高中物理选修3-2第四章电磁感应章末复习（共51张ppt）

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电磁感应章末复习
电磁感应
磁通量的概念
电磁感应现象
产生感应电流条件
感应电流的方向
(感应电动势的方向）
感应电动势（电流）的大小
自感、日光灯
法拉第电磁感应定律
自感电动势
日光灯
电路闭合
电路不闭合
楞次定律
右手定则
感生
动生
通路自感
断路自感
磁通量、电磁感应现象。楞次定律定律、右手定则
1.什么是磁通量，意义如何？“垂直”这一概念是如何用在磁通量上的，磁通量的计算公式如何？单位及物理意义？什么是合磁通，两种典型的合磁通是什么？它在本章中是如何应用的，磁通量的正负是什么意思？如何求解磁通量的变化？磁通量的变化有哪些因素引起？
2.课本图16-4、16-5、16-6的实验现象怎样，说明什么？为什么图16-6没有切割磁感线也可以产生感应电流。如何判断一个回路中是否产生感应电流？
3.如何判断感应电流的方向？楞次定律的内容是什么？应用楞次定律解题的四个步骤是什么？楞次定律是直接判断感应电流方向的吗？感应电流的效果总是要反抗（阻碍）一切产生感应电流的原因，产生感应电流有哪些？
4.楞次定律定律中“阻碍”是不是“阻止”为什么？
“阻碍”的是磁通量吗？“增反减同”
“来拒去留”是什么意思？
5.右手定则使用范围和内容怎样。它与左手定则有何区别？楞次定律定律和右手定则的关系。什么情况下用右手定则更方便？
一、磁通量、电磁感应现象。楞次定律定律、右手定则知识总结。
二、典型例题分析：（略）
三、针对训练
【例１】如图所示,一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下降,空气阻力不计,则在铜环的运动过程中,下列说法正确的是
(
B
)
A．铜环在磁铁的上方时,
环的加速度小于g,在下方时大于g
B．铜环在磁铁的上方时,
环的加速度小于g,在下方时小于g
C．铜环在磁铁的上方时,
环的加速度小于g,在下方时等于g
D．铜环在磁铁的上方时,环的加速度大于g,在下方时小于g
15.
在研究电磁感应现象实验中,
(1）为了能明显地观察到实验现象，请在如图所示的实验器材中，选择必要的器材，在图中用实线连接成相应的实物电路图；
（2）将原线圈插人副线圈中，
闭合电键，副线圈中感生电流
与原线圈中电流的绕行方向
（填“相同”或“相反”）；
（3）将原线圈拔出时，副线圈中的感生电流与
原线圈中电流的绕行方向
（填“相同”或“相反”）。
如图
4
所示，用一根长为
L质量不计的细杆与一个上弧长为
L0、下弧
长为
d0
的金属线框的中点联结并悬挂于
O
点，悬点正下方存在一个上弧
长为
2
L0
、下弧长为
2
d0
的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且
d0<将线框拉开到如图
4所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和
摩擦。下列说法正确的是
D
A．金属线框进入磁场时
感应电流的方向为a→b→c→d→a
B．金属线框离开磁场时
感应电流的方向为
a→d→c→b→a
?
C．金属线框
dc边进入磁场与
ab边离开磁场的速度大小总是相等
D．金属线框最终将在磁场内做简谐运动
（06广东）
电阻R、电容C与一线圈连接成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示。现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是
D
A．从a到b，上极板带正电
B．从a到b，下极板带正电
C．从b到a，上极板带正电
D．从b到a，下极板带正电
N
S
a
b
C
R
感应电动势、电磁感应中的综合问题
1.磁通量变化可以通过哪三种方式？比较磁通量、磁通量变化、磁通量变化率。求解感应电动势的两种基本方法是什么？分别适用于什么情况？切割磁感线产生的感应电动势的三种情况是什么？你能根据题目要求求出感应电动势的大小并判断它属于何值（恒定值、平均值、瞬时值）吗？这些值通常可以用来求什么？在导体棒平动切割磁感线的题目中，如果导体棒、速度与磁场方向并不两两互相垂直，应如何处理？
2.判断感应电流所受安培力的问题有两种解题方法，是哪两种，在具体题目中如何使用？
3.你能分辨出哪些属于电磁感应与电路的综合题目吗？它的解题方法（步骤）是什么？如何画等效电路？如何确定电源的正负极。
4.如何界定某道题是否属于电磁感应和力的综合题目，求解方法（步骤）是怎样的？什么是电磁感应的动态分析问题，解题方法如何，关键要写出什么？如何求解最大速度、最大加速度以及任意速度下的加速度？会借助动量定理求电量吗？
5.
如何研究电磁感应现象中两个导体棒的问题，何时要借助动量定理、动量守恒求解。
6.
电磁感应现象中的能量遵循什么规律？在电磁感应中常用的两个功能关系是什么？如何求外力的功？克服安培力的功？如何求产生的电能？
一、法拉第电磁感应定律-感应电动势知识总结。
法拉第电磁感应定律：电路中的感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。
感生电动势
动生电动势
求出的是平均值
求出的是瞬时值
注意区分回路的电动势，导体棒两端产生的电动势，处理线框问题用动生电动势时注意用等效切割长度
电磁感应中的综合问题
1、
电磁感应和电路的分析（直流电路、含电容电路、交流电路）
2、电磁感应中的力和运动
3、电磁感应中的动量问题
4、电磁感应中的能量转化
5、电磁感应中的图像问题
1、
电磁感应和电路的分析（直流电路、含电容电路、交流电路）
解决此类问题的关键是分清哪部分是电源，哪部分是外电路，会画出等效电路图，然后根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律及电学知识理顺各电学量的关系，利用电学知识求解。（注意电路中的总功率是什么？）
如图所示，在与匀强磁场B垂直的平面内放置一个折成α角的裸导线
MON，在它上面搁置一根与ON垂直的同样的裸导线PQ，PQ紧贴MO、ON，并以速度v从顶角O开始向右匀速滑动。设裸导线单位长度的电阻为R0，当经过时间t时，回路中的电流值为＿＿＿＿。回路中的磁通量改变率瞬时值为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd各边长均为L，其ab是一段电阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜线。磁场
的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。现有一与ab的材料、粗细、长度都相同的电阻丝PQ架在导线框上，如图所示，并以恒定的
速率v从ad滑向bc，当PQ滑过
的距离时，通过aP段电阻丝的电流为＿＿＿＿＿＿＿
A
【例8】如图，在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金属导轨aob（在纸面内），磁场方向垂直纸面朝里，另有两根金属导轨c、d分别平行于oa、ob放置。保持导轨之间接触良好，金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程：①以速率v移动d，使它与ob的距离增大一倍；②再以速率v移动c，使它与oa的距离减小一半；③然后，再以速率2v移动c，使它回到原处；④最后以速率2v移动d，使它也回到原处。设上述四个过程中通过电阻R的电量的大小依次为Q1、Q2、Q3和Q4，则
A.
Q1＝Q2＝Q3＝Q4
B.
Q1＝Q2＝2Q3＝2Q4
C.
2Q1＝2Q2＝Q3＝Q4
D.
Q1≠Q2＝Q3≠Q4
解析
设a、d、c、b开始所围的面积为S
.
（1）当以速率v移动d
，使d与ob的距离增大1倍时，则a、d、c、b所围的面积变为2S，面积的改变量为△S1，则△S1＝2S－S＝S
.设回路中产生的感应电动势为E1，回路中的电流为I1
，通过电阻R的电量为Q1，根据法拉第电磁感应定律，有
E1＝△φ1/△t＝B△S1/△t1
①
△φ1=B△S1
I1＝E1/R
②
Q1＝I1△t1
③
联立①
②
③解得
Q1＝B△S1/R＝BS/R
④
(2)当以速率v移动c，使它与oa的距离减小一半；此过程a、d、c、b所围的面积由2S变为S，即△S2＝2S－S＝S
,由（1）中④可知
Q2
=B△S2/R＝
BS/R
⑤
(3)
当再以速率2v移动c，使它回到原处，此过程a、d、c、b所围的面积由S变为2S，即△S3＝2S－S＝S
,由（1）中④可知
Q3＝
B△S3/R＝
BS/R
⑥
(4)当最后以速率2v移动d，使它也回到原处，此过程a、d、c、b所围的面积由2S变为S，即△S4＝2S－S＝S
,由（1）中④可知
Q4
＝
B△S3/R＝
BS/R
⑦
比较④⑤⑥⑦四式，得：Q1＝Q2＝Q3＝Q4
。故选项A正确。
动生电动势中的“导体棒—导轨”问题
（一）、“单棒—导轨”问题
（二）、“双棒—导轨”问题
（三）、线框通过匀强磁场问题
2、电磁感应中的力和运动
解决此类问题的关键是抓住联系力学量和电学量之间的纽带是电磁感应现象中导体中有感应电流受到安培力F=BIL.会进行
v→E→I→F安→F合→a→v
各量对在磁场中切割磁感线的导体进行受力分析，根据力和运动关系进行求解。
如图所示，有两根足够长、不计电阻，相距L的平行光滑金属导轨cd、ef与水平面成θ角固定放置，底端连一电阻R，在轨道平面内有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直轨道平面斜向上．现有一平行于ce、垂直于导轨、质量为m、电阻不计的金属杆ab，在沿轨道平面向上的恒定拉力F作用下，从底端ce由静止沿导轨向上运动，当ab杆速度达到稳定后，撤去拉力F，最后ab杆
又沿轨道匀速回到ce端．
已知ab杆向上和向下运动
的最大速度相等．求：
拉力F和杆ab最后回到ce端的速度v．
解：当ab杆沿导轨上滑达到最大速度v时，其受力如图所示
由平衡条件可知
F-FB-mgsinθ=0
①
又
FB=BIL
②
而
③
联立①②③式得
④
同理可得，下滑过程中:
⑤
联立④⑤两式解得:
图中a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在的平面（纸面）向里。导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的，距离为l1;
c1d1段与c2d2段也是竖直的，距离为l2。x1y1与x2y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m1和m2，
它们都垂直于导轨并与导轨保
持光滑接触。两杆与导轨构成
的回路的总电阻为R。F为作用
于金属杆x1y1上的竖直向上的
恒力。已知两杆运动到图示位
置时，已匀速向上运动，求此
时作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率
两根相距为L的足够长的金属直角导轨如题21图所示放置，它们各有一边在同一水平内，另一边垂直于水平面。质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，回路总电阻为2R。整个装置处于磁感应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度V1沿导轨匀速运动时，cd杆也正好以速度V2向下匀速运动。重力加速度为g。以下说法正确的是
AD
A.ab杆所受拉力F的大小为
B.cd杆所受摩擦力为零
C.路中的电流强度为
D.μ与V1大小的关系为
3、电磁感应中的动量问题
质量为m的金属棒a在离地面h高处从静止开始沿金属轨道下滑，导轨的水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平部分原来放有金属棒b，如图１所示，已知ma:mb=3:4，导轨和磁场有足够长度和广度，不计摩擦。求：a、b的最终速度是多大。在整个过程中产生的热量是多少。假如水平导轨为不等宽，如图２所示L1=2L2，两棒电阻相等，a、b的最终速度又是多少。在整个过程中产生的热量又是多少。（设导轨足够长，a不会运动到窄导轨上来）
图1
图2
4、电磁感应中的能量转化
电磁感应中的能量转化主要涉及电阻通过电流产生焦耳热，安培力对导体做功消耗电能转化为机械能，导体克服安培力做功机械能转化为电能，导体克服摩擦做功机械能转化为内能，重力对导体做功与导体重力势能改变对应。
.如图所示，位于一水平面内的、两根平行的光滑金属导轨，处在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在的平面，导轨的一端与一电阻相连；具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂直。现用一平行于导轨的恒力F拉杆ab，使它由静止开始向右运动。杆和导轨的电阻、感应电流产生的磁场均可不计。用E表示回路中的感应电动势，i表示回路中的感应电流，在i随时间增大的过程中，电阻消耗的功率等于BD
A
.
F的功率
B
.
安培力的功率的绝对值
C
.
F与安培力的合力的功率
D
.
iE
24.（20分）磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。
如图2所示，通道尺寸a＝2.0m、b＝0.15m、c＝0.10m。工作时，在通道内沿z轴正方向加B＝8.0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U＝99.6V；海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率＝0.20·m。
（1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向；
（2）船以v＝5.0m/s的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以5.0m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到vd＝8.0m/s。求此时两金属板间的感应电动势U感；
（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按U’＝U－U感计算，海水受到电磁力的80％可以转化为对船的推力。当船以v＝5.0m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。
解：（1）根据安培力公式，推力F1＝I1Bb，
其中
则
对海水推力的方向沿y轴正方向（向右）
（2）
U感=Bvdb=9.6v
（3）根据欧姆定律，I2
安培推力F2
＝
I2
B
b
=
720
N
对船的推力F
＝
80%
F2
＝
576
N
推力的功率P
＝
Fvs
=
80%
F2
vs=2880W
如图所示，MN，PQ是两根足够长的平行光滑导轨，两导轨间距为L，导轨平面与水平面的夹角为θ，两导轨间有垂直导轨平面的斜向上的匀强磁场，磁感应强度为B，导轨MP端连有一阻值为R的电阻，若将一垂直于导轨、质量为m的金属棒CD在距NQ端为s处由静止释放，则CD棒滑至底端前，会经历加速运动和匀速运动两个阶段，今用大小为F，方向沿斜面向上的恒力把CD棒从NQ推至距NQ端为s处，撤去恒力F，
棒CD最后又回到NQ端，求
CD棒自NQ出发到又回到NQ
端的整个过程中，有多少电
能通过电阻R转化成内能（导
轨和CD棒的电阻不计）
解：
以CD为研究对象，它在斜面上受重力mg和支持力FＮ,有mgsinθ=ma
FＮ=mgcosθ，CD由静止下滑后，切割磁感线的运动产生感应电动势为E=BLv……①
回路中产生感应电流为I=
……②
此时受到与运动方向相反的安培力F安=BIL……③
联立①②③得：F安=
CD在平行于斜面方向上
有mgsinθ-F安=ma
mgsinθ-
=ma
v↑
a↓当a=0时CD匀速运动，此时
v为最大为vｍ=
当用恒力F将CD从NQ端推至距NQ端
为s处时，力F做的功为W=F?s，撤去F，棒CD最终回到NQ端速度达最大vｍ=
据功能关系有Fs=mvｍ2/2＋Q
Q=Fs―mvｍ2/2＝Fs―　　
如图光滑斜面的倾角θ＝30°，在斜面上放置一矩形线框abcd，ab边的边长l1＝1m，bc边的长l2＝0.6m，线框的质量m＝1kg，电阻R＝0.1Ω，线框用细线通过定滑轮与重物相连，重物质量M＝2kg，斜面上ef线与gh线（ef∥gh
∥pq）间有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度为B1＝0.5T，
gh线与pq线间有垂直斜面向下的匀强磁场，磁感应强度B2＝0.5T．如果线框从静止开始运动，当ab边进入磁场时恰好做匀速直线运动，ab边由静止开始运动到gh线所用的时间为2.3s
,求：
（1）求ef线和gh线间的距离；
（2）ab边由静止开始运动到gh线这
段时间内产生的焦耳热；
（3）
ab边刚进入gh线瞬间线框
的加速度．
电磁感应中的图像问题
电磁感应的图像问题中包括B—t、s—t、E—t、I—t、F—t、
p—t
、
—t、
E—x、I—x图等
如图所示，LOO?L?为一折线，它所形成的两个角∠LOO?和∠OO?L?均为45°。折线的右边有一匀强磁场，其方向垂直于纸面向里。一边长为l的正方形导线框沿垂直于OO?的方向一速度v做匀速直线运动，在t=0时刻恰好位于图中所示位置。以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流-时间（I-t）关系的是（时间以l/v为单位）
D
如图所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面。一导线框abcdef位于纸面内，况的邻边都相互垂直，bc边与磁场的边界P重合。导线
框与磁场区域的尺寸如图所示。从t=0
时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区
域。以a→b→c→d→e→f为线框中的
电动势ε的正方向，以下四个ε-t关
系示意图中正确的是
C
A．
B．
C．
D．
如图，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场；一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直；虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba
的延长线平分导线框。在t＝0时，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域。以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正。下列表示i—t关系的图示中，可能正确的是
C
矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直低面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列各图中正确的是
D
在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图1所示，当磁场的磁感应强度B随时间如图2
变化时，图3中正确表
示线圈中感应电动势
E变化的是（
A
）
如图所示，一有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度均为L，在磁场区域的左侧相距为L处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直。现使线框以速度v匀速穿过磁场区域。若以初始位置为计时起点，规定电流逆时针方向时的电流和电动势方向为正，B垂直纸面向里时为正，则以下关于线框中的感应电动势、
磁通量、感应电流、和电功
率的四个图象描述错误的是：B
如图所示，一个边长为a、电阻为R的等边三角形线框，在外力作用下，以速度v匀速穿过宽度均为a的两个匀强磁场。这两个磁场的磁感应强度大小均为B，方向相反。线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直。取逆时针方向的电流为正。若从图示位
置开始，线框中产生的感应电
流i与沿运动方向的位移x之间
的函数图象，下面四个图中正
确的是．B
如图甲所示，两个垂直纸面的匀强磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B，磁场区域的宽度均为a，一正三角形（高度为a）导线框ABC从图示位置沿图示方向匀速穿过两磁场区域，
以逆时针方向为电流的正方向，在图乙中感应电流I与线框移动距离x的关系图象正确
的是
C
矩形导线框abcd放在匀强磁场中，在外力控制下静止不动，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度Ｂ随时间变化的图象如图（乙）所示．t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，在0～4
s内，
线框ab边受力随时间变化
的图象（力的方向规定以
向左为正方向）可能是下
图中的
D
A
B
C
D