高考物理备考中等生百日捷进提升专题11电磁感应.docx

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高考物理备考中等生百日捷进提升专题11电磁感应

2018高考物理备考中等生百日捷进提升专题11电磁感应

第一部分质点直线运动特点描述

本专题中的基础知识、运动规律较多，是学好后面知识的重要依据；从考纲要求中可以看出需要我们理解质点、时间间隔、时刻、参考系、速度、加速度等基本概念，理解相关知识间的联系和区别，这些知识点一般不会单独出题，但这是解决运动学问题的基础。

要掌握几种常见的运动规律和规律的一些推论，并能应用它们解决实际问题，同时要掌握追及、相遇问题的处理方法。

这些知识可以单独命题，但更多是与牛顿运动定律或带电粒子的运动相结合命制综合的题目。

图象问题一直是高考的热点，本章中位移图象和速度图象一定要认真掌握，并能用来分析物体的运动。

自由落体运动和竖直上抛运动在考纲中虽没有单独列出但仍有可能作为匀变速直线运动的特例进行考查。

第一部分特点描述

历年高考对本考点知识的考查覆盖面大，几乎每个知识点都考查到。

特别是左、右手定则的运用和导体棒切割磁感线的运动更是两个命题频率最高的知识点．考题一般运动情景复杂、综合性强，多以把场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、功能关系及交变电流等有机结合的计算题出现，难度中等偏上，对考生的空间想象能力、物理过程和运动规律的综合分析能力及用数学方法解决物理问题的能力要求较高。

从近两年高考看，涉及本考点的命题常以构思新颖、高难度的压轴题形式出现，在复习中要高度重视。

特别是通电导体棒在复合场中的运动问题在历年高考中出现频率高，难度大，经常通过变换过程情景、翻新陈题面貌、突出动态变化的手法，结合社会、生产、科技实际来着重考查综合分析能力、知识迁移和创新应用能力。

情景新颖、数理结合、联系实际将是本考点今年高考命题的特点。

第二部分知识背一背

一、法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比．在具体问题的分析中，针对不同形式的电磁感应过程，法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式．

磁通量变化的形式

表达式

备注

通过n匝线圈内的磁通量发生变化

（1）当S不变时，

（2）当B不变时，

导体垂直切割磁感线运动

当v∥B时，E＝0

导体绕过一端且垂直于磁场方向的转轴匀速转动

线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动

E＝nBSω·sinωt

当线圈平行于磁感线时，E最大为E＝nBSω，当线圈平行于中性面时，E＝0

二、楞次定律与左手定则、右手定则

1．左手定则与右手定则的区别：

判断感应电流用右手定则，判断受力用左手定则．

2．应用楞次定律的关键是区分两个磁场：

引起感应电流的磁场和感应电流产生的磁场．感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化，“阻碍”的结果是延缓了磁通量的变化，同时伴随着能量的转化．

3．楞次定律中“阻碍”的表现形式：

阻碍磁通量的变化（增反减同），阻碍相对运动（来拒去留），阻碍线圈面积变化（增缩减扩），阻碍本身电流的变化（自感现象）．

三、电磁感应与电路的综合

电磁感应与电路的综合是高考的一个热点内容，两者的核心内容与联系主线如图所示：

1．产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路，产生电动势的那一部分电路相当于电源，产生的感应电动势就是电源的电动势，在“电源”内部电流的流向是从“电源”的负极流向正极，该部分电路两端的电压即路端电压，.

2．在电磁感应现象中，电路产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和．若为纯电阻电路，则产生的电能将全部转化为内能；若为非纯电阻电路，则产生的电能除了一部分转化为内能，还有一部分能量转化为其他能，但整个过程能量守恒．能量转化与守恒往往是电磁感应与电路问题的命题主线，抓住这条主线也就是抓住了解题的关键．在闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中，机械能转化为电能，导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能．

说明：

求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时，要区别平均电动势和瞬时电动势，切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连线在运动方向上的投影．

第三部分技能+方法

一、电磁感应中的图象问题

电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E、感应电流I、安培力F安或外力F外随时间t变化的图象,即B－t图、Φ－t图、E－t图、I－t图、F－t图.对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随位移s变化的图象,即E－s图、I－s图等.

图象问题大体上可分为两类：

1.由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象,此类问题要注意以下几点：

（1）定性或定量地表示出所研究问题的函数关系;

（2）在图象中E、I、B等物理量的方向通过正负值来反映;

（3）画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达.

2.由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量．

不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律进行分析解决.

二、电磁感应中的动力学问题

解决电磁感应中动力学问题的具体思路：

电源―→电路―→受力情况―→功、能问题

具体步骤为：

（1）明确哪一部分电路产生感应电动势，则这部分电路就是等效电源；

（2）正确分析电路的结构，画出等效电路图；

（3）分析所研究的导体受力情况；

（4）列出动力学方程或平衡方程并求解．

【例1】如图甲所示，垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a，磁感应强度的大小为B。

一边长为a、电阻为4R的正方形均匀导线框CDEF从图示位置开始沿x轴正以速度v匀速穿过磁场区域，在乙图中给出的线框E、F两端的电压UEF与线框移动距离的关系的图象正确的是（）

【答案】D

【例2】如图甲所示，质量m=6.0×10-3kg，边长L=0.20m，电阻R=1.0欧的正方形单匝金属线框abcd，置于倾角30°的绝缘斜面上，ab边沿着水平方向，线框的下半部分处于垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律周期性变化，线框在斜面上始终保持静止，g=10,求

（1）在2.0×10-2s~4.0×10-2s时间内线框中产生感应电流的大小

（2）在t=3.0×10-2s时间内线框受到斜面的摩擦力的大小和方向。

（3）一个周期内感应电流在线框中产生的平均电功率

【答案】略

【解析】

（1）线框中产生的感应电动势为E1，感应电流为I1，则

代入数据得E1=0.40V,I1=0.40A………（4分）

（2）此时受到的安培力F1=B1I1L

代入数据得F1=1.6×10-2N

设此时线框受到的摩擦力大小为Ff，则

mgsinα+F1-Ff=0………（2分）

代入数据得Ff=4.6×10-2N………（2分）

摩擦力方向沿斜面向上………（2分）

三、电磁感应中的电路、能量转化问题

1．电路问题

（1）将切割磁感线导体或磁通量发生变化的回路作为电源，确定感应电动势和内阻．

（2）画出等效电路．

（3）运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点，电功率公式，焦耳定律公式等求解．

2．能量转化问题

（1）安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”。

（2）明确功能关系,确定有哪些形式的能量发生了转化.如有摩擦力做功,必有内能产生;有重力做功,重力势能必然发生变化;安培力做负功,必然有其他形式的能转化为电能。

（3）根据不同物理情景选择动能定理,能量守恒定律,功能关系,列方程求解问题.

四、电磁感应与电路的综合问题

1．解答电磁感应与电路的综合问题时，关键在于准确分析电路的结构，能正确画出等效电路图，并综合运用电学知识进行分析、求解．

2．求解过程中首先要注意电源的确定，通常将切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路作为等效电源；其次是要能正确区分内、外电路，应把产生感应电动势的那部分电路视为内电路，感应电动势为电源电动势，其余部分相当于外电路；最后应用闭合电路欧姆定律及串并联电路的基本规律求解，处理问题的方法与闭合电路问题的求解基本一致．

【例3】如图所示，固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。

一质量为m（质量分布均匀）的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为u。

现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时，速度恰好达到最大（运动过程中杆始终与导轨保持垂直）。

设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。

则此过程（）

A.杆的速度最大值为

B.流过电阻R的电量为

C.恒力F做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量

D.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量

【答案】C

【例4】如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，PQMN所围的面积为S，PQ之间有阻值为R的电阻，不计导轨和导体棒的电阻。

导轨所在区域内存在沿竖直方向的匀强磁场，规定磁场方向竖直向上为正，在0～2t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示，导体棒MN始终处于静止状态。

下列说法正确的是（）

A.在0～t0和t0~2t0时间内，导体棒受到的导轨的摩擦力方向相同

B.在0~t0内，通过导体棒的电流方向为N到M

C.在t0~2t0内，通过电阻R的电流大小为

D.在0~2t0时间内，通过电阻R的电荷量为

【答案】B

五、涉及电磁感应的力电综合题

以电磁感应现象为核心，综合应用牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律及电路等知识形成的力电综合问题，经常以导体棒切割磁感线运动或穿过线圈的磁通量发生变化等物理情景为载体命题．

（1）受力与运动分析

导体棒运动切割磁感线产生感应电动势，而感应电流在磁场中受安培力的作用，安培力将阻碍导体棒的运动．导体棒运动过程受到的安培力一般是变力，引起导体棒切割磁感线运动的加速度发生变化．当加速度变为零时，运动达到稳定状态，最终导体棒做匀速直线运动，利用平衡条件可求导体棒稳定状态的速度．

（2）解题思路

①利用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和方向；

②应用闭合电路欧姆定律求电路中的感应电流的大小；

③分析所研究的导体的受力情况，关注安培力的方向；

④应用运动学规律、牛顿第二定律、动能定理、平衡条件等列方程求解．

【例5】如图所示，质量为m的金属线框A静置于光滑平面上，通过细绳跨过定滑轮与质量为m的物体B相连，图中虚线内为一水平匀强磁场，d表示A与磁场左边界的距离，不计滑轮摩擦及空气阻力，设B下降h（h＞d）高度时的速度为v，则此时以下关系中能够成立的是（）

A．v2＝gh

B．v2＝2gh

C．A产生的热量Q＝mgh－mv2

D．A产生的热量Q＝mgh－mv2

【答案】C

考点：

导体切割磁感线时的感应电动势；功能关系．

考点分析：

本题是简单的电磁感应中能量问题，往往先找出能量的各种形式，再由能量守恒定律列方程．

【例6】如图所示，足够长的光滑水平直导轨的间距为L，电阻不计，垂直导轨平面有磁感应强度为B的匀强磁场，导轨上相隔一定距离放置两根长度均为L的金属棒，a棒质量为m，电阻为R，b棒质量为2m，电阻为2R。

现给a棒一个水平向右的初速度v0，求：

（a棒在以后的运动过程中没有与b棒发生碰撞）

（1）b棒开始运动的方向；

（2）当a棒的速度减少为v0/2时，b棒刚好碰到了障碍物，经过很短时间t0速度减为零（不反弹）。

求b棒在碰撞前瞬间的速度大小和碰撞过程中障碍物对b棒的冲击力大小；

（3）b棒碰到障碍物后，a棒继续滑行的距离．

【答案】

（1）b棒向右运动

（2）；（3）

（3）a棒单独向右滑行的过程中，当其速度为v时，所受的安培力大小为，