2025届高考物理一轮总复习第15单元热学热点练11气体实验定律与热力学第一定律的综合应用课件新人教版 (22)

这是一份2025届高考物理一轮总复习第15单元热学热点练11气体实验定律与热力学第一定律的综合应用课件新人教版 (22)，共60页。PPT课件主要包含了落实基础主干，ABC，突破命题视角，逆向推理法，实验15等内容，欢迎下载使用。
一、磁通量1.概念:磁感应强度B与磁场方向垂直的平面面积S的乘积。2.计算(1)公式:Φ=BS。(2)适用条件:①匀强磁场;②S是垂直磁场的有效面积。(3)单位:韦伯(Wb),1 Wb=1 T·m2。 3.意义:穿过某一面积的磁感线的条数。4.标矢性:磁通量是标量,但有正、负。
二、电磁感应1.电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生的现象。2.产生感应电流的条件(1)条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化。(2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动。3.产生电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,则产生感应电流;如果回路不闭合,那么只有感应电动势,而无感应电流。
三、感应电流方向的判断1.右手定则: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个平面内;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。如图所示。
2.楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
四、电磁阻尼与电磁驱动
[练一练]1.判断下列说法对错(1)当导体切割磁感线运动时,导体中一定产生感应电流。(　　)(2)穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关。(　　)(3)电路中磁通量发生变化时,就一定会产生感应电流。(　　)(4)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。(　　)(5)楞次定律和右手定则都可以判断感应电流的方向,二者没什么区别。( )(6)回路不闭合时,穿过回路的磁通量发生变化也会产生“阻碍”作用。(　)
2.(教材选择性必修第二册第26页“思考与讨论”改编)(多选)如图所示,用绳吊起一个铝环,用磁体的任意一极去靠近或远离铝环时,下列说法正确的是(　　)A.从左侧靠近铝环时观察到的现象是铝环向右摆B.靠近铝环时穿过铝环的磁通量增加,铝环中有感应电流产生C.从左侧远离铝环时观察到的现象是铝环向左摆D.远离铝环时铝环中产生的感应电流的方向一定为逆时针方向(从左向右看)
考点一　电磁感应现象及其应用
1.判断是否产生感应电流的步骤(1)确定研究的回路。(2)弄清楚回路内的磁场分布,并确定穿过该回路的磁通量Φ。
2.常见的产生感应电流的三种情况
典例　下列物理情境中,不能产生感应电流的是(　　)
解析 开关S闭合稳定后,穿过线圈N的磁通量保持不变,线圈N中不会产生感应电流;磁体向铝环A靠近,穿过铝环的磁通量增大,铝环A中会产生感应电流;金属框从A位置向B位置运动,穿过金属框的磁通量发生变化,金属框中会产生感应电流;铜盘在磁场中按图示方向转动,铜盘的一部分切割磁感线,回路中会产生感应电流。故选A。
变式练(2023浙江宁波统考二模)如图甲所示,A、B为两个相同的环形线圈,共轴并靠近放置,A线圈中通有如图乙所示的交变电流,下列说法正确的是(　　)
A.t1时刻两线圈间作用力最大B.t2时刻两线圈间作用力最大C.在t1到t2时间内,A、B两线圈相互排斥D.在t2到t3时间内,A、B两线圈相互排斥
解析 由图可知,在t1时刻A线圈中的电流最大,此时产生的磁通量的变化率为零,所以B线圈中的感应电流为零,此时两线圈间作用力为零,故A错误;在t2时刻,A线圈中的电流为零,磁通量的变化率是最大的,则B线圈中的感应电流也是最大的,但两线圈间的相互作用力为零,故B错误;在t1到t2时间内,A线圈中的电流减小,穿过B线圈的磁通量减小,由楞次定律可知,A、B两线圈相互吸引,故C错误;在t2到t3时间内,A线圈中的电流增大,穿过B线圈的磁通量增大,由楞次定律可知,A、B两线圈互相排斥,故D正确。
考点二　楞次定律的理解与应用
用楞次定律判断1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.应用楞次定律的思路
典例　(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)方向的电流,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,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的方向为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的方向为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的方向为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。
变式练(2023浙江衢州模拟)如图所示,水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线,以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置,两直导线中的电流大小与变化情况完全相同,电流方向如图中所示,当两直导线中的电流都增大时,四个线圈a、b、c、d中产生顺时针方向感应电流的是(　　)
A.线圈aB.线圈bC.线圈cD.线圈d
解析 由安培定则判断出通电长直导线周围的磁场方向,叠加后知线圈a中磁场方向垂直纸面向里,线圈c中磁场方向垂直纸面向外,线圈b、d中磁场叠加后磁感应强度为零,当两直导线电流增大时,由楞次定律判断出线圈c中会产生顺时针方向的感应电流,线圈a中会产生逆时针方向的感应电流,线圈b、d中不产生感应电流,故C正确。
考点三　楞次定律推论的应用
“阻碍”的四种表现形式
典例1　如图所示,两个线圈A、B套在一起,线圈A中通有电流,方向如图所示。当线圈A中的电流突然减弱时,线圈B中的感应电流方向为(　　)A.沿顺时针方向B.沿逆时针方向C.无感应电流D.先沿顺时针方向,再沿逆时针方向
解析 当线圈A中通有减小的逆时针方向的电流时,则穿过线圈B的磁通量垂直纸面向外且减小,根据楞次定律,可知线圈B中感应电流的方向与线圈A中电流的方向相同,即沿逆时针方向,故选B。
典例2　如图所示,质量为m的铜质闭合线圈静置于粗糙水平桌面上。当一个竖直放置的条形磁体贴近线圈,沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时,线圈始终保持不动。在此过程中线圈受到支持力FN和摩擦力Ff,下列说法正确的是(　　)A.FN先大于mg,后小于mgB.FN一直大于mgC.Ff先向左,后向右D.线圈中的电流方向始终不变
解析 根据“来拒去留”,条形磁体靠近线圈时受到斜向上的斥力,由牛顿第三定律知,线圈受到斜向下的斥力,故它受到的支持力FN大于重力mg,条形磁体远离线圈时受到斜向下的引力作用,线圈受到斜向上的引力,支持力FN小于重力mg,故A正确,B错误;整个过程条形磁体对线圈的作用力都有向右的分量,即线圈有向右运动的趋势,摩擦力的方向始终向左,C错误;由于线圈中的磁通量先变大后变小,方向不变,故线圈中电流方向(俯视)先逆时针后顺时针,D错误。
典例3　如图所示,水平长直导线PQ固定在离地足够高处,并通有向左的恒定电流,矩形导电线框abcd在PQ的下方且与PQ处于同一竖直面内。现将线框abcd从图示实线位置由静止释放,运动过程中cd始终水平,不计空气阻力。在线框从实线位置运动到虚线位置的过程中,下列说法正确的是(　　)A.线框做自由落体运动B.线框中感应电流的方向为adcbaC.线框所受安培力的合力方向竖直向下D.线框有扩张趋势
解析 线框下落过程中穿过其磁通量减小,根据楞次定律可知线框中会产生感应电流阻碍磁通量的变化,这种阻碍体现在线框将受到竖直向上的安培力作用,所以线框不是做自由落体运动,故A、C错误;由于线框中垂直纸面向外的磁通量减小,则根据楞次定律可以判断线框中感应电流的方向为abcda,故B错误;线框为了“阻碍”磁通量的减少,通过面积的扩张减缓磁通量的减少,故D正确。
考点四　“三个定则和一个定律”的综合应用
安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用对比
典例1(多选)如图所示,M为水平放置的橡胶圆盘,在其外侧面均匀地带有负电荷。在M正上方用绝缘丝线悬挂一个闭合铝环N,铝环N也处于水平面中,且M和N的中心在同一条竖直线O1O2上,现让M由静止开始绕O1O2轴按图示逆时针方向加速转动,下列说法正确的是(　　)A.铝环N有沿逆时针方向的感应电流B.铝环N有扩张的趋势C.橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向下D.橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向上
解析 橡胶圆盘M由静止开始绕O1O2轴按图示逆时针方向加速转动时,穿过铝环N的磁通量向下且增大,根据楞次定律可知,铝环N有沿逆时针方向的感应电流,故A正确;根据楞次定律的推论,知铝环N的面积有缩小的趋势,且有向上运动的趋势,所以橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向上,且铝环N有收缩的趋势,故D正确,B、C错误。
典例2(多选)如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,MN的左边有一闭合电路,当PQ在一外力的作用下运动时,MN向右运动,则PQ的运动状态可能是(　　)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
议题说法程序法和逆向推理法分析二次电磁感应1.程序法(正向推理法)
左、右手定则巧区分1.区分左手定则和右手定则的根本是抓住“因果关系”。“因电而动”——用左手,“因动生电”——用右手。2.使用中左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于记忆,可简化记忆为“左力右电”。
变式练置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线,与套在铁芯上部的线圈A相连。套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平光滑导轨上,如图所示。导轨上有一根金属棒ab静止处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是(　　)
A.圆盘顺时针加速转动时,金属棒ab将向右运动B.圆盘顺时针匀速转动时,金属棒ab将向右运动C.圆盘顺时针减速转动时,金属棒ab将向右运动D.圆盘逆时针加速转动时,金属棒ab将向左运动
解析 当圆盘顺时针加速转动时,根据右手定则可知产生的感应电流方向为由圆心指向盘边缘,在线圈A中的磁场方向为由A指向B,且磁场在增强,在线圈B中产生感应电流的方向为由a指向b,根据左手定则可知金属棒ab向左运动;同理可知,圆盘顺时针减速转动时,金属棒ab向右运动;圆盘匀速转动时,金属棒ab不受力,静止不动;圆盘逆时针加速转动时,金属棒ab将向右运动,故C正确,A、B、D错误。
实验15探究影响感应电流方向的因素
1.实验原理:改变穿过闭合回路的磁通量,回路中有感应电流,利用电流表指针偏转方向确定影响感应电流方向的因素。
2.实验电路图(1)探究电流表指针偏转方向与电流方向的关系实验电路如图甲所示。(2)探究影响感应电流方向的因素实验电路如图乙所示。(3)模拟法拉第电磁感应现象的实验电路如图丙所示。
3.操作要领(1)确定:电流表指针偏转方向与电流方向及电流表正、负接线柱的关系,弄清线圈导线的绕向。(2)操作:安装好仪器后,把条形磁体插入、拔出螺线管。(3)记录:记录磁场方向、电流方向、磁通量大小变化情况,并填入表格。
4.数据处理以下面四种情况为例:
线圈内磁通量增加时的情况(表1)
线圈内磁通量减少时的情况(表2)
5.实验结论表1说明:当线圈中磁通量增加时,感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向相反。表2说明:当线圈中磁通量减少时,感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向相同。6.注意事项(1)确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时,要用试触法并注意防止电流过大或通电时间过长损坏电流表。(2)电流表选用零刻度在中间的灵敏电流表。(3)实验前设计好表格,并明确线圈的绕线方向。(4)按照控制变量的思想进行实验。(5)进行一种操作后,等电流表指针回零后再进行下一步操作。
考点一　实验原理及方法典例　某学生用如图所示的电路验证楞次定律,他在实验步骤中有重要的遗漏,主要实验步骤如下:
(1)把蓄电池、开关和线圈A串联成一个电路。(2)把电流表和线圈B串联成另一个电路。(3)接通电源,给线圈A通电,并记下线圈A中电流的方向,把线圈A插入线圈B中,停一会儿再取出来,当线圈A在插入和取出过程中,以及停止运动时,观察电流表的指针有无偏转,并记下指针偏转的方向。(4)改变线圈A中电流的方向,按步骤(3)重做实验,观察电流表的指针有无偏转,并记下指针偏转的方向。这个学生想根据上述实验记录验证楞次定律,他在实验中漏掉了什么重要实验步骤:  。 
答案 在步骤(1)之前先查明电流表指针的偏转方向与线圈B中电流方向的关系、查明线圈的绕线方式解析 实验的目的是验证楞次定律,即确定如何判定感应电流的方向,因此实验之前必须在步骤(1)之前先查明电流表指针的偏转方向与线圈B中电流方向的关系、查明线圈的绕线方式。
考点二　实验分析和处理典例　小明用如图甲所示的实验装置探究“影响感应电流的因素”,螺线管与灵敏电流表构成闭合电路,条形磁体N极朝下。请回答下列问题:
(1)要想使电流表指针发生偏转,即有感应电流产生,小明进行了以下4种操作,其中可行的是　　　(填选项前的字母)。 A.螺线管不动,条形磁体匀速插入或拔出螺线管B.螺线管不动,条形磁体加速插入或拔出螺线管C.螺线管不动,条形磁体S极朝下,匀速插入或拔出螺线管D.螺线管不动,条形磁体S极朝下,加速插入或拔出螺线管
(2)在(1)的研究中,小明发现电流表指针偏转方向会有不同,也就是感应电流方向不同,根据(1)中的操作,则感应电流方向与下列哪些因素有关　　　(填选项前的字母)。 A.条形磁体的磁场方向B.条形磁体的磁性强弱C.条形磁体运动的方向D.条形磁体运动的速度大小
(3)小明又将实验装置改造,如图乙所示,螺线管A经过滑动变阻器与开关、电池相连构成直流电路;螺线管B与灵敏电流表构成闭合电路。螺线管B套在螺线管A的外面。为了探究影响感应电流方向的因素,闭合开关后,以不同的速度移动滑动变阻器的滑片,观察指针摆动情况;由此实验可以得出恰当的结论是　　　(填选项前的字母)。 
A.螺线管A的磁性变强或变弱影响指针摆动幅度大小B.螺线管A的磁性变强或变弱影响指针摆动方向
C.螺线管A的磁性强弱变化快慢影响指针摆动幅度大小D.螺线管A的磁性强弱变化快慢影响指针摆动方向
(4)如图丙所示,把一铜线圈水平固定在铁架台上,其两端连接在电流传感器上,能得到该铜线圈中的电流随时间变化的图线。利用该装置可探究条形磁体在穿过铜线圈的过程中,产生的电磁感应现象。两次实验中分别得到了如图丁、戊所示的电流随时间变化的图线(两次用同一条形磁体,在距离铜线圈上端不同高度处,由静止沿铜线圈轴线竖直下落,始终保持直立姿态,且所受空气阻力可忽略不计)。根据此实验的操作,下列说法正确的是　　(填选项前的字母)。 
A.条形磁体的磁性越强,产生的感应电流峰值越大B.条形磁体距离铜线圈上端的高度越大,产生的感应电流峰值越大C.铜线圈匝数越多,产生的感应电流峰值越大D.铜线圈所围面积越大,产生的感应电流峰值越大
解析 (1)螺线管不动,条形磁体匀速插入或拔出螺线管,穿过螺线管的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转,即有感应电流产生,A正确;螺线管不动,条形磁体加速插入或拔出螺线管,穿过螺线管的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转,即有感应电流产生,B正确;螺线管不动,条形磁体S极朝下,匀速插入或拔出螺线管,穿过螺线管的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转,即有感应电流产生,C正确;螺线管不动,条形磁体S极朝下,加速插入或拔出螺线管,穿过螺线管的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转,即有感应电流产生,D正确。(2)感应电流方向与条形磁体的磁场方向和条形磁体运动的方向有关,与条形磁体的磁性强弱、条形磁体运动的速度大小无关,A、C正确,B、D错误。
(3)螺线管A的磁性变强或变弱,根据楞次定律,可知影响指针摆动的方向,A错误,B正确;根据法拉第电磁感应定律,螺线管A的磁性强弱变化快慢影响指针摆动幅度的大小,C正确,D错误。(4)两次实验中用同一条形磁体,在距离铜线圈上端不同高度处下落,根据法拉第电磁感应定律可知,磁通量变化得越快产生的电流越大,由v2=2gh,得 ,距线圈上端高度越大,到达线圈时速度越大,产生的电流峰值越大,磁体为同一条形磁体,磁场强弱与电流峰值的关系,该实验无法验证,A错误,B正确;铜线圈匝数、铜线圈所围面积在这两次实验中均保持不变,无法验证它们与电流峰值的关系,C、D错误。
考点三　实验拓展创新典例　在研究电磁感应的实验中,实验装置如图所示。线圈C与灵敏电流表构成闭合电路。电源、开关、带有铁芯的线圈A、滑动变阻器构成另一个独立电路。表格中的第三行已经列出了实验操作以及与此操作对应的电流表的表针偏转方向,请以此为参考,把表格填写完整。