高考物理二轮复习专题四电路与电磁感应第10讲电磁感应课件（68页PPT）

(共68张PPT)
第10讲　电磁感应
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问题。
目标
要求
考点1
楞次定律　法拉第电磁感应定律
1．判定感应电流方向
(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．楞次定律推论的应用技巧
(1)“增反减同”；(2)“来拒去留”；(3)“增缩减扩”；(4)“增离减靠”。
考向1　感应电流方向的判断
　(2025·河南卷，5)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：C　根据题图可知，沿N极到S极的方向看，穿过金属薄片的磁场方向垂直纸面向里，则磁通量垂直纸面向里，又金属薄片中心向右运动到N极的正下方时，通过薄片右半边的磁通量在减小，通过薄片左半边的磁通量在增多，由楞次定律可知，右侧涡流产生的磁场方向垂直纸面向里，左侧涡流产生的磁场方向垂直纸面向外，所以由安培定则可知，右侧涡流沿顺时针方向，左侧涡流沿逆时针方向，C正确。
考向2　感生电动势问题
　(2024·广东卷，4)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
考向3　动生电动势问题
　(多选)(2025·广东卷，9)如图是一种精确测量质量的装置原理示意图，竖直平面内，质量恒为M的称重框架由托盘和矩形线圈组成。线圈的一边始终处于垂直线圈平面的匀强磁场中，磁感应强度不变。测量分两个步骤，步骤①：托盘内放置待测物块，其质量用m表示，线圈中通大小为I的电流，使称重框架受力平衡；步骤②：线圈处于断开状态，取下物块，保持线圈不动，磁场以速率v匀速向下运动，测得线圈中感应电动势为E。利用上述测量结果可得出m的值，重力加速度为g。下列说法正确的有(　　)
1．电磁感应中常见的图像
常见的有磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、速度、安培力等随时间或位移的变化图像。
考点2
电磁感应中的图像问题
2．解答此类问题的两个常用方法
(1)排除法：定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化情况，把握三个关注，快速排除错误的选项。
(2)函数关系法：根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系，再对图像作出判断，这种方法得到的结果准确、详细，但不够简捷。
考向1　电磁感应中的图像选取问题
　(2025·广东惠州二调)如图所示，匀强磁场垂直于倾斜的光滑平行金属导轨所在平面，导轨下端连接一个定值电阻，导轨电阻不计，一根金属棒以初速度v0紧贴着导轨向上运动，从出发到运动至最高过程中，用a、v、I、F分别表示金属棒的加速度、速度、电流和所受安培力的大小，t为运动时间，下列图像可能正确的是(　　)
B
考向2　根据已知情境选择或判断有关图像
(多选)(2024·全国甲卷，21)如图，一绝缘细绳跨过两个在同一竖直面(纸面)内的光滑定滑轮，绳的一端连接一矩形金属线框，另一端连接一物块。线框与左侧滑轮之间的虚线区域内有方向垂直纸面的匀强磁场，磁场上下边界水平。在t＝0时刻线框的上边框以不同的初速度从磁场下方进入磁场。运动过程中，线框始终在纸面内且上下边框保持水平。以向上为速度的正方向，下列线框的速度v随时间t变化的图像中可能正确的是(　　)
AC
考点3
电磁感应定律中的动力学与能量问题
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)。
考向1　电磁感应中的动力学问题
　(2025·广东广州三模)如图所示，质量为m＝1.0 kg的足够长“ ”形金属导轨abcd放在倾角为θ＝37°的光滑绝缘斜面上，导轨宽度L＝1 m，bc段电阻为r＝2 Ω，其余段电阻不计。另一电阻为R＝3 Ω、质量为M＝1.5 kg的导体棒PQ放置在导轨上，与导轨接触良好，PbcQ构成矩形。棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.4，在沿斜面的方向上，棒的下侧有两个固定于斜面的光滑立柱。以ef为界，其下侧匀强磁场垂直斜面向上，上侧匀强磁场方向沿斜面向上，两区域的磁感应强度大小相等。设导体棒PQ与导轨之间的弹力为FN。不考虑感应电流的磁场，sin 37°＝0.6，重力加速度g取10 m/s2。
(1)若将金属导轨由静止释放，请通过计算说明在导轨运动过程中FN可否为0；
(2)若在导轨的bc段中点施加一沿斜面向下的力F作用，使导轨由静止开始做匀变速直线运动，且F与导轨运动速度v的关系为F＝0.48v＋2.8(N)，试求对应的磁感应强度大小，并求出从初状态到FN＝0的过程经历的时间。
解析：(1)金属导轨由静止释放后，做加速度减小的加速运动达到最大速度时，受到的安培力为F安，对导轨受力分析mg sin θ＝μFN＋F安
导体棒PQ受的安培力垂直斜面向上，大小也为F安，对导体棒受力分析FN＝Mg cos θ－F安
求得F安＝2FN
Mg cos θ＝12FN>F安
故在导轨运动过程中FN不能为0。
考向2　电磁感应中的能量问题
　 (2025·江苏卷，15)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1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2所示。
(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。
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(建议用时：50分钟　满分：78分)
(选择题1～6题每题4分，7～9题每题6分，共42分)
[保分练——重基础]
1．(2025·广东广州毕业班综合测试)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，在一个周期内感应电动势e随时间t变化的图像是(　　)
限时规范
训练(十一)
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2．(2025·广东广州毕业班综合测试)如图(a)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(a)中右侧线圈，图(a)中右侧传感器所记录的B1-t图像如图(b)，则该过程左侧传感器所记录的B2-t图像可能为(　　)
B
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解析：B　感应电流产生的磁场要阻碍原磁场磁通量的变化，但不能阻止其变化，因此磁铁S极靠近右侧线圈时，通过右侧线圈的磁通量向上增大，结合题图(b)可知，磁场向上为正，根据楞次定律结合安培定则可知，右侧线圈中电流为顺时针方向(俯视)，则左侧线圈中电流也为顺时针方向(俯视)，感应电流产生的磁场向下，为负；磁铁S极远离右侧线圈
时，通过右侧线圈的磁通量向上减小，根据楞次定律结合安培定则可知，右侧线圈中电流为逆时针方向(俯视)，则左侧线圈中电流也为逆时针方向(俯视)，感应电流产生的磁场向上，为正。综上所述，图像B正确。
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3．(2025·广东六校联考)新能源汽车无线充电技术的优点包括安全可靠、充电场地的空间利用率高、智能化程度高、维护和管理方便等。某国产品牌汽车无线充电装置，供电线圈固定在地面，受电线圈固定在汽车底盘上，当两个线圈靠近时可实现无线充电，其工作原理如图所示。某课外学习小组查阅资料得知，当输入端ab接上380 V正弦交流电后，电池系统cd端的电压为600 V，电池系统的电流为20 A。若不计线圈及导线电阻，下列说法正确的是(　　)
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A．为保护受电线圈不受损坏，可以在车底板加装金属护板
B．若输入端ab接上380 V恒压直流电，也能正常充电
C．供电线圈和受电线圈匝数比可能为1∶2
D．ab端的输入功率等于12 kW
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即P入＝P出＝600 V×20 A＝12 kW，由于输入端ab后有电阻消耗电能，则输入端ab的输入功率大于12 kW，D错误。
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4．(2025·广东学业水平模拟)如图是某种明暗交替的警示灯装置，磁铁可在水平方向做周期性往复运动。磁铁左右相同高度处固定有直径相同，但匝数不同的两个线圈。不考虑线圈间的互感，则磁铁左右运动过程中
(　　)
A．两个线圈中产生交变电流的周期不同
B．两个线圈中的磁通量始终相同
C．两个线圈中感应电动势的大小始终相同
D．两个线圈对磁铁的作用力方向始终相同
D
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5．(多选)(2025·广东佛山模拟)如图所示，平面内有一外、内直径分别为D1和D2的环形区域，以直径AD为分界，左、右半环形区域内分别有垂直于平面向里和向外的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。直径为D1、电阻不计的两个半圆形金属框，置于环形区域的外圆处，并在A、D两处分别用长度可忽略的绝缘材料连接。金属框的
C、E两点间连有一阻值为R的电阻，一长度为D1、电阻为r的导体棒ef过圆心O放置于金属框上，并绕过O点的转轴以角速度ω顺时针匀速转动，转动过程其两端与金属框接触良好。当导体棒转至图中位置时，下列说法正确的是(　　)
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6．(2025·广东茂名一模)图甲为工程师设计的传送带测速装置，图乙为其简化原理图，该测速装置固定有间距为L、长度为d的平行金属电极，电极间存在着磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和阻值为R的电阻，测速装置上的绝缘橡胶带嵌有间距均为d的平行细金属条，金属条阻值为r且在电极间运动时始终与电极接触良好，橡胶带运动时磁场中始终有且仅有一根金属条，不计金属电极和其余导线的电阻，电压表可视为理想电表。下列说法正确的是(　　)
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[争分练——重技能]
7．(多选)(2025·广东韶关模拟)电磁制动是一种利用电磁感应产生的电磁力来制动的技术，广泛应用于各种机械设备中。为探究电磁制动的效果，某同学设计了一款电磁阻尼器，其电磁制动系统核心部分简化原理图如图所示。该阻尼器由绝缘滑动杆及固定在杆上的多个相互紧靠且绝缘的相同矩形线圈组成。每个矩形线圈匝数均为n，电阻均为R，其中ab边长为L1，ad边长为L2。该阻尼器在光滑水平面上以初速度v0向右进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场中，阻尼器质量为m。则(　　)
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8．(2025·广东汕头模拟)如图所示，铁芯左边悬挂一个轻质金属环，铁芯上有两个线圈M和P，线圈M和电源、开关、热敏电阻RT相连，线圈P与电流表相连。已知热敏电阻RT的阻值随温度的升高而减小，保持开关闭合，下列说法正确的是(　　)
A.当温度升高时，金属环向左摆动
B．当温度不变时，电流表示数不为0
C．当电流从a经电流表到b时，可知温度降低
D．当电流表示数增大时，可知温度升高
A
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解析：A　保持开关闭合，当温度升高时，热敏电阻RT的阻值减小，电流增大，由安培定则可得电流产生的磁场方向向右穿过线圈，如图所示。穿过金属环的磁通量向右增大，由楞次定律和安培定则可得穿过金属环的感应电流I3的方向，金属环在原磁场中受安培力作用，由左手定则可知，金属环有缩小的趋势，向左摆动，A正确。当温度不变时，电流不变，穿过线圈P的磁通量不变，无感应电流产生，电流表示数为0，B错误。当电流从a经电流表到b时，可知感应电流产生的磁场水平向左，与原磁场方向相反，根据楞次定律知原磁场的磁通量增大，故电流增大，
RT的阻值减小，说明温度升高，C错误。当电流表示数增大，根据法拉第电磁感应定律知，穿过线圈的磁通量的变化率增大，故电流的变化率变大，RT的阻值变化得快，温度变化得快，D错误。
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9．(多选)(2025·广东深圳一模)如图是一种电动汽车能量回收系统简化结构图。行驶过程，电动机驱动车轮转动。制动过程，电动机用作发电机给电池充电，进行能量回收，这种方式叫“再生制动”。某电动汽车4个车轮都采用轮毂电机驱动，轮毂电机内由固定在转子上的强磁铁形成方向交替的等宽辐向磁场，可视为线圈处于方向交替的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。正方形线圈固定在定子上，边长与磁场宽度相等均为L，每组线圈匝数均为N1，每个轮毂上有N2组线圈，4个车轮上的线圈串联后通过换向器(未画出)与动力电池连接。已知某次开始制动时线圈相对磁场速率为v，回路总电阻为R，下列说法正确的有(　　)
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10．(10分)(2025·广东广州毕业班综合测试)如图甲，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，水平面内有两段均以O为圆心的半圆导轨P1K1和P2K2，半径分别为L和2L，P1P2用长为L的导线连接，两根足够长的竖直导轨上端分别连接O点和K2点。导体棒a一端在O点，绕O以角速度ω逆时针匀速转动，导体棒b可沿竖直导轨运动，a和b长度均为2L，始终保持水平。t＝0时，a处于K1K2位置，同时由静止释放b，此后a每次回到K1K2位置时，b的速度均恰好为零。已知导体棒运动过程中与导轨接触良好，a和b粗细均匀、质量均为m、电阻均为2R，其他电阻不计，滑动摩擦力等于最大静摩擦力，重力加速度为g。
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(1)在图乙中画出a转动一圈过程中，回路电流i随时间t变化的图像(写出计算过程)；
(2)求b与竖直导轨间的动摩擦因数。
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11．(12分)(2025·广东佛山模拟)如图所示，质量为m、边长为L、总电阻为R的单匝正方形线框abcd能在两竖直光滑绝缘轨道间滑行，导轨间存在两个直径为L的相切的圆形区域磁场(AB和EF分别为两圆与轨道垂直的直径)，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直轨道平面向外和向内。线框从图中位置(ab边与磁场上边界相切)静止释放，线框ab边滑至EF处时加速度为零。重力加速度为g，求：
(1) ab边滑至EF处时，线框的电流大小I及速度大小v；
(2)ab边由静止滑至EF处的过程中，线框产生的焦耳热Q；
(3)ab边由静止滑至CD处的过程中，流过线框某一横截面的电荷量q。
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(1)电子经直线加速器加速n次后的速率；
(2)电子在感应加速器中加速第1周的切向加速度大小和加速第10周后的速度大小；
(3)真空室内磁场的磁感应强度B2随时间t变化的表达式(从电子刚射入感应加速器时开始计时)。
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