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2023届新高考二轮复习 电磁感应专题第3讲 电磁感应的综合应用 课件
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这是一份2023届新高考二轮复习 电磁感应专题第3讲 电磁感应的综合应用 课件，共56页。PPT课件主要包含了知识点1，电磁感应中的电路问题，磁通量，金属棒的ab部分，逆时针，aOb，知识点2，知识点3，电磁感应中的能量问题，机械能等内容，欢迎下载使用。
1 知识梳理·双基自测
1．电源：切割磁感线运动的导体或_________发生变化的回路相当于电源。2．电流：电路闭合时的电流I可由欧姆定律求出，I＝_____，路端电压U＝_____＝E－Ir。3．电势：在外电路中，电流由_____电势流向_____电势；在内电路中，电流由_____电势流向_____电势。
思考：如图所示，MON是固定导轨，金属棒与导轨接触良好，在拉力F作用下向右运动。(1)图中电路相当于电源的部分是_________________。(2)闭合电路中的感应电流方向沿_________方向。(3)路端电压是闭合电路外电路的电压，等于该图中______部分电路的电压。
电磁感应中的动力学问题
2．安培力的方向(1)用左手定则判断：先用_______定则判断感应电流的方向，再用左手定则判定安培力的方向。(2)用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方向_______(选填“相同”或“相反”)。
1．能量转化：感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力做功，将_________转化为_______，电流做功再将电能转化为___________的能。2．转化实质：电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能与_______之间的转化。
一、堵点疏通1．在电磁感应电路中，产生电流的那部分导体相当于电源。( )2．安培力做正功的过程是将电能转化为机械能的过程。( )3．物体克服安培力做功的过程是将其他形式的能量转化为电能的过程。( )
二、对点激活1．如图所示，光滑水平面内有一正方形导体线框abcd，置于垂直水平面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框的ab边平行磁场边界MN，线框以垂直于MN的速度v匀速进入磁场，线框进入磁场过程中，产生的焦耳热为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1，若线框以速度2v匀速进入磁场，进入磁场过程中，产生的焦耳热为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则下列选项正确的是( )A．Q2＝2Q1，q2＝2q1 B．Q2＝2Q1，q2＝q1C．Q2＝Q1，q2＝q1 D．Q2＝4Q1，q2＝2q1
2．如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长la＝3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则( )A．两线圈内产生顺时针方向的感应电流B．a、b线圈中感应电动势之比为9︰1C．a、b线圈中感应电流之比为3︰4D．a、b线圈中电功率之比为3︰1
2 核心考点·重点突破
1．题型简述借助图像考查电磁感应的规律，一直是高考的热点，此类题目一般分为两类：(1)由给定的电磁感应过程选出正确的图像；(2)由给定的图像分析电磁感应过程，定性或定量求解相应的物理量或推断出其他图像。常见的图像有B—t图、E—t图、i—t图、v—t图及F—t图等。
2．解题关键弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键。3．解题步骤(1)明确图像的种类，即是B—t图还是Φ—t图，或者E—t图、I—t图等；(2)分析电磁感应的具体过程；(3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系；
(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式；(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；(6)画图像或判断图像。
4．常用方法(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)。特别是分析物理量的正负，以排除错误的选项。(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进行分析和判断。
类型(一) 感生问题如图(甲)所示，一闭合圆形线圈水平放置，穿过它的竖直方向的匀强磁场磁感应强度随时间变化规律如图(乙)，规定B的方向以向上为正方向，感应电流以俯视顺时针的方向为正方向，在0～4t时间内感应电流随时间变化图像中正确的是( )
[解析] 在0～t内，B正向增大，感应电流方向为俯视顺时针方向，即电流方向为正；在t～2t内，B先正向减小后反向增大，同上分析，电流方向为负方向，且B的变化率为0～t内的2倍，电流大小变为2倍；在2t～3t内，B变化率为0，无感应电流；在3t～4t内，B负向减小，电流方向为正方向，故D项正确。
B—t、Φ—t图像的斜率表示感应电动势，斜率的大小表示电动势大小，斜率的正负表示电动势的方向，但斜率为正，并不表示电动势方向与B的正方向相同。
类型(二) 动生问题如图所示，在等腰直角三角形abc内存在垂直纸面向外的匀强磁场，三角形efg是与三角形abc形状相同的导线框，x轴是两个三角形的对称轴。现让导线框efg在纸面内沿x轴向右匀速穿过磁场，规定逆时针方向为电流的正方向，在导线框通过磁场的过程中，感应电流i随时间t的变化图像是( )
在电磁感应过程中，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，该导体或回路相当于电源。因此，电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起。解决此类问题的基本思想是将电磁感应问题转化为直流电路的分析与计算问题。基本思路：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向；(2)弄清电路结构，必要时画出等效电路图；(3)运用欧姆定律、串并联电路等规律求解路端电压、电功率等问题。
如图所示，间距L＝1 m的两根足够长的固定水平平行导轨间存在着匀强磁场，其磁感应强度大小B＝1 T、方向垂直于纸面向里，导轨上有一金属棒MN与导轨垂直且在水平拉力F作用下以v＝2 m/s的速度水平向左匀速运动。R1＝8 Ω，R2＝12 Ω，C＝6 μF，导轨和棒的电阻及一切摩擦均不计。开关S1，S2闭合，电路稳定后，求：(1)通过R2的电流I的大小和方向；(2)拉力F的大小；(3)开关S1切断后通过R2的电荷量Q。
(3)开关S1，S2闭合，电路稳定后，电容器所带电荷量Q1＝CIR2S1切断后，流过R2的电荷量Q等于电容器所带电荷量，即Q＝Q1 代入数据解得Q＝7.2×10－6C。[答案] (1)0.1 A b→a (2)0.1 N (3)7.2×10－6C
1．电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用，从而影响导体棒(或线圈)的受力情况和运动情况。1．导体的两种运动状态(1)导体的平衡状态——静止状态或匀速直线运动状态。(2)导体的非平衡状态——加速度不为零。
2．处理方法根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析。3．导体的运动分析流程
类型(一) 收尾状态为平衡态如图，光滑平行金属导轨间距为L，与水平面夹角为θ，两导轨上端用阻值为R的电阻相连，该装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面。质量为m的金属杆ab以沿导轨平面向上的初速度v0从导轨底端开始运动，然后又返回到出发位置。在运动过程中，ab与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g，不计ab和导轨的电阻及空气阻力。
(1)求ab开始运动时的加速度a；(2)分析并说明ab在整个运动过程中速度、加速度的变化情况。
类型(二) 收尾状态为非平衡态(2020·广西柳州一模)(多选)如图，两根足够长光滑平行金属导轨PP′、QQ′倾斜放置，倾角为θ，匀强磁场垂直于导轨平面，导轨的上端与水平放置的两金属板M、N相连，金属棒ab水平跨放在导轨上，下滑过程中与导轨接触良好。现由静止释放金属棒ab，假定电容器不会被击穿，忽略一切电阻，则下列说法正确的是( )A．金属棒ab下滑过程中M板电势高于N板电势B．金属棒ab匀加速下滑C．金属棒ab最终可能匀速下滑D．金属棒ab下滑过程中减少的重力势能等于其增加的动能
说明金属棒ab下滑时做加速度恒定的匀加速运动，选项B正确，C错误；金属棒ab下滑过程中减少的重力势能等于其增加的动能和电容器储存的电能之和，选项D错误。
(2019·北京卷，22)如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ad边与磁场边界平行。从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中，线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动，求：(1)感应电动势的大小E；(2)拉力做功的功率P；(3)ab边产生的焦耳热Q。
3 2年高考·1年模拟
1．(2020·课标Ⅰ，21)(多选)如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直。ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。经过一段时间后( )A．金属框的速度大小趋于恒定值B．金属框的加速度大小趋于恒定值C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值
2．(2020·山东，21)(多选)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，4 s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( )
1 知识梳理·双基自测
1．电源：切割磁感线运动的导体或_________发生变化的回路相当于电源。2．电流：电路闭合时的电流I可由欧姆定律求出，I＝_____，路端电压U＝_____＝E－Ir。3．电势：在外电路中，电流由_____电势流向_____电势；在内电路中，电流由_____电势流向_____电势。
思考：如图所示，MON是固定导轨，金属棒与导轨接触良好，在拉力F作用下向右运动。(1)图中电路相当于电源的部分是_________________。(2)闭合电路中的感应电流方向沿_________方向。(3)路端电压是闭合电路外电路的电压，等于该图中______部分电路的电压。
电磁感应中的动力学问题
2．安培力的方向(1)用左手定则判断：先用_______定则判断感应电流的方向，再用左手定则判定安培力的方向。(2)用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方向_______(选填“相同”或“相反”)。
1．能量转化：感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力做功，将_________转化为_______，电流做功再将电能转化为___________的能。2．转化实质：电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能与_______之间的转化。
一、堵点疏通1．在电磁感应电路中，产生电流的那部分导体相当于电源。( )2．安培力做正功的过程是将电能转化为机械能的过程。( )3．物体克服安培力做功的过程是将其他形式的能量转化为电能的过程。( )
二、对点激活1．如图所示，光滑水平面内有一正方形导体线框abcd，置于垂直水平面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框的ab边平行磁场边界MN，线框以垂直于MN的速度v匀速进入磁场，线框进入磁场过程中，产生的焦耳热为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1，若线框以速度2v匀速进入磁场，进入磁场过程中，产生的焦耳热为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则下列选项正确的是( )A．Q2＝2Q1，q2＝2q1 B．Q2＝2Q1，q2＝q1C．Q2＝Q1，q2＝q1 D．Q2＝4Q1，q2＝2q1
2．如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长la＝3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则( )A．两线圈内产生顺时针方向的感应电流B．a、b线圈中感应电动势之比为9︰1C．a、b线圈中感应电流之比为3︰4D．a、b线圈中电功率之比为3︰1
2 核心考点·重点突破
1．题型简述借助图像考查电磁感应的规律，一直是高考的热点，此类题目一般分为两类：(1)由给定的电磁感应过程选出正确的图像；(2)由给定的图像分析电磁感应过程，定性或定量求解相应的物理量或推断出其他图像。常见的图像有B—t图、E—t图、i—t图、v—t图及F—t图等。
2．解题关键弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键。3．解题步骤(1)明确图像的种类，即是B—t图还是Φ—t图，或者E—t图、I—t图等；(2)分析电磁感应的具体过程；(3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系；
(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式；(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；(6)画图像或判断图像。
4．常用方法(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)。特别是分析物理量的正负，以排除错误的选项。(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进行分析和判断。
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[解析] 在0～t内，B正向增大，感应电流方向为俯视顺时针方向，即电流方向为正；在t～2t内，B先正向减小后反向增大，同上分析，电流方向为负方向，且B的变化率为0～t内的2倍，电流大小变为2倍；在2t～3t内，B变化率为0，无感应电流；在3t～4t内，B负向减小，电流方向为正方向，故D项正确。
B—t、Φ—t图像的斜率表示感应电动势，斜率的大小表示电动势大小，斜率的正负表示电动势的方向，但斜率为正，并不表示电动势方向与B的正方向相同。
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如图所示，间距L＝1 m的两根足够长的固定水平平行导轨间存在着匀强磁场，其磁感应强度大小B＝1 T、方向垂直于纸面向里，导轨上有一金属棒MN与导轨垂直且在水平拉力F作用下以v＝2 m/s的速度水平向左匀速运动。R1＝8 Ω，R2＝12 Ω，C＝6 μF，导轨和棒的电阻及一切摩擦均不计。开关S1，S2闭合，电路稳定后，求：(1)通过R2的电流I的大小和方向；(2)拉力F的大小；(3)开关S1切断后通过R2的电荷量Q。
(3)开关S1，S2闭合，电路稳定后，电容器所带电荷量Q1＝CIR2S1切断后，流过R2的电荷量Q等于电容器所带电荷量，即Q＝Q1 代入数据解得Q＝7.2×10－6C。[答案] (1)0.1 A b→a (2)0.1 N (3)7.2×10－6C
1．电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用，从而影响导体棒(或线圈)的受力情况和运动情况。1．导体的两种运动状态(1)导体的平衡状态——静止状态或匀速直线运动状态。(2)导体的非平衡状态——加速度不为零。
2．处理方法根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析。3．导体的运动分析流程
类型(一) 收尾状态为平衡态如图，光滑平行金属导轨间距为L，与水平面夹角为θ，两导轨上端用阻值为R的电阻相连，该装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面。质量为m的金属杆ab以沿导轨平面向上的初速度v0从导轨底端开始运动，然后又返回到出发位置。在运动过程中，ab与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g，不计ab和导轨的电阻及空气阻力。
(1)求ab开始运动时的加速度a；(2)分析并说明ab在整个运动过程中速度、加速度的变化情况。
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说明金属棒ab下滑时做加速度恒定的匀加速运动，选项B正确，C错误；金属棒ab下滑过程中减少的重力势能等于其增加的动能和电容器储存的电能之和，选项D错误。
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3 2年高考·1年模拟
1．(2020·课标Ⅰ，21)(多选)如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直。ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。经过一段时间后( )A．金属框的速度大小趋于恒定值B．金属框的加速度大小趋于恒定值C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值
2．(2020·山东，21)(多选)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，4 s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( )
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