【强烈推荐】高考物理复习资料大全第九章__电磁感应.doc.pdf
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1、考纲要览 知识点考纲耍求 电磁感应现象,磁通量,法拉第电磁感应定律,楞次定律II 导体切割磁感线时的感应电动势,右手定则II 口感现象I 口光灯 I 说明: 1.导体切割磁感线时感应电动势的计算, 只限于L垂直于B、v的情况 2.在电磁感应现象里,不要求判断内电路屮各点电势的高低 考向预测 历年高考对本章知识点考查的频率较高, 來年高考估计不会有很大的变动. 1.感应电流的产生和感应电流方向的判断,出题以选择题为主. 2.导体切割磁感线产生感应电动势的计算. 常结合力学、电学知识 , 解决与电量、热量的相关问题. 3.法拉第电磁感应定律的应用是高考热点,常以综合性人题出现,并结介电路、力学、能
2、量守恒等知识. 4.对电磁感应图象问题的考查主要以选择题为主,是常考知识点. 5.结合实际应用问题 . 如日光灯原理、电磁卩I 尼、电磁驱动及磁悬浮原理等. 第1课时电磁感应现象楞次定律 基本知识回顾 一、 磁通量 1.定义: 磁感应强度与面积的乘积,叫做穿过这个面 的磁通量 . 2.定义式:i=-BScos0-BSsin0=-BS(cos9+sin0) 时针方向俯视),即:b-?a 同理可以判断:条形磁铁穿出线圈过程中,向下的 磁通量减小,曲楞次定律可得线圈中将产生顺时针的感应 电流 俯视),电流从a-?-b. 【答案】(D) 【点拨】根据楞次定律判断感应电流方向,冇以上 四个基本步骤 .
3、?拓展 如图9-1-4所示,丿IL根长为厶质量不计的绝缘细 杆与一个上弧长为 / 。、下弧长为S 的金属线框的中点连 结并悬挂于。点,悬正下方 存在一个上弧K 为2/ 、下弧长为2d的 方向垂胃纸面向里的匀强磁 场,且dQ?L先将 线椎拉开到 如图所示位场, 忽略空气阻力 和摩擦力,下列说法正确的 是() A.金属线槿进入磁场时感应电流的方向为a-*bf 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de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 【解析】山右手定则或楞次定律均可判断, 当线框 进 入磁场时,感
4、应电流方向为:adcb -a,当线框离 开磁场时,感应电流方向为:abCTdTa.金属线框 在进入或离开磁场时,机械能都要减小, 最终将 在磁场内 做往复运动,由T d0?L,线框运动为简谐运动. 选项D止确. 【答案】(D) 三、楞次定律推论的应用 在实际问题的分析中,楞次定律的应用可拓展为以 下四个方面 阻碍原磁通量的变化,即“增反减同”; 阻碍相对运动,即“來拒去留”; 使线圈面积冇扩大或缩小的趋势, 即“大 小小 大”; 阻碍导体中原来的电流发生变化,即“自感现 彖”. 【例3如图9-1-5所示,ab是一个可以绕垂 直于纸 面的轴。转动的闭介矩形导体线圈,当滑动变阻器斤滑 片“ 自左向
5、右滑的过程中,线圈甜将() A.静止不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.发生转动,但电源的 极性不明,无法确处转动方 向 【解析】图9-1-5中的 两个通电线圈绕向相同 , 电流 的磁场方向相同, 两磁铁Z间合磁场方向是水平的?当滑 动变阻器R的滑片P H左向右滑动时,电路中电流增大, 两磁铁之间合磁场增强, 穿过矩形线圈的磁通量增大 . 根 据楞次定律,矩形闭合线圈中的感应电流磁场耍阻碍磁通 呈增人 , 所以矩形线圈会顺时针转动,减小其垂直于磁场 方向的投影血积 , 才能阻 碍穿过的磁通量增大 . 【答案】(B) 【点拨】本题现象属于减小面积阻碍磁通量增大悄 形. 分析时应注意两通电线
6、圈绕向和同还是相反,以及线 圈所在处磁场的方向 . 四、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的 综合应有 解决此类问题的关键是抓住因果关系 因电而生磁安培定则 因动而生电 3、右手定则 因电而受力(I、BF安)f 左乎定则 【例3】在图9-1-6中,CQEF为闭合线圈,AB 为 电阻丝 . 当滑动变阻器的滑动头向下滑动时,线圈CDEF中 的感应电流在G处产牛?的磁感强度的方向是“ ?”时, 电源的哪一端是正极? 图9t6 【错解】当变阻器的滑动头在最上端时,电阻丝 图9? 1? 4 置, 松手后让线框进入磁 图9-1-5 A G B AB因被短路而无电流通过 . 由此町知,滑动头下移时,流
7、过AB中的电流是增加的 . 当线圈CDEF中的 电流在G处 产生的磁感强度的方向是“ ?”时,山楞次处律可知AB 中逐渐増加的电流在G处产生的磁感强度的方向是“X”, 再由右手立则可知,AB中 的电流方向是从A流向B,从而 判定电源的上端为止极. 【错因】楞次定律中“感生电流的磁场总是要阻碍 引起感应电流的磁通量的变化”,所述的“磁通量” 是指 穿过线圈内部磁感线的条数,因此判断感应电流方向的位 置一般应该选在线圈的内部,而不是选在线圈的外部 . 【正解】当线圈CDEF中的感应电流在G处产 生的 磁感强度的方向是“ ? ”时,它在线圈内部产生磁感强 度方向应是“X”,AB中增强的电流在线圈内部
8、产牛的磁 感强度方向是“ ? ”,所以,AB中电流的方向是山B 流向A,故电源的下端为正极 . 【答案】电源的下端为正极 【点拨】分析电学问题也要注意止确选取研究対象. 课堂自主训练 1.两圆环/I、置于同一水平面上,其中M为均 匀带电绝缘环,为导体环. 当A以如9-1-7所示的方向, 绕中心转动的角速度发生变化时,B中产生如图所示的感 应电流,则(BC ) A. A可能带正电且转速减小 B.可能带正电目 -转速增大 C. S可能带负电且转速减小 D.外可能带负电且转速增大 【解析】若力带正电,则穿 过B的磁通量垂胃纸面向里,只冇磁 通量增大时屮才会产生逆时针方 向的感应有尽电流, 故A的转速
9、应 项 C止确D错误. 【答案】(BC ) 2.电阻爪 电容 器C与一线圈连成闭合回路, 条 形磁铁静止于线圈的正上 方,“ 极朝下 , 如图9-1-8所 示. 现使磁恢开始自由下落, 在 W极接近线圈上端的过程中,流过斤的电流方向和电容器 极板的带电情况是(D )? $卄 A.从a到b,上极板带正电 d 一_, - 严 B.从a到b,下极板带正电尺打c* Jg c.从b到a,上极板带正电 _I _ r D.从b到a,下极板带止电图9-1-8 【解析】在N极接近线圈上端的过程中, 通过线 圈的 磁感线方向向下,磁通量增大, 由楞次定律nJ判 断流过线 圈的电流方向下,即线圈卜端相当于电源正极,
10、故可知D 正确. 【答案】(D ) 课后创新演练 1.如图9-1-9所示,a、b、c三个闭合线圈,放在 同一平面内,当a线圈 中冇电流 / 通过时,它们的磁通量 分别为 % % 0C下列说法中正确的是(B ) A. 0a0bOc B. Qbc C.% 叭 % D.(!)% 2.如图9-1-10所示,面 积为S的线圈放在磁感 应强度为的竖玄向上的匀强 磁场中,若线圈平而与水平面所成的夹角为0,那么穿过线 圈的磁通最为 A.二BScos 0 B.二BSsin 0 C. 0=BStan 6 D. O=BScot 0 3.在水平而上冇一固 定的形金属框架,上置一 金属杆ab,如图9-1-11所示(纸面
11、即水平面),在垂立纸 而方向有一匀强磁场,则(BD ) A.若磁感应强度方向垂直纸面向外并增大时, ffab 将向右移动 B.若磁感应强度方向垂直纸而向外并减小时 , 杆ab 将向右移动 C.若磁感应强度方向垂直纸而向 里并增人时,杆ab将向右移动 D.若磁感应强度方向垂直纸面向 里并减小时 , 杆ab将向右移动 4.如图9-1-12所示,线框面积为 S线框平面与磁感应强度为的匀强磁场方向垂直. 则穿 过线椎平 而的磁通量为坠 ; 若使线框绕轴00转过60的角, 则 穿过线框平面的磁通量为BS/2 ; 若从初始位置转过90 角,则穿过线框平而的磁通量为若从初始位置转过180“ 角,则穿过线框平
12、面的磁通量变化量人小为迴. 若将单匝 线桩换成50匝线框,上述各空的结果 增人,选项B正确A错误. 若/ 带负电,同理可推断选 图9十7 5.用如图9-1-13所示的电路來研究电磁感应现彖.A. B为规格和同的电流表 ,D是两个套在一起的大小线圈,绕 线方向如图 . 小线圈与 / 构成回路,人线圈与构 成闭合电路 . 闭 合电键稳 定后电 流表A指针位置如 图?当电键 突然断 开时, 电流表B指针将向五偏(填 “左”或“右”). 【解析】闭合电键K 电路稳定后,与电流表A相 连接的线圈中电流方向向下, 产生的磁场方向向上 . 当电键K突然断开时,该线圈中的 电流减小 , 其磁场 减弱电流表B相
13、连接的线圈中感应电流 的磁场 , 方向应向上,此线圈中感应电流的方向应向上. 故 电 流表B的指针会向右偏 . 【答案】左 6.磁感应强度为的匀强磁场仅存在于边长为20 的正方形范围内,有一个电阻为斤、边长为0的正 方形导 线桩abed,沿垂直于磁感线方向,以速度v匀 速通过磁场, 如图9-1-14所示,从ab进入磁场时开始计时,到线框离 开磁场为止 . (1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象; 判断线椎中尙无感应电流. 若有,答出感应 图9-1-14 图9-1-15 【解析】(1)如图9-1-15所示 线框进入磁场阶段, 电流方向逆时针 ; 线框在 磁场 中运动阶段,无电流 ; 线框离开
14、磁场阶段 , 电流方 向顺时针 . 7.如图9-1-16所示,水平放置的两条光滑轨道 匕有可自由移动的金属棒PQ 、加; 当在外力作用 下运动 时, 在磁场力作用下向右运动,则図所做的运动可能是 (BC )_J A.向右加速运动 B.向左加速运动 C.向右减速运动 D.向左减速运动 【解析】设PQ向图9-1-16 右运动,用右手定则和安培定则判断可知,穿过b的 磁感 线方向向上 ?若PQ向右加速运动,则穿过L的 磁通量 増加,用楞次定律判断可知,通过MN的感应电 流方向是 N-M,对MN川左手处则判断可知MN向 左运动,可见A 选项不正确 . 若PQ向右减速运动,则穿过L】的磁通最减 少,用楞
15、次定律判断町知,通地MN 的感应电流方向是 MN,用左于 - 定则判断可知MN 是向右运动,可见C正确. 同理设PQ向左运动 , 用上述 类似方法可判断B正确,而D 错误. 【答案】(BC) 8.原始的电话机将听筒和话筒串联成一个电路, 当自 己对着话筒讲话时 , 会从听筒听到 | 己的声音,导致听觉疲 劳而影响通话 . 现代的电话将听筒电路与话筒电路分廿, 改 迹的电路原理示意图如图9-1-17所示,图中线圈I与线圈 II匝数相 等,/?b=L2KQ,仏为可变电阻 . 当*调到某一值时, 从 听筒中就听不到话筒传出的声音了,这时电阻 7?a=L8KH ? 【解析】话筒是一个声电转换装置,声音
16、信号通 过话筒后转换成的电信号从线圈I和线圈II两个支 路走, 两个支路的电流方向相反, 若要听筒屮听不到话筒的声音, 耍求这两个电流必须大小相 等,这样话筒连接的线圈中 磁通虽为零,听筒连接的线 圈中就没有感 将数据代入可得 : 恥1.8KQ 【答案】1.8KQ 电流的方向 . ? G ?一 X X X X ? S X X X X I b X X X X | X X X Xj ? 应电流因此仇 = RR。 Rg X B X 图9-113 图9-1-17 基本知识回顾 一、 感应电动势 在电磁感应现彖中产生的电动势叫感应电动势, 产生 感应电动势的那部分导体相当于其电阻相当于电源内电阻 . 电
17、动势是标量,为了区别反电动势,nJ以约定电动势的方 向就是电源内部电流的方向. 二、 感应电动势的大小 1.法拉第电磁感应定律 (1)内容:电路屮感应电动势的大小, 跟穿过这一电 路的磁通量的变化率成正比. 公式说明 上式适用于冋路中磁通量发生变化的情形, 冋路不一定闭合 . 感应电动势厂的人小与磁通暈的变化率成止比, 而不是与磁通量的变化量成正比, 更不是与磁通 量成止比 ?要注意 与A和三个量的物理意义A/ 各不相同,且无人小上的必然关系. 当由磁场变化引起时,竺常用sM t t 来计算;当山冋路而积变化引起时,竺常用 / 3竺來计算 . / rh = n 算出的是时间 / 内的平均感Ar
18、 应电动势,一般并不等于初态与末态电动势的算术平均值. 2.导体切割磁感线产牛的感应电动势 (1)公式:E=BLysin_ _ (2)对公式的理解 公式只适用于一部分导体在匀强磁场中做切割磁 感线运动时产牛的感应电动势的计算,其中厶是导体切割 磁感线的有效长度 ,6是矢量B和v方向间 的夹角,且L与 磁感线保持垂直 ( 实际应用屮一般只涉及此种情况 ). 若0 =90 ,即B丄y时, 公式可简化为E=BLv,此 时, 感应电动势最大;若。二0 ,即BV时,导体在磁 场中运 动不切割磁感线,E=0. 若导体是曲折的 , 则厶应是导体的有效切割长度, 即是导体两端点在B. v所决定平面的垂线上的投
19、影长度 . 公式E二B3屮, 若v为一段时间内的平均速度, 则 E亦为这段时间内感应电动势的平均值; 若v为瞬 时速度, 则E亦为该时刻感应电动势的瞬时值. 直导线绕其一端在垂直匀强磁场的平面内转动, 产牛的感应电动势运用公式E=BLv计算时, 式中 是导线 上各点切割速度的平均值 , = +毗,所 2 19 以E=0厶 2 3.反电动势 反电动势对电路中的电流起削弱作用. 重点难点例析 一、 / 三者的比较 磁通量 磁通量变化 A 磁通量变化 率A( P/A t 物某时刻穿过磁穿过某个面穿过某个而 理场中某个而的的磁通吊随的磁通屋随 意磁感线条数时间的变化时间变化的 义量快慢 O=B.S,5
20、 为与BA=一 A5 D. MAr 大垂直的面积,不 2 小垂直时,取S在 二B? AS 计与垂直方向上 A二S? AB eAB - =S A/ - t 算的投影 当穿过某个而开始和转过既不表示磁 冇方向相反的180时平面通量的大小 磁场时,则不能都与磁场垂也不表示变 直接用e=B -s.直,穿过平面化的多少 . 注应考虑相反方的磁通量是 在-t图像 意向的磁通量抵不同的,一正中,用图线 消以后所剩余一负,切线的斜率 的磁通量 =2B ? S而不 是零 表示 附线圈平而与磁感线平行时,=0, A 0/At最大, 注 线圈平而与磁感线垂直时,绘人, e/x为零 第二课时法拉第电磁感应定律 公式:
21、E = /7 A / 【例1】一个200匝、面积为20cm2的线圈,放在 磁 场中,磁场的方向与线圈平面成30角,若磁感应强度在 0.05s内由0.1T增加到0.5T,则0.05s始末通 过线圈的磁通 量分别为 _ Wb和 _ Wb;在此 过程屮穿过线圈的磁通量的变化量为 _ Wb;磁通 量的平均变化率为 _ Wb/s;线圈屮的感应电动 势的大小为 _ V. 【解析】始、末的磁通量分别为: 1=B,Ssin9=0.1X20X 10 4X 1/2 Wb=104Wb 2=B2Ssin0=O.5X2OXlO- 4X 1/2 Wb=5 X 10%b 磁 通量变化量2 i=4X 10* 4 Wb 磁通量
22、变化率竺二 4x1 “ Wb/s=8 X 10 3Wb/s Ar 0.05 感应电动势大小E = n =200 X8X 10 3V=1.6V Ar 【答案】见解析 【点拨】、AO/At均与线圈匝数无关, 彼 此 Z间也无立接联系 ; 感应电动势E的大小取决丁仏t 和线圈匝数n,与和无必然联系 . ?拓展 如图9-2-1所示,闘形线圈中 串联了一个平行板电容器,圈内冇 磁场, 磁通量。随时间按正弦规律变 化. 以垂宜纸面向里的磁场为止,从 t二0开始,在平行 板电容器屮点释 放一个电了,若电子运动屮不会碰 到板, 关于电 子在一?个周期内的加 速度的判断正确的是 A.第二个T/4内,加速度方向向
23、匕大小越来越小 B.第二个T/4内,加速度方向向上,大小越来越大 C.第三个T/4内,加速度方向向下,大小越來越大 D.第三个T/4内,加速度方向向下,大小越来越小 【解析】第二个1/4周期内,磁感应强度向里减小(磁 通最减小 ), 若冇感应电流,其磁场方向应向里,感应电流 方向为顺时针方向 , 则电容器下板带正电,电子的加速度 方向向卜 : 由于B的变化越來越快, 感应电动 势越來越人, 板间的电场强度越來越人,电子的加速度也越來越大,故 A、B均错. 第三个1/4周期内,磁 通量向外增加,感应电 流的磁场仍向里 , 电了的 加速度方向向下 ,rh于变化越來 越慢,则电动势越来越小,加速度也
24、越来越小,故C错、 D对. 【答案】( D ) 二、公式E = z? - 和E = BLvsin 0的比较 A/ 1. E= n竺 求的是冋路中At时间内的平均电动势 . A/ 2. E二BSsin() 既能求导体做切割磁感线运动的平 均电动势,也能求瞬时电动势.v为平均速度 ,E为 平均电 动势卩为瞬时速度为瞬时电动势. 其中L 为冇效长度 . (1) E=BLv的适用条件:导体棒平动垂宜切割磁感 线,当速度v与磁感线不垂宜时,要求出垂宜于磁感线的 速度分量 . (2) E = 1B?的适用条件:导体棒绕一个端点 2 垂直于磁感线匀速转动切割磁感线. (3) E=nBScosina) t的适
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