2013年高三物理二轮复习精品教学案 （专题七）电磁感应 交变电流

2013年高三物理二轮复习精品教学案 （专题七）电磁感应 交变电流内容摘要：

1、【专题七】电磁感应 交变电流【考情分析】电磁感应是历年高考考查的重点，年年都有考题，且多为计算题，分值高，难度大，对考生具有较高的区分度。 电磁感应图象问题也是高考常考的题型之一，这类问题常常是给出电磁感应过程要求选出或画出正确的图象。 这类问题既要用到电磁感应知识，又要用到数学中函数图象知识，对运用数学知识求解物理问题的能力要求较高，是不少同学都感到困难的问题。 因此，本专题是复习中应强化训练的重要内容。 【知识归纳】1感应电流（1）产生条件 _ 闭 合 电 路 的 部 分 导 体 做 切 割 磁 感 线 运 动 闭 合 电 路 的 发 生 变 化（2）方向判断左 手 定 则 ： 常 用 于 情 况 2、 楞 次 定 律 ： 常 用 于 情 况 （3） “阻碍”的表现_阻 碍 磁 通 量 变 化 （ 增 反 减 同 ）阻 碍 物 体 间 的 （ 来 拒 去 留 ）阻 碍 的 变 化 （ 自 感 现 象 ）2感应电动势的产生（1）感生电场：英国物理学家麦克斯韦的电磁理论认为，变化的磁场能在周围空间激发电场，这种电场叫感生电场感生电场是产生_的原因（2）感生电动势：由感生电场产生的电动势称为感生电动势如果在感生电场所在的空间存在导体，在导体中就能产生感生电动势，感生电动势在电路中的作用就是_（3）动生电动势：由于导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势产生动生电动势的那部分导体相当于_3感应电动势 3、的计算（1）法拉第电磁感应定律：若 B 变，而 S 不变，则 E=_；若 不变，则 E=_常用于计算_电动势（2）导体垂直切割磁感线：E=要用于求电动势的_值（3）如图所示，导体棒围绕棒的一端在垂直磁场的平面内做匀速圆周运动而切割磁感线产生的电动势 E=_（4）感应电荷量的计算回路中发生磁通量变化时，在t 内迁移的电荷量（感应电荷量）为可见，q 仅由回路电阻和_变化量决定，与发生磁通量变化的时间无关4交变电流的产生及表示（1）在匀强磁场里，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是_电流（2）若 N 匝面积为 s 的线圈以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为：e 4、=_，用 E=示电动势最大值，则有其电流大小为5正弦式交流电的有效值与最大值的关系为 2，U， 2正弦交流电无此关系，必须根据电流的_，用等效的思想来求解6变压器的工作原理是根据_原理来改变交流电压的【考点例析】一、电磁感应与电路题型特点：闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体在做切割磁感线运动,在回路中将产生感应电动势，回路中将有感应电流。 从而讨论相关电流、电压、电功等问题。 其中包含电磁感应与力学问题、电磁感应与能量问题。 解题基本思路：1. 产生感应电动势的导体相当于一个电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻. 2. 电源内部电流的方向是从负极流向正极，即 5、从低电势流向高电势. 3. 产生感应电动势的导体跟用电器连接，可以对用电器供电，解决电磁感应中的电路问题，必须按题意画出等效电路，其余问题为电路分析和闭合电路欧姆定律的应用. 例 个电阻的阻值分别为 R 和 2R，其余电阻不计，电容器的电容量为 C，匀强磁场的磁感应强度为 B，方向垂直纸面向里，金属棒 ab、长度均为 l ，当棒 速度 v 向左切割磁感应线运动时，当棒 速度 2v 向右切割磁感应线运动时，电容 C 的电量为多大。 哪一个极板带正电。 解：画出等效电路如图所示：棒 生的感应电动势为：l V 棒 生的感应电动势为： 电容器 C 充电后断路，= - Bl v /3， U C= /3Q= 6、C /3右板带正电。 例 2. 如图所示，金属圆环的半径为 R，电阻的值为 端可绕环的圆心 O 旋转，另一端 a 搁在环上，电阻值为 端固定在 O 点，另一端 B 固定在环上，电阻值也是 的匀强磁场，并使 以角速度 匀速旋转 影响 转动，求流过 a 旋转时产生感生电动势，大小为：，E=1/2a 到最高点时，等效电路如图甲所示：E/5a 与 合时，环的电阻为 0，等效电路如图乙示：乙甲 5RI 4磁感应电路中的电量分析问题例 匀强磁场中固定放置一根串接一电阻 R 的直角形金属导轨 纸面内） ，磁场方向垂直纸面朝里，另有两根金属导轨 c、d 分别平行于 oa、以速率 V 移动 d，使它与 距离增大一 7、倍；再以速率 V 移动 c，使它与 距离减小一半；然后，再以速率 2V 移动 c，使它回到原处；最后以速率 2V 移动 d，使它也回到原处 的电量的大小依次为 2、 （ ）A. 2=4 B. 2=2C. 23= D. 2=4 【解析】：设开始导轨 d 与 距离为 轨 a 的距离为 法拉第电磁感应定律知，移动 c或 d 时产生的感应电动势：E= t= 的电量为：Q=I= 上式可知，通过导体 R 的电量与导体 d 或 c 移动的速度无关，由于 B 与 R 为定值，其电量取决于所围成面积的变化.若导轨 d 与 离增大一倍，即由 2 所围成的面积增大了 S1=x1若导轨 c 再与 离减小一半，即由 为 8、x，则所围成的面积又减小了 2x2x1=x1若导轨 c 再回到原处，此过程面积的变化为x2x1=x1最后导轨 d 又回到原处，此过程面积的变化为 S4=x1于 通过电阻 R 的电量是相等的，即 2=4. 所以选（A）。 小结：本题难度较大，要求考生对法拉第电磁感应定律熟练掌握，明确电量与导轨运动速度无关，而取决于磁通量的变化，同时结合图形去分析物理过程，根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面，导轨上横放着两根相同的导体棒 ab、导轨构成矩形回路。 导体棒的两端连接着处于压缩状态的o cb ，两棒的中间用细线绑住，它们的电阻均为 R，回路上其余部分的电阻不计。 在导轨平面内两导轨间有一竖直向下 9、的匀强磁场。 开始时，导体棒处于静止状态。 剪断细线后，导体棒在运动过程中 （A D）回路中有感应电动势两根导体棒所受安培力的方向相同两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能守恒两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能不守恒三、电磁感应中的单导轨问题例 5. 平行轨道 N 两端各接一个阻值 2 =8 的电热丝，轨道间距 L=1 m,轨道很长，本身电阻不计，轨道间磁场按如图所示的规律分布，其中每段垂直纸面向里和向外的磁场区域宽度为 2 感应强度的大小均为 B=1 T，每段无磁场的区域宽度为 1 体棒 身电阻 r=1，与轨道接触良好，现让 v=10 m/s 的速度向右匀速运动求：（1）当 在磁场区 10、域时，的电流为多大。 端的电压为多大。 受磁场力为多大。 （2）整个过程中，通过 电流是否是交变电流。 若是，则其有效值为多大。 并画出通过 电流随时间的变化图象解：（1）感应电动势 E=0 V,的电流 I= 2=2 A,端的电压为 U= V,受的安培力为 F= N，方向向左（2）是交变电流，交流电的周期 T=2 2 =0. 006 s，由交流电有效值的定义，可得 1）= 有 效 效。 通过 电流随时间变化图象如图所示四、电磁感应中的双导轨问题例 6. 如图所示，平行且足够长的两条光滑金属导轨，相距 水平面夹角为 30，不电阻，广阔的匀强磁场垂直穿过导轨平面，磁感应强度 B=直导轨放置两金属棒 度均为 11、阻均为 量分别为 0.1 0.2 金属棒与金属导轨接触良好且可沿导轨自由滑动现 在外力作用下，以恒定速度 v=s 沿着导轨向上滑动，则由静止释放，试求： （取 g=10m（1）金属棒 生的感应电动势；（2）闭合回路中的最小电流和最大电流；（3）金属棒 最终速度解：（1） （2）刚释放 时， 受到安培力为： 受到的重力为： mg 1N ； 1沿导轨向下加速滑动，既 合回路的 t增 大；电流也将增大，所以最小电流为： ） ； 当 的速度达到最大时，回路的电流最大，此时 的加速度为零。 由0 ：（3）由 ）： ：五、电磁感应图象问题题型特点：在电磁感应现象中，回路产生的感应电动势、感应电流及磁场对导线的作用力随时间的变化规律，也可用图象直观地表示出来此问题可分为两类（1）由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函数图像；（2）由给定的有关图像分析电磁感应过程,决图象类问题的关键是分析磁通量的变化是否均匀，从而判断感应电动势（电流）或安培力的大小是否恒定，然后运用楞次定律或左手定则判断它们的方向,分析出相关物理量之间的函数关系,确定其大小和方向及在坐标在中的范围例 平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流。