专题11 电磁感应定律及其应用讲原卷版.docx
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专题11电磁感应定律及其应用讲原卷版
第四部分电磁感应与电路
专题11电磁感应定律及其应用
讲核心素养
【讲】
一、素养呈现
1.物理观念：
感应电流、感应电动势、磁通量、自感、涡流。
2.科学思维：
楞次定律、法拉第电磁感应定律。
3.科学探究：
探究断电自感和通电自感的规律。
4.科学态度与责任：
磁悬浮、电磁阻尼在生产中的应用。
二、素养落实
1.掌握楞次定律、法拉第电磁感应定律，并灵活应用
2.掌握电磁感应中图象的分析技巧
3.做好电磁感应中的电路分析、电源分析、动力学和能量转化分析
讲考纲
高考命题点
命题轨迹
情境图
楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用
2015
1卷19,2卷15
15
（1）19题 15
（2）15题 16
（2）20题
16（3）21题 17
（1）18题
17
（2）20题
17（3）15题 18
（1）17题
18
（1）19题
18
（2）18题
18（3）20题
19
（1）20题
20（3）14题
2016
2卷20,3卷21
2017
1卷18,
2卷20,
3卷15
2018
1卷17、19,
2卷18,
3卷20
2019
2020
1卷20,3卷14
电磁感应中动力学问题分析
2016
2020
1卷24,2卷24
3卷24
16
（1）24题 16
（2）24题
电磁感应中的动力学和能量问题
2016
2020
3卷25
1卷21
16（3）25题
讲考点
考点一楞次定律和法拉第电磁感应定律
【考点诠释】
1．判定感应电流方向的两种方法
（1）楞次定律：
一般用于线圈面积不变，磁感应强度发生变化的情形。
（2）右手定则：
一般用于导体棒切割磁感线的情形。
2．求感应电动势的方法
（1）感生电动势：
E＝n
（2）动生电动势：
【典例分析1】（多选）（2020·济南市高三第一次模拟考试）如图所示，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中，电路通过电刷与圆盘的边缘和铜轴接触良好，电源电动势为E，内阻为r，R为定值电阻。
先将开关闭合，待圆盘转速稳定后再断开开关，不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关时，从上往下看圆盘逆时针转动
B．闭合开关，转速稳定时，流过圆盘的电流为零
C．断开开关时，a点电势低于b点电势
D．断开开关后，流过定值电阻R的电流方向与原电流方向相反
【典例分析2】．（多选）（2020·湖北部分重点中学新起点考试）将一根粗细均匀的导线折成如图所示的闭合线框，线框上C、D连线的左侧是半径为r的半圆，右侧与C、D连线形成等边三角形。
将线框放在光滑水平面上，其右侧为磁感应强度大小为B、方向垂直水平面向下的匀强磁场（虚线为磁场边界），现用外力拉着线框以速度v匀速水平向右进入该磁场，且运动过程中C、D连线与磁场边界始终平行，下列说法正确的是（ ）
A．线框进入磁场的过程中产生的感应电动势不变
B．线框进入磁场的过程中产生的感应电动势先变大后变小
C．C、D连线到达磁场边界时，C、D两端的电压为
D．C、D连线到达磁场边界时，C、D两端的电压为2Brv
【规律总结】
（1）“找、判、定”三步确定电势的高低
（2）电磁感应中电荷量的求解方法
q＝
t＝n
（n：
匝数，ΔΦ：
磁通量变化量，R＋r：
闭合电路的总电阻）
考点二电磁感应中的图象问题
【考点诠释】电磁感应中常见的图象问题
图象类型
（1）随时间变化的图象，如Bt图象、Φt图象、Et图象、It图象
（2）随位移变化的图象，如Ex图象、Ix图象
（所以要先看坐标轴：
哪个物理量随哪个物理量变化要弄清）
问题类型
（1）由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象（画图象）
（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（用图象）
应用知识
四个规律
左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律
六类公式
（1）平均电动势E＝n
（2）平动切割电动势E＝Blv
（3）转动切割电动势E＝
Bl2ω
（4）闭合电路欧姆定律I＝
（5）安培力F＝BIl
（6）牛顿运动定律的相关公式等
【典例分析3】（多选）（2020·山东学业水平等级考试·T12）如图所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形。
一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动（不发生转动）。
从图示位置开始计时，4s末bc边刚好进入磁场。
在此过程中，导体框内感应电流的大小为I，ab边所受安培力的大小为Fab，二者与时间t的关系图像可能正确的是（ ）
A B
C D
【规律总结】图象选择问题的2种处理方法
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），特别是分析物理量的正负和方向，以排除错误的选项
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象进行分析和判断
【典例分析4】（多选）（2020·山东等级考12月模拟）竖直放置的长直密绕螺线管接入如图甲所示的电路中，螺线管中通有顺时针方向（俯视）的电流，电流大小按图乙所示的规律变化。
螺线管内中间位置固定有一水平放置的硬质闭合金属小圆环（未画出），圆环轴线与螺线管轴线重合。
下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A．t＝
时刻，小圆环有扩张的趋势B．t＝
时刻，小圆环有收缩的趋势
C．t＝
和t＝
时刻，小圆环内的感应电流大小相等D．t＝
时刻，俯视时小圆环内有逆时针方向的感应电流
【规律总结】图象应用的3个关注
（1）关注图象所描述的物理意义；明确各种“＋”“－”的含义；
（2）关注变化过程，看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图象变化相对应，一般进入磁场或穿出磁场，磁通量最大或最小，有效切割长度最大或最小等是分段的关键点。
（3）关注大小、方向的变化趋势，看图线斜率的大小、图线的曲直是否和物理过程对应。
考点三电磁感应中力电综合问题
【考点诠释】
一．电磁感应中的动力学问题
1．两种状态及处理方法
状态
特征
处理方法
平衡态
加速度为零
根据平衡条件列式分析
非平衡态
加速度不为零
根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析
2．力学对象和电学对象的相互关系
二．电磁感应中的能量问题
1．电磁感应中的能量转化
2．求解焦耳热Q的三种方法
3．求解电磁感应现象中能量问题的一般步骤
（1）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。
（2）分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化。
（3）根据能量守恒列方程求解。
三．动量观点在电磁感应问题中的应用
1．对于两导体棒在平直的光滑导轨上运动的情况，如果两棒所受的外力之和为零，则考虑应用动量守恒定律处理问题；
2．由B
L·Δt＝m·Δv、q＝
·Δt可知，当题目中涉及电荷量或平均电流时，可应用动量定理来解决问题。
【典例分析5】（2020·滨州市重点中学高考模拟考试）如图所示，光滑导轨MN和PQ固定在竖直平面内，导轨间距为L，两端分别接有阻值均为R的定值电阻R1和R2。
两导轨间有一边长为
的正方形区域abcd，该区域内有磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场。
一质量为m的金属杆与导轨相互垂直且接触良好，从ab处由静止释放，若金属杆离开磁场前已做匀速运动，其余电阻均不计。
求：
（1）金属杆离开磁场前的瞬间流过R1的电流大小和方向；
（2）金属杆离开磁场时速度的大小；
（3）金属杆穿过整个磁场过程中电阻R1上产生的焦耳热。
【典例分析6】（2020·马鞍山市质检）如图甲所示，有一竖直方向的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，区域的上下边缘间距为H＝85cm，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。
有一长L1＝20cm、宽L2＝10cm、匝数n＝5的矩形线圈，其总电阻R＝0.2Ω、质量m＝0.5kg，在t＝0时刻，线圈从离磁场区域的上边缘高为h＝5cm处由静止开始下落，0.2s时线圈刚好全部进入磁场，0.5s时线圈刚好开始从磁场中出来。
不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2。
求：
甲 乙
（1）线圈穿过磁场区域所经历的时间t；
（2）线圈穿过磁场区域产生的热量Q。
【典例分析7】（2020·马鞍山二模）两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L，导轨上放置两根导体棒a和b，俯视图如图甲所示。
两根导体棒的质量均为m，电阻均为R，回路中其余部分的电阻不计，在整个导轨平面内，有磁感应强度大小为B的竖直向上的匀强磁场。
导体棒与导轨始终垂直接触良好且均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，两棒均静止，间距为x0，现给导体棒a一水平向右的初速度v0，并开始计时，可得到如图乙所示的Δvt图象（Δv表示两棒的相对速度，即Δv＝va－vb）
甲 乙
（1）试证明：
在0～t2时间内，回路产生的焦耳热Q与磁感应强度B无关。
（2）求t1时刻棒b的加速度大小。
（3）求t2时刻两棒之间的距离。
【典例分析8】某研学小组设计了一个辅助列车进站时快速刹车的方案。
如图所示，在站台轨道下方埋有一励磁线圈，通电后形成竖直方向的磁场（可视为匀强磁场）。
在车身下方固定一矩形线框，利用线框进入磁场时所受的安培力，辅助列车快速刹车。
已知列车的总质量为m，车身长为s，线框的短边ab和cd分别安装在车头和车尾，长度均为L（L小于匀强磁场的宽度），整个线框的电阻为R。
站台轨道上匀强磁场区域足够长，车头进入磁场瞬间的速度为v0，假设列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。
已知磁场的磁感应强度的大小为B，车尾进入磁场瞬间，列车恰好停止。
（1）求列车车头刚进入磁场瞬间线框中的电流大小I和列车的加速度大小a；
（2）求列车从车头进入磁场到停止所用的时间t；
（3）请你评价该设计方案的优点和缺点（优、缺点至少写一种）。
【规律总结】力电综合问题的分析思路
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