新教材高考物理一轮复习第11章电磁感应研专项素养提升课件

这是一份新教材高考物理一轮复习第11章电磁感应研专项素养提升课件，共25页。PPT课件主要包含了审题指导等内容，欢迎下载使用。
一、重要科学思维方法指导:电磁感应中的图像问题图像法解决问题主要是根据图像的斜率、面积、截距等信息处理问题。
【处理方法】1.题型分类(1)由给定的电磁感应过程选出正确的图像;(2)由给定的图像分析电磁感应过程,定性或定量求解相应的物理量或推断出其他图像。常见的图像有B-t图像、E-t图像、i-t图像、v-t图像、F-t图像等。2.解题关键弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键。
3.解题步骤(1)明确图像的种类,即是B-t图像还是Φ-t图像,或者E-t图像、I-t图像等;(2)分析电磁感应的具体过程;(3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系;(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式;(5)根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。
【案例探究】案例1.如图所示,垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t均匀变化。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中,金属框平面与磁场方向垂直,电阻R=0.1 Ω,边长l=0.2 m。求:
(1)在t=0到t=0.1 s时间内,金属框中的感应电动势E;(2)t=0.05 s时,金属框ab边受到的安培力F的大小和方向;(3)在t=0到t=0.1 s时间内,金属框中电流的电功率P。
审题指导(1)本题中给出了B-t图像,而根据法拉第电磁感应定律有两种特殊情况,即 恰是B-t图像中图线的斜率,若斜率不变则感应电动势是恒定不变的。(2)本题中斜率不变,即感应电动势不变,感应电流不变,计算功率时直接应用P=I2R即可。
答案 (1)0.08 V　(2)0.016 N,方向垂直于ab向左　(3)0.064 W解析 (1)在t=0到t=0.1 s的时间Δt内,磁感应强度的变化量ΔB=0.2 T,设穿过金属框的磁通量变化量为ΔΦ,有ΔΦ=ΔB·l2由于磁场均匀变化,金属框中产生的电动势是恒定的,有E=联立解得E=0.08 V。
(2)设金属框中的电流为I,由闭合电路欧姆定律,有I=由题图可知,t=0.05 s时,磁感应强度为B1=0.1 T,金属框ab边受到的安培力F=IlB1联立解得F=0.016 N 方向垂直于ab向左。(3)在t=0到t=0.1 s时间内,金属框中电流的电功率P=I2R联立解得P=0.064 W。
案例2.(多选)如图,两条光滑平行金属导轨固定,所在平面与水平面夹角为θ,导轨电阻忽略不计。虚线ab、cd均与导轨垂直,在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且
接触良好。已知PQ进入磁场时加速度恰好为零。从PQ进入磁场开始计时,到MN离开磁场区域为止,流过PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是(　　)
答案 AD解析 本题以棒—轨模型考查电磁感应,属于电磁感应中动力学问题和图像问题。由于导体棒进入磁场时加速度为零,说明是匀速进入;两棒分别进入有两种情况,一是PQ在磁场中运动时,MN在磁场外,当PQ出磁场后,MN进入磁场,这时,MN切割磁感线的速度与PQ切割磁感线的速度相同,这一过程电流大小不变,流过PQ的电流方向相反,A正确,B、C错误。二是PQ在磁场中还没有出来时,MN进入,这时回路电流为零。两棒加速下滑,PQ出磁场时,MN的速度比刚进入磁场时大,所受安培力大于重力沿金属导轨的分力,MN做减速运动,电流减少,由此可知D正确。
【创新训练】1.(2022广西河池期末)如图所示,一用粗细均匀的金属导线制成的花瓶形单匝闭合线圈ABCD置于y轴左侧,整个线圈平行于纸面且关于x轴对称,在y轴右侧区域存在垂直于纸面向里的匀强磁场。现将线圈沿x轴向右匀速平移进入磁场,从BC边刚进入磁场开始计时,以电流逆时针流动方向为正方向,则线圈中的电流i随时间t变化的图像可能是(　　)
答案 B　解析 线圈ABCD在匀速进入匀强磁场的过程中,穿过线框平面的磁通量一直在增大,根据楞次定律可知,线圈中感应电流始终沿逆时针方向,即线圈中感应电流始终为正值。在线圈进入磁场的过程中,有效切割长度先变短再变长,然后又变短,由E=Blv知线圈产生的感应电动势先减小再增大,然后又减小,所以线圈中的电流先减小再增大,然后又减小,故A、C、D错误,B正确。
2.(2023广东广州期中)如图甲所示,光滑导轨水平放置在与水平方向成60°角斜向下的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定斜向下为正方向),导体棒ab垂直于导轨放置,除电阻R的阻值外,其余电阻不计,导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态。规定a→b的方向为电流的正方向,水平向右的方向为外力的正方向,斜向右下方为安培力的正方向,则在0~t1时间内,能正确反映电阻R的热功率P、流过导体棒ab的电流i、导体棒ab所受水平外力F及安培力FA随时间t变化的图像正确的是(　　)
不变,则感应电动势保持不变,电路中电流不变,故A错误。根据P=I2R,可知热功率P恒定不变,故B错误。根据楞次定律判断可知ab中感应电流从a到b,当B为负值时,安培力的方向垂直于磁感线斜向右下方,根据平衡条件可知,外力水平向左,为负值,大小为F=BILsin 60°,可知B为正值时,外力水平向右,为正值,大小为F=BILsin 60°,故C正确。根据安培力FA=BIL可知,导体棒ab所受安培力FA随B的变化而变化,故D错误。
二、典型物理模型指导突破:电磁感应中含电容问题模型【处理方法】电容器对学生来说本身就是一个容易忽视的知识点,对于电容器充放电过程的电流实验,是新课标增加内容。对于涉及“电磁感应+电容器”模型中电容器充放电计算问题的处理也是高考的难点问题,因此要认真分析,寻找其中的规律。该类模型要注意微元法和动量定理的应用。
【案例探究】(2022河南新乡期末)如图所示,在水平面上放四根电阻不计、足够长的光滑金属导轨MN、GH、M'N'、G'H',其中NG、N'G'是平滑连接两导轨的固定光滑绝缘材料。在光滑绝缘材料上放有电阻r=1.0 Ω、质量m2=0.1 kg的金属棒Q,导轨右端接有定值电阻R=2.0 Ω,左边导轨上放有电阻不计、质量m1=0.1 kg的金属棒P,整个导轨所在的空间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=1.0 T。导轨左端接有电源和电容器,单刀双掷开关S先接1时电容器和电源接通,足够长时间后单刀双掷开关S接2,电容器与金属导轨接通,金属棒P与Q发生弹性碰撞前已经做匀速直线运动。已知电源电动势E=10 V,内阻不计,导轨间距和金属棒P、Q的长度均为l=1 m,电容器电容C=1.0×10-2 F。求:(结果可用分式表示)
(1)单刀双掷开关S接1时足够长时间后电容器带的电荷量;(2)单刀双掷开关S接2,金属棒P做匀速直线运动的速度大小和此时电容器带的电荷量;(3)定值电阻R产生的焦耳热。审题指导(1)根据电容器的定义式可以解得电荷量;(2)分析金属棒P的运动状态,根据动量定理解得速度与电荷量;(3)根据动量守恒定律结合机械能守恒定律解得。
解析 (1)单刀双掷开关S接1时足够长时间后电容器的电压U=E=10 V电容器带的电荷量q1=CU代入数据解得q1=0.1 C。
(3)设金属棒P、Q碰后的速度分别为v1、v2,金属棒P与Q在光滑绝缘材料平滑连接处发生弹性碰撞,满足动量守恒定律和机械能守恒定律,规定向右为正方向,则m1v0=m1v1+m2v2
【创新训练】电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意图如图所示,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l,电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。首先开关S接1,使电容器完全充电。然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨。求:
(1)磁场的方向;(2)MN刚开始运动时加速度a的大小;(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q。
解析 (1)根据左手定则可知,磁场方向垂直于导轨平面向下。(2)电容器完全充电后,两极板间电压为E,当开关S接2时,电容器放电,设刚放电时流经MN的电流为I,有I=设MN受到的安培力为F,有F=BIl由牛顿第二定律,有F=ma联立解得a= 。