[K12学习]2018版高三物理一轮复习 专题11 电磁感应(含2012年高考真题)
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专题11 电磁感应1.(2012福建卷).如图甲,一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落,穿过一根竖直悬挂的条形磁铁,铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴始终保持重合.若取磁铁中心O 为坐标原点,建立竖直向下正方向的x 轴,则图乙中最能正确反映环中感应电流i 随环心位置坐标x 变化的关系图像是答案:B解析:闭合铜环由高处静止下落,首先是向上穿过铜环的磁通量增大,根据楞次定律知铜环中产生顺时针方向的感应电流(从上向下看);从N 极到O 点的过程中,穿过铜环的合磁通量向上且增大,则感应电流仍为顺时针方向;从O 点到S 极的过程中,穿过铜环的合磁通量向上且减小,则感应电流为逆时针方向;离开S 极后,向上穿过铜环的磁通量减小,感应电流仍为逆时针方向;因铜环速度越来越大,所以逆时针方向感应电流的最大值比顺时针方向感应电流的最大值大,故选项B 正确。
2.(2012全国新课标)。
如图,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B 0.使该线框从静止开始绕过圆心O 、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流。
现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化.为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率tB ∆∆的大小应为A 。
专题11.1 电磁感应现象楞次定律(一)真题速递1.(2017新课标Ⅲ 15)15.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A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向【答案】D2.(2014新课标Ⅰ)如图(a),线圈ab、cd绕在同一软铁芯上.在ab线圈中通以变化的电流.用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是( )【答案】C3.(2012新课标)如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行。
已知在t =0到t =t 1的时间间隔内,直导线中电流i 发生某种变化,而线框中感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。
设电流i 正方向与图中箭头方向相同,则i 随时间t 变化的图线可能是【答案】A 【解析】线框中电流 大小相同,而左边与直线电流 之间的作用力大于右边与直线电流 之间的作用力,且直线电流之间同向相吸,异向相斥。
依据楞次定律,当直导线中 向上且均匀减小时,线框中产生顺时针方向的电流且恒定,此时线框受力向左;当直导线中电流 向下且增大时,线框中依然产生顺时针方向的电流且恒定,此时线框受力向右。
由以上分析可以判断A 图正确。
(二)考纲解读本讲有一个二级考点,两个一级考点,在高考中考试的频率很高,大多时候出选择题,单独从这几个考点命题的不太多,往往会结合后面的法拉第电磁感应定律综合命题。
2018届高考物理一轮复习第十一章电磁感应第2讲:楞次定律(参考答案)一、知识清单1.【答案】2.【答案】3.【答案】4.【答案】5.【答案】二、例题精讲6.【答案】D7.【答案】 B【解析】由楞次定律可知,在线框从右侧摆动到O点正下方的过程中,向上的磁通量在减小,故感应电流的方向沿d→c→b→a→d;同理,线框从O点正下方向左侧摆动的过程中,电流方向沿d→c→b→a→d,B正确.8.【答案】A【解析】环从位置Ⅰ释放下落,环经过磁铁上端和下端附近时,环中磁通量都变化,都产生感应电流,由楞次定律可知,磁铁阻碍环下落,磁铁对圆环有向上的作用力。
根据牛顿第三定律,圆环对磁铁有向下的作用力,所以T1>mg,T2>mg,选项A正确。
9.【答案】 A【解析】要求框中感应电流顺时针,根据楞次定律,可知框内磁场要么向里减弱(载流直导线中电流正向减小),要么向外增强(载流直导线中电流负向增大).线框受安培力向左时,载流直导线电流一定在减小,线框受安培力向右时,载流直导线中电流一定在增大.故答案选A项.10.【答案】C【解析】当飞机在赤道上空竖直下坠时,由于地磁场向北,若飞机从西往东或从东往西飞,机翼不切割磁感线,不产生感应电动势,所以机翼两端不存在电势差,故A、B错误;若飞机从南往北飞,当竖直下坠时,由右手定则可判知,飞机的右方机翼末端电势比左方末端电势高,即φ2比φ1高,相反,若飞机从北往南飞,φ1比φ2高,故C正确,D错误.11.【答案】ABD【解析】由右手定则可知,处于磁场中的圆盘部分,靠近圆心处电势高,选项A正确;根据E=BLv可知所加磁场越强,则感应电动势越大,感应电流越大,产生的阻碍圆盘转动的安培力越大,则圆盘越容易停止转动,选项B正确;若加反向磁场,根据楞次定律可知安培力阻碍圆盘的转动,故圆盘仍减速转动,选项C错误;若所加磁场穿过整个圆盘,则圆盘中无感应电流,不产生安培力,圆盘匀速转动,选项D正确.12.【答案】D13.【答案】AB【解析】线圈中电流为右侧流入,磁场方向为向左,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,环中感应电流由左侧看为顺时针,A正确.由于铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大,故铜环受到的安培力要大于铝环的,B正确.若将环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动,C错误.电池正负极调换后,金属环受力仍向左,故仍将向左弹出,D错误.三、自我检测14.【答案】D【解析】金属杆PQ突然向右运动,则其速度v方向向右,由右手定则可得,金属杆PQ中的感应电流方向由Q到P,则PQRS中感应电流方向为逆时针方向.PQRS中感应电流产生垂直纸面向外的磁场,故环形金属线框T中为阻碍此变化,会产生垂直纸面向里的磁场,则T中感应电流方向为顺时针方向,D正确.15.【答案】D16.【答案】CD【解析】根据楞次定律,感应电流的磁场方向总是阻碍引起闭合回路中磁通量的变化,体现在面积上是“增缩减扩”,而回路变为圆形,面积增加了,说明磁场逐渐减弱.因不知回路中电流方向,故无法判定磁场方向,故C、D都有可能.17.【答案】C【解析】条形磁铁在下落过程中受到向上的排斥力,绝缘铜环内产生感应电流,导致条形磁铁做加速度逐渐减小的加速运动,故其速率逐渐增大,最后趋于不变,选项C正确,选项A、B、D错误。
专题11 电磁感应1. (2013全国新课标理综II第16题)如图,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动.t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域.下列v--t图象中,可能正确描述上述过程的是D答案由于导线框闭合,导线框以某一初速度向右运动,导线框右侧边开始进入磁场时,切割磁感线产生解析:感应电动势和感应电流,右侧边受到安培力作用,做减速运动;导线框完全进入磁场中,导线框中磁通量不变,不产生感应电流,导线框不受安培力作用,做匀速运动;导线框右侧边开始出磁场时,左侧边切割磁感线产生感应电动势和感应电流,左侧边受到安培力作用,导线框做减速运动;所以可能正确描述运动D.过程的速度图象是内有)在水平面(纸面如图2013全国新课标理综1第17题).2.(点接触,aac,其中ab、在MNab三报相同的均匀金属棒、ac和MN空间存在垂直于纸面的均匀磁场..用力使构成“V”字型导轨的始终与∠bac向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN与时间i平分线垂直且和导轨保持良好接触.下列关于回路中电流可能正确的是.t的关系图线1答案:A解析:设“V”字型导轨夹角为2θ,均匀金属棒单位长度电阻为r,时刻切割磁感线的金属棒长度为tv匀速运动,则MN向右以速度 vt E=BLv=2Bt时刻切割磁感线产生的感应电动势tanθ,金属棒L=22vtvt i=E/R=,回路中电流θθ+2)rtantanθ,回路电阻R=(2vt/cos/v A. .可能正确的是i与时间t的关系图线+tan(1/cosθθ)r,与时间tB无关,所以回路中电流tanθ.ab且相互绝缘与单匝矩形线圈abcd共面,位置靠近(2013高考上海物理第11题)如图,通电导线MN3. MN中电流突然减小时,线圈所受安培力的合力方向当 (B)向右 (A)向左 (C)垂直纸面向外(D)垂直纸面向里B答案:垂直纸面向里的磁通量减小,根据楞次定律,单匝矩中电流突然减小时,单匝矩形线圈abcd解析:当MN中产生的感应电流方向顺时针方向,由左手定则可知,线圈所受安培力的合力方向向右,选形线圈abcd.B正确项的圆形区域,rL、不可形变的正方形导体框内有半径为2013高考四川理综第7题)如图所示,边长为(4.P滑动片的最大阻值为R,k>0).回路中滑动变阻器R的变化关系为其磁感应强度B随时间tB=kt(常量01RR,S、R=.位于滑动变阻器中央,定值电阻R=闭合开关U两端的电压为A.R2 00122.则U,不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势电压表的示数为7极板带正电B.电容器的a 倍的热功率为电阻R的5C.滑动变阻器R22kLD.正方形导线框中的感应电动势为AC答案:7111RRRR',由两端的电压为解析:滑动片P位于滑动变阻器中央,回路总电阻R=U=.设R++2000042221U'U正方形导体框内产生的感应电流方向为逆时针方由楞次定律可知,A正确.选项=,解得U'=U,17R R042U112R×÷()+的热功率为(.a向,电容器的极板带负电,选项B错误滑动变阻器RU)02277??R??04?? 2 2222UUUU2101110122RR) =,由÷=5可知,滑动变电阻R的热功率为(U)÷(()=, 00249249494927RRRR0000由法拉第电磁感应定律,正方形导体框内产生的感应电动.倍,选项C正确阻器R的热功率为电阻R的522.D错误选项势E=kπr.在、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN17题)如图,在磁感应强度为B5.(2013高考北京理综第其他条件不;若磁感应强度增为2B,v向右匀速滑动, MN中产生的感应电动势为E平行金属导轨上以速度l分别为之比E∶ E的电流方向及中产生的感应电动势变为E.则通过电阻RE与E变,MN2l2121 ∶a,2cA.→1 ,2∶B.a→c2 1∶C.a→c,21∶c→a,D.C答案:根据法拉第电磁感c.R的电流方向为a→到解析:由右手定则可判断出MN中电流方向为从NM,通过电阻∶∶ E=1中产生的感应电动势变为原来的,若磁感应强度增为2B,其他条件不变,MN2倍,E应定律.E=BLv2l.C正确2,选项题)将一段导线绕成图甲所示的闭合电路,并固定在水平面(纸面)内,回14(6. 2013高考山东理综第回路的圆形区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的.路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中Fab边受到的安培力,以水平向右为用随时间正方向,其磁感应强度Bt变化的图像如图乙所示.F表示随时间的正方向,能正确反映Ft变化的图像是B答案: 3解析:在0到T/4时间内,磁感应强度均匀减小,回路中产生的感应电流恒定,由楞次定律可判断出为顺时针方向.由左手定则可判断出ab边受到的安培力方向为水平向左.同理可判断出其它时间段的安培力方向,能正确反映F随时间t变化的图像是B.RO点,的圆相切于2013全国高考大纲版理综第17题)纸面内两个半径均为.7(Aω两圆形区域内分别存在垂直纸面的匀强磁场,磁感应强度大小相等、方向相反,且OOAR点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转,不随时间变化.一长为2的导体杆绕过OAOtOA指向.时,若选取从恰好位于两圆的公切线上,如图所示角速度为ω,=0 的电动势为正,下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图像可能正确的是()EEEEOOOOttttD C B AC答案:OOA切割磁感线的导体180绕过点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转,在转过解析:导体杆°的过程中,AO为正,所以下列描述导棒长度先不均匀增大后减小,由右手定则可判断出感应电动势的方向为由指向C. 体杆中感应电动势随时间变化的图像可能正确的是题)如图,矩形闭合线框在匀强磁场上方,由不同高度高考福建理综第2013188.(线框下落过程形ab分别表示线框、t静止释放,用t边和边刚进入磁场的时刻.cd21''平行,边始终保持与磁场水平边界ab状不变,OO线框平面与磁场方向垂直OO.设下方磁场区域足够大,不计空气影响,则下列哪一个图像不可能反映线框下落过程中速度t变化的规律随时间v4答案:A解析:矩形闭合线框在匀强磁场上方,由不同高度静止释放,先做自由落体运动.进入磁场后,若所受安培力大于重力,线框做加速度逐渐减小的减速运动,反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律可能是图象B.若所受安培力等于重力,线框做匀速运动,反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律可能是图象D.若所受安培力小于重力,线框做加速度逐渐减小的加速运动,到线框完全进入磁场区域,线框做自由落体运动,反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律可能是图象C.不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律是图象A. 9.(2013高考天津理综物理第3题)如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd.ab边长大于bc边长,置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场.线框上产生的热量为Q,通过线框导体横截面的电荷量为q:11第二次bc边平行MN进入磁场.线框上产生的热量为Q,通过线框导体横截面的电荷量为q,则22A.Q>Q,q=q 212 1>q,qB.Q>Q2112=q,qC.Q=Q212 1>q,qD.Q=Q2 12 1A答案:边平,第一次abI=E/R,E=BLvF=BIL解析:根据功能关系,线框上产生的热量等于克服安培力做功.由,222vBLSvB1L进入磁场.线MNbc==L边平行. 第二次=F行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q=WL112121RR222vBLSvB2L L,E=IRΦI=q/△t,E=△/△t,.LLL=W 框上产生的热量为Q=F==.由于>Q,所以>Q由2112221122RR. A正确,选项=qqΦ/R.联立解得:q=△Φ两次磁通量变化△相同,所以21520XX—019学年度第一学期生物教研组工作计划指导思想以新一轮课程改革为抓手,更新教育理念,积极推进教学改革。
2018届高考物理一轮复习第十一章电磁感应第1讲:磁通量、电磁感应现象班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________ 一、知识清单1.磁通量(1)定义:磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量(2)公式:Φ=BS。
(3)单位:1 Wb=1_T·m2。
(4)磁通量是标量,但有正负之分,若规定磁感线从正面穿入时磁通量为正,则磁感线从反面穿入时磁通量为负。
(5)适用条件:①匀强磁场;②S是垂直磁场的有效面积.如图1,穿过S2的有效面积为S1,所以磁通量为Φ=BS1;如图2,有效面积为S cosθ,所以磁通量为Φ=BScosθ。
(6)磁通量与线圈的匝数无关。
2.非匀强磁场的磁通量磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的净条数.①条形磁铁:Φ先增后减,b处最大Φ先减后增,Φb=0 Φ先减后增,,Φb=0 Φa>Φb②通电直导线I →II:Φ增大;II→III:Φ减小,ΦIII=0III→Ⅳ:Φ增大;Ⅳ→Ⅴ:Φ减小Φ甲=0,Φ乙=0,Φ丙≠0 Φ=0③环形电流Φa>Φb3.磁通量的变化Iaba bN Sa cbMN SabcN Sa cbN S磁通量是标量,但有正负之分.若规定从某一方向穿过平面的磁通量为正,则反向穿过的磁通量为负,合磁通量是相反方向抵消后所剩余的净磁通量.(1)磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1.(注意磁通量的正负号) (2)几种常见引起磁通量变化的情形. ①B 改变,S 不变,ΔΦ=ΔB ·S . ②B 不变,S 变化,ΔΦ=B ·ΔS .③B 、S 两者都变化,ΔΦ=Φ2-Φ1,不能用ΔΦ=ΔB ·ΔS 来计算.④B 和S 均不变,磁感线方向与线圈平面的夹角θ变化,则ΔΦ=BS (sin θ2-sin θ1). 4. 电磁感应现象(1)当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生的现象。
2018届高考物理一轮复习第十一章电磁感应第6讲:电磁感应的力电综合问题(参考答案)一、知识清单1. 【答案】2. 【答案】3. 【答案】4. 【答案】5. 【答案】6. 【答案】 7. 【答案】D 【解析】由牛顿第二定律可得B 2L 2v R=ma , 金属棒做a 减小的减速运动,A 错.由能量守恒定律可知,克服安培力做功等于电阻R 和金属棒上产生的焦耳热之和,W 安=12mv 2=Q ,因此B 错,D 正确.整个过程中通过金属棒的电量q =ΔΦ2R =BLx 2R ,得金属棒位移x =2qR BL,C 错. 8. 【答案】 ACD【解析】 知识存盘a .安培力的大小感应电动势:E =Blv感应电流:I =E R +r安培力公式:F =BIl =B 2l 2v R +rb .安培力的方向(1)先用右手定则确定感应电流方向,再用左手定则确定安培力方向.(2)根据楞次定律,安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向相反.解析 设闭合S 时,ab 的速度为v ,则E =BLv ,I =E R =BLv R ,F 安=BIL =B 2L 2v R, 若F 安=B 2L 2v R=mg ,则选项A 正确. 若F 安=B 2L 2v R<mg ,则选项C 正确. 若F 安=B 2L 2v R>mg ,则选项D 正确.9. 【答案】B【解析】对棒受力分析如图所示,F 安=BIL =B 2L 2v R,故D 错误;F 安随棒的速度的增大而增大,故棒做的不是匀加速直线运动,因此运动的平均速度v -≠12v ,A 错误;由q =n ΔΦR 总可得:q =BLx R ,故棒下滑的位移x =qR BL,B 正确;求焦耳热应该用有效值,故C 错误。
10.【答案】B【解析】甲图中ab 棒产生的感应电动势对电容器C 充电,C 两极板间电势差与感应电动势相同时,电路中没有电流,ab 棒做向右的匀速直线运动;乙图中导体棒在初速度作用下,切割磁感线,产生电动势,出现安培力,阻碍其向前运动,其动能转化为热能,最终会静止;而丙图虽在初速度作用下向右运动,但却受到向左的安培力,则杆向右减速运动,然后还要向左运动.当金属杆切割磁感线产生电动势与电源的电动势相等时,电路中没有电流,所以金属杆最终处于向左的匀速直线运动.由此得选项B 正确,A 、C 、D 错误.11.【答案】D【解析】线圈进入磁场前机械能守恒,进入磁场时速度均为v =2gh ,设线圈材料的密度为ρ1,电阻率为ρ2,线圈边长为L ,导线横截面积为S ,则线圈的质量m =ρ14LS ,电阻R =ρ24L S ,由牛顿第二定律得mg -B 2L 2v R=ma ,解得a =g -B 2v 16ρ1ρ2,可见两线圈在磁场中运动的加速度相同,两线圈落地时速度相同,即v 1=v 2,故A 、C 选项错误;线圈在磁场中运动时产生的热量等于克服安培力做的功,Q =W 安,而F 安=B 2L 2v R =B 2Lv 4ρ2S ,线圈Ⅱ横截面积S 大,F 安大,故Q 2>Q 1,故选项D 正确,B 错误.12.【答案】 D【解析】 导线框进入磁场的过程中,线框受到向左的安培力作用,根据E =BLv 、I =E R 、F =BIL 得F =B 2L 2v R,随着v 的减小,安培力F 减小,导线框做加速度逐渐减小的减速运动.整个导线框在磁场中运动时,无感应电流,导线框做匀速运动,导线框离开磁场的过程中,根据F =B 2L 2v R,导线框做加速度减小的减速运动,所以选项D 正确.三、自我检测13.【答案】D【解析】由题图可知,导体棒刚进入磁场的瞬间速度最大,产生的感应电流最大,由机械能守恒有mgh =12mv 2,所以I =E 2R =BLv 2R =BL 2gh 2R ,A 错误;流过R 的电荷量为q =I t =ΔΦ2R =BLd 2R,B 错误;由能量守恒定律可知整个电路中产生的焦耳热为Q =mgh -μmgd ,C 错误;由于导体棒的电阻也为R ,则电阻R 中产生的焦耳热为12Q =12mg (h -μd ),D 正确. 14.【答案】BD15.【答案】B【解析】把立体图转变为平面图,由平衡条件列出方程是解决此类问题的关键.对导体棒进行受力分析作出截面图,如图所示,导体棒共受四个力作用,即重力、支持力、摩擦力和安培力.由平衡条件得mg sin 37°=F 安+F f ①F f =μF N ②F N =mg cos 37°③而F 安=BIL ④I =E R +r⑤ E =BLv ⑥联立①~⑥式,解得v =mg (sin 37°-μcos 37°)(R +r )B 2L 2代入数据得v =5 m/s.小灯泡消耗的电功率为P =I 2R ⑦由⑤⑥⑦式得P =(BLv R +r)2R =1 W .故选项B 正确. 16.【答案】D17.【答案】CD【解析】解:A 、导线框开始做自由落体运动,ab 边以一定的速度进入磁场,ab 边切割磁场产生感应电流,根据左手定则可知ab 边受到向上的安培力,当安培力大于重力时,线框做减速运动,当线框完全进入磁场后,线框不产生感应电流,此时只受重力,做加速运动,故先减速后加速运动,故A 错误、D 正确;B 、当ab 边进入磁场后安培力等于重力时,线框做匀速运动,当线框完全进入磁场后,线框不产生感应电流,此时只受重力,做加速运动,故先匀速后加速运动,故A 错误;C 、当ab 边进入磁场后安培力小于重力时,线框做加速运动,当线框完全进入磁场后,线框不产生感应电流,此时只受重力,做加速增大的加速运动,故加速运动,故C 正确;。
电磁感应【本讲教育信息】一、教学内容:电磁感应本章的知识点:(一)本章要点及高考展望1、本章以电场和磁场等知识为基础,重点讨论了楞次定律和法拉第电磁感应定律。
2、楞次定律不仅含义深刻,且可结合的知识点多,在高考中以选择为主,但有一定的难度。
3、法拉第电磁感应定律常综合几乎所有的力学知识及大部分电学知识,多为中档以上的题目,区分度较大,分值也较多。
4、本章的学习要处理好基础知识和综合能力的关系,要重视对物理过程、物理现象的分析,要建立正确的物理情景,深刻理解基本知识、基本规律的内涵、外延,在掌握一般解题方法的基础上,掌握综合性问题的分析思路和方法,形成较完整的解题策略。
(二)知识结构重点和难点分析:一、产生感应电流的条件、楞次定律1、产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化。
它有两种情况:⑴切割2、右手定则适用于判断闭合电路中一部分导体切割磁感线时感应电流的方向。
3、楞次定律的实质是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现,其应用步骤:⑴明确闭合电路中的原磁场方向;⑵分析穿过闭合电路的磁通量的变化;⑶根据楞次定律判定感应电流的磁场方向; ⑷利用安培定则,判定感应电流的方向。
二、法拉第电磁感应定律1、公式tn E ∆∆=φ⑴感应电动势的大小与电路的电阻及电路是否闭合等无关; ⑵一般而言,公式求的是Δt 内的平均感应电动势; ⑶在电磁感应中,产生感应电动势的那部分导体可等效成一个电源,感应电动势的方向和导体(电源)内的电流方向一致。
2、公式θsin Blv E =⑴若B 、l 、v 三者互相垂直,Blv E =;若直导线与B 、v 不垂直,则应取B 、l 、v 互相垂直的分量;⑵若导体是弯曲的,则l 应取与B 、v 垂直的有效长度;⑶若v 是瞬时速度,则E 为瞬时电动势;若v 为平均速度,则E 为平均电动势。
3、公式ω221Bl E =为导体棒绕其一端转动切割磁感线时产生的感应电动势。
三、自感由于线圈自身的电流发生变化而产生感应电动势的电磁感应现象。
第2讲变压器、电能的输送一、理想变压器基本关系1.构造如图1所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的.图1(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈.(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈.2.原理电流磁效应、电磁感应.3.基本关系式(1)功率关系:P入=P出.(2)电压关系:错误!=错误!。
(3)电流关系:只有一个副线圈时错误!=错误!。
由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时,U1I1=U2I2+U3I3+…+U n I n。
[深度思考]请你根据以上分析总结理想变压器原、副线圈功率、电压和电流的决定关系.答案(1)电压:副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定.(2)功率:原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定.(3)电流:原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定.二、远距离输电问题1.减少输电电能损失的两种方法(1)理论依据:P损=I2R。
(2)减小输电线的电阻:根据电阻定律R=ρ错误!,要减小输电线的电阻R,在保证输电距离情况下,可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法.(3)减小输电导线中的电流:在输电功率一定的情况下,根据P=UI,要减小电流,必须提高电压.2.远距离高压输电的几个基本关系(以图2为例)图2(1)功率关系:P1=P2,P3=P4,P2=P损+P3.(2)电压、电流关系:U1U2=n1n2=错误!,错误!=错误!=错误!,U2=ΔU+U3,I2=I3=I线.(3)输电电流:I线=错误!=错误!=错误!.(4)输电线上损耗的电功率:P损=I线ΔU=I错误!R线=(错误!)2R线.当输送功率一定时,输电电压增大到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减小到原来的错误!.[深度思考] 根据以上分析,请你总结输电线路功率损失的计算方法有哪些?答案(1)P损=P-P′,P为输送的功率,P′为用户所得功率.(2)P损=I错误!R线,I线为输电线路上的电流,R线为线路电阻.(3)P损=错误!,ΔU为输电线路上损失的电压,R线为线路电阻.(4)P损=ΔUI线,ΔU为输电线路上损失的电压,I线为输电线路上的电流.1.判断下列说法是否正确.(1)变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率.(×)(2)理想变压器能改变交变电压、交变电流,但不改变功率,即输入功率总等于输出功率.(√)(3)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈的输入电流随之增大.( √)(4)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用.( √)(5)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压.(×)2.(人教版选修3-2P44第2题改编)有些机床为了安全,照明电灯用的电压是36 V,这个电压是把380 V的电压降压后得到的.如果变压器的原线圈是1 140匝,副线圈是( )A.1 081匝B.1 800匝C.108匝D.8 010匝答案C解析由题意知U1=380 V,U2=36 V,n1=1 140则错误!=错误!得n2=错误!n1=108.3.(人教版选修3-2P44第5题改编)如图3所示的电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0。
专题11 电磁感应1.(2012福建卷).如图甲,一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落,穿过一根竖直悬挂的条形磁铁,铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴始终保持重合.若取磁铁中心O 为坐标原点,建立竖直向下正方向的x 轴,则图乙中最能正确反映环中感应电流i 随环心位置坐标x 变化的关系图像是答案:B解析:闭合铜环由高处静止下落,首先是向上穿过铜环的磁通量增大,根据楞次定律知铜环N O 点的过程中,穿过铜环的合磁通量向上且增大,则感应电流仍为顺时针方向;从O SS减小,感应电流仍为逆时针方向;因铜环速度越来越大,所以逆时针方向感应电流的最大值B .2.(2012全国新课标).如图,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B 0.使该线框从静止开始绕过圆心O 、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流.现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化.为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率tB ∆∆的大小应为A.πω04B B.πω02B C.πω0B D.πω20B 答案:C解析:匀速转动时感应电动势与磁场变化时感应电动势相同即可.匀速转动时感应电动势ω221BR E =式中R 为半径.磁场变化时感应电动势22R t B E π⋅∆∆=.二者相等可得答案.3.(2012北京高考卷).物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”.如图,她把一个带铁芯的线圈L 、开关S 和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L 上,且使铁芯穿过套环,闭合开关S 的瞬间,套环立刻跳起.某同学另找来器材再探究此实验.他连接好电路,经重复实验,线圈上的套环均未动,对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是A .线圈接在了直流电源上B .电源电压过高C .所选线圈的匝数过多D .所用套环的材料与老师的不同答案:D S只要套环的材料是导体,套环中就能产生感应电流,套环就会跳起.如果套环是塑料材料做的,则不能产生感应电流,也就不会受安培力作用而跳起.D .4.(2012山东卷).如图所示,相距为L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定值电阻,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B.将质量为m 的导体棒由静止释放,当速度达到v 时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率为P ,导体棒最终以2v 的速度匀速运动.导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g ,下列选项正确的是A .2sin P mg θ=B .3sin P mg θ=C .当导体棒速度达到2v 时加速度为sin 2g θ D .在速度达到2v 以后匀速运动的过程中,R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功 答案:AC 解析:当导体棒第一次匀速运动时,沿导轨方向:Rv L B mg 22sin =θ;当导体棒第二次达到最大速度时,沿导轨方向:Rv L B mg F 222sin =+θ,即F=mgsin θ,此时拉力F 的功率P=F ×2v=2mgvsin θ,选项A 正确、B 错误;当导体棒的速度达到v/2时,沿导轨方向:ma R v L B mg =-2sin 22θ,解得θsin 21g a =,选项C 正确;导体棒的速度达到2v 以后,拉力与重力的合力做功全部转化为R 上产生的焦耳热,选项D错误.5.(2012四川卷).半径为a 右端开小口的导体圆环和长为2a 的导体直杆,单位长度电阻均为R 0.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,从圆环中心O 开始,杆的位置由θ确定,如图所示.则A .θ=0时,杆产生的电动势为2BavB .θ=π3时,杆产生的电动势为Bav 3 C .θ=0时,杆受的安培力大小为02)2(2R av B +π D .θ=π3 时,杆受的安培力大小为02)35(3R av B +π 答案:AD解析:根据法拉第电磁感应定律可得Blv E =(其中l 为有效长度),当0=θ时,a l 2=,则Bav E =;当3πθ=时,a l =,则Bav E =,故A 选项正确,B 选项错误;根据通电直导线在磁场中所受安培力的大小的计算公式可得BIl F =,又根据闭合电路欧姆定律可得r R E I +=,当0=θ时,a l 2=,Bav E 2=,0)2(aR R r +=+π,解得02)2(4R av B F +=π;当0=θ时,a l =,Bav E =,0)135(aR R r +=+π,解得()02353R av B F +=π,故C 选项错误,D 选项正确.6.(2012全国新课标).如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.已知在t =0到t =t 1的时间间隔内,直导线中电流i 发生某种变化,而线框中感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右.设电流i 正方向与图中箭头方向相同,则i 随时间t 变化的图线可能是答案:A解析:要求框中感应电流顺时针,根据楞次定律,可知框内磁场要么向里减弱(载流直导线中电流正向减小),要么向外增强(载流直导线中电流负向增大).线框受安培力向左时,载流直导线电流一定在减小,线框受安培力向右时,载流直导线中电流一定在增大.故答案选A.7.(2012天津卷).如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5m ,左端接有阻值R=0.3Ω的电阻,一质量m=0.1kg ,电阻r=0.1Ω的金属棒MN 放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4T ,棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以a=2m/s 2的加速度做匀加速运动,当棒的位移x=9m 时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q 1:Q 2=2:1,导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,求(1)棒在匀加速运动过程中,通过电阻R 的电荷量q(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q 2(3)外力做的功W F解析:(1)棒匀加速运动所用时间为t ,有x at =221 32922=⨯==a x t s 根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求电路中产生的平均电流为 5.1)1.03.0(395.04.0)()(=+⨯⨯⨯=+=+∆Φ=+=R r t Blx R r t r R E I A 根据电流定义式有 5.435.1=⨯==t I q C(2)撤去外力前棒做匀加速运动根据速度公式末速为632=⨯==at v m/s撤去外力后棒在安培力作用下做减速运动,安培力做负功先将棒的动能转化为电能,再通过电流做功将电能转化为内能,所以焦耳热等于棒的动能减少.有 8.161.02121222=⨯⨯==∆=mv E Q k J (3)根据题意在撤去外力前的焦耳热为6.3221==Q Q J撤去外力前拉力做正功、安培力做负功(其大小等于焦耳热Q 1)、重力不做功共同使棒的动能增大,根据动能定理有1Q W E F k -=∆则4.58.16.31=+=∆+==∆k F k E Q W E J8.(2012广东卷).(18分)如图17所示,质量为M 的导体棒ab ,垂直放在相距为l 的平行光滑金属轨道上.导轨平面与水平面的夹角为θ,并处于磁感应强度大小为B 、方向垂直与导轨平面向上的匀强磁场中,左侧是水平放置、间距为d 的平行金属板,R 和R x 分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值,不计其他电阻.(1)调节R x =R ,释放导体棒,当棒沿导轨匀速下滑时,求通过棒的电流I 及棒的速率v .(2)改变R x ,待棒沿导轨再次匀速下滑后,将质量为m 、带电量为+q 的微粒水平射入金属板间,若它能匀速通过,求此时的R x.解析:(1)当R x =R 棒沿导轨匀速下滑时,由平衡条件sin Mg F θ=安培力F BIl =解得sin Mg I Blθ=感应电动势E Blv =电流2E I R= 解得 222sin MgR v B l θ= (2)微粒水平射入金属板间,能匀速通过,由平衡条件U mg qd = 棒沿导轨匀速,由平衡条件1sin Mg BI l θ=金属板间电压1x U I R = 解得sin x mldB R Mq θ= 9.(2012上海卷).(14分)如图,质量为M 的足够长金属导轨abcd 放在光滑的绝缘水平面上.一电阻不计,质量为m 的导体棒PQ 放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PQbc 构成矩形.棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于水平面的立柱.导轨bc 段长为L ,开始时PQ 左侧导轨的总电阻为R ,右侧导轨单位长度的电阻为R 0.以ef 为界,其左侧匀强磁场方向竖直向上,右侧匀强磁场水平向左,磁感应强度大小均为B .在t =0时,一水平向左的拉力F 垂直作用于导轨的bc 边上,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度为a .(1)求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式;(2)经过多少时间拉力F 达到最大值,拉力F 的最大值为多少?(3)某一过程中回路产生的焦耳热为Q ,导轨克服摩擦力做功为W ,求导轨动能的增加量.解析:(1)感应电动势为E =BLv ,导轨做初速为零的匀加速运动,v =at ,E =BLat ,s =at 2/2,感应电流的表达式为I =BLv /R 总=BLat /(R +2R 0⨯at 2/2)=BLat /(R +R 0at 2),(2)导轨受安培力F A =BIL =B 2L 2at /(R +R 0at 2),摩擦力为F f =μF N =μ(mg +BIL )=μ[mg +B 2L 2at /(R +R 0at 2)],由牛顿定律F -F A -F f =Ma ,F =Ma +F A +F f =Ma +μmg +(1+μ)B 2L 2at /(R +R 0at 2),上式中当R /t =R 0at 即t =a RR 0时外力F 取最大值,F max =Ma +μmg +12(1+μ)B 2L 2a RR 0, (3)设此过程中导轨运动距离为s ,由动能定理W 合=∆E k ,摩擦力为F f =μ(mg +F A ),摩擦力做功为W =μmgs +μW A =μmgs +μQ ,s =W -μQ μmg ,∆E k =Mas =Ma μmg(W -μQ ),10.(2012江苏卷).某兴趣小组设计一种发电装置,如图所示,在磁极与圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为49p ,磁场均沿半径方向,匝数为N 的矩形线圈abcd 边长ab =cd =l 、bc =ad =2l ,线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动,bc 与ad 边同时进入磁场,在磁场中,两条边的经过处的磁感应强度大小均为B ,方向始终与两条边的运动方向垂直,线圈的总电阻为r ,外接电阻为R ,求(1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小E m(2)线圈切割磁感线时,bc 边所受安培力的大小F(3)外接电阻上电流的有效值I解析:(1)bc 、ad 边的运动速度2l v ω= , 感应电动势NBlv E m 4=,解得ω22NBl E m =. (2)电流Rr E I m m +=, 安培力 l NBI F m 2=,解得 R r l B N F +=ω3224. (3)一个周期内,通电时间T t 94=,R 上消耗的电能Rt I W m 2=,且RT I W 2= 解得)(342R r NBl I +=ω. 11.(2012海南卷).如图,ab 和cd 是两条竖直放置的长直光滑金属导轨,MN 和''M N 是两根用细线连接的金属杆,其质量分别为m 和2m.竖直向上的外力F 作用在杆MN 上,使两杆水平静止,并刚好与导轨接触;两杆的总电阻为R ,导轨间距为l .整个装置处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向与导轨所在平面垂直.导轨电阻可忽略,重力加速度为g.在t=0时刻将细线烧断,保持F 不变,金属杆和导轨始终接触良好.求(1)细线少断后,任意时刻两杆运动的速度之比;(2)两杆分别达到的最大速度.§解析:设某时刻MN 和''M N 速度分别为v 1、v 2.(1)MN 和''M N 动量守恒:mv 1-2mv 2=0 求出:122v v =① (2)当MN 和''M N 的加速度为零时,速度最大 对''M N 受力平衡:BIl mg = ② E I R =③ 12E Blv blv =+④由①——④得:12223mgR v B l =、2223mgR v B l =。