2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题四电路和电磁感应第12讲电磁感应与电磁波课件

这是一份2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题四电路和电磁感应第12讲电磁感应与电磁波课件，共60页。PPT课件主要包含了知识归纳素养奠基，细研命题点提升素养，答案C，答案D，答案AD，答案B，答案BD等内容，欢迎下载使用。
第12讲　电磁感应与电磁波
1．磁通量．(1)概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积叫作穿过这个面积的磁通量．(2)公式：Φ＝BS，单位符号是Wb.(3)适用条件．①匀强磁场．②S为垂直于磁场的有效面积．(4)物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数．(5)磁通量的变化量：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S2－B1S1.
2．电磁感应现象．(1)定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应．(2)感应电流的产生条件．①表述一：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动．②表述二：穿过闭合电路的磁通量发生变化．(3)实质．产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流．如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流．
3．感应电流方向的判定．(1)楞次定律．①内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．②适用范围：一切电磁感应现象．(2)右手定则．①内容：如图，伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．②适用情况：导线切割磁感线产生感应电流．
5．自感和涡流．(1)自感现象．由于通过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．(2)自感电动势．①定义：在自感现象中产生的感应电动势．②表达式：E＝L .③自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关，单位为亨利(H)．(3)涡流．当线圈中的电流发生变化时，在它附近的导体中产生的像水中的旋涡一样的感应电流．
命题点一　感应电流方向的判断　楞次定律的应用1．楞次定律中“阻碍”的主要表现形式．(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”．(2)阻碍相对运动——“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)——“增反减同”．
2．判断感应电流方向的“四步法”．
(2023·海南卷)汽车测速利用了电磁感应现象，汽车可简化为一个矩形线圈abcd，埋在地下的线圈分别为1、2，通上顺时针(俯视)方向电流，当汽车经过线圈时(　　)A．线圈1、2产生的磁场方向竖直向上B．汽车进入线圈1过程产生感应电流方向为abcdC．汽车离开线圈1过程产生感应电流方向为abcdD．汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同
解析：由题知，埋在地下的线圈1、2通顺时针(俯视)方向的电流，则根据右手定则，可知线圈1、2产生的磁场方向竖直向下，A项错误；汽车进入线圈1过程中，磁通量增大，根据楞次定律可知产生感应电流方向为adcb(逆时针)，B项错误；汽车离开线圈1过程中，磁通量减小，根据楞次定律可知产生感应电流方向为abcd(顺时针)，C项正确；汽车进入线圈2过程中，磁通量增大，根据楞次定律可知产生感应电流方向为adcb(逆时针)，再根据左手定则，可知汽车受到的安培力方向与速度方向相反，D项错误．故选C.
磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈．缠绕线圈的骨架常用铝框，铝框、指针固定在同一转轴上．线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时发生转动，指针随之偏转，由此就能确定电流的大小．如图所示，线圈通电时指针向右偏转，在此过程中，下列说法正确的是(　　)A．俯视看线圈中通有逆时针方向的电流B．穿过铝框的磁通量减少C．俯视看铝框中产生顺时针方向的感应电流D．使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处
解析：由左手定则可知，俯视看线圈中通有顺时针方向的电流，选项A错误；因为线圈在水平位置时磁通量为零，则线圈转动时，穿过铝框的磁通量向左增加，根据楞次定律可知，俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流，选项B、C错误；当铝框中产生感应电流时，铝框受到的安培力与运动方向相反，故起到了阻尼作用，则使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处，故D项正确．故选D项．
1．(多选)利用超导体可以实现磁悬浮，如图是超导磁悬浮的示意图．将一块永磁铁从超导体的正上方缓慢下移，由于超导体跟磁铁之间的相互作用力，最终永磁铁悬浮在超导体的正上方平衡，从上往下看超导体中形成的涡形电流的方向为(　　)A．若永磁铁上端为N极，则为顺时针方向B．若永磁铁上端为S极，则为顺时针方向C．若永磁铁上端为N极，则为逆时针方向D．若永磁铁上端为S极，则为逆时针方向
解析：若永磁铁上端为N极，永磁铁从超导体的正上方缓慢下移，则穿过超导线圈的磁通量向上增加，根据楞次定律可知，线圈中感应电流从上向下看为顺时针方向，A项正确，C项错误；若永磁铁上端为S极，永磁铁从超导体的正上方缓慢下移，则穿过超导线圈的磁通量向下增加，根据楞次定律可知，线圈中感应电流从上向下看为逆时针方向，B项错误，D项正确．故选AD.
2．(2023·浙江卷)如图甲所示，一导体杆用两条等长细导线悬挂于水平轴OO′，接入电阻R构成回路．导体杆处于竖直向上的匀强磁场中，将导体杆从竖直位置拉开小角度θ静止释放，导体杆开始下摆．当R＝R0时，导体杆振动图像如图乙所示．若横纵坐标皆采用图乙标度，则当R＝2R0当时，导体杆振动图像是(　　)
解析：导体杆切割磁感线时，回路中产生感应电流，由楞次定律可得，导体杆受到的安培力总是阻碍导体棒的运动．当R从R0变为2R0时，回路中的电阻增大为原来的2倍，则电流减小，导体杆所受安培力减小，即导体杆在摆动时所受的阻力减弱，即杆从开始摆动到停止，运动的路程和经历的时间变长，所以导体杆振动图像是图B.
3.江苏省某中学的一教室墙上有一扇朝南的平开玻璃窗，窗扇由有机玻璃加闭合矩形金属边框构成，如图所示，窗扇一侧由铰链固定在绝缘窗框(图中未画出)上，另一侧装有开窗手柄，某同学站在室内面向窗户水平推动手柄，让窗户匀速转动，将窗向外(南)推开(开角小于90°)的过程中，下列说法正确的是(　　)A．穿过矩形窗扇的地磁场的磁通量不断变大B．穿过矩形窗扇的地磁场的磁通量始终为零C．窗扇金属边框中的感应电流的大小在不断变大D．从推窗者的角度看，窗扇金属边框中的感应电流方向是顺时针方向
解析：地磁场由南向北，当朝南的钢窗向外推开后，钢窗平面与磁场平行时，没有磁感线穿过钢窗平面，穿过钢窗的磁通量为0，推窗时穿过窗框的磁通量减小，窗扇金属边框中的感应电流的大小在不断变大，根据楞次定律，从推窗人的角度看，窗框中产生的感应电流的方向为逆时针，C项正确，A、B、D项错误．故选C.
命题点二　法拉第电磁感应定律的理解和应用
2．求解感应电动势的常见情况与方法．
(2023·全国甲卷)(多选) 一有机玻璃管竖直放在水平地面上，管上有漆包线绕成的线圈，线圈的两端与电流传感器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布，下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离。如图(a)所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图(b)所示。则(　　)　
A．小磁体在玻璃管内下降速度越来越快B．下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次C．下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D．与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大
解析：电流的峰值越来越大，即小磁铁在依次穿过每个线圈的过程中磁通量的变化率越来越快，因此小磁体的速度越来越大，A、D项正确；假设小磁体是N极向下穿过线圈，则在穿入靠近每匝线圈的过程中磁通量向下增加，根据楞次定律可知线圈中产生逆时针的电流，而在穿出远离每匝线圈的过程中磁通量向下减少产生顺时针的电流，即电流方向相反，与题干图中描述的穿过线圈的过程电流方向变化相符，S极向下同理；所以磁铁穿过8匝线圈过程中
会出现8个这样的图像，并且随下落速度的增加，感应电流的最大值逐渐变大，所以磁体下落过程中磁极的N、S极没有颠倒，选项B项错误；线圈可等效为条形磁铁，线圈的电流越大则磁性越强，因此电流的大小是变化的小磁体受到的电磁阻力是变化的，不是一直不变的，C项错误．故选AD.
近期小朋友热衷玩的一种夜光飞行器的实物和模型如图所示．假设该飞行器在北半球的地磁极上空，该处地磁场的方向竖直向下，磁感应强度为B.飞行器的螺旋桨叶片远端在固定的水平圆环内转动，在螺旋桨转轴和叶片的运端b之间连接有一个发光二极管D，已知叶片长度为L，转动的频率为f，从上向下看叶片是按顺时针方向转动的．用E表示每个叶片中的感应电动势，螺旋桨转轴和叶片均为导体．则(　　)A．E＝πBL2f，图示连接的二极管不会发光B．E＝2πBL2f，图示连接的二极管不会发光C．E＝πBL2f，图示连接的二极管可以发光D．E＝2πBL2f，图示连接的二极管可以发光
1.近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大．如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘．若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近(　　)A．0.30 VB．0.44 VC．0.59 V D．4.3 V
2．某风速实验装置由风杯组系统(甲图)和电磁信号产生系统(乙图)两部分组成．电磁信号产生器由圆形匀强磁场和固定于风轮转轴上的导体棒OA组成(O点连接风轮转轴)，磁场半径为L，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，导体棒OA长为1.5L，电阻为r，风推动风杯组绕水平轴顺时针匀速转动，风杯中心到转轴距离为2L，导体棒每转一周A端与弹性簧片接触一次，接触时产生的电流强度恒为I.图中电阻为R，其余电阻不计．求：　
(1)当导体棒与弹性簧片接触时，OA两端电势差UOA；(2)风杯的速率v.
命题点三　电磁感应中的动力学问题抓住力学对象和电学对象间的桥梁——感应电流I和切割速度v，“四步法”分析电磁感应中的动力学问题．
(2023·山东卷)(多选)足够长U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上，宽为1 m，电阻不计．质量为1 kg、长为1 m、电阻为1 Ω的导体棒MN放置在导轨上，与导轨形成矩形回路并始终接触良好，Ⅰ和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度分别为B1和B2，其中B1＝2T，方向向下．用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为0.1 kg的重物相连，绳与CD垂直且平行于桌面．如图所示，某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域Ⅰ和Ⅱ并做匀速直线运动，MN、CD与磁场边界平行．MN的速度v1＝2 m/s，CD的速度为v2且v2>v1，MN和导轨间的动摩擦因数为0.2.重力加速度大小取10 m/s2，下列说法正确的是(　　)
A．B2的方向向上B．B2的方向向下C．v2＝5 m/sD．v2＝3 m/s
(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；(3)2τ～3τ时间内，线框中产生的热量Q.
2．电磁弹射是我国最新研究的重大科技项目，创造了世界领先的关键技术，原理可用下述模型说明．如图甲所示，虚线MN右侧存在一个竖直向上的匀强磁场，边长L的正方形单匝金属线框abcd放在光滑水平面上，电阻为R，质量为m，ab边在磁场外侧紧靠MN虚线边界．t＝0时起磁感应强度B随时间t的变化规律是B＝B0＋kt(k为大于零的常数)，同时用一水平外力使线圈处于静止状态，空气阻力忽略不计．
(1)求线框中的感应电流的大小和方向；(2)写出所加水平外力随时间变化的表达式；(3)求0到t0时间内通过导线截面的电荷量q；(4)若用相同的金属线绕制相同大小的n匝线框，并在线框上加一质量为M的负载物，如图乙所示，当t＝t0时撤去外力释放线框，求刚撤去外力时线框的加速度大小．
命题点四　电磁感应中动量、能量问题1．能量转化及焦耳热的求法．(1)能量转化．
2．用“三大观点”解决电磁感应问题．
如图所示，一空心铝管与水平面成α角倾斜固定放置．现把一枚质量为m、直径略小于铝管直径的圆柱形小磁块从上端管口无初速度放入管中，小磁块从下端口落出时的速度为v，已知该铝管长度为l，小磁块和管间的摩擦力是小磁块重力的k倍，重力加速度为g.下列说法正确的是(　　)
(2023·全国甲卷)如图，水平桌面上固定一光滑U型金属导轨，其平行部分的间距为l，导轨的最右端与桌子右边缘对齐，导轨的电阻忽略不计．导轨所在区域有方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B.一质量为m、电阻为R、长度也为l的金属棒P静止在导轨上．导轨上质量为3m的绝缘棒Q位于P的左侧，以大小为v0的速度向P运动并与P发生弹性碰撞，碰撞时间很短．碰撞一次后，P和Q先后从导轨的最右端滑出导轨，并落在地面上同一地点．P在导轨上运动时，两端与导轨接触良好，P与Q始终平行．不计空气阻力．求
(1)金属棒P滑出导轨时速度大小；(2)金属体P在导轨上运动过程中产生的热量；(3)与P碰撞后，绝缘棒Q在导轨上运动的时间．
1．如图所示是列车进站时利用电磁阻尼辅助刹车示意图，在车身下方固定一矩形线框abcd，ab边长为l，bc边长为d，在站台轨道上存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场MNPQ，MN边界与ab平行，区域长为d.若ab边刚进入磁场时列车关闭发动力，此时的速度大小为v0，已知线框总电阻为R，列车的总质量为m，摩擦阻力是车重的k倍，不计空气阻力，重力加速度为g.
(1)求装置落地时C、D两点间的电压UCD；(2)从刚落地到线框第一次运动到最低点的过程中，求通过线圈的电荷量q；(3)从刚落地到线框第一次运动到最低点的过程中，线框上产生的焦耳热为Q1；从落地到线框最终静止的过程中，线框上产生的焦耳热为Q2，求Q1与Q2的比值．
命题点五　电磁波的产生、发射与接收1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．2．电磁波：电磁场在空间由近及远的传播形成电磁波．(1)电磁波在空间传播不需要介质．(2)真空中电磁波的速度为3.0×108 m/s.(3)电磁波是横波，满足关系v＝λf.(4)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，频率越高，波速越小．
3．电磁波的发射．(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号．(2)调制方式：①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变．②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变．4．电磁波的接收．(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振，产生电谐振的过程叫作调谐．(2)解调：从接收到的高频电磁波中还原出所携带的信号波的方法．5．电磁波谱．(1)按波长从长到短排列电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
(2)电磁波的特点与应用：
(多选)以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段.2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10 909米深潜纪录．此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
解析：由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声通信，由下而上，故信息载体属于纵波，故A项错误；由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过无限蓝绿光通信，光波是横波，故信息载体属于横波，故B项正确；因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C项错误；在传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D项正确．故选BD.
使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示．蓝牙通信的电磁波(　　)A．是蓝光B．波长比手机通信的电磁波短C．在真空中的传播速度大小为340 m/sD．在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
解析：蓝牙通信用的电磁波不在可见光频率范围内，不是光信号．故A项错误；蓝牙通信比手机通信的电磁波频率高，波长短．故B项正确；电磁波在真空中的传播速度约为3×108 m/s.故C项错误；蓝牙通信和手机通信使用的都是电磁波，在真空中传播速度相同．故D项错误．故选B项．
1．如图所示，家用微波炉中使用的微波频率为2 450 MHz，则它的波长是(　　)A．1.2×10－1 m　　　　B．7.35×10－17 mC．1.2×10－4 m D．7.35×10－11 m
2．某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波，下列说法正确的是(　　)A．为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数B．为更好接收290 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756 kHzC．使接收电路产生电谐振的过程叫作解调D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点
3．电磁波谱家族有众多的成员．关于电磁波的应用，下列说法不正确的是(　　)A．电磁炉是利用电磁波来工作的B．微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的C．雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的D．夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的