【物理】2019届一轮复习人教版 电磁感应 学案

【物理】2019届一轮复习人教版 电磁感应 学案

电磁感应 一、楞次定律的理解与应用 ‎1.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.感应电流的磁场方向不一定与原磁场方向相反，只有在磁通量增加时两者才相反，而在磁通量减少时两者是同向的.‎ ‎2.“阻碍”并不是“阻止”，而是“延缓”，回路中的磁通量变化的趋势不变，只不过变化得慢了.‎ ‎3.“阻碍”的表现：增反减同、来拒去留等.‎ 例1　(多选)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的.电磁驱动原理如图1所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈端点的金属环被弹射出去.现在固定线圈左侧同一位置，先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环，且铜的电阻率比铝小.合上开关S的瞬间(　　)‎ 图1‎ A.从左侧看环中感应电流沿顺时针方向 B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力 C.若将铜环放置在线圈右方，环将向左运动 D.电池正负极调换后，金属环不能向左弹射 答案　AB 解析　线圈上突然通过直流电流时，使得环中磁通量增加，由安培定则可知，固定线圈中轴线上的磁场向左，则环中感应电流的磁场方向向右，再由安培定则，可知从左侧看环中感应电流沿顺时针方向，所以A正确；由电磁感应定律，可知相同，所以E相同，但铜环的电阻较小，所以电流较大，即受到的安培力较大，所以B正确；由楞次定律“来拒去留”原理，可知铜环放置在线圈右方时与线圈相互排斥将向右运动，所以C错误；电池正负极调换后效果相同，所以D错误.‎ 二、电磁感应中的图象问题 对图象的分析，应做到：‎ ‎(1)明确图象所描述的物理意义；‎ ‎(2)明确各种物理量正、负号的含义；‎ ‎(3)明确斜率的含义；‎ ‎(4)明确图象和电磁感应过程之间的对应关系.‎ 例2　如图2所示，三条平行虚线位于纸面内，中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度等大反向.菱形闭合导线框ABCD位于纸面内且对角线AC与虚线垂直，磁场宽度与对角线AC长均为d，现使线框沿AC方向匀速穿过磁场，以逆时针方向为感应电流的正方向，则从C点进入磁场到A点离开磁场的过程中，线框中电流i随时间t的变化关系图象可能是(　　)‎ 图2‎ 答案　D 解析　导线框ABCD在进入左边磁场时，由楞次定律和安培定则可以判断出感应电流的方向应为正方向，选项B、C错误；当导线框ABCD一部分在左磁场区，另一部分在右磁场区时，回路中的最大电流要加倍，方向与刚进入时的方向相反，选项D正确，选项A错误.‎ 电磁感应中图象类选择题的两个常见解法：‎ ‎(1)排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项.‎ ‎(2)函数法：根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法.‎ 三、电磁感应中的电路问题 求解电磁感应中电路问题的关键是分清楚内电路和外电路.‎ ‎“切割”磁感线的导体和磁通量变化的线圈都相当于“电源”，该部分导体的电阻相当于内电阻，而其余部分的电阻则是外电阻.‎ 例3　把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图3所示，一长度为2a、电阻等于R、粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：‎ 图3‎ ‎(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN；‎ ‎(2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率.‎ 答案　(1)　方向由N→M　Bav ‎(2) 解析　(1)把切割磁感线的金属棒看成一个具有内阻为R、电动势为E的电源，两个半圆环看成两个并联电阻，画出等效电路如图所示.等效电源电动势为：E＝Blv＝2Bav.‎ 外电路的总电阻为：R外＝＝R.‎ 棒上电流大小为：I＝＝＝.‎ 电流方向从N流向M.‎ 根据闭合电路欧姆定律知，棒两端的电压为电源路端电压.UMN＝IR外＝Bav ‎(2)圆环和金属棒上消耗的总热功率为：‎ P＝IE＝.‎ 电磁感应中电路问题的分析方法：‎ (1)明确电路结构，分清内、外电路，画出等效电路图.‎ (2)根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小，如果是磁场变化，由E＝n计算；如果是导体切割磁感线，由E＝Blv计算.‎ (3)根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向.‎ (4)根据电路组成列出相应的方程式.‎ 四、电磁感应中的力电综合问题 此类问题涉及电路知识、动力学知识和能量观点，综合性很强，解决此类问题要注重以下三点：‎ ‎1.电路分析 ‎(1)找“电源”：确定出由电磁感应所产生的电源，求出电源的电动势E和内阻r.‎ ‎(2)电路结构分析 弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，为求安培力做好铺垫.‎ ‎2.力和运动分析 ‎(1)受力分析：分析研究对象(常为金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意安培力的方向.‎ ‎(2)运动分析：根据力与运动的关系，确定出运动模型，根据模型特点，找到解决途径.‎ ‎3.功和能量分析 ‎(1)做功分析，找全力所做的功，弄清功的正、负.‎ ‎(2)能量转化分析，弄清哪些能量增加，哪些能量减小，根据功能关系、能量守恒定律列方程求解.‎ 例4　如图4所示，两根水平放置的平行金属导轨，其末端连接等宽的圆弧导轨，圆弧半径 r＝0.41 m，导轨的间距为L＝0.5 m，导轨的电阻与摩擦均不计.在导轨的顶端接有阻值为R1＝1.5 Ω的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝2.0 T.现有一根长度等于L、电阻R2＝0.5 Ω、质量m＝1.0 kg的金属棒.金属棒在水平拉力F作用下，从图中位置ef由静止开始做匀加速运动，在t＝0时刻，F＝1.5 N，经2.0 s运动到cd时撤去拉力，棒刚好能冲到最高点ab(重力加速度g取10 m/s2).求：‎ 图4‎ ‎(1)金属棒做匀加速直线运动的加速度大小；‎ ‎(2)金属棒运动到cd时电压表的读数；‎ ‎(3)金属棒从cd运动到ab过程中电阻R1上产生的焦耳热.‎ 答案　(1)1.5 m/s2　(2)2.25 V　(3)0.3 J 解析　(1)刚开始拉金属棒时，由牛顿第二定律F＝ma，代入数据可得a＝1.5 m/s2.‎ ‎(2)t＝2.0 s时，金属棒的速度v＝at＝3 m/s，‎ 此时的感应电动势E＝BLv，‎ 电压表示数U＝R1，‎ 解得U＝2.25 V.‎ ‎(3)金属棒从cd位置运动到ab位置，‎ 由动能定理得－mgr－W克安＝0－mv2，‎ 回路中产生的总焦耳热Q＝W克安，‎ 电阻R1上产生的焦耳热Q1＝R1，‎ 代入数据解得Q1＝0.3 J.‎