高考物理二轮复习专题四电路与电磁感应第11讲电磁感应课件（50页PPT）

(共50张PPT)
[复习目标]
1.熟练应用楞次定律与法拉第电磁感应定律解决问题。
2.会分析电磁感应中的图像问题。
3.会分析电磁感应中的动力学与能量问题。
1.感应电流(感应电动势)方向的判断方法
[例1]　(2025·河南卷)如图,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(　　)
C
解析　根据题意,当金属片中心运动到N极正下方时,薄片右侧的磁通量在减小,左侧磁通量在增加,由于两极间的磁场方向竖直向下,根据楞次定律可知,此时薄片右侧的涡电流方向为顺时针,薄片左侧的涡电流方向为逆时针,C正确。
AB
1.解决电磁感应中图像问题的“三个关注点”
2.解答图像问题的两种技巧
(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),特别是物理量的正负、图线中的特殊值等,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。
[例3]　(多选)如图所示,光滑平行金属导轨左端接一定值电阻R,水平置于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨上有一质量为m,电阻为R的导体棒ab以初速度v0向右运动,已知导体棒长度为d,导轨间距为L,导轨电阻不计,导体棒的瞬时速度为v,所受安培力大小为F,流过导体棒的电荷量为q,导体棒两端的电压为U,下列描述各物理量随时间t或位移x变化的图像正确的是(　　)
AC
[例4]　(2025·湖北十堰二模)如图甲所示,电阻不计、间距为0.5 m的光滑平行金属导轨竖直放置,上端连接阻值为3 Ω的定值电阻,虚线OO'下方存在垂直于导轨平面向里、磁感应强度大小为2 T的匀强磁场。现将电阻为1 Ω的金属杆ab从OO'上方某处由静止释放,金属杆ab下落过程中始终水平且与导轨接触良好,其速度大小v与下落时间t的关系图像如图乙所示,重力加速度大小g取10 m/s2。下列说法正确的是(　　)
D
A.金属杆进入磁场后a端的电势较高
B.金属杆进入磁场后产生的电功率为8 W
C.金属杆进入磁场后两端的电压为4 V
D.金属杆的质量为0.1 kg
解决电磁感应中图像问题的一般思路
(1)明确图像的种类,即明确是Φ-t图像、B-t图像、e-t图像还是i-t图像等。
(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有关方向的对应关系。
(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出有关函数关系。
(5)根据函数关系,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。
(6)画出对应图像或判断有关图像。
考向1　电磁感应中的电路问题
电磁感应中电路问题的解题流程
C
考向2　电磁感应中的动力学和能量问题
1.电磁感应综合问题的解题思路
2.求解焦耳热Q的三种方法
(1)焦耳定律:Q=I2Rt,适用于电流恒定的情况。
(2)功能关系:Q=W克安(W克安为克服安培力做的功)。
(3)能量转化:Q=ΔE(其他能的减少量)。
[例6]　(2025·四川卷)如图所示,长度均为s的两根光滑金属直导轨MN和PQ固定在水平绝缘桌面上,两者平行且相距l,M、P连线垂直于导轨,定滑轮位于N、Q连线中点正上方h处。MN和PQ单位长度的电阻均为r,M、P间连接一阻值为2sr的电阻。空间有垂直于桌面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。过定滑轮的不可伸长绝缘轻绳拉动质量为m、电阻不计的金属杆沿导轨向右做匀速直线运动,速度大小为v。零时刻,金属杆位于M、P连线处。金属杆在导轨上时与导轨始终垂直且接触良好,重力加速度大小为g。求:
[基础巩固练]
1.(2025·陕晋青宁卷)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(　　)
B
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
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　当线圈中电流从零增加时,其产生变化的磁场,由楞次定律可知,铜环中感应电流产生的磁场与线圈产生的磁场方向相反,磁感应强度大小几乎相等,由法拉第电磁感应定律和安培定则可知,铜环中的感应电流与钢制线圈中的电流大小几乎相等,且方向相反,B正确。
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
2.(2025·北京卷)绝缘的轻质弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁。将磁铁从弹簧原长位置由静止释放,磁铁开始振动,由于空气阻力的影响,振动最终停止。现将一个闭合铜线圈固定在磁铁正下方的桌面上(如图所示),仍将磁铁从弹簧原长位置由静止释放,振动最终也停止。则(　　)
A.有无线圈,磁铁经过相同的时间停止运动
B.磁铁靠近线圈时,线圈有扩张趋势
C.磁铁离线圈最近时,线圈受到的安培力最大
D.有无线圈,磁铁和弹簧组成的系统损失的机械能相同
D
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
解析　有线圈时,磁铁受到电磁阻尼的作用,振动更快停止,故A错误;根据楞次定律,磁铁靠近线圈时,线圈的磁通量增大,此时线圈有缩小的趋势,故B错误;磁铁离线圈最近时,此时磁铁与线圈的相对速度为零,感应电动势为零,感应电流为零,线圈受到的安培力为零,故C错误;根据平衡条件,无论有无线圈,最后磁铁静止后弹簧弹力均等于磁铁的重力,弹簧的伸长量相同,由于磁铁和弹簧组成的系统损失的机械能为磁铁减小的重力势能减去此时弹簧的弹性势能,故系统损失的机械能相同,故D正确。
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
3.(2025·广东广州二模)图甲为探究感应电流产生的磁场与原磁场变化关系的装置。将两个相同的线圈串联,两相同磁感应强度传感器探头分别伸入两线圈中心位置,且测量的磁场正方向设置相同。现用一条形磁铁先靠近、后远离图甲中右侧线圈,图甲中右侧传感器所记录的B1-t图像如图乙,则该过程左侧传感器所记录的B2-t图可能为(　　)
B
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
解析　条形磁铁靠近右侧线圈过程,右侧线圈中的磁感应强度方向竖直向上且增大,根据题图乙可知,正方向竖直向上,根据楞次定律可知,右侧线圈产生的感应电流方向为顺时针(俯视),则左侧线圈中的电流方向也为顺时针(俯视),根据右手螺旋定则可知,左侧线圈中的磁感应强度方向竖直向下;条形磁铁远离右侧线圈过程,磁场的变化与靠近过程相反,则感应电流方向也相反,进而左侧线圈的磁感应强度方向也相反,综上所述,左侧线圈的磁感应强度方向先负后正。故选B。
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4.(2024·湖南卷)如图所示,有一硬质导线Oabc,其中 是半径为R的半圆弧,b为圆弧的中点,直线段Oa长为R且垂直于直径ac。该导线在纸面内绕O点逆时针转动,导线始终在垂直纸面向里的匀强磁场中。则O、a、b、c各点电势关系为(　　)
A.φO>φa>φb>φc B.φO<φa<φb<φc
C.φO>φa>φb=φc D.φO<φa<φb=φc
C
11
1
2
3
5
6
7
8
9
10
5.(2025·安徽芜湖二模)用材料相同粗细均匀的导线做成如图所示的单匝线圈,线圈构成一个闭合回路。左侧小圆的半径为2d,中间大圆的半径为3d,右侧小圆的半径为d,左侧两圆连接处缺口的长度可忽略不计,右侧两圆错开相交连通(麻花状),将线圈固定在与线圈所在平面垂直的磁场中,磁感应强度大小为B=B0+kt,式中的B0和k为常量,则线圈中感应电动势的大小为(　　)
A.14πd2k B.12πd2k
C.6πd2k D.4πd2k
4
B
11
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
1
2
3
5
6
7
8
9
10
[能力提升练]
6.(多选)(2025·四川成都二模)电磁减震器是利用电磁感应原理制作的一种新型智能化汽车独立悬架系统。该减震器由绝缘滑动杆及固定在杆上的多个相互紧靠、绝缘的相同单匝矩形线圈组成,滑动杆及线圈的总质量m=0.5 kg,每个矩形线圈abcd电阻值R=0.1 Ω,ab边长L1=20 cm,bc边长L2=10 cm,该减震器在光滑水平面上以初速度v0=2 m/s向右进入范围足够大且方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小B=1.0 T。整个过程不考虑互感影响,下列说法正确的是(　　)
4
11
ABD
A.减震器刚进入磁场时,线圈abcd中电流大小I=4 A
B.线圈1恰好完全进入磁场时,减震器的速度大小v1=1.92 m/s
C.线圈1受到安培力冲量的大小比线圈2受到安培力冲量的大小大
D.要使减震器的速度减为零,至少需要25个线圈
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
1
2
3
5
6
7
8
9
10
7.(多选)(2025·江西南昌二模)如图所示,一实验小组利用传感器测量通电螺线管的磁场随时间变化的实验规律,测得螺线管的匝数为n=30匝、横截面积S=20 cm2,螺线管电阻r=1 Ω,与螺线管串联的外电阻R=5 Ω。穿过螺线管的磁场的方向如图甲所示,磁感应强度按图乙所示的规律变化(以磁场方向向左为正方向),则t=4 s时(　　)
4
11
AC
A.通过R的电流方向为N→M
B.通过R的电流为1 mA
C.R的电功率为2×10-5 W
D.螺线管两端M、N间的电势差UMN=10 mV
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
8.(多选)(2025·山西晋城二模)如图所示,电阻不计且间距为L的光滑平行金属导轨竖直放置,上端接有电阻R和电压传感器,整个装置处于垂直导轨平面向里的匀强磁场中。现将阻值为r的金属杆ab从图示位置由静止释放,并开始计时,金属杆在下落过程中与导轨保持良好接触且始终水平。则下列关于金属杆的加速度a和速度v,以及位置坐标x和电压传感器的示数u随时间t变化的关系图像中,大致正确的是(　　)
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
AD
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
9.(2025·天津二模)列车进站时,其刹车原理可简化如图所示,在车身下方固定一N匝闭合矩形线框abcd,利用线框进入磁场时所受的安培力,辅助列车刹车。已知列车的质量为m,车身长为s,线框的ab和cd长度均为L(L小于匀强磁场的宽度),线框的总电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长,磁感应强度的大小为B。车头的线框刚进入磁场的速度为v0,列车停止前所受铁轨阻力及空气阻力的合力恒为Ff。线框cd边刚进入磁场时,列车刚好停止。求:
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
10.(2025·江苏卷)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
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
(1)若内转子固定,求ab边产生感应电动势的大小E;
(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。
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11
[拓展培优练]
11.(多选)(2025·山东德州联考)如图甲所示,水平面上固定有足够长的平行导轨,导轨间距d=0.4 m,虚线O1O2垂直于导轨,O1O2左侧部分的导轨与电容C=2 mF的平行板电容器AB相连,且由不计电阻的光滑金属材料制成,O1O2右侧部分的导轨由粗糙的绝缘材料制成。将一质量m=0.1 kg、电阻不计的金属棒MN通过水平轻绳绕过光滑定滑轮与质量为2m的小物块相连,O1O2左侧处于方向竖直向下的匀强磁场中。t=0时刻,将垂直于导轨的金属棒MN由静止释放,金属棒在轻绳的拉动下开始运动,当金属棒MN越过虚线O1O2后,作出金属棒的v t图像如图乙所示。重力加速度大小g取10 m/s2,整个过程中电容器未被击穿,则下列分析正确的是(　　)
1
2
3
5
6
7
8
9
10
AC
4
11
A.电容器的A极板带正电
B.金属棒与绝缘材料间的动摩擦因数为0.25
C.金属棒的释放点到虚线O1O2的距离为2 m
D.匀强磁场的磁感应强度大小为2.5 T
1
2
3
5
6
7
8
9
10
4
11