2019高中物理 第一章 电磁感应章末复习课学案 粤教版选修3-2.doc

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1、1第一章第一章 电磁感应电磁感应章末复习课【知识体系】答案填写 磁通量 磁通量的变化率 n EBLv BL2 电 t1 2流主题 1 楞次定律的理解及其推广1楞次定律的理解楞次定律解决的问题是感应电流的方向问题，它涉及两个磁场，感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)，前者和后者的关系不是“同向”和“反向”的简单关系，而是前者“阻碍”后者“变化”的关系2对“阻碍”意义的理解(1)阻碍原磁场的变化 “阻碍”不是阻止，而是“延缓” ，感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了，原磁场的变化趋势不会改变，不会发生逆转(2)阻碍的是原磁场的变

2、化，而不是原磁场本身，如果原磁场不变化，即使它再强，也不会产生感应电流(3)阻碍不是相反，当原磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场同向，以阻碍其减小；2当磁体远离导体运动时，导体运动将和磁体运动同向，以阻碍其相对运动(4)由于“阻碍” ，为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其他形式的能量转化为电能，因而楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现3楞次定律的推广楞次定律可推广为感应电流的效果总是要反抗(或阻碍)产生感应电流的原因因此也常用以下结论作迅速判断：(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)(2)阻碍导体的相对运动(来拒去留)(3)使线圈的面积有扩大或缩小的趋势

3、(增缩减扩)(4)阻碍原电流的变化(自感现象)典例 如图所示，通电螺线管置于闭合金属环a的轴线上，当螺线管中电流I减小时( )A环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小B环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小C环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大D环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大解析：当螺线管中通过的电流逐渐变小时，电流产生的磁场逐渐变弱，故穿过金属环a的磁通量变小，根据楞次定律可知，为阻碍原磁通量变小，金属环a有收缩的趋势，故A 正确，BCD 错误答案：A针对训练1(2016上海卷)(多选)如图(a)，螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，图中箭头所示方向为其正方向螺线管与导线框abcd相连，导线框内有

4、一小金属圆环L，圆环与导线框在同一平面内当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时( )图(a) 图(b) A在t1t2时间内，L有收缩趋势B在t2t3时间内，L有扩张趋势3C在t2t3时间内，L内有逆时针方向的感应电流D在t3t4时间内，L内有顺时针方向的感应电流解析：在t1t2时间内，穿过圆环的磁通量向上不是均匀增大，由楞次定律可以确定L必须减小面积以达到阻碍磁通量的增大，故有收缩的趋势，故 A 正确；在t2t3时间内，穿过圆环的磁通量向上均匀减小，由法拉第电磁感应定律可知，L中磁通量不变，则L 中没有感应电流，因此没有变化的趋势，故 B、C 错误；在t3t4时间内，向下的磁通

5、量减小，根据楞次定律，在线圈中的电流方向c到b，根据右手螺旋定则，穿过圆环L的磁通量向内减小，则根据楞次定律，在金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，故 D 正确答案：AD主题 2 电磁感应中的电路问题在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势若回路闭合，则产生感应电流，感应电流引起热效应，所以电磁感应问题常常与电路知识综合考查1解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法(1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路就是电源，其他部分是外电路(2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向(3)画等效电路图分清内外电路，画

6、出等效电路图是解决此类问题的关键(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的特点、电功、电功率等公式求解2问题示例图甲 图乙(1)图甲中若磁场增强，可判断感应电流方向为逆时针，则BA；若线圈内阻为r，则UBA. tR Rr(2)图乙中，据右手定则判定电流流经AB的方向为BA，则可判定AB，若导体棒的电阻为r，则UABR.BLv Rr【典例 2】 (多选)半径为a的导体圆环和长为 2a的导体直杆，单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B，杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中4心O开始，杆的位置由确

7、定，如图所示则( )A0 时，杆产生的电动势为 2BavB时，杆产生的电动势为Bav 33C0 时，杆受的安培力大小为8B2av （4）R0D时，杆受的安培力大小为 33B2av （53）R0解析：0 时，杆产生的电动势EBLv2Bav，故 A 正确；当时，根据几何 3关系得出此时导体棒的有效切割长度是a，所以杆产生的电动势为Bav，故 B 错误；0时，由于单位长度电阻均为R0，所以电路中总电阻aR0.所以杆受的安培力大小是(2 2)，故 C 正确；当时，电路中总电阻是aR0，所以杆受到的安培8B2av （4）R0 3(5 181)力，故 D 错误18B2av （518）R答案：AC针对训练2

8、(2016全国卷)(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别于圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中，圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是( )A若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B若从上往下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动C若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D若圆盘转动的角速度变为原来的 2 倍，则电流在R上的热功率也变为原来的 2 倍解析：铜盘转动产生的感应电动势为：EBL2，B、L、不变，E不变，电流I1 25，电流大小恒定不变，由右手定则可知，回路中电流方向不变，若从上往

9、下看，E RBL2 2R 圆盘顺时针转动，由右手定则知，电流沿a到b的方向流动，故 A、B 正确；若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向不变，大小变化，故 C 错误；若圆盘转动的角速度变为原来的 2 倍，回路电流变为原来 2 倍，根据PI2R，电流在R上的热功率也变为原来的 4 倍，故 D 错误答案：AB主题 3 电磁感应中的动力学问题1解决电磁感应中的动力学问题的一般思路(1)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(2)求回路中的电流(3)分析研究导体的受力情况(包含安培力，用左手定则确定其方向)(4)根据牛顿第二定律或物体受力平衡列方程求解2受力情况、运动情况的

10、动态分析导体受力运动产生感应电动势感应电流通电导体受安培力作用合外力变化加速度变化速度变化感应电动势变化周而复始地循环，最终结果是加速度等于0，导体达到稳定运动状态此类问题要画好受力图，抓住加速度a0 时，速度v达到最值的特点典例 (2017天津卷)如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R.金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是( )Aab中的感应电流方向由b到aBab中的感应电流逐渐减小Cab所受的安培力保持不变Dab所受的静摩擦力逐渐减小解析：导体棒ab、电阻

11、R、导轨构成闭合回路，磁感应强度均匀减小(k为一定B t值)，则闭合回路中的磁通量减小，根据楞次定律，可知回路中产生顺时针方向的感应电流，ab中的电流方向由a到b，故 A 错误；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E tkS，回路面积S不变，即感应电动势为定值，根据欧姆定律I ，所以ab中BS tE R6的电流大小不变，故 B 错误；安培力FBIL，电流大小不变，磁感应强度减小，则安培力减小，故 C 错误；导体棒处于静止状态，所受合力为零，对其受力分析，水平方向静摩擦力f与安培力F等大反向，安培力减小，则静摩擦力减小，故 D 正确答案：D针对训练3(多选)两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，

12、底端接阻值为R的电阻将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示除电阻R外其余电阻不计现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则( )A金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为abB释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度gC金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为FB2L2v RD电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量解析：导体棒下落过程中切割磁感线，回路中形成电流，根据楞次定律判断电流的方向，流过电阻R电流方向为ba，故 A 错误；金属棒释放瞬间，速度为零，感应电流为零，由于弹簧处于原长状态，因此金属棒只受重力作用，

13、故其加速度的大小为g，故 A 正确；当金属棒的速度为v时，由F安BILBL，故 C 正确；当金属棒下落到最底端BLv RB2l2v R时，重力势能转化为弹性势能和焦耳热，所以R上产生的总热量小于金属棒重力势能的减少量，故 D 错误答案：BC主题 4 电磁感应中的能量问题1能量转化在电磁感应现象中，通过外力克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能，克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，即在电路中就产生多少电能若电路是纯电阻电路，转化过来的电能全部转化为内能；若电路为非纯电阻电路，则电能一部分转化为内能，一部分转化为其他形式的能，比如：用电器有电动机，一部分转化为机械能2一般

14、思路7(1)分析回路，分清电源和外电路(2)分清哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生转化如：做功情况能量转化的特点滑动摩擦力做功有内能产生重力做功重力势能必然发生变化克服安培力做功必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做了多少功，就有多少电能产生安培力做正功电能转化为其他形式的能(3)根据能量守恒列方程求解3电能的三种求解思路(1)利用克服安培力做功求解，电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功(2)利用能量守恒求解，相应的其他能量的减少量等于产生的电能(3)利用电路特征来求解，通过电路中所消耗的电能来计算【典例 4】 如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距L0.2 m，导轨

15、平面与水平面间夹角30，N、Q间连接一个电阻R0.1 ，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B0.5 T一根质量m0.03 kg 的金属棒正在以v1.2 m/s 的速度沿导轨匀速下滑，下滑过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好金属棒及导轨的电阻不计，g10 m/s2，sin 370.60，cos 370.80.求：(1)电阻R中电流的大小；(2)金属棒与导轨间的滑动摩擦因数的大小；(3)对金属棒施加一个垂直于金属棒且沿导轨平面向上的恒定拉力F0.2 N，若金属棒继续下滑x0.14 m 后速度恰好减为 0，则在金属棒减速过程中电阻R中产生的焦耳热为多少？解析：(1)感应电动势EBLv0.50.

16、21.2 V0.12 V，感应电流I A1.2 A.E R0.12 0.1(2)导体棒受到的安培力F安BIL0.50.21.2 N0.12 N.金属棒匀速下滑，根据平衡条件可知8mgsin fF安0，且FNmgcos 0，又fFN，代入数据，解得0.25.(3)从施加拉力F到金属棒停下的过程中，由能量守恒定律，得(Fmgsin mgcos )xQmv2，1 2代入数据，解得产生的焦耳热Q1.04102 J.答案：(1)1.2 A (2)0.25 (3)1.04102 J针对训练4.(2014广东卷)如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放

17、，并落至底部，则小磁块( )A在P和Q中都做自由落体运动B在两个下落过程中的机械能都守恒C在P中的下落时间比在Q中的长D落至底部时在P中的速度比在Q中的大解析：由于电磁感应，在铜管P中还受到向上的磁场力，而在塑料管中只受到重力，即只在Q中做自由落体运动，故选项 A、B 错误；而在P中加速度较小，故选项 C 正确而选项 D 错误答案：C统揽考情1感应电流的产生条件、方向判断和电动势的简单计算，磁感应强度、磁通量、电动势、电压、电流随时间变化的图象，以及感应电动势、感应电流随线框位移变化的图象，是高频考点，以选择题为主2滑轨类问题、线框穿越有界匀强磁场、电磁感应中的能量转化等综合问题，能很好地考查

18、考生的能力，备受命题专家的青睐真题例析(2015课标全国卷)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、c9三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是( )AUaUc金属框中无电流BUbUc金属框中电流方向沿abcaCUbcBl2金属框中无电流1 2DUbcBl2金属框中电流方向沿acba1 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，由右手定则可知，c点电势高，UbcBl2，故 C 正确，1 2A、B、D 错误答

19、案：C针对训练(2017全国卷)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌为了有效隔离外界振动对 STM 的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是( )A BC D解析：感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化在 A 图中系统振动时在磁场中的部分有时多有时少，磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的振动，故 A 正确；而 BCD 三个图均无此现象，故错误答案：A101(2016江苏卷)(多选)电吉他中电拾

20、音器的基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发生声音，下列说法正确的有( )A选用铜质弦，电吉他仍能正常工作B取走磁体，电吉他将不能正常工作C增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势D磁振动过程中，线圈中的电流方向不断变化解析：铜不可以被磁化，则选用铜质弦，电吉他不能正常工作，故 A 错误；取走磁体，就没有磁场，振弦不能切割磁感线产生电流，电吉他将不能正常工作，故 B 正确；根据En可知，增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势，故 C 正确；磁振动过程中， t磁场方向不变，但磁通量有时变大，有时变小，则线圈中的电流方向不断变化，故

21、 D 正确答案：BCD2.(2017全国卷)如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一 U 形金属导轨，导轨平面与磁场垂直金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是( )APQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向BPQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向CPQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向DPQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向解析：因为PQ突然向右运动，由右手定则可知，PQRS中有沿逆时针方向的感应电流，穿过T中的磁通量减小，由楞次定律可知，

22、T中有沿顺时针方向的感应电流，D 正确，ABC11错误答案：D3(2016浙江卷)如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为 10 匝，边长la3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则( )A两线圈内产生顺时针方向的感应电流Ba、b线圈中感应电动势之比为 91Ca、b线圈中感应电流之比为 34Da、b线圈中电功率之比为 31解析：根据楞次定律可知，原磁场向里增大，则感应电流的磁场与原磁场方向相反，因此感应电流为逆时针，故 A 错误；根据法拉第电磁感应定律可知，E， n tnBS t而Sl2, 因此电动势之比为 91，

23、故 B 正确；线圈中电阻R，而导线长度L gLn4l，故电阻之比为 31, 由欧姆定律可知I ，则电流之比为 31, 故 C 错误；E R电功率P，电动势之比为 91，电阻之比为 31，则电功率之比为 271，故 D 错E2 R误答案：B4(2017全国卷)(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 的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图(a)所示已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t0 时刻进入磁场线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)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(

24、 )图(a) 图(b) A磁感应强度的大小为 0.5 TB导线框运动速度的大小为 0.5 m/sC磁感应强度的方向垂直于纸面向外12D在t0.4 s 至t0.6 s 这段时间内，导线框所受的安培力大小为 0.1 N解析：由E-t图象可知，线框经过 0.2 s 全部进入磁场，则速度v m/s0.5 l t0.1 0.2m/s，选项 B 正确；E0.01 V，根据EBLv可知，B0.2 T，选项 A 错误；根据楞次定律可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，选项 C 正确；在t0.4 s 至t0.6 s 这段时间内，导线框中的感应电流I A2 A，所受的安培力大小为FBIL0.04 N，E R0.0

25、1 0.005选项 D 错误；故选 BC.答案：BC5.(2015课标全国卷)如图，一长为 10 cm 的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为 0.1 T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势为 12 V 的电池相连，电路总电阻为2 .已知开关断开时两弹簧的伸长量均为 0.5 cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了 0.3 cm，重力加速度大小取 10 m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量解析：金属棒通电后，闭合回路电流I A6 A.U R12 2导体棒受到安培力FBIL0.06 N.根据安培定则可判断金属棒受到安培力方向竖直向下，开关闭合前：2k0.5102mg，开关闭合后：2k(0.50.3)102mgF.则m0.01 kg.答案：安培力方向竖直向下 0.01 kg