2022高考物理二轮复习专题4电路与电磁感应第2讲电磁感应规律及综合应用学案.docx
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1、第2讲电磁感应规律及综合应用考情速览明规律高考命题点命题轨迹情境图楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用2016卷20,卷2116(2)20题16(3)21题17(1)18题17(3)15题18(1)17题18(1)19题18(2)18题20(2)14题20(3)14题2017卷18,卷152018卷17、19,卷182019卷142020卷14,卷14电磁感应中的图像问题2017卷2017(2)20题2018卷2018(3)20题2019卷2019(1)20题电磁感应的综合应用2016卷24,卷2416(1)24题16(2)24题2016卷2516(3)25题2020卷21,卷2420(2)21
2、题20(3)24题核心知识提素养“物理观念”构建一、求电荷量的三种方法1qIt(式中I为回路中的恒定电流,t为时间)(1)由于导体棒匀速切割磁感线产生感应电动势而使得闭合回路中的电流恒定,根据电流定义式可知qIt.(2)闭合线圈中磁通量均匀增大或减小且回路中电阻保持不变,则电路中的电流I恒定,t时间内通过线圈横截面的电荷量qIt.2qn(其中R为回路电阻,为穿过闭合回路的磁通量变化量)(1)闭合回路中的电阻R不变,并且只有磁通量变化为电路提供电动势(2)从表面来看,通过回路的磁通量与时间无关,但与时间有关,随时间而变化3qCBLv(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
3、磁感线的长度,v为导体棒切割速度的变化量)在匀强磁场中,电容器接在切割磁感线的导体棒两端,不计一切电阻,电容器两极板间电压等于导体棒切割磁感线产生的电动势E,通过电容器的电流I,又EBLv,则UBLv,可得qCBLv.二、求解焦耳热Q的三种方法“科学思维”展示思想方法一、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
4、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模型建构二、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
5、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”命题热点巧突破考点一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用考向1电磁感应现象1(2020新课标卷)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接焊机的原理如图所示,圆管通过一个接有高频交流电源的线圈,线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流,电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为(D)A库仑B霍尔C洛伦兹D法拉第【解析】由题意可知,圆管为金属导体,导体内部自成闭合回路,且有电
6、阻,当周围的线圈中产生出交变磁场时,就会在导体内部感应出涡电流,电流通过电阻要发热该过程利用的原理是电磁感应现象,其发现者为法拉第故选D考向2楞次定律的应用2(2020新课标卷)如图,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环圆环初始时静止将图中开关S由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到(B)A拨至M端或N端,圆环都向左运动B拨至M端或N端,圆环都向右运动C拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动D拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动【解析】无论开关S拨至哪一端,当把电路接通一瞬间,左边线圈中的电流从无到有,电流在线圈轴线上的磁场从无到有,从而引起穿过圆环
7、的磁通量突然增大,根据楞次定律(增反减同),右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流,异向电流相互排斥,故选B3(2020江苏高考真题)如图所示,两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反金属圆环的直径与两磁场的边界重合下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(B)A同时增大B1减小B2B同时减小B1增大B2C同时以相同的变化率增大B1和B2D同时以相同的变化率减小B1和B2【解析】产生顺时针方向的感应电流则感应电流的磁场的方向垂直纸面向里由楞次定律可知,圆环中的净磁通量变化为向里磁通量减少或者向外的磁通量增多,A错误,B正确;同时以相同的变化率增大B1和B2,或同时以相同的变化率
8、减小B1和B2,两个磁场的磁通量总保持大小相同,所以总磁通量为0,不会产生感应电流,C、D错误故选B4(2020北京通州区一模)如图1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铁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2、3所示的电流时间图线(两次用同一条形磁铁,在距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),下列说法正确的是(C)A条形磁铁的磁性越强,产生的感应电流峰值越大B条形磁铁距铜线圈上端的高度越小,产生的感应电流峰值越大C条形磁铁
9、穿过铜线圈的过程中损失的机械能越大,产生的感应电流峰值越大D两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是先向上后向下【解析】如果在相同的高度处下落,则条形磁铁的磁性越强,产生的感应电动势的最大值也就越大,即感应的电流峰值越大,而现在没有说明是在相同的高度下落的,故选项A错误;条形磁铁距铜线圈上端的高度越小,落到下端时的速度就越小,产生的感应电动势也就越小,即产生的感应电流峰值越小,选项B也错误;根据能量守恒,条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能都转化成了焦耳热,而焦耳热越大,需要的电流就会越大,则产生的感应电流峰值也会越大,选项C正确;根据楞次定律中的“来拒去留”的思路,两次实验条形磁
10、铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是向上的,故选项D错误5(多选)(2020潍坊二模)如图,螺线管内有平行于轴线的外加磁场,以图中箭头所示方向为其正方向螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一闭合小金属圆环,圆环与导线框在同一平面内当螺线管内的磁感应强度B随时间按图所示规律变化时(BC)A在0t1时间内,环有收缩趋势B在t1t2时间内,环有扩张趋势C在t1t2时间内,环内有逆时针方向的感应电流D在t2t3时间内,环内有逆时针方向的感应电流【解析】在0t1时间内,B均匀增加,则在线圈中产生恒定不变的感应电动势,则在导线框dcba中形成稳定的电流,则此时环中无感应电流产生,环也没有收缩趋势,选项A
11、错误;在t1t2时间内,B的变化率逐渐减小,则螺线管中的感应电流方向为从下到上且逐渐减小,在导线框abcd中的磁通量为向外减小,穿过环的磁通量向外减小,根据楞次定律可知(增缩减扩),环内有逆时针方向的感应电流,且有扩张趋势,选项B、C正确;在t2t3时间内,B的方向向下,且B的变化率逐渐减小,则螺线管中的感应电流方向为从上到下且逐渐减小,在导线框abcd中的磁通量为向里减小,穿过环的磁通量向里减小,根据楞次定律可知(增反减同),环内有顺时针方向的感应电流,选项D错误规律总结二次感应问题的处理技巧(1)依据磁场所在的线圈(原线圈)中磁通量变化,利用楞次定律判断感应电流的方向(2)判断产生的感应电
12、流大小是否变化,若变化,则存在二次感应问题(3)根据感应电流的方向及大小变化,结合安培定则判断无磁场线圈(二次要感应的线圈)中磁通量的变化情况(4)利用楞次定律或推论,判断无磁场线圈中的感应方向或线圈运动变化情况考向3涡流、电磁阻尼和电磁振荡6,(多选)(2020天津高考真题)手机无线充电是比较新颖的充电方式如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电在充电过程中(AC)A送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B受电线圈中感应
13、电流产生的磁场恒定不变C送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D手机和基座无需导线连接,这样传递能量没有损失【解析】由于送电线圈输入的是正弦式交变电流,是周期性变化的,因此产生的磁场也是周期性变化的,A正确,B错误;根据变压器原理,原、副线圈是通过互感现象实现能量传递,因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现象实现能量传递,C正确;手机与机座无需导线连接就能实现充电,但磁场能有一部分以电磁波辐射的形式损失掉,因此这样传递能量是有能量损失的,D错误故选A、C7(多选)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”,实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针
14、,如图所示,实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后,下列说法正确的是(AB)A圆盘上产生了感应电动势B圆盘内的感应电流产生的磁场导致磁针转动C在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了电流,此电流产生的磁场导致磁针转动【解析】因为当磁体和导体之间的相对运动在导体内产生了感应电流,而感应电流产生的磁场又会与磁体的磁场相互作用,从而使磁体一起转动起来,具体是当铜圆盘在小磁针的磁场中转动时,半径方向的金属条在切割磁感线,发生电磁感应现象,在铜圆盘的圆心和边缘之间产生感应电动势,A项正确;圆
15、盘在径向的辐条切割磁感线过程中,内部距离圆心远近不同的点电势不等而形成感应电流即涡流(根据圆盘转向的不同以及磁极的不同,感应电流从轴心流向边缘或从边缘流向轴心),而感应电流产生的磁场又会与小磁针的磁场相互作用,从而使小磁针一起转动起来,故B项正确,圆盘转动过程中,圆盘位置,圆盘面积和磁场都没有发生变化,故磁场穿过整个圆盘的磁场通量没有变化,C项错误;圆盘本身呈中性,不会产生环形电流,D项错误考向4法拉第电磁感应定律的应用8(2020海南5月调研)如图所示,用电阻为0.1 的金属丝围成一个半径为0.3 m的扇形闭合线框,该线框绕垂直于纸面的O轴以100 rad/s的角速度匀速转动,O轴位于方向垂
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