1、PAGE18電場(chǎng)感應(yīng)【2022考綱解讀】【重點(diǎn)知識(shí)整合】一、法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)回路的磁通量的變化率成正比在具體問(wèn)題的分析中，針對(duì)不同形式的電磁感應(yīng)過(guò)程，法拉第電磁感應(yīng)定律也相應(yīng)有不同的表達(dá)式或計(jì)算式磁通量變化的形式表達(dá)式備注通過(guò)n匝線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化Eneqf,t1當(dāng)S不變時(shí)，EnSeqfB,t2當(dāng)B不變時(shí)，EnBeqfS,t導(dǎo)體垂直切割磁感線運(yùn)動(dòng)EBLv當(dāng)vB時(shí)，E0導(dǎo)體繞過(guò)一端且垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)Eeqf1,2BL2線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)EnBSsint當(dāng)線圈平行于磁感線時(shí)，E最大為EnBS，當(dāng)線圈平行于中性面時(shí)，E

2、0二、楞次定律與左手定則、右手定則1左手定則與右手定則的區(qū)別：判斷感應(yīng)電流用右手定則，判斷受力用左手定則2應(yīng)用楞次定律的關(guān)鍵是區(qū)分兩個(gè)磁場(chǎng)：引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的磁通量的變化，“阻礙”的結(jié)果是延緩了磁通量的變化，同時(shí)伴隨著能量的轉(zhuǎn)化3楞次定律中“阻礙”的表現(xiàn)形式：阻礙磁通量的變化增反減同，阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)拒去留，阻礙線圈面積變化增縮減擴(kuò)，阻礙本身電流的變化自感現(xiàn)象三、電磁感應(yīng)與電路的綜合電磁感應(yīng)與電路的綜合是高考的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容，兩者的核心內(nèi)容與聯(lián)系主線如圖4121所示：1產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的電路通常是一個(gè)閉合電路，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的那一部分電

3、路相當(dāng)于電源，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是電源的電動(dòng)勢(shì)，在“電源”內(nèi)部電流的流向是從“電源”的負(fù)極流向正極，該部分電路兩端的電壓即路端電壓，UeqfR,RrE2在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，電路產(chǎn)生的電功率等于內(nèi)外電路消耗的功率之和若為純電阻電路，則產(chǎn)生的電能將全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；若為非純電阻電路，則產(chǎn)生的電能除了一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有一部分能量轉(zhuǎn)化為其他能，但整個(gè)過(guò)程能量守恒能量轉(zhuǎn)化與守恒往往是電磁感應(yīng)與電路問(wèn)題的命題主線，抓住這條主線也就是抓住了解題的關(guān)鍵在閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的問(wèn)題中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能說(shuō)明：求解部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，

4、要區(qū)別平均電動(dòng)勢(shì)和瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)，切割磁感線的等效長(zhǎng)度等于導(dǎo)線兩端點(diǎn)的連線在運(yùn)動(dòng)方向上的投影【高頻考點(diǎn)突破】考點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、感應(yīng)電流I、安培力F安或外力F外隨時(shí)間t變化的圖象,即Bt圖、t圖、Et圖、It圖、Ft圖對(duì)于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況,還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨位移s變化的圖象,即Es圖、Is圖等圖象問(wèn)題大體上可分為兩類：1由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確圖象,此類問(wèn)題要注意以下幾點(diǎn)：1定性或定量地表示出所研究問(wèn)題的函數(shù)關(guān)系;2在圖象中E、I、B等物理量的方向通過(guò)正負(fù)值來(lái)反映;3畫(huà)圖象時(shí)要注意橫、縱坐標(biāo)

5、的單位長(zhǎng)度定義或表達(dá)2由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)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(wèn)題常需利用右手定則、左手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律進(jìn)行分析解決例1如圖所示,一有界區(qū)域內(nèi),存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是【解析】線框做勻加速直線運(yùn)動(dòng),則有vat,veqr2as;由歐姆定律可得電流IeqfBLv,ReqfBLat,ReqfBLr2as,R,即感應(yīng)電流大小與時(shí)間成正比,與位移的平方根成正比,故A、C兩項(xiàng)正確,B、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤【答案

6、】AC【變式探究】如圖所示,水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì),的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌靜止放置,且與導(dǎo)軌接觸良好t0時(shí),將開(kāi)關(guān)S由1擲到、i、v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度下列圖象正確的是考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題1動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究對(duì)象2解決電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的具體思路電源電路受力情況功、能問(wèn)題具體步驟為：1明確哪一部分電路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則這部分電路就是等效電源；2正確分析電路的結(jié)構(gòu)，畫(huà)出等效電路圖；3分析所研究的導(dǎo)體受力情況；4列出動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程并求解例2、如圖所示,兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為的絕緣斜面上,放在導(dǎo)軌上,以下區(qū)域內(nèi),使它

7、沿導(dǎo)軌勻速向上運(yùn)動(dòng),處時(shí),撤去拉力,a棒將繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)一小段距離后再向下滑動(dòng),處時(shí),棒、b棒和定值電阻的阻值均為R,b棒的質(zhì)量為m,重力加速度為g,導(dǎo)軌電阻不計(jì)求:1a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,a棒中的電流強(qiáng)度Ia與定值電阻R中的電流強(qiáng)度IR之比;2a棒質(zhì)量ma；3a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的拉力F【變式探究】如圖所示,兩足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置,相距為L(zhǎng),一理想電流表與兩導(dǎo)軌相連,、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場(chǎng)上邊界h處?kù)o止釋放導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,流經(jīng)電流表的電流逐漸減小,最終穩(wěn)定為I整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好,且始終保持水平,不計(jì)導(dǎo)軌的電阻求:1磁感應(yīng)強(qiáng)度B

8、的大小；2電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度v的大小；3流經(jīng)電流表電流的最大值Im解析：1電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)，則有BILmg解得Beqfmg,IL2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv感應(yīng)電流IeqfE,R由式解得veqfI2R,mg3由題意知，導(dǎo)體棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度最大，設(shè)為vm由機(jī)械能守恒定律得eqf1,2mveqoal2,mmgh感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmBLvm，感應(yīng)電流的最大值ImeqfEm,R聯(lián)立以上各式解得Imeqfmgr2gh,IR答案：1eqfmg,IL2eqfI2R,mg3eqfmgr2gh,IR考點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的電路、能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題1電路問(wèn)題1將切割磁感線導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路作為電源，

9、確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻2畫(huà)出等效電路3運(yùn)用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路特點(diǎn)，電功率公式，焦耳定律公式等求解2能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題1安培力的功是電能和其他形式的能之間相互轉(zhuǎn)化的“橋梁”，用框圖表示如下：2明確功能關(guān)系,確定有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化如有摩擦力做功,必有內(nèi)能產(chǎn)生;有重力做功,重力勢(shì)能必然發(fā)生變化;安培力做負(fù)功,必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能3根據(jù)不同物理情景選擇動(dòng)能定理,能量守恒定律,功能關(guān)系,列方程求解問(wèn)題例3、如圖所示,寬度L的光滑金屬框架MN處以v02m/s的初速度,沿軸負(fù)方向做a2m/s2的勻減速直線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中金屬棒僅受安培力作用求:1金屬棒ab運(yùn)動(dòng)，框架產(chǎn)生的焦耳熱Q；2框架中a

10、N的金屬棒與軌道垂直且接觸良好,從軌道上端ab處由靜止開(kāi)始下滑至底端,在此過(guò)程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Q1取g10m/s2求:1金屬棒在此過(guò)程中克服安培力的功W安；2金屬棒下滑速度v2m/s時(shí)的加速度a；3為求金屬棒下滑的最大速度vm,有同學(xué)解答如下:由動(dòng)能定理,W重W安eqf1,2mveqoal2,m,由此所得結(jié)果是否正確若正確，說(shuō)明理由并完成本小題；若不正確，給出正確的解答解析：1下滑過(guò)程中安培力的功即為在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱，由于R3r，因此QR3QrW安QQRQr2金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力F安BILeqfB2L2,Rrv由牛頓第二定律mgsin30eqfB2L2,Rrvmaagsin30e

11、qfB2L2,mRrv10eqf1,2eqf2,m/s2s23此解法正確金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力作用，其運(yùn)動(dòng)滿足mgsin30eqfB2L2,Rrvma上式表明，加速度隨速度增加而減小，棒做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)無(wú)論最終是否達(dá)到勻速，當(dāng)棒到達(dá)斜面底端時(shí)速度一定為最大由動(dòng)能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正確mgSsin30Qeqf1,2mveqoal2,mvmeqr2gSsin30f2Q,meqr210f1,2f2,m/ss答案：12s23見(jiàn)解析【難點(diǎn)探究】難點(diǎn)一電磁感應(yīng)的圖象問(wèn)題在電磁感應(yīng)問(wèn)題中出現(xiàn)的圖象主要有Bt圖象、t圖象、Et圖象和It圖象，有時(shí)還可能出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E或感應(yīng)電流I隨

12、線圈位移變化的圖象，即E圖象或I圖象1對(duì)切割類電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題，關(guān)鍵是根據(jù)EBLv來(lái)判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，根據(jù)右手定則判斷感應(yīng)電流的方向并按規(guī)定的正方向?qū)⑵渎鋵?shí)到圖象中2電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題的特點(diǎn)是考查方式靈活：根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程，確定給定的圖象是否正確，或畫(huà)出正確的圖象；由題目給定的圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程，綜合求解相應(yīng)的物理量3電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題可綜合法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律和安培定則、右手定則及左手定則，結(jié)合電路知識(shí)和力學(xué)知識(shí)求解4電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題的解題方法技巧：根據(jù)初始條件，確定給定的物理量的正負(fù)或方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系和變化范圍，確定所研究的物理量的函數(shù)表達(dá)式以及進(jìn)出磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)等，這是解

13、題的關(guān)鍵例1如圖4122所示，平行導(dǎo)軌間有一矩形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，細(xì)金屬棒1、長(zhǎng)為l的相同導(dǎo)體桿K、S、Q分別放置在導(dǎo)軌上，S桿的兩端固定在b1、b2點(diǎn)，K、Q桿可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好一端系于K桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過(guò)輕質(zhì)定滑輪自然下垂，繩上穿有質(zhì)量m2的小環(huán)已知小環(huán)以a6m/s2的加速度沿繩下滑，K桿保持靜止，Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運(yùn)動(dòng)不計(jì)導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦，繩不可伸長(zhǎng)取g10m/s2，sin37，cos37求：1小環(huán)所受摩擦力的大小；2Q桿所受拉力的瞬時(shí)功率【點(diǎn)評(píng)】電磁感應(yīng)過(guò)程實(shí)質(zhì)是電能與其他形式的能之間相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，安培力做功的過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的

14、能的過(guò)程，“外力”克服安培力做功，則是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程一般解題思路是：1若安培力為恒力，由于電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功，可先求克服安培力做的功；2若安培力為變力，應(yīng)從能量守恒角度解題，即系統(tǒng)初態(tài)總機(jī)械能等于系統(tǒng)末態(tài)總機(jī)械能與產(chǎn)生的電能之和；3利用電路中所產(chǎn)生的電能計(jì)算【變式探究】如圖4128甲所示，在水平面上固定有長(zhǎng)為L(zhǎng)2m、寬為d1m的金屬“U”形導(dǎo)軌，在“U”形導(dǎo)軌右側(cè)l范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示在t0時(shí)刻，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒以v01m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長(zhǎng)度的電阻均為/m，不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場(chǎng)的影響取g10m/s21通過(guò)計(jì)算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況；2計(jì)算4s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向；3計(jì)算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱【答案】1略2順時(shí)針3【解析】1導(dǎo)體棒先在無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域做勻減速運(yùn)動(dòng)，有m