1、 考情解读课标要求1.探究影响感应电流方向的因素,理解楞次定律.2.通过实验,理解法拉第电磁感应定律.3.通过实验,了解自感现象和涡流现象.能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用.考情解读命题探究1.命题分析:高考对本专题的考查主要有电磁感应现象的分析与判断,感应电流与感应电动势的计算以及电磁感应中的电路、能量、图像等问题.选择题和计算题对本专题知识都有所涉及,试题综合性较强.2.趋势分析:针对2022年高考,导体棒的受力及运动分析、电磁感应与动量定理和动量守恒定律相结合的综合性试题应引起大家的重视.考情解读核心素养聚焦物理观念:1.理解磁通量、电磁感应、自感等概念;2.掌握右手定则、
2、楞次定律、法拉第电磁感应定律等规律;3.培养电磁相互作用观念和能量观念.科学思维:综合应用楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、焦耳定律、牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定律、动量定理、动量守恒定律分析问题的能力.科学探究:通过实验探究影响感应电流方向的因素,探究法拉第电磁感应定律、探究自感现象和涡流现象,提高定性和定量分析问题的能力.科学态度与责任:了解生活中电磁感应的应用,体会学习物理的乐趣,培养学习物理的兴趣.考情解读核心考点考题取样考法考向1.电磁感应现象楞次定律2020全国,T142020全国,T14考查物理学史及电磁感应现象考查安培定则、楞次定律的应用2.法拉第电磁感应定
3、律自感2020山东,T12考查电磁感应定律的应用、I-t、F-t图像的综合应用3.电磁感应的综合应用2019天津,T11双金属棒与双磁场相结合的电磁感应与力、能量的综合考查考点帮必备知识通关考点1 电磁感应现象楞次定律考法帮解题能力提升考法1 电磁感应现象及判断考法2 应用楞次定律判断感应电流方向高分帮“双一流”名校冲刺重难突破 “三定则一定律”的综合应用考法3 楞次定律的推广应用考法4 实验:探究影响感应电流方向的因素考点帮必备知识通关考点2 法拉第电磁感应定律自感考法帮解题能力提升考法1 电磁感应中感生电动势的应用考法2 电磁感应中动生电动势的应用（电路问题）考法3 感生电动势和动生电动势
4、的综合应用考法4 自感类问题的分析与求解高分帮“双一流”名校冲刺重难突破 电磁感应中图像问题的求解考法5 感生电场问题的分析与判断考点帮必备知识通关考点3 电磁感应的综合应用考法帮解题能力提升考法1 电磁感应中的动力学问题考法2 电磁感应中的功能关系问题考法3 动量定理和动量守恒定律在电磁感应中的应用高分帮“双一流”名校冲刺考法4 线框模型的综合问题模型构建 电磁感应中的“杆轨”运动模型 考点1 电磁感应现象楞次定律 考点帮 必备知识通关1.磁通量描述穿过某一截面的磁感线的条数.在匀强磁场中,磁感应强度B与垂直磁场方向的面积为S的平面的乘积叫做穿过这个面的磁通量,定义式:=BS.学习理解(1)
5、S为有磁感线穿过的有效面积.(2)任何一个面都有正、反两个方向,磁感线从面的正方向穿入时,穿过该面的磁通量为正;反之,磁通量为负.所求磁通量为正、负磁通量的代数和.(3)穿过某一平面的磁感线净条数越多,磁通量越大.考点帮 必备知识通关2.产生感应电动势的条件穿过闭合电路的磁通量发生变化,即0.学习理解 考点帮 必备知识通关3.磁通量、磁通量的变化量及磁通量的变化率的磁通量、磁通量的变化量及磁通量的变化率的比较比较磁通量磁通量的变化量物理意义磁通量越大,某时刻穿过磁场中某个平面的磁感线净条数越多.某段时间穿过某个平面的末、初磁通量的差值.表示磁场中穿过某个平面的磁通量变化快慢的物理量.大小计算=
6、BS,S为平面在与磁场垂直的方向上的面积.=2-1=BS=SB 考点帮 必备知识通关磁通量磁通量的变化量关系 考点帮 必备知识通关联想质疑(1)穿过某个平面有相反的磁场时,磁通量该如何计算?(2)当线圈平面翻转180 时,磁通量为多少?考法帮 解题能力提升考法1 电磁感应现象及判断示例1现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关按图示连接,在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时,电流表指针向右偏转.由此可以推断A.线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右加速滑动,都能引起电流表指针向左偏转 考法帮 解题能力提升B.线圈A向上移动
7、或断开开关,都能引起电流表指针向右偏转C.滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动,都能使电流表指针静止在中央D.因为线圈A、线圈B的绕线方向未知,所以无法判断电流表指针偏转的方向思维导引：考法帮 解题能力提升解析：由思维导引可推知:当穿过线圈B的磁通量增加时,电流表指针应向左偏转.线圈A向上移动或断开开关时,穿过线圈B的磁通量减少,电流表指针向右偏转,故A错误,B正确;P匀速向左滑动时穿过线圈B的磁通量减少,电流表指针向右偏转,P匀速向右滑动时穿过线圈B的磁通量增加,电流表指针向左偏转,故C错误;综合前面分析可知,D错误.考法帮 解题能力提升特别提醒判断感应电流的方向应注意:(1)明确产生感
8、应电流的条件,即穿过闭合电路的磁通量发生变化;(2)明确电流表指针的偏转方向与电流的流向之间的关系;(3)明确产生感应电流的原因,是“导体切割”,还是“磁场变化”,磁通量是增加还是减少;(4)在原磁场方向不变时,磁通量增加和磁通量减少所引起的感应电流方向一定相反.考法帮 解题能力提升考法2 应用楞次定律判断感应电流方向示例22017全国,15,6分如图所示,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向
9、,下列说法正确的是A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向 考法帮 解题能力提升C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向思维导引：解析：金属杆PQ突然向右运动,则其速度v方向向右,由右手定则可得,金属杆PQ中的感应电流方向由Q指向P,则PQRS中感应电流方向为逆时针方向.PQRS中感应电流产生向外的磁场,穿过T的总磁通量减少,根据楞次定律和安培定则可知,T中的感应电流沿顺时针方向.考法帮 解题能力提升归纳总结楞次定律的理解及应用方法(1)楞次定律中“阻碍”的含义:考法帮 解题能力提升(2)应用楞次定
10、律的思路:考法帮 解题能力提升考法3 楞次定律的推广应用示例3 如图所示,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈,当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时,若线圈始终不动,则下列关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的判断正确的是A.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向左B.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向左C.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向右D.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右 考法帮 解题能力提升思维导引：解析：当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时,线圈中向下的磁通量先增大后减小,由楞次定律及安培定则可知,线圈中先产生逆时针方向的
11、感应电流后产生顺时针方向的感应电流(从上往下看),线圈四条边所受安培力的合力先向右下,后向右上,因此FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右,D正确.考法帮 解题能力提升归纳总结 楞次定律的广义表述及应用方法表表述述感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的原因.内内容容阻碍原磁通量变化“增反减同”.阻碍相对运动“来拒去留”.使回路面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”.阻碍原电流的变化“增反减同”.考法帮 解题能力提升例证磁铁靠近线圈,感应电流的磁场与原磁场方向相反.磁铁靠近线圈时,两者间的力是斥力.磁铁远离线圈时,两者间的力是引力.P、Q是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒,磁铁下移,a、b靠近.闭
12、合S,B先亮.考法帮 解题能力提升考法4 实验:探究影响感应电流方向的因素示例42019浙江4月选考试题节选在“探究电磁感应的产生条件”实验中,实物连线后如图甲所示.感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图乙粗线所示.(1)接通电源,闭合开关,G表指针会有大的偏转,几秒后G表指针停在中间不动.将滑动变阻器的触头迅速向右滑动时,G表指针(填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”);迅速抽出铁芯时,G表指针(填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”).考法帮 解题能力提升(2)断开开关和电源,将铁芯重新插入内线圈中,把直流输出改为交流输出,其他均不变.接通电源,闭合开关,G表指针(填“不动”“右偏”“左
13、偏”或“不停振动”).考法帮 解题能力提升解析：(1)滑动变阻器触头向右滑动时,接入电路的电阻减小,电流增大,内线圈的磁通量方向向下增大,根据楞次定律可判断外线圈内的感应电流方向从A接线柱流入,故G表指针向左偏.抽出铁芯时,磁通量减小,G表指针向右偏.(2)把直流输出改为交流输出后,外线圈中的感应电流方向不断发生变化,故G表指针不停振动.考法帮 解题能力提升特别提醒 判断感应电流方向的要点1.明确产生感应电流的条件,即穿过闭合电路的磁通量发生变化;2.明确电流表指针的偏转方向与电流的流向之间的关系;3.明确产生感应电流的原因,是“导体切割”,还是“磁场变化”,磁通量是增加还是减少;4.在原磁场
14、方向不变时,磁通量增加和磁通量减少所引起的感应电流方向一定相反.高分帮 “双一流”名校冲刺重难突破 “三定则一定律”的综合应用在电磁感应问题的分析求解中,必须灵活应用安培定则、左手定则、右手定则及楞次定律,“三定则一定律”的综合应用问题,既是历年高考命题的重点,同时也是分析求解问题的难点.名称基本现象因果关系应用的定则或定律电流的磁效应运动电荷、电流产生磁场.因电生磁安培定则洛伦兹力、安培力磁场对运动电荷、电流有作用力.因电受力左手定则(判定力的方向)“三定则一定律”的应用对比 高分帮 “双一流”名校冲刺名称基本现象因果关系应用的定则或定律电磁感应部分导体做切割磁感线运动.因动生电右手定则闭合
15、回路磁通量变化.因磁生电楞次定律(判定感应电动势或感应电流方向)概括整合(1)判断电势高低时,使用右手定则方便.(2)对于磁通量发生变化而引起的感应电动势、感应电流的方向判断,可使用楞次定律.高分帮 “双一流”名校冲刺示例5多选如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,MN的左边有一闭合电路,当PQ在外力的作用下运动时,MN向右运动.则PQ所做的运动可能是A.向右加速运动B.向左加速运动C.向右减速运动 D.向左减速运动 高分帮 “双一流”名校冲刺解析：MN向右运动,说明MN受到向右的安培力,因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流由M到N L1中感应电流的磁
16、场方向向上若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为由Q到P且减小向右减速运动;若L2中磁场方向下增强PQ中电流为由P到Q且增大向左加速运动.高分帮 “双一流”名校冲刺归纳总结1.“三定则一定律”的应用方法(1)弄清“因果关系”是正确应用定则、定律的关键.(2)判断感应电流受到的安培力.先用右手定则判定感应电流的方向,再用左手定则确定安培力的方向.根据楞次定律的推论可知安培力阻碍相对运动.高分帮 “双一流”名校冲刺2.应用逆向推理法分析二次感应的基本应用逆向推理法分析二次感应的基本思路思路 高分帮 “双一流”名校冲刺注意 如果已知二次感应后的结果要判断导体的运动情况或磁场的变化情况,通常用逆向推理法
17、.考点2 法拉第电磁感应定律自感 考点帮 必备知识通关 考点帮 必备知识通关3.导体垂直切割磁感线产生感应电动势(1)公式:导体切割磁感线时产生的感应电动势大小,与磁感应强度B、导体长度l、导体运动速度v的大小以及运动方向和磁感线方向的夹角的正弦值成正比.数学表达式:E=Blvsin.当vB时,sin=1,E=Blv.(2)理解:E=Blv一般用来求导体运动速度为v时切割磁感线产生的瞬时电动势,但若速度为导体运动的平均速度,则求得的电动势为平均电动势.当B、l、v三个量相互垂直时,感应电动势最大;当有任意两个量平行时,感应电动势为零.考点帮 必备知识通关公式中的l应理解为导体切割磁感线的有效长
18、度,如图中导体的有效长度为ab间的距离.联想质疑若导体和磁场同时运动,是否会产生电磁感应?考点帮 必备知识通关 考点帮 必备知识通关5.自感(1)定义:一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势,这种现象称为自感.产生的电动势叫做自感电动势.(2)通电自感和断电自感 通电自感断电自感电路图器材A1、A2同规格,R=RL,L(自感系数)较大.RLRA,L(自感系数)较大.考点帮 必备知识通关 通电自感断电自感现象在开关S闭合瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终两灯一样亮.在开关S断开时,A灯突然闪亮一下后渐渐熄灭.原因开关S闭合时,流过线圈的电流增大,使线圈产生
19、自感电动势,阻碍了电流的增大,流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增大得慢.断开开关S时,流过线圈的电流减小,线圈产生自感电动势,阻碍了电流的减小,且在S断开后,A灯和线圈间形成闭合回路,通过线圈的电流反向通过A灯,由于RLRA,流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大,从而使A灯的功率突然变大,即闪亮一下,随后逐渐减小.能量转化情况电能转化为磁场能.磁场能转化为电能.考点帮 必备知识通关6.涡流、电磁阻尼和电磁驱动(1)涡流现象涡流:块状金属放在变化的磁场中,或者让它在磁场中运动时,金属块内产生的旋涡状感应电流.2020全国第14题产生原因:金属块内磁通量变化感应电动势感应电流.考点帮 必备知识通
20、关(2)电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动区别成因导体在磁场中运动而产生感应电流,从而使导体受到安培力.磁场相对导体转动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力.效果导体所受安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍导体运动.导体所受安培力的方向与导体运动方向相同,推动导体运动.考点帮 必备知识通关电磁阻尼电磁驱动区别能量转化导体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能.由于电磁感应,其他形式的能转化为电能,通过安培力做功,电能转化为导体的机械能.联系都属于电磁感应现象,遵循法拉第电磁感应定律.安培力都阻碍导体与磁体间的相对运动.考法帮 解题能力提升考法1 电磁感应中
21、感生电动势的应用示例12020天津,10,14分如图所示,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,边长l=0.2m.求 考法帮 解题能力提升E恒定,I恒定 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升考法2 电磁感应中动生电动势的应用(电路问题)示例22020浙江7月选考,12,3分如图所示,固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场.长为l的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴OO上,随轴以角速度匀速转动,在圆环的A点和电
22、刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器,有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态.已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升考法3 感生电动势和动生电动势的综合应用 考法帮 解题能力提升思维导引：逆向思维法 考法帮 解题能力提升归纳总结感生电动势和动生电动势是电磁感应现象的两种类型,高考时常在一道试题中考查学生对这两种类型问题的理解和掌握.1.感生电动势和动生电动势的比较 感生电动势动生电动势产生原因磁场变化.导体做切割磁感线运动.移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力
23、.导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力.考法帮 解题能力提升感生电动势动生电动势回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的导体部分.做切割磁感线运动的导体.方向的判断方法由楞次定律判断.通常由右手定则判断,也可由楞次定律判断.大小的计算方法相互联系感生电动势与动生电动势的本质是相同的,都遵从法拉第电磁感应定律,体现能量的转化与守恒.考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升考法4 自感类问题的分析与求解示例42017北京,19,6分图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈.实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A
24、2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同.下列说法正确的是A.图1中,A1与L1的电阻值相同B.图1中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流C.图2中,变阻器R与L2的电阻值相同D.图2中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等 考法帮 解题能力提升解析：在图1中断开S1瞬间,灯A1突然闪亮,说明断开S1前,L1中的电流大于A1中的电流,故L1的阻值小于A1的阻值,A、B选项均错误;在图2中,闭合S2瞬间,由于L2的自感作用,通过L2的电流很小,D错误;闭合S2后,最终A2与A3亮度相同,说明两支路电流相等,故R与L2的阻值相同,C项正确.考法帮 解题
25、能力提升知识拓展题图1实验为断电自感实验,当S1断开后,L1与A1构成一个闭合回路,L1的自感电动势使回路中的电流保持一段时间,故A1会逐渐变暗.特别提醒分析处理自感类问题时,注意把握如下几点.1.通电自感:线圈相当于一个变化的电阻阻值由无穷大逐渐减小,通电瞬间自感线圈处相当于断路.2.断电自感:断电时自感线圈处相当于电源,磁场能转化为电能,电动势由某值逐渐减小到零.考法帮 解题能力提升3.电流稳定时,自感线圈就是导体.如果线圈电阻不计,自感线圈将把电能转化为磁场能而储存后不再消耗电能.4.通过线圈的电流不能发生突变,只能缓慢变化.5.线圈的自感系数越大,自感现象越明显,自感电动势只是延缓了变
26、化的进行,但它不能使变化停止,更不能使变化反向.考法帮 解题能力提升考法5 感生电场问题的分析与判断示例5安徽高考英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场.如图所示,一个半径为r的绝缘细圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场B,环上套一带电荷量为+q的小球.已知磁感应强度B随时间均匀增加,其变化率为k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是 考法帮 解题能力提升思维导引：逆向思维法 考法帮 解题能力提升归纳总结感生电场与静电场的区别1.产生条件不同静电场是由电荷激发的,而感生电场是由变化的磁场激发的.2.描述电场的电场线特点不同静电场的电场线不闭合,总是
27、始于正电荷,止于负电荷,不闭合、不相交、也不相切;而变化的磁场周围产生的感生电场的电场线是闭合曲线,没有终点与起点,这种情况与磁场中的磁感线类似,所以感生电场又称为涡旋电场.考法帮 解题能力提升3.电场对电荷做功不同单位正电荷在静电场中沿闭合路径运动一周时,电场力所做的功为零.而单位正电荷在感生电场中沿闭合路径运动一周时,电场力所做的功不为零.4.电场方向及判断方法不同静电场方向与正电荷所受电场力方向一致,沿电场线的切线方向;感生电场方向是根据磁场的变化情况由楞次定律判断的.如图所示,磁感应强度B增强,假定在磁场周围有一个闭合回路,由楞次定律可知回路中感应电流产生的磁场方向向下,由安培定则可判
28、断出电流方向沿顺时针方向(俯视),则感生电场方向也为顺时针方向(俯视).高分帮 “双一流”名校冲刺重难突破 电磁感应中图像问题的求解1.求解图像问题时的“三看”“三明确”高分帮 “双一流”名校冲刺2.电磁感应中图像问题的解题思路(1)明确图像的种类,是B-t图像、-t图像、E-t图像还是i-t图像.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E-x图像和i-x图像.(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对应关系.(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律和牛顿运动定律等写出函数关系式.(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.(6)判断图像(或
29、描绘图像、应用图像分析解决问题).高分帮 “双一流”名校冲刺3.求解图像类选择题的两种常用方法(1)排除法:排除与题目要求不符的图像.先用“方向的正负”排除,再用“大小”排除.抓住“特殊点,特殊位置”进行排除,即考虑“图线截距、转折点、顶点等”.(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像进行分析和判断.高分帮 “双一流”名校冲刺题型1动生图像问题示例62020山东,12,4分,多选如图所示,平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场,图中虚线方格为等大正方形.一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在
30、外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动(不发生转动).从图示位置开始计时,4s末bc边刚好进入磁场.在此过程中,导体框内感应电流的大小为I,ab边所受安培力的大小为Fab,二者与时间t的关系图像可能正确的是 高分帮 “双一流”名校冲刺.高分帮 “双一流”名校冲刺解析：第1s内,ae边切割磁感线,由E=BLv可知,感应电动势不变,导体框总电阻一定,故感应电流一定,由安培力F=BIL可知ab边所受安培力与ab边进入磁场的长度成正比;第2s内,导体框切割磁感线的有效长度均匀增大,感应电动势均匀增大,感应电流均匀增大;第34s内,导体框在第二象限内切割磁感线的有效长度保持不变,在第一象限内切割磁感线的有
31、效长度不断增大,但两象限磁场方向相反,导体框的两部分感应电动势方向相反,所以第2s末感应电动势达到最大,之后便不断减小,第3s末与第1s末,导体框切割磁感线的有效长度相同,可知第3s末与第1s末线框中产生的感应电流大小相等,A项错误,B项正确.但第3s末ab边进入磁场的长度是第1s末的3倍,即ab边所受安培力在第3s末的大小等于第1s末所受安培力大小的3倍,C项正确,D项错误.高分帮 “双一流”名校冲刺题型2感生图像问题示例72019全国,20,6分,多选空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示.一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为
32、r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上.t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示.则在t=0到t=t1的时间间隔内 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺归纳总结图像的应用问题有两类:一类是根据题给条件,分析电磁感应过程,按要求画出函数图像;另一类是由电磁感应图像,读取相关信息,运用物理规律求解问题.必须明确物理图像是数理综合的一个重要窗口,在运用图像解决物理问题时,第一个关键点是破译,即解读图像中的关键信息(尤其是过程信息),第二个关键点是转换,即有效地实现物理信息和数学信息的相互转换.考点3 电磁感应的综合应用 考点帮 必备知识通关
33、 考点帮 必备知识通关2.电磁感应中的力和电的关系图 考点帮 必备知识通关 考点帮 必备知识通关(2)安培力方向的判断由右手定则和左手定则判断先用右手定则判断感应电流的方向,再用左手定则判断安培力的方向.由楞次定律判断根据楞次定律可知,感应电流引起的效果总是阻碍引起感应电流的原因,因此安培力总是阻碍引起磁通量变化的运动.考点帮 必备知识通关4.电磁感应中的能量问题(1)电磁感应中的能量转化闭合电路中产生感应电流的过程,是其他形式的能转化为电能的过程.电磁感应现象中能量问题的实质是电能的转化问题,桥梁是安培力.“外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能.同理,安培力做功的过程是电
34、能转化为其他形式能的过程,安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能,因此电磁感应过程总是伴随着能量的转化.考点帮 必备知识通关(2)求解焦耳热Q的三种方法 考点帮 必备知识通关应用实践单棒切割线框切割自感感应电动势卫星悬绳发电1.电磁驱动2.发电机3.电磁阻尼1.延时继电器2.日光灯1.变压器2.高频焊接3.远距离输电4.话筒 考法帮 解题能力提升考法1 电磁感应电磁感应中的动力学问题中的动力学问题示例12016天津,12,20分电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置,其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度.电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论:如图所示,将形状相同的两根平
35、行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为.一质量为m的条形磁铁滑入两铝条间,恰好匀速穿过,穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定,其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同.磁铁端面是边长为d的正方形,由于磁铁距离铝条很近,磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为B,铝条的高度大于d,电阻率为.为研究问题方便,铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场,其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后,减少的机械能完全转化为铝条的内能,重力加速度为g.考法帮 解题能力提升(1)求铝条中与磁铁正对部分的电流I;(2)若两铝条的宽度均为b,推导磁铁匀速
36、穿过铝条间时速度v的表达式;(3)在其他条件不变的情况下,仅将两铝条更换为宽度bb的铝条,磁铁仍以速度v进入铝条间,试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化.思维导引：考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升感悟反思此题第(3)问要求简要分析磁铁在铝条间运动时的加速度和速度变化情况,属于分析讨论型计算题,对于此类问题,一定要根据得出的作用力表达式进行分析讨论,并要有必要的文字表述,也就是说通过对问题的探究、分析和推理,用文字将这一系列过程及推导结果表述出来,这是新课标、新高考核心素养的必然要求.考法帮 解题能力提升归纳总结 1.动力学问题分析思路 考法帮
37、解题能力提升2.电磁感应中的动态分析在此类问题中,不论是加速运动还是减速运动,加速度总是逐渐减小,最后达到匀速运动.具体思路如下:考法帮 解题能力提升考法2 电磁感应电磁感应中的功能关系问题中的功能关系问题示例2 2015天津,11,18分如图所示,“凸”字形硬质金属线框质量为m,相邻各边互相垂直,且处于同一竖直平面内,ab边长为l,cd边长为2l,ab与cd平行,间距为2l.匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所在平面.开始时,cd边到磁场上边界的距离为2l,线框由静止释放,从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前,线框做匀速运动.在ef、pq边离开磁场后,ab边离开磁场之前,
38、线框又做匀速运动.线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q.线框在下落过程中始终处于原竖直平面内,且ab、cd边保持水平,重力加速度为g.求:(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍;(2)磁场上下边界间的距离H.考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升归纳总结 运用能量观点解决电磁感应问题的思路(1)确定研究对象(导体棒或回路);(2)弄清电磁感应过程中,哪些力做功,哪些形式的能量相互转化;(3)根据功能关系或能量守恒定律列式求解.求解焦耳热Q的两种方法 考法帮 解题能力提升考法3 动量定理动量定理和动量守恒定律在和
39、动量守恒定律在电磁电磁感应中的感应中的应用应用示例3如图所示,在匀强磁场区域内与B垂直的平面中有两根足够长的固定金属平行导轨,在它们上面横放两根相同的平行导体棒构成矩形回路,长度为L,质量为m,电阻为R,回路部分导轨电阻可忽略,棒与导轨无摩擦,开始时图中左侧导体棒静止,右侧导体棒具有向右的初速度v0,试求两棒之间的最大距离x.考法帮 解题能力提升思维导引：考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升考法4 线框模型的综合问题示例42020江苏,14,15分如图所示,电阻为0.1的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2m,bc边与匀强磁场边缘重合.磁场的宽度等于线圈的边长,磁感
40、应强度大小为0.5T.在水平拉力作用下,线圈以8m/s的速度向右穿过磁场区域.求线圈在上述过程中 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升模型分析线框模型(以初速度v0或在恒定外力F作用下进入磁场)闭合线框在匀强磁场中运动,本质上还是单导体杆(当单边切割磁感线时)问题,故分析处理的方法基本和单导体杆模型类似.当闭合线框完全进入匀强磁场中运动时,因为穿过线框的磁通量不变,故回路中没有感应电流,线框不受安培力.当线框刚进入磁场时,受到安培力阻碍,若F安=F,则线框匀速进入.若FF安,则线框加速进入,有v,F安,F合,a,有以下两种情况:考法帮 解题能力提升 高分帮 “双一流
41、”名校冲刺模型构建 电磁感应中的“杆轨”运动模型电磁感应中的“杆轨”运动模型,是导体切割磁感线运动过程中,动力学与电磁学知识的典型应用.此类问题也是历年高考命题的热点.主要类型有“单杆模型”和“双杆模型”.高分帮 “双一流”名校冲刺1.单杆模型v00v0=0示意图质量为m,电阻不计的单杆ab以一定初速度v0在光滑水平轨道上滑动,两平行导轨间距为L.轨道水平光滑,单杆ab质量为m,电阻不计,两平行导轨间距为L.轨道水平光滑,单杆ab质量为m,电阻不计,两平行导轨间距为L,拉力F恒定.轨道水平光滑,单杆ab质量为m,电阻不计,两平行导轨间距为L,拉力F恒定.高分帮 “双一流”名校冲刺v00v0=0
42、力学观点 高分帮 “双一流”名校冲刺v00v0=0图像观点能量观点 高分帮 “双一流”名校冲刺2.双杆模型(1)初速度不为零,不受其他水平外力的作用光滑的平行导轨光滑不等距导轨示意图质量m1=m2电阻r1=r2长度L1=L2质量m1=m2电阻r1=r2长度L1=2L2 高分帮 “双一流”名校冲刺光滑的平行导轨光滑不等距导轨规律分析杆MN做变减速运动,杆PQ做变加速运动,稳定时,两杆的加速度均为零,以相等的速度匀速运动.杆MN做变减速运动,杆PQ做变加速运动,稳定时,两杆的加速度均为零,两杆的速度之比为12.高分帮 “双一流”名校冲刺(2)初速度为零,一杆受到恒定水平外力的作用光滑的平行导轨不光
43、滑平行导轨示意图质量m1=m2电阻r1=r2长度L1=L2摩擦力Ff1=Ff2=Ff质量m1=m2电阻r1=r2长度L1=L2 高分帮 “双一流”名校冲刺光滑的平行导轨不光滑平行导轨规律分析开始时,两杆做变加速运动;稳定时,两杆以相同的加速度做匀加速运动.开始时,若Ff2Ff,PQ杆先变加速后匀加速运动,MN杆先静止后变加速最后和PQ杆同时做匀加速运动,且加速度相同.高分帮 “双一流”名校冲刺概括整合分析双导体杆切割磁感线产生的感应电动势时,要注意两杆各自产生的电动势是同向还是反向.电动势的方向可以根据切割磁感线产生的感应电流的方向来确定,若同向,回路中的电动势是二者相加;若反向,则回路中的电
44、动势是二者相减.一般地,两杆向同一方向运动切割磁感线时,两杆中产生的感应电动势的方向是相反的;向相反方向运动切割磁感线时,两杆中产生的感应电动势的方向是相同的.高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺静止开始沿导轨方向向右运动,AC以速度v0匀速通过区域,通过区域的时间t1=0.4s.已知AC与导轨间的动摩擦因数=0.1,取g=10m/s2,AC始终与导轨垂直且接触良好,导轨电阻不计.(1)求区域内匀强磁场的磁感应强度的大小B;(2)若AC从进入区域开始,经过时间t2=0.96s时,速度刚好达到2v0,求在AC由静止开始到速度为2v0的全过程中,AC中产生的电热QAC.高分帮 “
45、双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺示例6双杆模型2018天津,12,20分真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装置.图甲是某种动力系统的简化模型,图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨,电阻忽略不计.ab和cd是两根与导轨垂直、长度均为l、电阻均为R的金属棒,通过绝缘材料固定在列车底部,并与导轨良好接触,其间距也为l,列车的总质量为m.列车启动前,ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下,如图甲所示.为使列车启动,需在M、N间连接
46、电动势为E的直流电源,电源内阻及导线电阻忽略不计.列车启动后电源自动关闭.高分帮 “双一流”名校冲刺(1)要使列车向右运行,启动时图甲中M、N哪个接电源正极,并简要说明理由;(2)求刚接通电源时列车加速度a的大小;(3)列车减速时,需在前方设置如图乙所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域,磁场宽度和相邻磁场间距均大于l.若某时刻列车的速度为v0,此时ab、cd均在无磁场区域,试讨论:要使列车停下来,前方至少需要多少块这样的有界磁场?高分帮 “双一流”名校冲刺思维导引:(1)首先根据列车运动所受安培力的方向判断电流方向,然后确定M、N哪个接电源正极;(2)列车加速过程由安培力充当动力,对两金属
47、棒进行受力分析,结合牛顿第二定律计算加速度;(3)列车减速时,每次进、出磁场的过程中均做加速度不断减小的减速运动,由动量定理有安培力的冲量等于动量的变化量,即BIlt=p,瞬时电流I对时间t求积分即过程中通过的电荷量,因此可由法拉第电磁感应定律求出感应电动势的平均值.高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺归纳总结1.“双杆模型”问题求解方法(1)杆轨模型的处理仍然沿用解决力学问题的三大观点,即动力学、能量和动量观点.(2)两根导体杆在相互平行的水平轨道间做切割磁感线运动时,如果这两根导体杆所受的安培力等大反向,且不受其他外
48、力,则合外力为零,两导体杆的总动量守恒,解决此类问题往往应用动量守恒定律.(3)在双导体杆切割磁感线的系统中,若系统所受合力不为零,则不符合动量守恒的条件,如果题目涉及时间,可考虑用动量定理或动力学观点解题.高分帮 “双一流”名校冲刺2.“双杆模型”问题的求解步骤(1)明确研究对象和物理过程,即研究哪段导体在哪一过程切割磁感线.(2)根据导体运动状态,应用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.(3)画出等效电路图,应用闭合电路欧姆定律求回路中的感应电流.(4)分析所研究导体的受力情况,要特别注意安培力方向的确定,列出动力学方程或平衡方程求解.(5)分析电磁感应中的能量问题,特别是注意分析安培力做功的情况,应用动能定理或能量守恒定律列方程求解.(6)如果双杆系统所受合外力为零,那么可以对系统应用动量守恒定律列方程求解.
