2022年高考物理 專題六 電磁感應(yīng)（學(xué)生版）教案新人教版

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1、2022年高考物理 專題六 電磁感應(yīng)（學(xué)生版）教案新人教版 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用類問題不僅涉及法拉第電磁感應(yīng)定律，還涉及力學(xué)、靜電場、電路、磁場等知識。 電磁感應(yīng)的綜合題有兩類基本類型：一是電磁感應(yīng)與電路、電場的綜合；二是電磁感應(yīng)與磁場、導(dǎo)體的受力和運動的綜合。也有這兩種基本類型的復(fù)合題，題中電磁現(xiàn)象與力現(xiàn)象相互聯(lián)系、相互影響、相互制約，其基本形式如下： 【重點、熱點透析】 （一）楞次定律的理解和應(yīng)用 在用楞次定律解決電磁感應(yīng)的有關(guān)問題時，要注意以下四點： (1)阻礙原磁通量的變化或原磁場的變化，可用做分析感應(yīng)電流的方向和受力及面積擴大或縮小的趨勢，理

2、解為“增反減同”。 (2)阻礙相對運動。理解為“來拒去留”，可用做分析受力及運動方向。 (3)表示為“延緩”磁通量的變化。 (4)線圈運動方向的判定。 線圈在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流而受到磁場對它的作用引起線圈運動。利用等效性（通電線圈與條形磁鐵等效）和阻礙特點確定線圈受力。 【例1】如圖所示，ab是一個可以繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動的閉合矩形導(dǎo)線框，當(dāng)滑動變阻器的滑片P自左向右滑動時，從紙外向紙里看，線框ab將（　　） Ａ．保持靜止不動 Ｂ．逆時針轉(zhuǎn)動 Ｃ．順時針轉(zhuǎn)動 Ｄ．發(fā)生轉(zhuǎn)動，但電源極性不明，無法確定轉(zhuǎn)動方向 點評：真正理解了楞次定律中的“阻礙”的含義之后，就沒有

3、必要按部就班的進行磁通量的方向、大小的判斷，而只需要從運動的角度考慮就可以了。 （二）電磁感應(yīng)中的電路問題 在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于電源。因此，電磁感應(yīng)問題往往與電路問題聯(lián)系在一起。解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法如下： (1)確定電源：首先明確產(chǎn)生電磁感應(yīng)的電路就是等效電源；其次利用或Ｅ=ＢＬv求感應(yīng)電動勢的大小；再利用右手定則或愣次定律判斷感應(yīng)電流的方向． (2)正確分析電路的結(jié)構(gòu)，畫出等效電路圖． (3)利用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等公式聯(lián)立求解． 【例2】如圖所示，在傾角為300的光滑

4、斜面上固定一光滑金屬導(dǎo)軌CDEFG，OH∥CD∥FG，∠DEF=600，.一根質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒AB在電機牽引下，以恒定速度v0沿OH方向從斜面底端開始運動，滑上導(dǎo)軌并到達斜面頂端，AB⊥OH.金屬導(dǎo)軌的CD、FG段電阻不計，DEF段與AB棒材料與橫截面積均相同，單位長度的電阻為r， O是AB棒的中點，整個斜面處在垂直斜面向上磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中.求： (1)導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌上滑動時電路中電流的大??； (2)導(dǎo)體棒運動到DF位置時AB兩端的電壓. 方法總結(jié)：解決電磁感應(yīng)電路問題的關(guān)鍵是借鑒或利用相似原形來啟發(fā)理解和變換物理模型，即把‘電磁感應(yīng)電路問題等效轉(zhuǎn)

5、換成穩(wěn)恒直流電路．把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分等效為內(nèi)電路，感應(yīng)電動勢的大小相當(dāng)于電源電動勢；其余部分相當(dāng)于外電路，并畫出等效電路圖。此時，處理問題的方法與閉合電路求解基本一致． （三）電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題 電磁感應(yīng)中通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流，在磁場中將受到安培力的作用，因此，電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)、運動學(xué)等問題聯(lián)系在一起。電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的解題思路如下： 【例3】如圖所示，abcd為質(zhì)量M=2 kg的導(dǎo)軌，放在光滑絕緣的水平面上，另有一根重量m=0.6 kg的金屬棒PQ平行于bc放在水平導(dǎo)軌上，PQ棒左邊靠著絕緣的豎直立柱ef（豎直立柱光滑，且固定不動），導(dǎo)軌處于勻強磁場中，磁場以cd為界

6、，左側(cè)的磁場方向豎直向上，右側(cè)的磁場方向水平向右，磁感應(yīng)強度B大小都為0.8 T.導(dǎo)軌的bc段長L=0.5 m，其電阻r=0.4Ω，金屬棒PQ的電阻 R=0.2Ω，其余電阻均可不計.金屬棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)=0.2.若在導(dǎo)軌上作用一個方向向左、大小為F=2 N的水平拉力，設(shè)導(dǎo)軌足夠長，重力加速度g取 10 m/s2，試求： (1)導(dǎo)軌運動的最大加速度； (2)導(dǎo)軌的最大速度； (3)定性畫出回路中感應(yīng)電流隨時間變化的圖線． 方法總結(jié)：解決這類問題的思路是：聯(lián)系兩者的橋梁是磁場對感應(yīng)電流的安培力．解決此類問題時，正確分析受力是關(guān)鍵

7、，解題時要分清物體的狀態(tài)是處于平衡狀態(tài)還是動態(tài)變化。 （四）電磁感應(yīng)中的能量問題 電磁感應(yīng)的過程是的能的轉(zhuǎn)化和守恒的過程，導(dǎo)體切割磁感線或磁通量發(fā)生變化在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，機械能或其他形式的能便轉(zhuǎn)化為電能；感應(yīng)電流做功，又可使電能轉(zhuǎn)化為機械能或電阻的內(nèi)能等。電磁感應(yīng)的過程總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，因此在分析問題時，應(yīng)牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量參與了相互的轉(zhuǎn)化，然后借助于動能定理或能量守恒定律等規(guī)律求解。需要說明的是克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 解決這類問題的基本方法是： (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定電

8、動勢的大小和方向； (2)畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率的表達式； (3)分析導(dǎo)體機械能的變化，用能量守恒定律得到機械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程。 【例4】如圖所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距為L，左端接有阻值為 R的電阻，處在方向豎直、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略.初始時刻，彈簧恰處于自然長度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度v0.在沿導(dǎo)軌往復(fù)運動的過程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸. (1)求初始時刻導(dǎo)體棒受到的安培力。 (2)若導(dǎo)體棒從初始時刻到速度第一次為零時，彈簧的彈性勢能為E

9、p，則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少？ (3)導(dǎo)體棒往復(fù)運動，最終將靜止于何處？從導(dǎo)體棒開始運動直到最終靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少？ 方法總結(jié)：用能量轉(zhuǎn)化觀點研究電磁感應(yīng)問題，常是導(dǎo)體（或線圈）穩(wěn)定運動（勻速直線運動或勻跡速直線運動），對應(yīng)的受力特點是合外力為零或保持不變，能量轉(zhuǎn)化過程通常是機械能轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能和摩擦生熱（在有摩擦力的條件下）。 （五）電磁感應(yīng)中的圖象問題 電磁感應(yīng)的圖象問題往往可分為兩類：(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象．(2)由給

10、定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量． 不管是何種類型，電磁感應(yīng)中的圖象問題常需利用左手定則、右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解答． 【例5】某種發(fā)電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)平面圖如圖甲，永久磁體的內(nèi)側(cè)為半圓柱面形，它與圓柱形鐵芯之間的窄縫間形成如圖甲所示B=0.5T的磁場。在磁場中有一個如圖乙所示的U形導(dǎo)線框abcd．已知線框ab和cd邊長均為0.2m，bc邊長為0.4m，線框以ω=200πrad/s的角速度順時針勻速轉(zhuǎn)動．從bc邊轉(zhuǎn)到圖甲所示正上方開始計時，求t=2.5×10－3s這一時刻線框中感應(yīng)電動勢的大小，并在給定的坐標(biāo)平面內(nèi)畫出ad兩點電勢差Uad隨時間變化的關(guān)系

11、圖線．（感應(yīng)電動勢的結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，Uad正值表示（a>d）． 【例6】矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度B隨時間變化的規(guī)律如圖所示．若規(guī)定順時針方向為感應(yīng)電流I的正方向，下列各圖中正確的是（　?。? 點評：在電磁感應(yīng)感應(yīng)的討論中，磁場和電流等物理量的變化規(guī)律，通常以圖象的形式出現(xiàn)．正確地認(rèn)識圖象的物理意義及其所描述的物理量的變化規(guī)律是解決此類問題的關(guān)鍵．另外，某些物理量正負(fù)方向的規(guī)定，常是容易被忽略和容易出錯的地方，應(yīng)

12、給予特別的注意． 電磁感應(yīng)課時作業(yè) 一、單項選擇題 １．如圖所示，粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈.當(dāng)一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經(jīng)過時，若線圈始終不動，則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向運動趨勢的正確判斷是（　?。? Ａ．FN先小于mg后大于mg，運動趨勢向左 Ｂ．FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向左 Ｃ．FN先大于mg后大于mg，運動趨勢向右 Ｄ．FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向右 ２．如右圖裝置中，線圈A的左端接在滑線變阻器的中點，當(dāng)滑動變阻器的滑動頭由a端滑向b端的過程中，通過與線圈B相連的電阻R上的感應(yīng)電流的方向為（ ） Ａ

13、．由c經(jīng)R到d Ｂ．先由c經(jīng)R到d，后由d經(jīng)R到c Ｃ．由d經(jīng)R到c Ｄ．先由d經(jīng)R到c，后由c經(jīng)R到d ３．右圖中兩條平行虛線之間存在勻強磁場，虛線間的距離為l，磁場方向垂直紙面向里．a(chǎn)bcd是位于紙面內(nèi)的梯形線圈，ad與bc間的距離也為l．t=0時刻,bc邊與磁場區(qū)域邊界重合（如圖所示）．現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域．取沿a→b→c→d→a的感應(yīng)電流為正，則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中，感應(yīng)電流I隨時間t變化的圖線可能是（ ） ４．三根電阻絲如圖連接,虛線框內(nèi)存在均勻變化的勻強磁場，三根電阻絲的電阻大小之比R1∶R2∶R3=1∶2∶3，金屬棒電

14、阻不計．當(dāng)S1、S2閉合，S3斷開時，閉合的回路中感應(yīng)電流為I，當(dāng)S2、S3閉合，S1斷開時，閉合的回路中感應(yīng)電流為5I，當(dāng)S1、S3閉合，S2斷開時，閉合的回路中感應(yīng)電流是（　　） Ａ．0 Ｂ．7I Ｃ．6I Ｄ．3I 二、雙項選擇題 ５．如圖所示，虛線框內(nèi)是磁感應(yīng)強度為Ｂ的勻強磁場，用同種導(dǎo)線制成的正方形線框abcd的邊長為Ｌ（Ｌ小于磁場寬度d），線框平面與磁場方向垂直．導(dǎo)線框以速度v水平向右運動，當(dāng)ab邊進入磁場時，ab兩端的電勢差為Ｕ1；當(dāng)cd邊進入磁場時，ab兩端的電勢差為Ｕ2．則（　?。? Ａ．Ｕ1＝ＢＬv　　Ｂ．Ｕ1＝ＢＬv　?。茫?＝Ｂ

15、Ｌv　?。模?＝ＢＬv ６．如圖所示，一矩形線框豎直向上進入有水平邊界的勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，線框在磁場中運動時只受重力和磁場力，線框平面始終與磁場方向垂直。向上經(jīng)過圖中1、2、3位置時的速率按時間依次為v1、v2、v3，向下經(jīng)過圖中2、1位置時的速率按時間依次為v4、v5，下列說法中一定正確的是（ ） Ａ．v1＞v2　　?。拢畍2＝v3　　?。茫畍2＝v4　　　Ｄ．v4＜v5 ７．如圖所示，金屬棒ab置于水平放置的U形光滑導(dǎo)軌上，在ef右側(cè)存在有界勻強磁場B，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下，在ef左側(cè)的無磁場區(qū)域cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導(dǎo)軌在同一平面內(nèi)．當(dāng)

16、金屬棒ab在水平恒力F作用下從磁場左邊界ef處由靜止開始向右運動后，則（　?。? 　?。粒畧A環(huán)Ｌ收縮　　　　　　　　　?。拢畧A環(huán)Ｌ擴張 　?。茫畧A環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流變小　　?。模畧A環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流變大 ８．等離子氣流由左方連續(xù)以v0射入P1和P2兩板間的勻強磁場中，ab直導(dǎo)線與P1、 P2相連接，線圈A　與直導(dǎo)線cd連接．線圈A內(nèi)有隨圖乙所示的變化磁場，且磁場B的正方向規(guī)定為向左，如圖甲所示，則下列敘述正確的是（　　） Ａ．０～１s內(nèi)ab、cd導(dǎo)線互相排斥　　　Ｂ．１～２s內(nèi)ab、cd導(dǎo)線互相吸引 Ｃ．２～３s內(nèi)ab、cd導(dǎo)線互相吸引　　　Ｄ．３～４s內(nèi)ab、cd導(dǎo)線互相排斥 ９．

17、如圖所示，固定位置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌的間距為d，其右端接有阻值為R的電阻，整個裝置處在豎直向上磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中．一質(zhì)量為m（質(zhì)量分布均勻）的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為u．現(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌運動距離L時，速度恰好達到最大（運動過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直）．設(shè)桿接入電路的電阻為r，導(dǎo)軌電阻不計，重力加速度大小為g．則此過程（ ） Ａ．桿的速度最大值為 Ｂ．流過電阻R的電量為 Ｃ．恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動能的變化量 Ｄ．恒力F做的功與安倍力做的功之和大于桿

18、動能的變化量 三、非選擇題 10．如圖所示，兩足夠長平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L，導(dǎo)軌平面與水平面夾角=30°，導(dǎo)軌電阻不計．磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直導(dǎo)軌平面向上，長為L的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌電接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m、電阻為R．兩金屬導(dǎo)軌的上端連接右端電路，燈泡的電阻RL=4R，定值電阻R1=2R，電阻箱電阻調(diào)到使R2=12R，重力加速度為g，現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放，試求： (1)金屬棒下滑的最大速度為多大？ (2)R2為何值時，其消耗的功率最大？消耗的最大功率為多少？ 11．如圖所示，N匝矩形金屬線圈的質(zhì)量為m，電阻為R，放

19、在傾角為θ的光滑斜面上，其ab邊長度為L且與斜面底邊平行．與ab平行的兩水平虛線MN、PQ之間，在t=0時刻加一變化的磁場，磁感應(yīng)強度B大小隨時間t的變化關(guān)系為B=Kt，方向垂直斜面向上．在t=0時刻將線圈由圖中位置靜止釋放，在t=t1時刻ab邊進入磁場，t=t2時刻ab邊穿出磁場．線圈ab邊剛進入磁場瞬間電流為0，穿出磁場前的瞬間線圈加速度為0．（重力加速度為g）求： （1）MN、PQ之間的距離d； （2）從t=0到t=t1運動過程中線圈產(chǎn)生的熱量Q． 12．足夠長的光滑水平導(dǎo)軌PC、QD與粗糙豎直導(dǎo)軌MC＇、ND＇之間用光滑的圓弧導(dǎo)軌PM和QN連接，O為圓弧軌道的圓心，如

20、圖甲所示。已知導(dǎo)軌間距均為L=0.2m，圓弧導(dǎo)軌的半徑為R=0.25m。整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化圖象如圖乙所示。水平導(dǎo)軌上的金屬桿A1在外力作用下，從較遠(yuǎn)處以恒定速度v0=1m/s水平向右運動，金屬桿A2從距圓弧頂端MN高H=0.4m處由靜止釋放。當(dāng)t=0.4s時，撤去施于桿A1上的外力；隨后的運動中桿A1始終在水平導(dǎo)軌上，且與A2未發(fā)生碰撞。已知金屬桿A1、A2質(zhì)量均為，A2與豎直導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5．金屬桿A1、A2的電阻均為，其余電阻忽略不計，重力加速度g=10m/s2．求： （1）金屬桿A2沿豎直導(dǎo)軌下滑過程中的加速度； （2）金屬桿A2滑至圓弧底端PQ的速度； （3）整個過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱Q．