo)線繞成如圖Z10-3甲所示的閉合回路,并固定在水平面(紙面)內(nèi).回路的ab邊置于垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場 Ⅰ 中.回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的磁場 Ⅱ ,以向里為磁場 Ⅱ 的正方向,其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示.用F表示ab邊受到的安培力,以水平向右為F的正方向,能正確反映F隨時(shí)間t變化的圖像是圖Z10-4中的(　　) 圖Z10-3 圖Z10-4 式題 (多選)如圖Z10-5甲所

31、示,正六邊形導(dǎo)線框abcdef放在勻強(qiáng)磁場中靜止不動,磁場方向與線框平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示.t=0時(shí)刻,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直于紙面向里,設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流以順時(shí)針方向?yàn)檎?豎直邊cd所受安培力的方向以水平向左為正.關(guān)于感應(yīng)電流i和cd邊所受安培力F隨時(shí)間t變化的圖像,正確的是圖Z10-6中的 (　　) 圖Z10-5 圖Z10-6 考向二　動生類圖像問題總結(jié) (1)問題類型 由閉合線圈的運(yùn)動過程畫出i-t圖像或E-t圖像. (2)分析方法 ①電動勢大小:E=Blv. 要注意是單邊切割還是雙邊切割(感應(yīng)電流同向相加、反向相減),等效長度為在磁

32、場中導(dǎo)線首尾相連在垂直于速度方向的分量. ②電動勢方向:用右手定則判斷. 3　如圖Z10-7所示,一個(gè)矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域內(nèi),磁場方向垂直于紙面向里.一個(gè)三角形閉合導(dǎo)線框在紙面內(nèi)由位置1(左)勻速運(yùn)動到位置2(右).取線框剛到達(dá)磁場左邊界的時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)(t=0),規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?則能正確反映線框中電流與時(shí)間關(guān)系的圖像是圖Z10-8中的 (　　) 圖Z10-7 圖Z10-8 式題 如圖Z10-9所示,有兩個(gè)相鄰的有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B,方向相反,且與紙面垂直,磁場區(qū)域在x軸方向?qū)挾染鶠閍,在y軸方向足夠?qū)?現(xiàn)有一高為a的正三角形導(dǎo)線框從圖示位置開始

33、向右勻速穿過磁場區(qū)域.若以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?則線框中感應(yīng)電流i與線框移動距離x的關(guān)系圖像正確的是圖Z10-10中的 (　　) 圖Z10-9 圖Z10-10 熱點(diǎn)三　電磁感應(yīng)中電路與圖像的綜合 4　勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T,磁場寬度L=3 m,一正方形金屬框邊長ab=l=1 m,每邊電阻r=0.2 Ω,金屬框以v=10 m/s的速度勻速穿過磁場區(qū)域,其平面始終保持與磁感線方向垂直,如圖Z10-11所示. (1)畫出金屬框穿過磁場區(qū)域的過程中金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的I-t圖像;(以逆時(shí)針方向?yàn)镮的正方向) (2)畫出ab兩端電壓的U-t圖像. 圖Z10

34、-11 式題1 [2017·南昌十校二模] 如圖Z10-12甲所示,光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,軌道左側(cè)連接一定值電阻R,導(dǎo)體棒ab垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì).導(dǎo)體棒ab在向右的水平外力作用下運(yùn)動,外力F隨時(shí)間t變化關(guān)系如圖乙所示,已知導(dǎo)體棒在0~t0時(shí)間內(nèi)從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動,則在t0以后,導(dǎo)體棒ab的運(yùn)動情況為 (　　) 圖Z10-12 A.一直做勻加速直線運(yùn)動 B.做勻減速直線運(yùn)動,直到速度為零 C.先做加速運(yùn)動,最后做勻速直線運(yùn)動 D.一直做勻

35、速直線運(yùn)動 式題2 如圖Z10-13甲所示,水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置,間距d=0.5 m,電阻不計(jì),左端通過導(dǎo)線與阻值R=2 Ω的電阻連接,右端通過導(dǎo)線與阻值RL=4 Ω的小燈泡L連接.在CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場,CE長l=2 m,有一阻值r=2 Ω的金屬棒PQ放置在靠近磁場邊界CD處(恰好不在磁場中),與導(dǎo)軌垂直并接觸良好.CDFE區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示.在t=0至t=4 s時(shí)間內(nèi),金屬棒PQ保持靜止,在t=4 s時(shí)使金屬棒PQ以某一速度進(jìn)入磁場區(qū)域并保持勻速運(yùn)動.已知從t=0開始到金屬棒運(yùn)動到磁場邊界EF處的整個(gè)過程中,小燈

36、泡的亮度沒有發(fā)生變化.求: (1)通過小燈泡的電流; (2)金屬棒PQ在磁場區(qū)域中運(yùn)動的速度大小. 圖Z10-13 1.(多選)[2016·四川卷] 如圖Z10-14所示,電阻不計(jì)、間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)軌左端接一定值電阻R.質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上,受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運(yùn)動,外力F與金屬棒速度v的關(guān)系是F=F0+kv(F0、k是常量),金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好.金屬棒中感應(yīng)電流為i,受到的安培力大小

37、為FA,電阻R兩端的電壓為UR,感應(yīng)電流的功率為P,它們隨時(shí)間t變化圖像可能正確的是圖Z10-15中的 (　　) 圖Z10-14 圖Z10-15 2.(多選)[2016·上海卷] 如圖Z10-16甲所示,螺線管內(nèi)有平行于軸線的外加勻強(qiáng)磁場,以圖中箭頭所示方向?yàn)槠湔较?螺線管與導(dǎo)線框abcd相連,導(dǎo)線框內(nèi)有一小金屬圓環(huán)L,圓環(huán)與導(dǎo)線框在同一平面內(nèi).當(dāng)螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間按圖乙所示規(guī)律變化時(shí) (　　) 圖Z10-16 A.在t1~t2時(shí)間內(nèi),L有收縮趨勢 B.在t2~t3時(shí)間內(nèi),L有擴(kuò)張趨勢 C.在t2~t3時(shí)間內(nèi),L內(nèi)有逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流 D.在t3~t4

38、時(shí)間內(nèi),L內(nèi)有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流 3.(多選)[2017·寧夏石嘴山三中期末] 如圖Z10-17甲所示,光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ所在平面與水平面成θ角,M、P兩端接一電阻R,金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,整個(gè)裝置處于方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場中.t=0時(shí)對金屬棒ab施加一平行于導(dǎo)軌的外力F,使金屬棒由靜止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動,金屬棒電阻為r,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì).已知通過電阻R的感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示.關(guān)于棒運(yùn)動速度v、外力F、流過R的電荷量q以及穿過閉合回路的磁通量的變化率隨時(shí)間變化的圖像,正確的是圖Z10-18中的 (　　) 圖Z10-17 圖Z10

39、-18 4.[2017·南昌十校二模] 如圖Z10-19所示,由均勻?qū)Ь€制成的半徑為R的圓環(huán)以速度v勻速進(jìn)入一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場.當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動到圖示位置(∠aOb=90°)時(shí),a、b兩點(diǎn)的電勢差為 (　　) 圖Z10-19 A.BRv C.BRv 5.(多選)[2017·河北辛集中學(xué)測試] 空間中存在一垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁場區(qū)域的橫截面為等腰直角三角形,底邊水平,其斜邊長度為 L.一正方形導(dǎo)體框 abcd 的邊長也為 L,開始時(shí)正方形導(dǎo)體框的 ab 邊與磁場區(qū)域橫截面的斜邊剛好重合,如圖Z10-20所示.由圖示的位置開始計(jì)時(shí),正方形導(dǎo)體框以平行于 bc 邊的速度

40、v 勻速穿越磁場.若導(dǎo)體框中的感應(yīng)電流為 i, a、 b 兩點(diǎn)間的電勢差為 Uab,感應(yīng)電流取逆時(shí)針方向?yàn)檎?則導(dǎo)體框穿越磁場的過程中,關(guān)于i、 Uab隨時(shí)間變化的圖像,正確的是圖Z10-21中的 (　　) 圖Z10-20 圖Z10-21 　涉及電磁感應(yīng)的力電綜合問題 熱點(diǎn)一　電磁感應(yīng)的動力學(xué)問題 1.用“四步法”分析電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題: 解決電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題的一般思路是“先電后力”,具體思路如下: 2.動態(tài)分析的基本思路 解決這類問題的關(guān)鍵是通過運(yùn)動狀態(tài)的分析,尋找過程中的臨界狀態(tài),如速度、加速度最大或最小的條件.具體思路如下: 導(dǎo)體在外力作用

41、下運(yùn)動感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流導(dǎo)體受安培力合力變化加速度變化速度變化臨界狀態(tài) 1　(14分)[2016·全國卷Ⅰ] 如圖Z11-1所示,兩固定的絕緣斜面傾角均為θ,上沿相連.兩細(xì)金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(僅標(biāo)出c端)長度均為L,質(zhì)量分別為2m和m;用兩根不可伸長的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca,并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上,使兩金屬棒水平.右斜面上存在勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于斜面向上,已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場中,回路電阻為R,兩金屬棒與斜面間的動摩擦因數(shù)均為μ,重力加速度大小為g,已知金屬棒ab勻速下滑.求: (1)作用在金屬棒ab上的安培力

42、的大小; (2)金屬棒運(yùn)動速度的大小. 圖Z11-1 【規(guī)范步驟】 (1)設(shè)導(dǎo)線的張力的大小為T,右斜面對ab棒的支持力的大小為N1,作用在ab棒上的安培力的大小為F,左斜面對cd棒的支持力大小為N2,對于ab棒,由力的平衡條件得 　　　　　　　　　　　　①(2分)? N1=　　　　　　　?、?2分)? 對于cd棒,同理有 　　　　　　　　=T ③(2分)? N2=　　　　　　　?、?2分)? 聯(lián)立①②③④式得 F=　　　　　　　　　　　　⑤(1分)? (2)由安培力公式得 F=　　　　　　　?、?1分)? 這里I是回路abdca中的感應(yīng)電流,ab棒上的感應(yīng)電動

43、勢為 E=　　　　　　　?、?1分)? 式中,v是ab棒下滑速度的大小,由歐姆定律得 I=　　　　　　　?、?1分)? 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式得 v=　　　　　　　　　　　?、?2分)? 式題 [2016·全國卷Ⅱ] 如圖Z11-2所示,水平面(紙面)內(nèi)間距為l的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻,質(zhì)量為m、長度為l的金屬桿置于導(dǎo)軌上.t=0時(shí),金屬桿在水平向右、大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運(yùn)動.t0時(shí)刻,金屬桿進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,且在磁場中恰好能保持勻速運(yùn)動.桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì),兩者始終保持垂直且接觸良好,兩者之間的動摩擦因數(shù)為μ.重力加速度大小為g

44、.求: (1)金屬桿在磁場中運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的電動勢的大小; (2)電阻的阻值. 圖Z11-2 熱點(diǎn)二　電磁感應(yīng)的能量問題 1.能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法 (1)能量轉(zhuǎn)化 其他形式的能量電能焦耳熱或其他形式的能量 (2)求解焦耳熱Q的三種方法 2.解題的一般步驟 (1)確定研究對象(導(dǎo)體棒或回路); (2)弄清電磁感應(yīng)過程中哪些力做功,以及哪些形式的能量相互轉(zhuǎn)化; (3)根據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律列式求解. 2　(多選)如圖Z11-3所示,光滑平行金屬軌道平面與水平面成θ角,兩軌道上端用一電

45、阻R相連,該裝置處于勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于軌道平面向上,質(zhì)量為m的金屬桿ab以初速度v0從軌道底端向上滑行,滑行到某一高度h后又返回到底端.若運(yùn)動過程中,金屬桿始終保持與軌道垂直且接觸良好,軌道與金屬桿的電阻均忽略不計(jì),重力加速度為g,則 (　　) 圖Z11-3 A.金屬桿返回到底端時(shí)的速度大小為v0 B.金屬桿上滑到最高點(diǎn)的過程中克服安培力與重力所做功之和等于 C.上滑到最高點(diǎn)的過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量等于-mgh D.金屬桿兩次通過軌道上的同一位置時(shí)電阻R的熱功率相同 式題 如圖Z11-4所示,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(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)

46、磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)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)軌以速率v向右勻速滑動,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μ,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. 圖Z11-4 ■ 規(guī)律總結(jié) 求解電能應(yīng)分清兩類情況: (1)若回路中電流恒定,可以利用電路結(jié)構(gòu)及W=UIt或Q=I2Rt直接進(jìn)行計(jì)算. (2)若電流變化,則①利用安培力做功求解:電磁

47、感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功;②利用能量守恒定律求解:若只有電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化,則減少的機(jī)械能等于產(chǎn)生的電能. 熱點(diǎn)三　電磁感應(yīng)與動量結(jié)合問題 考向一　動量定理的應(yīng)用 3　[2017·浙江寧波模擬] 一實(shí)驗(yàn)小組想要探究電磁剎車的效果.在遙控小車底面安裝寬為L、長為2.5L的N匝矩形導(dǎo)線框,線框電阻為R,面積可認(rèn)為與小車底面相同,其平面與水平地面平行,小車總質(zhì)量為m,其俯視圖如圖Z11-5所示.小車在磁場外行駛時(shí)保持功率始終為P,且在進(jìn)入磁場前已達(dá)到最大速度,當(dāng)車頭剛要進(jìn)入磁場時(shí)立即撤去牽引力,完全進(jìn)入磁場時(shí)速度恰好為零.已知有界勻強(qiáng)磁場邊界PQ和MN間的距離為2.5L,磁感應(yīng)強(qiáng)

48、度大小為B,方向豎直向上,小車在行駛過程中受到地面的阻力恒為f. (1)小車車頭剛進(jìn)入磁場時(shí),求線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E; (2)求電磁剎車過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q; (3)若只改變小車功率,使小車恰好穿出磁場時(shí)的速度為零,假設(shè)小車兩次與磁場作用時(shí)間相同,求小車的功率P'. 圖Z11-5 式題1 [2017·浙江嘉興一中月考] 如圖Z11-6所示,兩根平行的金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面上,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌所在平面垂直,導(dǎo)軌的電阻很小,可忽略不計(jì).導(dǎo)軌間的距離l=0.20 m.兩根質(zhì)量均為m

49、=0.10 kg的平行金屬桿甲、乙可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動,滑動過程中與導(dǎo)軌保持垂直,金屬桿的電阻均為R=0.50 Ω.在t=0時(shí)刻,兩桿都處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)有一與導(dǎo)軌平行、大小為0.20 N的恒力F作用于金屬桿甲上,如圖所示,使金屬桿在導(dǎo)軌上滑動.經(jīng)過t=5.0 s,金屬桿甲的加速度為a=1.37 m/s2,則此時(shí)甲、乙兩金屬桿的速度各為多少? 圖Z11-6 式題2 如圖Z11-7所示,在水平面上有兩條平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ,導(dǎo)軌間距為d,勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌所在的平面向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,兩

50、根完全相同的金屬桿1、2間隔一定的距離放在導(dǎo)軌上,均與導(dǎo)軌垂直.它們接入電路的電阻均為R,兩桿與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌電阻不計(jì),金屬桿與導(dǎo)軌間的摩擦不計(jì).桿1以初速度v0滑向桿2,為使兩桿不相碰,則分別在桿2固定與不固定兩種情況下,最初擺放兩桿時(shí)的最小距離之比為 (　　) 圖Z11-7 A.4∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.3∶1 ■ 方法技巧 求電荷量q的兩種方法 從上圖可見,這些物理量之間的關(guān)系可能會出現(xiàn)以下三種題型: 第一:方法Ⅰ中相關(guān)物理量的關(guān)系. 第二:方法Ⅱ中相關(guān)物理量的關(guān)系. 第三:就是以電荷量作為橋梁,直接把上面框圖中左、右兩邊的物理量聯(lián)系起來,如把導(dǎo)體棒

51、的位移和速度聯(lián)系起來,但由于這類問題導(dǎo)體棒的運(yùn)動一般都不是勻變速直線運(yùn)動,無法使用勻變速直線運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)公式進(jìn)行求解,所以這種方法就顯得十分巧妙.這種題型難度最大. 考向二　電磁感應(yīng)與動量守恒結(jié)合 4　[2017·浙江4月選考] 間距為l的兩平行金屬導(dǎo)軌由水平部分和傾斜部分平滑連接而成,如圖Z11-8所示.傾角為θ的導(dǎo)軌處于大小為B1、方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場區(qū)間Ⅰ中.水平導(dǎo)軌上的無磁場區(qū)間靜止放置一質(zhì)量為3m的“聯(lián)動雙桿”(由兩根長為l的金屬桿cd和ef,用長度為L的剛性絕緣桿連接構(gòu)成),在“聯(lián)動雙桿”右側(cè)存在大小為B2、方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場區(qū)間Ⅱ,其長度大于L.質(zhì)量為m

52、、長為l的金屬桿ab從傾斜導(dǎo)軌上端釋放,達(dá)到勻速后進(jìn)入水平導(dǎo)軌(無能量損失),桿ab與“聯(lián)動雙桿”發(fā)生碰撞,碰后桿ab和cd合在一起形成“聯(lián)動三桿”.“聯(lián)動三桿”繼續(xù)沿水平導(dǎo)軌進(jìn)入磁場區(qū)間Ⅱ并從中滑出.運(yùn)動過程中,桿ab、cd和ef與導(dǎo)軌始終接觸良好,且保持與導(dǎo)軌垂直.已知桿ab、cd和ef電阻均為R=0.02 Ω,m=0.1 kg,l=0.5 m,L=0.3 m,θ=30°,B1=0.1 T,B2=0.2 T.不計(jì)摩擦阻力和導(dǎo)軌電阻,忽略磁場邊界效應(yīng).求: (1)桿ab在傾斜導(dǎo)軌上勻速運(yùn)動時(shí)的速度大小v0; (2)“聯(lián)動三桿”進(jìn)入磁場區(qū)間Ⅱ前的速度大小v; (3)“聯(lián)動三桿”滑過磁場

53、區(qū)間Ⅱ產(chǎn)生的焦耳熱Q. 圖Z11-8 式題 [2017·浙江舟山中學(xué)月考] 兩根足夠長的固定的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi),兩導(dǎo)軌間的距離為L.導(dǎo)軌上面橫放著兩根導(dǎo)體棒ab和cd,構(gòu)成矩形閉合回路,如圖Z11-9所示.兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量均為m,電阻均為R,回路中其余部分的電阻可不計(jì).在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.設(shè)兩導(dǎo)體棒均可沿導(dǎo)軌無摩擦地滑行.開始時(shí),棒cd靜止,棒ab有沿導(dǎo)軌指向棒cd的初速度v0.若兩導(dǎo)體棒在運(yùn)動中始終不接觸,均始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,則: (1)在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的焦耳熱最

54、多是多少? (2)當(dāng)ab棒的速度變?yōu)槌跛俣鹊臅r(shí),cd棒的加速度是多大? 圖Z11-9 熱點(diǎn)四　電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題 (1)“桿+導(dǎo)軌”模型是高考命題的“基本道具”,也是高考的熱點(diǎn),考查的知識點(diǎn)多,題目的綜合性強(qiáng),物理情景變化空間大,是我們復(fù)習(xí)中的難點(diǎn).“桿+導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型(“單桿”型為重點(diǎn))和“雙桿”型;導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜;桿的運(yùn)動狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動等. (2)該模型的解題思路 ①用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向; ②求

55、回路中的電流大小; ③分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力,用左手定則確定其方向); ④列動力學(xué)方程或平衡方程求解. 考向一　導(dǎo)體棒切割磁感線與含阻電路的綜合 5　(多選)[2017·福建寧德一檢] 如圖Z11-10所示,固定在傾角為θ=30°的斜面內(nèi)的兩根平行長直光滑金屬導(dǎo)軌的間距為d=1 m,其底端接有阻值為R=2 Ω的電阻,整個(gè)裝置處在垂直于斜面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2 T的勻強(qiáng)磁場中.一質(zhì)量為m=1 kg(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置,且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸.現(xiàn)桿在沿斜面向上、垂直于桿的恒力F=10 N作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動距離L=6 m時(shí),速度恰好達(dá)到最大(

56、運(yùn)動過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直).設(shè)桿接入電路的電阻為r=2 Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì),重力加速度大小g取10 m/s2,則此過程 (　　) 圖Z11-10 A.桿的速度最大值為5 m/s B.通過電阻的電荷量為6 C C.整個(gè)回路產(chǎn)生的焦耳熱為17.5 J D.通過電阻的電流方向?yàn)橛蒫到d 考向二　導(dǎo)體棒切割磁感線與含電源電路的綜合 6　如圖Z11-11所示,光滑長直平行金屬導(dǎo)軌PQ、MN相距l(xiāng)=0.5 m,處在同一水平面中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8 T的勻強(qiáng)磁場豎直向下垂直穿過導(dǎo)軌所在平面.質(zhì)量m=0.1 kg、電阻R=0.8 Ω的直導(dǎo)線ab橫跨在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,導(dǎo)軌電

57、阻不計(jì).通過開關(guān)S將電動勢E=1.5 V、內(nèi)阻r=0.2 Ω的電池接在導(dǎo)軌的M、P兩端. (1)導(dǎo)線ab的加速度的最大值和速度的最大值各是多少? (2)在閉合開關(guān)S后,怎樣才能使ab以恒定的速度v=7.5 m/s沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動?試描述這時(shí)電路中的能量轉(zhuǎn)化情況(通過具體的數(shù)據(jù)計(jì)算說明). 圖Z11-11 考向三　導(dǎo)體棒切割磁感線與含電容電路的綜合 7　如圖Z11-12所示,水平面內(nèi)有兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌L1、L2,其間距d=0.5 m,左端接有電容C=000 μF的電容器.質(zhì)量m=20 g的

58、導(dǎo)體棒垂直放置在導(dǎo)軌平面上且可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì).整個(gè)空間存在垂直于導(dǎo)軌所在平面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T.現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力F=0.22 N作用于導(dǎo)體棒,使導(dǎo)體棒從靜止開始運(yùn)動,經(jīng)過一段時(shí)間t,速度達(dá)到v=5 m/s,則 (　　) 圖Z11-12 A.此時(shí)電容器兩端的電壓為10 V B.此時(shí)電容器上的電荷量為1×10-2 C C.導(dǎo)體棒做勻加速運(yùn)動,且加速度為20 m/s2 D.時(shí)間t=0.4 s ■ 建模點(diǎn)撥 解決此類問題要抓住三點(diǎn) (1)桿的穩(wěn)定狀態(tài)一般是勻速運(yùn)動(達(dá)到最大速度或最小速度,此時(shí)合力為零); (2)整個(gè)電路產(chǎn)生

59、的電能等于克服安培力所做的功; (3)電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵從能量守恒定律. 1.[2017·天津卷] 電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度,其原理可用來研制新武器和航天運(yùn)載器.電磁軌道炮示意如圖Z11-13所示,圖中直流電源電動勢為E,電容器的電容為C.兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l,電阻不計(jì).炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN,垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài),并與導(dǎo)軌良好接觸.首先開關(guān)S接1,使電容器完全充電.然后將S接至2,導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出),MN開始向右加速運(yùn)動.當(dāng)MN上的感應(yīng)電動勢與電容器兩極板間的

60、電壓相等時(shí),回路中電流為零,MN達(dá)到最大速度,之后離開導(dǎo)軌. (1)求磁場的方向; (2)求MN剛開始運(yùn)動時(shí)加速度a的大小; (3)MN離開導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少? 圖Z11-13 2.[2016·全國卷Ⅲ] 如圖Z11-14所示,兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面(紙面)內(nèi),其左端接一阻值為R的電阻;一與導(dǎo)軌垂直的金屬棒置于兩導(dǎo)軌上;在電阻、導(dǎo)軌和金屬棒中間有一面積為S的區(qū)域,區(qū)域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B

61、1=kt,式中k為常量;在金屬棒右側(cè)還有一勻強(qiáng)磁場區(qū)域,區(qū)域左邊界MN(虛線)與導(dǎo)軌垂直,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,方向也垂直于紙面向里.某時(shí)刻,金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開始向右運(yùn)動,在t0時(shí)刻恰好以速度v0越過MN,此后向右做勻速運(yùn)動.金屬棒與導(dǎo)軌始終相互垂直并接觸良好,它們的電阻均忽略不計(jì).求: (1)在t=0到t=t0時(shí)間間隔內(nèi),流過電阻的電荷量的絕對值; (2)在時(shí)刻t(t>t0)穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小. 圖Z11-14 3.(多選)[2017·東北四市二

62、模] 如圖Z11-15所示,空間存在有界勻強(qiáng)磁場,磁場上下邊界水平,方向垂直于紙面向里,寬度為L.一邊長為L的正方形線框自磁場上邊界上方某處自由下落,線框自開始進(jìn)入磁場區(qū)域到全部離開磁場區(qū)域的過程中,關(guān)于線框速度和感應(yīng)電流大小隨時(shí)間變化的圖像,可能正確的是圖Z11-16中的(線框下落過程中始終保持在同一豎直平面內(nèi),且底邊保持與磁場邊界平行) (　　) 圖Z11-15 圖Z11-16 4.[2017·石家莊二中測試] 在生產(chǎn)線框的流水線上,為了檢測出個(gè)別不合格的未閉合線框,讓線框隨傳送帶通過一固定勻強(qiáng)磁場區(qū)域(磁場方向垂直于傳送帶平面向下),觀察線框進(jìn)入磁場后是否相對傳送帶滑動就能

63、夠檢測出未閉合的不合格線框.其物理情景簡化如下:如圖Z11-17所示,通過絕緣傳送帶輸送完全相同的正方形單匝純電阻銅線框,傳送帶與水平方向夾角為α,以恒定速度v0斜向上運(yùn)動.已知磁場邊界MN、PQ與傳送帶運(yùn)動方向垂直,MN與PQ間的距離為d,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.線框質(zhì)量為m,電阻為R,邊長為L(d>2L),線框與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g.在閉合線框上邊進(jìn)入磁場前,線框相對傳送帶靜止,線框剛進(jìn)入磁場的瞬間和傳送帶發(fā)生相對滑動,線框運(yùn)動過程中上邊始終平行于MN,當(dāng)閉合線框的上邊經(jīng)過磁場邊界PQ時(shí)又恰好與傳送帶的速度相同.(設(shè)傳送帶足夠長) (1)求閉合線框的上邊剛進(jìn)入磁場時(shí)上邊

64、所受安培力F安的大小; (2)求從閉合線框上邊剛進(jìn)入磁場到上邊剛要出磁場過程所用的時(shí)間t; (3)從閉合線框上邊剛進(jìn)入磁場到下邊穿出磁場后又相對傳送帶靜止的過程中,求電動機(jī)多消耗的電能E. 圖Z11-17 　導(dǎo)數(shù)和微元法在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用 題型綜述 電磁感應(yīng)過程中,導(dǎo)體相對磁場運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(感應(yīng)電流),它受到的安培力反過來影響它相對于磁場的運(yùn)動,故導(dǎo)體在磁場中往往做非勻變速運(yùn)動,導(dǎo)體的速度、加速度和回路中的感應(yīng)電流均不斷變化. 應(yīng)考策略

65、 (1)利用導(dǎo)數(shù)求感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電動勢正比于磁通量對時(shí)間的變化率,而導(dǎo)數(shù)就是一個(gè)量對另一個(gè)量變化率的極限,因高二數(shù)學(xué)中已學(xué)習(xí)微積分初步知識,在高三物理復(fù)習(xí)階段,可應(yīng)用導(dǎo)數(shù)這一數(shù)學(xué)工具巧妙分析求解感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生. (2)利用微元法分析電磁感應(yīng)過程 微元法經(jīng)常被應(yīng)用于研究電磁感應(yīng)過程中導(dǎo)體在變力作用下的變加速運(yùn)動過程.可以試著把變加速過程分割為無數(shù)多個(gè)很小的過程,即所謂的微元,在每個(gè)很小的過程中變化的物理量(速度、感應(yīng)電流、安培力等)近似是不變的,然后在每一小段中求出這個(gè)物理量對時(shí)間或位移等的積累,再對這些積累量進(jìn)行求和,就可以得到該物理量在整個(gè)過程中對時(shí)間或位移等的積累. 1 (

66、多選)如圖W9-1所示,豎直面內(nèi)有一個(gè)柔軟導(dǎo)線制成的閉合導(dǎo)線框ACDE掛在兩固定點(diǎn)A、D上,水平線段AD為半圓的直徑,導(dǎo)線框的E處通過動滑輪懸掛一重物,使導(dǎo)線處于繃緊狀態(tài).在半圓形區(qū)域內(nèi),有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向內(nèi)的有界勻強(qiáng)磁場.已知導(dǎo)線框電阻為r,半圓的半徑為R.在將導(dǎo)線上的C點(diǎn)以恒定角速度ω(相對于圓心)從A點(diǎn)沿圓弧移動的過程中,若不考慮導(dǎo)線中電流間的相互作用,則下列說法正確的是 (　　) 圖W9-1 A.在C從A點(diǎn)沿圓弧移動到D點(diǎn)的過程中,導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的方向先沿逆時(shí)針,后沿順時(shí)針 B.在C從A點(diǎn)沿圓弧移動到圖中∠ADC=30°位置的過程中,通過導(dǎo)線上C點(diǎn)的電荷量為 C.當(dāng)C沿圓弧移動到圓心O的正上方時(shí),導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動勢最大 D.在C從A點(diǎn)沿圓弧移動到D點(diǎn)的過程中,導(dǎo)線框中產(chǎn)生的電熱為 2 兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上,每根導(dǎo)軌每米長的電阻為r0=0.10 Ω/m,導(dǎo)軌的端點(diǎn)P、Q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連,兩導(dǎo)軌間的距離l=0.2 m.有隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌面,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為B=kt,比例系數(shù)k=0.020 T/s.