2024版高考物理二轮复习专题4电路和电磁感应第12讲电磁感应课件

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“必备知识”解读 一、楞次定律中“阻碍”的理解1.阻碍原磁通量的变化“增反减同”。2.阻碍物体间的相对运动“来拒去留”。3.阻碍线圈面积的变化“增缩减扩”。4.阻碍原电流的变化(自感现象)“增反减同”。
二、求感应电动势大小的三种方法
三、求电荷量的三种方法1.q＝It(式中I为回路中的恒定电流，t为时间)3.Δq＝CBlΔv(式中C为电容器的电容，B为匀强磁场的磁感应强度，l为导体棒切割磁感线的长度，Δv为导体棒切割速度的变化量)
四、求解焦耳热Q的三种方法
“关键能力”构建 一、电磁感应中电路综合问题1.等效电源的分析(1)用法拉第电磁感应定律算出E的大小。等效电源两端的电压等于路端电压，一般不等于电源电动势，除非切割磁感线的导体(或线圈)电阻为零。(2)用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向，从而确定电源正负极。感应电流方向是电源内部电流的方向，要特别注意在等效电源内部，电流由负极流向正极。(3)明确电源内阻r。
2.电路结构的分析(1)分析内、外电路，以及外电路的串并联关系，画出等效的电路图。(2)应用闭合电路的欧姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解。
二、分析线框在磁场中运动问题的两大关键1.分析电磁感应情况：弄清线框在运动过程中是否有磁通量不变的阶段，线框进入和穿出磁场的过程中，才有感应电流产生，结合闭合电路的欧姆定律列方程解答。2.分析导线框的受力以及运动情况，选择合适的力学规律处理问题：在题目中涉及电荷量、时间以及安培力为变力时应选用动量定理处理问题；如果题目中涉及加速度的问题时选用牛顿运动定律解决问题比较方便。
三、解决电磁感应综合问题的“看到”与“想到”1.看到“磁感应强度B随时间t均匀变化”，想到“ ＝k为定值”。2.看到“线圈(回路)中磁通量变化”时，想到“增反减同”。3.看到“导体与磁体间有相对运动”时，想到“来拒去留”。4.看到“回路面积可以变化”时，想到“增缩减扩”。但注意线圈套在磁铁上是“增扩减缩”。
〔真题研究1〕(2023·海南高考卷)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( 　　)
题型1　法拉第电磁感应定律和楞次定律
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错误。
〔对点训练〕1. (2023·湖北高考卷)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 V B．0.44 V C．0.59 V D．4.3 V
2. (2023·江苏高考卷)如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OC导体棒的O端位于圆心，棒的中点A位于磁场区域的边缘。现使导体棒绕O点在纸面内逆时针转动。O、A、C点电势分别为φO、φA、φC，则( 　　)A．φO>φC B．φC>φAC．φO＝φA D．φO－φA＝φA－φC
【解析】　棒的OA部分切割磁感线，根据右手定则，在电源内部，电流方向由低电势指向高电势，故φO>φA＝φC，选项A正确。
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。
题型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。这种方法能快速解决问题，但不一定对所有问题都适用。
(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。
〔真题研究2〕(多选)(2022·河北卷，8,6分)如图所示，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，导轨左端接入一电阻R。导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动，t＝0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直。设运动过程中通过电阻的电流为i，金属棒受到安培力的大小为F，金属棒克服安培力做功的功率为P，电阻两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒的电阻。下列图像可能正确的是( )
〔对点训练〕1. (2023·辽宁高考卷)如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动，且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是( 　　)
【解析】　如图所示，导体棒匀速转动，设速度为v，设导体棒从A到B过程，棒穿过的角度为θ，则导体棒垂直磁感线方向的分速度为v⊥＝vcs θ可知导体棒垂直磁感线的分速度为余弦变化，根据左手定则可知，导体棒经过B点和B点关于P点的对称点时，电流方向发生变化，根据u＝BLv⊥可知导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像为余弦图像。故选C。
2. (多选)(2023·全国甲卷)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，如图甲所示。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的变化如图乙所示。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】　由题图乙可得，感应电流的峰值越来越大，说明感应电动势越来越大，小磁体在玻璃管内下降的速度越来越快，选项A正确；下落过程中，小磁体在接近、远离线圈的时候，电流的方向不断变化，并不是小磁体的N极、S极上下颠倒，选项B错误；感应电流的峰值越来越大，小磁体受到的电磁阻力不断变化，选项C错误；与线圈上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，感应电流的峰值更大，说明磁通量变化率的最大值更大，选项D正确。
题型3　电磁感应中的动力学、能量问题
间，导体框的EF边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小B＝1 T，重力加速度大小取g＝10 m/s2，sin α＝0.6。求：
(1)金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小；(2)金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数；(3)导体框匀速运动的距离。
(2)金属棒在磁场中运动过程中，导体框做匀加速直线运动设金属棒与导体框间的滑动摩擦力大小为Ff，导体框进入磁场时的速度大小为v，对导体框，由牛顿第二定律得Mgsin α－Ff＝Ma1⑥导体框刚进入磁场时做匀速直线运动，对导体框，由平衡条件得Mgsin α＝F2＋Ff⑨
代入数据联立解得a1＝5 m/s2，Ff＝0.06 N，v＝2.5 m/s金属棒在磁场中做匀速直线运动时，由平衡条件得mgsin α＋Ff＝F1⑩代入数据解得金属棒的质量m＝0.02 kg⑪由滑动摩擦力公式得Ff＝μmgcs α，代入数据解得金属棒与导体框之间的动摩擦因数μ＝0.375。⑫
磁场宽度d＝v1t1＝0.3 m⑭金属棒离开磁场后做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得mgsin α＋Ff＝mma2⑮代入数据解得a2＝9 m/s2金属棒加速到与导体框速度v相等，然后两者一起做匀加速直线运动由匀变速直线运动的速度—时间公式得v＝v0＋a2t⑯
〔易错提醒〕搞混金属棒和导体框各自所受摩擦力的方向，无法形成清晰的金属棒和导体框多阶段的运动情境，挖掘不出“在匀速运动一段距离后开始加速”的隐含意义。
〔对点训练〕 (2023·6月浙江高考卷)某兴趣小组设计了一种火箭落停装置，简化原理如图所示，它由两根竖直导轨、承载火箭装置(简化为与火箭绝缘的导电杆MN)和装置A组成，并形成闭合回路。装置A能自动调节其输出电压确保回路电流I恒定，方向如图所示。导轨长度远大于导轨间距，不论导电杆运动到什么位置，电流I在导电杆以上空间产生的磁场近似为零；在导电杆所在处产生的磁场近似为匀强磁场，大小B1＝kI(其中k为常量)，方向垂直导
(1)求导电杆所受安培力的大小F和运动的距离L。(2)求回路感应电动势E与运动时间t的关系。(3)求装置A输出电压U与运动时间t的关系和输出的能量W。(4)若R的阻值视为0，装置A用于回收能量，给出装置A可回收能量的来源和大小。