2016年高考物理备考中等专题18电磁感应：及解析

第一部分 特点描述历年高考对本考点知识的考查覆盖面大，几乎每个知识点都考查到。

特别是左、右手定则的运用和导体棒切割磁感线的运动更是两个命题频率最高的知识点．考题一般运动情景复杂、综合性强，多以把场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、功能关系及交变电流等有机结合的计算题出现，难度中等偏上，对考生的空间想象能力、物理过程和运动规律的综合分析能力及用数学方法解决物理问题的能力要求较高。

从近两年高考看，涉及本考点的命题常以构思新颖、高难度的压轴题形式出现，在复习中要高度重视。

特别是通电导体棒在复合场中的运动问题在历年高考中出现频率高，难度大，经常通过变换过程情景、翻新陈题面貌、突出动态变化的手法，结合社会、生产、科技实际来着重考查综合分析能力、知识迁移和创新应用能力。

情景新颖、数理结合、联系实际将是本考点今年高考命题的特点。

第二部分 知识背一背一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比．在具体问题的分析中，针对不同形式的电磁感应过程，法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式． 磁通量变化的形式 表达式 备注通过n 匝线圈内的磁通量发生变化 t n E ∆∆Φ= (1)当S 不变时，t B nSE ∆∆= (2)当B 不变时，t S nBE ∆∆= 导体垂直切割磁感线运动BLv E = 当v ∥B 时，E ＝0二、楞次定律与左手定则、右手定则1．左手定则与右手定则的区别：判断感应电流用右手定则，判断受力用左手定则．2．应用楞次定律的关键是区分两个磁场：引起感应电流的磁场和感应电流产生的磁场．感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化，“阻碍”的结果是延缓了磁通量的变化，同时伴随着能量的转化．3．楞次定律中“阻碍”的表现形式：阻碍磁通量的变化(增反减同)，阻碍相对运动(来拒去留)，阻碍线圈面积变化(增缩减扩)，阻碍本身电流的变化(自感现象)．三、电磁感应与电路的综合电磁感应与电路的综合是高考的一个热点内容，两者的核心内容与联系主线如图所示：1．产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路，产生电动势的那一部分电路相当于电源，产生的感应电动势就是电源的电动势，在“电源”内部电流的流向是从“电源”的负极流向正极，该部分电路两端的电压即路端电压，E rR R U +=. 2．在电磁感应现象中，电路产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和．若为纯电阻电路，则产生的电能将全部转化为内能；若为非纯电阻电路，则产生的电能除了一部分转化为内能，还有一部分能量转化为其他能，但整个过程能量守恒．能量转化与守恒往往是电磁感应与电路问题的命题主线，抓住这条主线也就是抓住了解题的关键．在闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中，机械能转化为电能，导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能．说明：求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时，要区别平均电动势和瞬时电动势，切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连线在运动方向上的投影．第三部分 技能+方法考点一 电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度B 、磁通量Φ、感应电动势E 、感应电流I 、安培力F 安或外力F 外随时间t 变化的图象,即B －t 图、Φ－t 图、E －t 图、I －t 图、F －t 图.对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E 和感应电流I 随位移s 变化的图象,即E －s 图、I －s 图等.图象问题大体上可分为两类：1.由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象,此类问题要注意以下几点：(1)定性或定量地表示出所研究问题的函数关系;(2)在图象中E 、I 、B 等物理量的方向通过正负值来反映;(3)画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达.2.由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量．不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律进行分析解决.【例1】如图所示,一有界区域内,存在着磁感应强度大小均为B ,方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场,磁场宽度均为L .边长为L 的正方形线框abcd 的bc 边紧靠磁场边缘置于桌面上.使线框从静止开始沿x 轴正方向匀加速通过磁场区域,若以逆时针方向为电流的正方向,能反映线框中感应电流变化规律的是( )【答案】AC【解析】线框做匀加速直线运动,则有aS at v 2==;由欧姆定律可得电流RaS BL R BLat R BLv I 2===，即感应电流大小与时间成正比,与位移的平方根成正比,故A 、C 两项正确,B 、D 两项错误.【例2】如图所示,水平面内有一平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计,匀强磁场与导轨平面垂直.阻值为R 的导体棒垂直于导轨静止 放置,且与导轨接触良好.t ＝0时,将开关S 由1掷到2.q 、i 、v 和a 分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度.下列图象正确的是( )【答案】D考点二 电磁感应中的动力学问题解决电磁感应中动力学问题的具体思路：电源―→电路―→受力情况―→功、能问题具体步骤为：(1)明确哪一部分电路产生感应电动势，则这部分电路就是等效电源；(2)正确分析电路的结构，画出等效电路图；(3)分析所研究的导体受力情况；(4)列出动力学方程或平衡方程并求解．【例3】如图所示,两足够长的光滑金属 导轨竖直放置,相距为L ,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为m 、有效电阻为R 的导体棒在距磁场上边界h 处静止释放.导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I .整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻.求:(1)磁感应强度B 的大小；(2)电流稳定后，导体棒运动速度v 的大小；(3)流经电流表电流的最大值I m .解析：(1)电流稳定后，导体棒做匀速运动，则有mg IBL =① 解得ILmg B =②考点三 电磁感应中的电路、 能量转化问题1．电路问题(1)将切割磁感线导体或磁通量发生变化的回路作为电源，确定感应电动势和内阻．(2)画出等效电路．(3)运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点，电功率公式，焦耳定律公式等求解．2．能量转化问题(1)安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”。

(2)明确功能关系,确定有哪些形式的能量发生了转化.如有摩擦力做功,必有内能产生;有重力做功,重力势能必然发生变化;安培力做负功,必然有其他形式的能转化为电能。

(3)根据不同物理情景选择动能定理,能量守恒定律,功能关系,列方程求解问题.【例4】电阻可忽略的光滑平行金属导轨长S ＝1.15 m,两导轨间距L ＝0.75 m,导轨倾角为30°,导轨上端ab 接一阻值R ＝1.5 Ω的电阻,磁感应强度B ＝0.8 T 的匀强磁场垂直轨道平面向上.阻值r ＝0.5 Ω,质量m ＝0.2 kg 的金属棒与轨道垂直且接触良好,从轨道上端ab 处由静止开始下滑至底端,在此过程中金属棒产生的焦耳热Q 1＝0.1 J.(取g ＝10 m/s 2)求:(1)金属棒在此过程中克服安培力的功W 安；(2)金属棒下滑速度v ＝2 m/s 时的加速度a ；(3)为求金属棒下滑的最大速度v m ,有同学解答如下:由动能定理,W 重－W 安＝221m mv ，由此所得结果是否正确？若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解答．()r R m v L B g a +-︒=2230sin ＝3.2 m/s 2考点四电磁感应的图象问题在电磁感应问题中出现的图象主要有B－t图象、Φ－t图象、E－t图象和I－t图象，有时还可能出现感应电动势E或感应电流I随线圈位移x变化的图象，即E－x图象或I－x图象．(1)对切割类电磁感应图象问题，关键是根据E＝BLv来判断感应电动势的大小，根据右手定则判断感应电流的方向并按规定的正方向将其落实到图象中．(2)电磁感应图象问题的特点是考查方式灵活：根据电磁感应现象发生的过程，确定给定的图象是否正确，或画出正确的图象；由题目给定的图象分析电磁感应过程，综合求解相应的物理量．(3)电磁感应图象问题可综合法拉第电磁感应定律、楞次定律和安培定则、右手定则及左手定则，结合电路知识和力学知识求解．(4)电磁感应图象问题的解题方法技巧：根据初始条件，确定给定的物理量的正负或方向的对应关系和变化范围，确定所研究的物理量的函数表达式以及进出磁场的转折点等，这是解题的关键．【例5】在图甲所示的四个情景中，虚线上方空间都存在方向垂直纸面向里的匀强磁场．A、B中的导线框为正方形，C、D中的导线框为直角扇形．各导线框均绕轴O在纸面内匀速转动，转动方向如箭头所示，转动周期均为T.从线框处于图示位置时开始计时，以在OP边上从P点指向O点的方向为感应电流i的正方向，则在图乙所示的四个情景中，产生的感应电流i随时间t的变化规律如图甲所示的是( )【答案】C考点五电磁感应与电路的综合问题1．解答电磁感应与电路的综合问题时，关键在于准确分析电路的结构，能正确画出等效电路图，并综合运用电学知识进行分析、求解．2．求解过程中首先要注意电源的确定，通常将切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路作为等效电源；其次是要能正确区分内、外电路，应把产生感应电动势的那部分电路视为内电路，感应电动势为电源电动势，其余部分相当于外电路；最后应用闭合电路欧姆定律及串并联电路的基本规律求解，处理问题的方法与闭合电路问题的求解基本一致．【例6】法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究．实验装置的示意图可用图甲表示，两块面积均为S的矩形金属板平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为d.水流速度处处相同，大小为v，方向水平．金属板与水流方向平行．地磁场磁感应强度的竖直分量为B，水的电阻率为ρ，水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和开关K连接到两金属板上．忽略边缘效应，求：(1)该发电装置产生的电动势；(2)通过电阻R的电流；(3)电阻R消耗的电功率．考点六涉及电磁感应的力电综合题以电磁感应现象为核心，综合应用牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律及电路等知识形成的力电综合问题，经常以导体棒切割磁感线运动或穿过线圈的磁通量发生变化等物理情景为载体命题．(1)受力与运动分析导体棒运动切割磁感线产生感应电动势，而感应电流在磁场中受安培力的作用，安培力将阻碍导体棒的运动．导体棒运动过程受到的安培力一般是变力，引起导体棒切割磁感线运动的加速度发生变化．当加速度变为零时，运动达到稳定状态，最终导体棒做匀速直线运动，利用平衡条件可求导体棒稳定状态的速度．(2)解题思路①利用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和方向；②应用闭合电路欧姆定律求电路中的感应电流的大小；③分析所研究的导体的受力情况，关注安培力的方向；④应用运动学规律、牛顿第二定律、动能定理、平衡条件等列方程求解．【例7】如图甲所示，在水平面上固定有长为L＝2 m、宽为d＝1 m的金属“U”形导轨，在“U”形导轨右侧l＝0.5 m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示．在t＝0时刻，质量为m＝0.1 kg的导体棒以v0＝1 m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ＝0.1Ω/m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g＝10 m/s2)．(1)通过计算分析4 s内导体棒的运动情况；(2)计算4 s内回路中电流的大小，并判断电流方向；(3)计算4 s内回路产生的焦耳热．(3)前2s电流为零，后2s有恒定电流，回路产生的焦耳热为Q＝I2Rt＝0.04J.第四部分基础练+测1．【2016•广东省广州六中、广雅中学、执信中学等六校高三第一次联考】在如图4-甲所示的电路中,螺线管匝数n＝1500匝,横截面积S＝20cm2.螺线管导线电阻r＝1.0Ω，R1＝4.0Ω，R2＝5.0Ω，C＝30μF.在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图4-乙所示的规律变化．则下列说法中正确的是图4A.螺线管中产生的感应电动势为1.2VB.闭合S,电路中的电流稳定后电容器上极板带正电C.电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率为5×10－2WD.S断开后,流经R2的电量为1.8×10－5CAD【答案】2.【河南省南阳市一中2012级高三春期第三次模拟考试】如图所示，I、II区域是宽度L均为0.5m的匀强磁场，磁感应强度大小均为B=1T，方向相反，一边长L=0.5m、质量m=0.1kg、电阻R=Ω的正方形金属线框abcd的ab边紧靠磁场边缘，在外力F的作用下向右匀速运动穿过0.5磁场区域，速度v0=10m/s。