专题4 微专题2 电磁感应(专题微讲PPT)-【赢在微点·考前顶层设计】2025年高考物理大二轮专题复习

微专题二　电磁感应 专题四　电路和电磁感应 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.熟练应用楞次定律与法拉第电磁感应定律解决问题。 2.会分析电磁感应中的图像问题。 3.会分析电磁感应中的动力学和能量问题。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用 赢在微点 物理 大二轮 考点1 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 4 1.感应电流方向的判断 (1)线圈面积不变、磁感应强度发生变化的情形，往往用楞次定律。 (2)导体棒切割磁感线的情形往往用右手定则。 2.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式 (1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。 (2)阻碍物体间的相对运动——“来拒去留”。 (3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。 (4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 3.求解感应电动势大小的三种方法 (1)磁通量变化型：E=n=nS=nB。 (2)平动切割型：E=Blv。 (3)转动切割型：E=Bl2ω。 4.求解电磁感应中电荷量的思路 由=n=，q=·Δt，联立解得q=。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度1　楞次定律的应用 [例1]　(2024·江苏卷)如图所示，在绝缘的水平面上，有闭合的两个线圈a、b，线圈a处在匀强磁场中，现将线圈a从磁场中匀速拉出，线圈a、b中产生的感应电流方向分别是(　　) A.顺时针，顺时针 B.顺时针，逆时针 C.逆时针，顺时针 D.逆时针，逆时针 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 线圈a从磁场中匀速拉出的过程中穿过线圈a的磁通量在减小，则根据楞次定律可知线圈a的电流为顺时针，由于线圈a从磁场中匀速拉出则a中产生的电流为恒定电流，则线圈a靠近线圈b的过程中线圈b的磁通量在向外增大,同理可得线圈b产生的电流为顺时针,A项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度2　法拉第电磁感应定律及应用 [例2]　(2022·全国甲卷)三个用同样的细导 线做成的刚性闭合线框，正方形线框的边长 与圆线框的直径相等，圆线框的半径与正六边形线框的边长相等，如图所示。把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中，线框所在平面均与磁场方向垂直，正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I1、I2和I3。则(　　) A.I1<I3<I2 B.I1>I3>I2 C.I1=I2>I3 D.I1=I2=I3 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 设圆线框的半径为r，则由题意可知正方形线框的边长为2r，正六边形线框的边长为r；所以圆线框的周长为C2=2πr,面积为S2=πr2。同理可知正方形线框的周长和面积分别为C1=8r，S1=4r2，正六边形线框的周长和面积分别为C3=6r，S3=2×(r+2r)×r=r2，三线框材料粗细相同，根据电阻定律R=ρ可知三个线框电阻 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 之比为R1∶R2∶R3=C1∶C2∶C3=8∶2π∶6，根据法拉第电磁感应定律有I==，可得电流之比为I1∶I2∶I3=2∶2∶，即I1=I2>I3，C项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 电磁感应中的图像问题 赢在微点 物理 大二轮 考点2 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 12 1.解答图像问题的三个关注点 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 2.解答图像问题常用的两种方法 (1)排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是物理量的正负，排除错误的选项。 (2)函数法：根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图像作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度1　给定电磁感应过程判断图像的正误 [例1]　如图所示，xOy平面的第一、三象限内充 满垂直纸面向外的匀强磁场。边长为L的正方形 金属框始终在O点的顶点环绕，在xOy平面内以 角速度ω顺时针匀速转动，t=0时刻，金属框开始 进入第一象限，已知匀强磁场的磁感应强度为B，金属框的总电阻为R，规定顺时针方向为电流的正方向，不考虑自感影响，关于金属框中感应电流i随时间t变化的图像正确的是(　　) 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 如图所示，在t=0到t=的过程中，即金属框顺时针 转过90°的过程中，金属框切割磁感线的有效切割 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 长度先变大后变小，根据转动切割感应电动势的计算公式E=Bl2ω可知，E先增大后减小，感应电流先增加后减小，根据楞次定律可知，电流方向为顺时针方向，即正方向；在t=0到t=的过程中，由圆周运动公式可知θ=ωt，根据几何关系和三角形的面积公式可得S= ，则穿过线圈的磁通量为Φ=BL2tan ωt，对上述的表 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 达式由数学知识得=BL2ω2·，由此可知，在t=0到t=的过程中，E的变化率一直增大，感应电流的变化率一直增加；同理可得在t=到t=的过程中，E的变化率一直减小，感应电流的变化率一直减小，A项正确，B、C、D三项错误。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度2　给定图像分析电磁感应过程或计算物理量 [例2]　(多选题)(2023·全国甲 卷)一有机玻璃管竖直放在水平 地面上，管上有漆包线绕成的 线圈，线圈的两端与电流传感 器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布,下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离，如图甲所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图乙所示。则(　　) 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.小磁体在玻璃管内下降速度越来越快 B.下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次 C.下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D.与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大 对于小磁体，可以忽略其与较远线圈的电磁感应现象，只考虑与最近一匝线圈的电磁感应，则由题图乙可知，小磁体依次通过每 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 匝线圈时产生的感应电流最大值逐渐增大，结合法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可知，小磁体通过每匝线圈时的磁通量变化率越来越大，即小磁体在玻璃管内下降的速度越来越快，A项正确；下落过程中，小磁体在水平方向受的合力为零，故小磁体的N极、S极上下没有颠倒，B项错误；小磁体下落过程中受到的电磁阻力实质就是安培力，根据安培力公式可知,下落过程中，小磁体受到的电磁阻力并不是始终保持不变的，C项错误；由题图乙可知，与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，感应电流的最大值更大，故磁通量变化率的最大值更大，D项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 电磁感应中的动力学和能量问题 赢在微点 物理 大二轮 考点3 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 22 1.电磁感应综合问题的解题思路 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 2.求解焦耳热的三种方法 (1)焦耳定律：Q=I2Rt，适用于电流恒定的情况。 (2)功能关系：Q=W克安(W克安为克服安培力做的功)。 (3)能量转化：Q=ΔE(其他能的减小量)。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度1　“导轨+导体棒”模型中的动力学和能量问题 [例1]　(2024·周口模拟)如图所示，足够长的 平行金属导轨倾斜地固定在水平面上，倾角为 α=37°，两导轨之间的间距为L=0.5 m，导轨的 上端与阻值为R=0.8 Ω的定值电阻连接，虚线ab 的下侧存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁 感应强度大小为B=1 T。现将一质量为m=0.5 kg的导体棒PQ由ab右上侧x=2 m处垂直导轨静止释放，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ= 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 0.25，已知导体棒的电阻值为r=0.2 Ω，整个过程中导体棒始终与导轨保持垂直且接触良好,忽略导轨的电阻。重力加速度取g=10 m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8。求： (1)导体棒稳定下滑时的速度大小； (2)若从释放到导体棒的速度为v=5 m/s时，流过定值电阻的电荷量为q=2.0 C，则该过程中定值电阻上产生的焦耳热。 (1)8 m/s　(2)4.6 J 答案 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (1)由法拉第电磁感应定律得,导体棒上产生的感应电动势E=BLv， 又由欧姆定律得I=， 导体棒所受的安培力为F=BIL，沿斜面向上， 导体棒稳定下滑时，导体棒受力平衡，则有 mgsin 37°=μmgcos 37°+， 解得vm=8 m/s。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (2)设导体棒刚到达虚线ab的速度为v0，则有 mgxsin 37°-μmgxcos 37°=m-0， 设导体棒进入磁场后下滑距离为s时速度为5 m/s，由法拉第电磁感应定律得E==， 又q=IΔt=， 整理得q=， 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 解得s==4 m， 由能量守恒定律得 mgssin 37°+m=μmgscos 37°+Q+mv2， 解得Q=5.75 J， 定值电阻上产生的焦耳热为QR=Q=4.6 J。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度2　导线框进出磁场过程中的动力学和能量问题 [例2]　某同学设计了一个具有电磁缓冲功能的 火箭模型，结构示意图如图所示。闭合矩形线 圈abcd固定在主体下部，线圈的总电阻为R， 匝数为n，ab边长为L。模型外侧安装有由高强 度绝缘材料制成的缓冲槽，槽中有垂直于线圈 平面、磁感应强度为B的匀强磁场。假设模型以速度v0与地面碰撞后,缓冲槽立即停止，此后主体在线圈与缓冲槽内磁场的作用下减速， 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 从而实现缓冲。已知主体与线圈总质量为m，重力加速度为g，不计摩擦和空气阻力。 (1)求线圈中感应电流的最大值； (2)当主体减速下落的加速度大小为时，求此时线圈中通过的电流大小及主体的速度大小； (3)已知缓冲槽停止后主体下落距离为h时，主体速度减为，此时主体和缓冲槽未相碰，求该过程中线圈产生的热量Q。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (1)感应电动势的最大值为Emax=nBLv0， 感应电流的最大值为Imax=， 解得Imax=。 解析 (1)　(2)　　(3)mgh+m 答案 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (2)当主体减速下落的加速度大小为时,对主体与线圈整体分析，根据牛顿第二定律有nBI1L-mg=m·， 解得I1=， 此时有E1=I1R=， 根据法拉第电磁感应定律有E1=nBLv'， 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 解得v'=。 (3)根据动能定理有mgh+W安=m-m， 根据功能关系有Q=-W安， 解得Q=mgh+m。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 1.(多选题)列车进站时，其刹车原 理可简化如图所示，在车身下方 固定一单匝矩形线框，利用线框 进入磁场时所受的安培力，辅助 列车刹车。已知列车的质量为m，车身长为s，线框的ab和cd长度均为L(L小于匀强磁场的宽度)，线框的总电阻为R。轨道上匀强磁场区域足够长，磁感应强度的大小为B。车头进入磁场瞬间的速度为v0，列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。车尾进入磁场瞬间，列车刚好停止。下列说法正确的是(　　) 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.列车进站过程中电流方向为abcda B.列车ab边进入磁场瞬间，线框的电流大小为I= C.列车从进站到停下来的过程中，减少的动能大于线框产生的焦耳热 D.列车ab边进入磁场瞬间，加速度大小a= 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 列车进站时，ab边切割磁感线产生感应电流，则根据右手定则判断可知，列车进站过程中电流方向为abcda，A项正确；根据法拉第电磁感应定律可得，列车ab边进入磁场瞬间，感应电动势为E=BLv0,则列车ab边进入磁场瞬间，线框的电流大小为I==，B项错误；根据能量的转化和守恒可知，列车从进站到停下来的过程中，减少的动能等于线框产生的焦耳热与列车和导轨及空气 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 阻力摩擦产生的热量之和,即减少的动能大于线框产生的焦耳热，C项正确；列车ab边进入磁场瞬间，根据牛顿第二定律有BIL+f= ma，解得列车的加速度大小为a=，D项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 2.两根相距为d=1 m的金属导轨平行固定 放置,左半部分倾斜且光滑,倾角θ=30°， 右半部分导轨水平且粗糙，动摩擦因数 μ=0.5(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)， 磁感应强度B=0.5 T，磁场方向分别与导 轨平面垂直，如图所示，导轨的电阻均不计。在导轨上水平放置金属杆ab、cd,两杆的质量均为m=0.2 kg,两杆的长度与导轨间距相等。其中，cd杆电阻为r=0.5 Ω，ab杆和R的电阻均为1 Ω。在距离斜导轨底端s=2 m处给cd杆一沿斜面向下的速度,恰好可以沿斜面匀速下滑， 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 最终停在水平导轨上(运动过程两杆不相碰，不计杆在导轨连接处动能损失)，g=10 m/s2，求： (1)cd杆匀速下滑的速度大小； (2)cd杆运动到斜面底端过程中，流经ab杆的电荷量； (3)若整个运动过程中，电阻R上的热量为0.655 J，求cd杆在水平导轨运动的位移大小。 (1)4 m/s　(2)0.5 C　(3)0.98 m 答案 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (1)cd杆匀速运动时，根据平衡条件有mgsin 30°=BId， 解得电流大小为I=2A， 对ab杆分析，有F安=BId<μmg， 所以ab杆始终静止，感应电动势的大小为E=Bdv，I=， 解得v=4 m/s。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (2)由电荷量公式q=It，s=vt， 流过ab棒电流I1==1 A， 可得q=0.5 C。 (3)从cd杆开始运动到静止在水平导轨，根据能量守恒定律 mgssin θ+mv2=Q+μmgx，Q=4QR， 解得x=0.98 m。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 本部分内容讲解结束 把握高考微点，实现素能提升，完成专题精练12 $$