专题04 电磁感应（期末复习课件）高二物理下学期沪科版

GREEN BUSINESS 专题04 电磁感应 物理 高二下期末大串讲·上海沪科版 01 知识导图·思维引航 知识导图·思维引航 02 核心精讲·题型突破 精准划分题型以把握命题规律，深入掌握考试动态与趋势 4 考点1  电磁感应现象、楞次定律及右手定则 核心精讲·题型突破 核心精讲 1. 电磁感应现象及感应电流：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．产生的电流叫做感应电流. 2. 楞次定律 1）内容:感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化. 2）应用楞次定律的思路 ①原磁场：原磁场的方向 ②原磁通量：原磁场磁通量的变化 ③感应磁场：通过楞次定律判断感应电流的磁场方向 ④感应电流：通过安培定则判断感应电流的方向 【技巧点拨】产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化，即ΔΦ≠0 5 考点1  电磁感应现象、楞次定律及右手定则 核心精讲·题型突破 核心精讲 3. 右手定则：判断感应电流的方向 1）内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内； 让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。 6 考点2  “三定则、一定律”及电学中的“三个效应 核心精讲·题型突破 核心精讲 1．“三个定则”“一个定律”的比较 2. “三个定则”和“一个定律”的因果关系 1）因电而生磁(I→B)→安培定则； 2）因动而生电(v、B→I)→右手定则； 3）因电而受力(I、B→F)→左手定则； 4）因磁而生电(S、B→I)→楞次定律． 名称 基本现象 应用的定则或定律 电流的磁效应 运动电荷、电流产生磁场 安培定则 磁场对电流的作用 磁场对运动电荷、电流有作用力 左手定则 电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 右手定则 闭合回路磁通量变化 楞次定律 7 考点2  “三定则、一定律”及电学中的“三个效应 核心精讲·题型突破 核心精讲 3．应用思路 1）应用楞次定律时，一般要用到安培定则来分析原来磁场的分布情况． 2）研究感应电流受到的安培力，一般先用右手定则确定电流方向，再用左手定则确定安培力的方向，或者直接应用楞次定律的推论确定． 3）“三定则、一定律”中只要是涉及力的判断都用左手判断，涉及“电生磁”或“磁生电”的判断都用右手判断，即“左力右电”． 4. 三个效应 1）电流热效应：焦耳，当电流通过电阻时，电流做功而消耗电能，产生了热量。 2）电流磁效应：奥斯特，任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象。 3）电磁感应：法拉第，放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。 8 考点3  法拉第电磁感应定律 核心精讲·题型突破 核心精讲 1. 内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比. 2. 公式： ，其中n为线圈匝数． 【技巧点拨】 1）E的大小与Φ、ΔΦ无关，决定于磁通量的变化率 . 2）当ΔΦ仅由B的变化引起时， ，其中S为线圈在磁场中的有效面积．若B=B0+kt，则E=nkS. 3）当ΔΦ仅由S的变化引起时， 4）当B、S同时变化时，则 9 考点3  法拉第电磁感应定律 核心精讲·题型突破 核心精讲 3. 导体切割磁感线的动生电动势 1）导体平动切割磁感线：当导体做切割磁感线运动时， 其感应电动势的计算公式为E=Blvsinθ. 当B、l、v三者两两垂直时，感应电动势E=Blv. 公式中的l为导体切割磁感线的有效长度．如图 图甲： . 图乙：沿v1方向运动时， . 图丙：沿v1方向运动时， ； 沿v2方向运动时， . 图丁： . 10 考点4  电磁感应与电路问题 核心精讲·题型突破 核心精讲 在电磁感应中，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，该导体或回路就相当于电源，将它们接上电容器，便可使电容器充电;将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流.因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起 1. 电源：做切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源， 1）动生问题(棒切割磁感线)产生的电动势E=Blv,方向由右手定则判断. 2）感生问题(磁感应强度的变化)的电动势 ,方向由楞次定律判断.而电流方向都是由等效电源内部负极流向正极的方向. 2. 电阻：产生感应电动势的导体或回路的电阻相当于电源的内阻，其余部分的电阻是外电阻 3. 路端电压：U=IR或U=E-Ir 4. 感应电流： ，r为电源部分内阻. 11 考点5  力学三大观点与电磁感应结合的综合问题 核心精讲·题型突破 核心精讲 1. 解题思路：“先源后路、先电后力，再是运动、能量”，即 1）“源”的分析：用法拉第电磁感应定律( 或E=Blv)确定电动势的大小,用楞次定律或右手定则判断电流的方向 2）“路”的分析：画等效电路图，弄清串、并联关系，求电流 3）“力”的分析：分析杆或线圈受力情况，求F安及合力 4）“运动”的分析：由力和运动的关系，确定运动模型，求加速度 5）“能量”的分析：分析研究过程中能量转化关系列方程 2. 求解焦耳热Q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(其他能的减少量)。 12 考点5  力学三大观点与电磁感应结合的综合问题 考点突破·考法探究 真题研析 【例1】（23-24高二下·上海·阶段练习）某兴趣小组设计了一种火箭电磁发射装置，简化原理如图所示。恒流电源能自动调节其输出电压确保回路电流恒定。弹射装置处在垂直于竖直金属导轨平面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小与回路中电流成正比，比例系数为k（k为常量）。接通电源，火箭和金属杆PQ一起由静止起沿导轨以大小等于g的加速度匀加速上升到导轨顶端，火箭与金属杆分离，完成弹射。已知火箭与金属杆的总质量为M，分离时速度为v0，金属杆电阻为R，回路电流为I。金属杆与导轨接触良好，不计空气阻力和摩擦，不计导轨电阻和电源的内阻。在火箭弹射过程中，求： （1）金属杆PQ的长度L； （2）金属杆PQ产生的电动势E与运动时间t的关系； （3）恒流电源的输出电压U与运动时间t的关系； （4）整个弹射过程电源输出的能量W。 13 考点5  力学三大观点与电磁感应结合的综合问题 考点突破·考法探究 真题研析 14 考点5  力学三大观点与电磁感应结合的综合问题 核心精讲·题型突破 核心精讲 3. 动量定理在电磁感应中的应用：当题目中涉及速度v、电荷量q、运动时间t、运动位移x时常用动量定理求解．导体棒或金属框在感应电流所引起的安培力作用下做非匀变速直线运动时 1）安培力的冲量： ① ② 2）磁通量变化量： 3）通过导体棒或金属框的电荷量为： 4）求位移： 5）求运动时间： 【技巧点拨】q仅与n、ΔΦ和回路总电阻R总有关，与时间长短无关，与Φ是否均匀变化无关 【技巧点拨】初、末速度已知的变加速运动，在用动量定理列出的式子中 ， ；若已知q或x也可求末速度 【技巧点拨】若已知运动时间，也可求q、x、v中的任一个物理量 15 考点5  力学三大观点与电磁感应结合的综合问题 考点突破·考法探究 真题研析 【例1】如图甲所示，间距为L的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的左端连接一阻值为R的定值电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m、长度为L、电阻为r的导体棒cd放在导轨上。导体棒运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好，导轨的电阻可忽略不计。 （1）若对导体棒cd施加一水平向右的恒力，使其以速度v向右做匀速直线运动，求此力的大小F1 。 （2）若对导体棒cd施加一水平向右的瞬时冲量，使其以速度 开始运动，并最终停在导轨上。 ①求整个过程中，电阻R产生的热量 QR； ②求整个过程中，通过电阻R的电荷量q； ③在图乙中定性画出导体棒cd两端的电势差Ucd随位移x变化的图像。 16 考点5  力学三大观点与电磁感应结合的综合问题 考点突破·考法探究 真题研析 17 考点5  力学三大观点与电磁感应结合的综合问题 考点突破·考法探究 真题研析 18 考点6  电磁感应现象的应用 核心精讲·题型突破 核心精讲 1. 互感现象 1）当一线圈中的电流发生变化时，在临近的另一线圈中产生感应电动势，叫做互感现象。 2）互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且也可以发生于任何两个相互靠近的电路之间. 2. 自感现象   1）自感现象:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象. 2）自感电动势:在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势.自感电动势的大小取决于线圈自感系数和本身电流变化的快慢，自感电动势方向总是阻碍电流的变化. 3）公式： .式中L为自感系数，影响因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关． 19 考点6  电磁感应现象的应用 核心精讲·题型突破 核心精讲 4）通电自感和断电自感的比较 电路图 器材要求 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯) 通电时 在S闭合瞬间，灯A2立即亮起来，灯A1逐渐变亮，最终一样亮 灯A立即亮，然后逐渐变暗达到稳定 断电时 回路电流减小，灯泡逐渐变暗，A1电流方向不变，A2电流反向 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗； ②若I2＞I1，灯泡闪亮后逐渐变暗． 两种情况下灯泡中电流方向均改变 20 考点6  电磁感应现象的应用 考点突破·考法探究 真题研析 【例3】（23-24高二下·上海嘉定·期末）如图所示的实验电路中，L是自感线圈，R为定值电阻，电源内阻不可忽略。t=0时闭合开关S，一段时间后断开开关，则电流传感器所记录的电流i随时间t变化的图像可能为（　　） A．    B．    C．    D．    21 考点6  电磁感应现象的应用 考点突破·考法探究 真题研析 22 考点6  电磁感应现象的应用 核心精讲·题型突破 核心精讲 5）自感中“闪亮”与“不闪亮”问题   与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 　电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 　电流突然增大,灯泡立刻变亮,然后电流逐渐减小达到稳定 断电时 　电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变 　电路中稳态电流为I1、I2 　①若I2≤I1,则灯泡逐渐变暗;②若I2>I1,则灯泡闪亮后逐渐变暗.两种情况灯泡中电流方向均改变 【技巧点拨】分析自感问题的三个技巧 1）通电自感：通电时自感线圈相当于一个变化的电阻，阻值由无穷大逐渐减小。 2）断电自感：断电时自感线圈相当于电源，电动势由某值逐渐减小到零。 3）电流稳定时，自感线圈相当于导体，是否需要考虑其电阻根据题目而定。 23 考点6  电磁感应现象的应用 核心精讲·题型突破 核心精讲 3. 涡流现象 1）涡流：块状金属放在变化磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内产生的漩涡状感应电流． 2）产生原因：金属块内磁通量变化→感应电动势→感应电流． 3）应用： ①涡流热效应的应用,如真空冶炼炉. ②涡流磁效应的应用,如探雷器. 24 考点6  电磁感应现象的应用 核心精讲·题型突破 核心精讲 4. 电磁阻尼 当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的相对运动． 5.电磁驱动 如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力而运动起来． 25 考点一  电磁感应现象及楞次定律 核心精讲·题型突破 命题预测 1．在如图所示的物理情境中，能产生感应电流的是（    ） A．如图甲所示，线圈与通电导线在同一平面，线圈竖直向上移动 B．如图乙所示，线圈在竖直向下的匀强磁场中，水平向右匀速运动 C．如图丙所示，开关闭合后，向右移动滑动变阻器的滑片 D．如图丁所示，线圈在条形磁铁所在的平面内远离磁体 C 26 考点一  电磁感应现象及楞次定律 核心精讲·题型突破 命题预测 2.（多选）图甲为某款“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是（　　） A．按下按钮过程，螺线管感应电流由P流向Q B．松开按钮过程，螺线管感应电流由P流向Q C．按住按钮不动，螺线管没有产生感应电动势 D．按下和松开按钮过程，螺线管产生大小相同的感应电动势 AC 27 考点二  法拉第电磁感应定律及与电路结合问题 核心精讲·题型突破 命题预测 3．法拉第制作了最早的圆盘发电机，如图甲所示。兴趣小组仿制了一个金属圆盘发电机，按图乙连接电路。圆盘边缘与电刷P紧贴，用导线把电刷P与电阻R的a端连接，圆盘的中心轴线O与电阻R的b端连接。将该圆盘放置在垂直于盘面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。使圆盘以角速度ω匀速转动，转动方向如图乙所示。已知圆盘半径为L，除电阻R外其他电阻不计。求： (1)通过电阻R的电流大小和方向。 (2)圆盘转过1圈，电阻R上产生的焦耳热。 【答案】(1) ，电流方向b到a (2) 28 考点三  力学三大观点与电磁感应问题结合综合问题 核心精讲·题型突破 命题预测 4． （23-24高二下·上海嘉定·期末）如图所示，两条电阻不计、间距为L的长直金属导轨竖直放置，导轨上端接有阻值为R的定值电阻。水平理想边界MN下方空间内存在磁感强度大小恒为B、方向垂直导轨平面的足够大匀强磁场。质量为m、电阻为r的金属棒ab通过两端套环水平套在两金属导轨之间。为使ab保持静止，需在图中面积为S的圆形区域内施加一随时间变化且垂直导轨平面的水平匀强磁场，不计ab与导轨间摩擦及空气阻力。求： （1）ab中电流的大小、方向； （2）圆形区域内匀强磁场的磁感强度变化情况； （3）撤去圆形区域内的磁场后，由静止释放ab，经t时间后 ab的运动状态已经 稳定，分析ab的运动情况； （4）求t时间内ab受到安培力的总冲量。 【答案】(1) ，从a到b (2) (3) 先做加速度减小的加速运动，最后匀速 (4) 竖直向上 29 考点四  电磁感应的应用 核心精讲·题型突破 命题预测 5.下列与电磁感应有关的现象中说法正确的是（　　） A．甲图中，当蹄形磁体顺时针转动（从上往下看）时，铝框将沿顺时针方向转动 B．乙图中，真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈会产生大量热量使金属熔化，从而冶炼金属 C．丙图中磁电式仪表，把线圈在铝框骨架上，起到电磁驱动的作用 D．图丁中，铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘的转速不变 A 30 GREEN BUSINESS 汇报：xxx 谢谢 聆听 【答案】（1）；（2）；（3）；（4） 【详解】（1）金属杆所受的安培力为 根据牛顿第二定律可得 联立可得 （2）由于金属杆做匀加速直线运动，则 所以金属杆PQ产生的电动势E与运动时间t的关系为 （3）根据闭合电路 所以恒流电源的输出电压U与运动时间t的关系为 （4）电源输出的功率为 由此可知，电源输出功率与时间呈线性关系，则输出能量为 【答案】（1）；（2）①；②；③ 【解析】（1）根据法拉第电磁感应定律可知导体棒产生的感应电动势 根据闭合电路欧姆定律有 根据共点力平衡 联立解得 （2）①若对导体棒cd施加一水平向右的瞬时冲量，使其以速度开始运动，并最终停在导轨上。整个过程中，根据能量守恒可知，电路中产生的总热量等于导体棒的初动能 则电阻R产生的热量 ②设向右为正方向，由动量定理有 又 解得 ③由电路可知 其中 由动量定理有 又 联立可得 导体棒cd两端的电势差随位移x变化的图像如图所示 【答案】D 【详解】闭合S瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流增加，则线圈相当于断路，此时通过电流传感器的电流最大；随线圈阻碍作用的减小，通过线圈的电流逐渐变大，通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；断开开关S瞬间，由于自感现象，电感线圈阻碍电流减小，通过线圈L的电流此时从左向右流过电流传感器，与原来方向相反，且逐渐减小。 故选D。 $$