高考物理二轮复习电磁感应和电路专题十三电磁感应课件（52页PPT）

(共52张PPT)
专题十三　电磁感应
[专题复习定位]
1．对楞次定律和法拉第电磁感应定律的理解及应用。　2.熟练应用动力学和能量观点分析并解决电磁感应问题。　3.综合应用动力学、动量和能量的观点分析电磁感应问题。
高考真题再现
命题点1　两个定律的应用　自感　涡流
1．(2025·河南卷，T5)如图所示，一金属薄片在力F作用下自左向右从两磁极之间通过。当金属薄片中心运动到N极的正下方时，沿N极到S极的方向看，下列图中能够正确描述金属薄片内涡电流绕行方向的是(　　)
√
解析：金属薄片中心运动到N极正下方时，穿过金属薄片的磁场竖直向下，金属薄片向右运动，通过金属薄片右半部分的磁场正在减弱，所以右侧涡电流产生的磁场向下，由安培定则判断可知涡电流为顺时针方向(俯视)，通过金属薄片左半部分的磁场正在增强，所以左侧涡电流产生的磁场向上，由安培定则判断可知涡电流为逆时针方向(俯视)，C正确。
√
√
解析：t＝0时线框的af边切割磁感线，根据右手定则可知电流方向为abcdefa，感应电动势E1＝Blv＝Bl2ω，A、B正确；
3．(2025·陕晋青宁卷，T6)电磁压缩法是当前产生超强磁场的主要方法之一，其原理如图所示，在钢制线圈内同轴放置可压缩的铜环，其内已“注入”一个初级磁场，当钢制线圈与电容器组接通时，在极短时间内钢制线圈中的电流从零增加到几兆安培，铜环迅速向内压缩，使初级磁场的磁感线被“浓缩”，在直径为几毫米的铜环区域内磁感应强度可达几百特斯拉。此过程，铜环中的感应电流
(　　)
A．与钢制线圈中的电流大小几乎相等且方向相同
B．与钢制线圈中的电流大小几乎相等且方向相反
C．远小于钢制线圈中的电流大小且方向相同
D．远小于钢制线圈中的电流大小且方向相反
√
解析：当钢制线圈与电容器组接通时，钢制线圈中产生迅速增大的电流，即在线圈里产生迅速增强的磁场，由法拉第电磁感应定律和楞次定律知，铜环中产生很大的感应电流，且方向与钢制线圈中电流方向相反，大小几乎相等，阻碍钢环内磁通量的变化，且F＝BIL，只有电流I很大，铜环才能迅速压缩，故B符合题意。
命题点2　电磁感应的综合问题
4．(2024·广东卷，T4)电磁俘能器可在汽车发动机振动时利用电磁感应发电实现能量回收，结构如图甲所示。两对永磁铁可随发动机一起上下振动，每对永磁铁间有水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。磁场中，边长为L的正方形线圈竖直固定在减震装置上。某时刻磁场分布与线圈位置如图乙所示，永磁铁振动时磁场分界线不会离开线圈。关于图乙中的线圈，下列说法正确的是(　　)
A．穿过线圈的磁通量为BL2
B．永磁铁相对线圈上升越高，线圈中感应电动势越大
C．永磁铁相对线圈上升越快，线圈中感应电动势越小
D．永磁铁相对线圈下降时，线圈中感应电流的方向为顺时针方向
√
解析：根据题图乙可知此时穿过线圈的磁通量为0，故A错误；
根据法拉第电磁感应定律可知永磁铁相对线圈上升越快，磁通量变化越快，线圈中感应电动势越大，故B、C错误；
永磁铁相对线圈下降时，根据安培定则可知线圈中感应电流的方向为顺时针方向，故D正确。
√
(1)t＝0时线框所受的安培力F；
(2)t＝1.2τ时穿过线框的磁通量Φ的大小；
答案：0.3B0h2
(3)2τ～3τ时间内，线框中产生的热量Q。
题型分类讲练
题型一　两个定律的应用
考向1　电磁感应现象和楞次定律
1．阻碍磁通量的变化(增反减同)。
2．阻碍物体间的相对运动(来拒去留)。
3．使线圈面积有扩大或缩小的趋势(增缩减扩)。
4．阻碍原电流的变化(自感现象)。
新型交通信号灯，如图所示，在交通信号灯前方路面埋设通电线圈，这个包含线圈的传感器电路与交通信号灯的时间控制电路连接，当车辆通过线圈上方的路面时，会引起线圈中电流的变化，系统根据电流变化的情况确定信号灯亮的时间长短，下列说法正确的是(　　)
A.汽车经过线圈会产生感应电流
B．汽车通过线圈时，线圈激发的磁场不变
C.若线圈断了，则系统依然能检测到汽车通过的电流信息
D．线圈中的电流是由汽车通过线圈时发生电磁感应引起的
√
解析：汽车上大部分是金属，汽车经过线圈时会引起线圈磁通量的变化，从而产生电磁感应现象，产生感应电流，故A正确；
汽车通过线圈时，线圈由于电磁感应使自身电流发生变化，激发的磁场也发生变化，故B错误；
若线圈断了，则没有闭合回路，系统不能检测到汽车通过的电流信息，故C错误；
线圈本身就是通电线圈，线圈中的电流不是汽车通过线圈时发生电磁感应引起的，汽车通过线圈时产生的电磁感应现象只是引起线圈中电流的变化，故D错误。
(多选)(2025·深圳市南山区期末统考)一种电磁波接收器结构简化后如图甲所示，已知螺线管匝数n＝1 000匝，横截面积S＝10 cm2，螺线管导线电阻r＝1 Ω，电阻R＝9 Ω，若磁感应强度B的Bt图像如图乙所示(以向右为正方向)，则(　　)
A．感应电动势为0.6 V
B．感应电流大小为0.6 A
C．电阻R两端的电压为6 V
D．前1 s内，通过R的感应电流方向为从C到A
√
√
电阻R两端的电压U＝IR＝5.4 V，故C错误；
根据楞次定律可知，前1 s内感应电流的方向为从C点通过R流向A点，故D正确。
(多选)(2025·珠海市等三地一模)学生常用的饭卡内部结构由线圈和芯片组成。如图所示，当饭卡处于感应区域时，刷卡机会激发变化的磁场，在饭卡内线圈中产生感应电流驱动芯片工作。已知线圈面积为S，共n匝，某次刷卡时，线圈全部处于磁场区域内，且垂直于线圈平面向外的磁场在t0时间内，磁感应强度由0均匀增大到B0，在此过程中(　　)
√
√
√
解析：线圈中磁通量的最大值Φ＝B0S，故A错误；
通过线圈的磁通量增大，由楞次定律可知线圈中感应电流的磁场方向垂直于线圈平面向里，由安培定则可知线圈中产生感应电流沿A—B—C—D—A方向，故B正确；
通过线圈的磁通量增大，线圈面积有缩小的趋势，阻碍磁通量的变化，故C正确；
(2025·广州市一模)某发电机的结构简化如图，N、S是永磁铁的磁极，M是圆柱形铁芯，磁极与铁芯之间的缝隙形成沿半径方向的磁场。铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕M中心的固定转轴匀速转动。若从图示位置开始计时，取此时线圈中的电动势为正值，则在一个周期内感应电动势e随时间t变化的图像是(　　)
√
解析：线圈匀速转动，两杆切割磁感线的线速度大小保持不变，根据磁感线的分布可知，线圈转动过程中两杆所处位置的磁感应强度大小也保持不变，根据E＝BLv可知，产生的感应电动势大小保持不变，故C、D错误；
从题图位置转动90°后，两杆所处位置磁感应强度方向变化，因此产生的电动势方向也会变化，故B错误；
接下来每转动180°后，两杆所处位置磁感应强度方向都会发生变化，则产生的电动势方向随之变化，故A正确。
某精密电子器件防撞装置如图所示，电子器件T和滑轨PQNM固定在一起，总质量为m1，滑轨内置匀强磁场的磁感应强度为B。受撞滑块K套在PQ、MN滑轨内，滑块K上嵌有闭合线圈abcd，线圈abcd总电阻为R，匝数为n，bc边长为L，滑块K(含线圈)质量为m2，设T、K一起在光滑水平面上以速度v0向左运动，K与固定在水平面上的障碍物C相撞后速度立即变为零。不计滑块与滑轨间的摩擦作用，ab大于滑轨长度，对于碰撞后到电子器件T停下的过程(线圈bc边与器件T未接触)，下列说法正确的是(　　)
√
题型二　电磁感应中的动力学问题
1．三个分析
(1)“源”的分析——分析电路中由电磁感应所产生的“电源”，求出电源参数E和r。
(2)“路”的分析——分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力。
(3)“力”的分析——分析研究对象(通常是金属棒、导体、线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力。接着进行“运动状态”的分析——根据力和运动的关系，建立正确的运动模型。
2．解题思路
(1)找准主动运动者，用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感应电动势的大小和方向。
(2)根据等效电路图，求解回路中电流的大小及方向。
(3)分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响，从而推理得出对电路中的电流有什么影响，最后定性分析导体棒的最终运动情况。
(4)列牛顿第二定律或平衡方程求解。
考向1　导体棒(框)的动力学问题
　 (2025·黑吉辽蒙卷，T14)如图(a)，固定在光滑绝缘水平面上的单匝正方形导体框abcd，置于始终竖直向下的匀强磁场中，ad边与磁场边界平行，ab边中点位于磁场边界。已知导体框的质量m＝1 kg，电阻R＝0.5 Ω，边长L＝1 m。磁感应强度B随时间t连续变化，0～1 s内Bt图像如图(b)所示。导体框中的感应电流I与时间t关系图像如图(c)所示，其中0～1 s内的图像未画出，规定顺时针方向为电流正方向。
(1)求t＝0.5 s时ad边受到的安培力大小F。
答案：0.015 N　
(2)在图(b)中画出1 s到2 s内Bt图像(无需写出计算过程)。
解析：由楞次定律和安培定则可知，0到1 s过程中，导体框中的电流沿顺时针方向为正，由题图(c)可知1 s到2 s过程导体框中的电流沿逆时针方向、大小为0.2 A，故磁场方向不变，磁感应强度应均匀增大，斜率是0到1 s时图线斜率的绝对值的2倍，Bt图像如图所示。
答案：图像见解析　
(3)从t＝2 s开始，磁场不再随时间变化，之后导体框解除固定，给导体框一个向右的初速度v0＝0.1 m/s，求ad边离开磁场时的速度大小v1。
答案：0.01 m/s
考向2　连接体的动力学问题
　 近年来电动汽车越来越普及，有的电动汽车动力来源于直流电机。直流电机工作原理可简化如图所示：在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，两光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，间距为L，两轨间接一电动势恒为E、内阻恒为r的直流电源。质量为m的导体棒ab垂直于导轨静置于导轨上，接入电路部分的有效电阻为R，电路其余部分电阻不计。一根不可伸长的轻绳两端分别连接在导体棒的中央和水平地面上质量为M的物块上，绳与水平面平行且始终处于伸直状态。已知物块与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，闭合开关S，物块即刻开始加速。
(1)求S刚闭合瞬间物块加速度的大小(设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力)。
(2)当导体棒向右运动的速度为v时，求流经导体棒的电流。
(3)求物块运动中最大速度的大小。
题型三　电磁感应中的动力学和能量问题
1．焦耳热Q的三种求法
(1)焦耳定律：Q＝I2Rt。
(2)功能关系：Q＝W克服安培力。
(3)能量转化：Q＝ΔE其他能量的减少量。
2．用到的物理规律
匀变速直线运动规律、牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等。
(2025·福建卷，T16)光滑斜面倾角θ＝30°，Ⅰ区域与Ⅱ区域均存在垂直于斜面向外的匀强磁场，两区域磁感应强度大小相等。正方形线框abcd质量为m，总电阻为R，由同种材料制成且粗细均匀，Ⅰ区域长为L1，Ⅱ区域长为L2，两区域间无磁场的区域长度大于线框边长。线框从某一位置释放，从cd边进入Ⅰ区域到ab边离开Ⅰ区域的过程中速度均为v，cd边进入Ⅱ区域时的速度和ab边离开Ⅱ区域时的速度一致。
(1)求线框释放时cd边与Ⅰ区域上边缘的距离。
(2)求cd边进入Ⅰ区域时cd边两端的电势差。
(3)求线框从进入Ⅱ区域到完全离开过程中克服安培力做功的平均功率。
(2025·江苏卷，T15)圆筒式磁力耦合器由内转子、外转子两部分组成，工作原理如图甲所示。内、外转子可绕中心轴OO′转动，外转子半径为r1，由四个相同的单匝线圈紧密围成，每个线圈的电阻均为R，直边的长度均为L，与轴线平行。内转子半径为r2，由四个形状相同的永磁体组成，磁体产生径向磁场，线圈处的磁感应强度大小均为B。外转子始终以角速度ω0匀速转动，某时刻线圈abcd的直边ab与cd处的磁场方向如图乙所示。
(1)若内转子固定，求ab边产生感应电动势的大小E。
解析：ab边所处磁场区域的磁感应强度大小为B，则E＝BLv
其中v＝ω0r1
解得E＝BLω0r1。
答案：BLω0r1　
(2)若内转子固定，求外转子转动一周，线圈abcd产生的焦耳热Q。
(3)若内转子不固定，外转子带动内转子匀速转动，此时线圈中感应电流为I，求线圈abcd中电流的周期T。