资源简介

章末核心素养提升
电磁感应
本章核心考点解读
本章对电磁感应的考查,一般以选择题或计算题的形式结合生活情境出题,考查知识点主要集中在以下几个方面:
(1)感应电流方向的判断及楞次定律的应用,尤其是物理方法的应用,如等效法(通电螺线管等效成条形磁体)等。
(2)法拉第电磁感应定律的应用,注意等效电源的确定、电路的组成等。常涉及感应电流、电荷量、焦耳热的计算等。
(3)导体切割磁感线产生感应电动势的计算,常常涉及电路问题、图像问题以及能量问题,多以“导轨＋杆”的模型出现,运动过程复杂,题型多是与运动学、牛顿运动定律等综合的计算题。
一、楞次定律的理解与应用
1.(2024·北京卷,6)如图所示,线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上,下列说法正确的是(　　)
A.闭合开关瞬间,线圈M和线圈P相互吸引
B.闭合开关,达到稳定后,电流表的示数为0
C.断开开关瞬间,流过电流表的电流方向由a到b
D.断开开关瞬间,线圈P中感应电流的磁场方向向左
答案　B
解析　闭合开关瞬间,根据安培定则可知线圈M中突然产生向右的磁场,根据楞次定律可知,线圈P中感应电流的磁场方向向左,因此线圈M和线圈P相互排斥,A错误;线圈M中的磁场稳定后,线圈P中的磁通量也不再变化,则线圈P产生的感应电流为0,电流表示数为0,B正确;断开开关瞬间,线圈M中向右的磁场瞬间减为0,根据楞次定律可知,线圈P中感应电流的磁场方向向右,根据安培定则可知流过电流表的方向由b到a,C、D错误。
用楞次定律判断感应电流方向的步骤
(1)确定原磁场方向。
(2)判断产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少)。
(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同)。
(4)利用安培定则判断感应电流的方向。
二、法拉第电磁感应定律的应用
2.(2024·福建卷,4)拓扑结构在现代物理学中具有广泛的应用。现有一条绝缘纸带,两条平行长边镶有铜丝,将纸带一端扭转180°,与另一端连接,形成拓扑结构的莫比乌斯环,如图所示。连接后,纸环边缘的铜丝形成闭合回路,纸环围合部分可近似为半径为R的扁平圆柱。现有一匀强磁场从圆柱中心区域垂直其底面穿过,磁场区域的边界是半径为r的圆(rA.0 B.kπR2
C.2kπr2 D.2kπR2
答案　C
解析　由题意可知,铜丝构成的莫比乌斯环形成了两匝(n＝2)线圈串联的闭合回路,穿过回路的磁场有效面积为S＝πr2,根据法拉第电磁感应定律可知,回路中产生的感应电动势大小为E＝n＝n＝2kπr2,故C正确。
3.(2024·天津卷,4)如图所示,两根不计电阻的光滑金属导轨平行放置,导轨及其构成的平面均与水平面成某一角度,导轨上端用直导线连接,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。具有一定阻值的金属棒MN从某高度由静止开始下滑,下滑过程中MN始终与导轨垂直并接触良好,则MN所受的安培力F及其加速度a、速度v、电流I,随时间t变化的关系图像可能正确的是(　　)
答案　A
解析　根据题意,设金属棒的电阻为R,导轨间距为L,磁感应强度为B,金属棒速度为v时,受到的安培力为F＝ILB＝可知F∝v,由牛顿第二定律可得,金属棒的加速度为a＝＝gsin θ－可知,随着速度的增大,金属棒的加速度逐渐减小,当加速度为零时,导体棒开始做匀速直线运动,则v－t图像的斜率逐渐减小直至为零时,速度保持不变,由于安培力F与速度v成正比,则F－t图像的斜率逐渐减小直至为零时,F保持不变,故A正确,B、C错误;根据题意,由公式可得,感应电流为I＝,由数学知识可得·,由于加速度逐渐减小,则I－t图像的斜率逐渐减小,故D错误。
4.(2026·安徽合肥高二期中)2025年10月完成的舰载电磁炮测试证明中国电磁炮技术已经取得突破性进展。电磁炮利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属弹丸进行加速,与用传统的火药推动的大炮相比,电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。某电磁炮可简化为如图所示的模型,同一水平面内的两根平行光滑导轨、a、b与可控电源相连,导轨间存在竖直向上的匀强磁场,将一质量为m、可视为质点的金属弹丸放在导轨上,弹丸在安培力的作用下由静止开始加速向右运动,离开导轨时的速度大小为v。已知弹丸在导轨上加速的过程中,可控电源提供给弹丸的功率恒为P,不计空气阻力及弹丸产生的焦耳热,下列说法正确的是(　　)
A.导轨b的电势比a的高
B.弹丸在导轨上运动时的加速度先减小后增大
C.弹丸在导轨上的加速时间为
D.弹丸在导轨上的加速距离为
答案　C
解析　依题意,弹丸向右运动,根据左手定则可知电流从a流向b,如图所示,导轨b的电势比a的低,A错误;
可控电源提供给弹丸的功率恒为P,由P＝Fv知v增大F减小,加速度减小,B错误;由动能定理有Pt＝mv2－0,解得t＝,C正确;弹丸在导轨上做加速度减小的加速运动,加速距离x>t＝,D错误。
三、电磁感应中的两种模型
1.“单杆”模型
如图所示,两光滑金属导轨在水平面内,导轨间距为L,导体棒的质量为m,回路总电阻为R。导体棒在水平力F的作用下运动,某时刻速度为v0,导体棒在磁场中的运动情况分析如下:
运动条件 运动情况分析
F为恒力 F＝ 合力为零,做匀速运动
F> v↑ BLv↑ I↑ ILB↑ a↓ a＝0,匀速运动
F< v↓ BLv↓ I↓ ILB↓ a↓ a＝0,匀速运动
F随时间t按一定线性规律变化 要使棒做匀加速运动,由牛顿第二定律有 F＝ma＋
2.“双杆”模型
v0≠0,光滑的平行导轨 v0≠0,光滑不等距导轨 v0＝0,光滑的平行导轨
示意图 质量m1＝m2,电阻r1＝r2,长度L1＝L2 杆MN、PQ间距足够长 质量m1＝m2,电阻r1＝r2,长度L1＝2L2 杆MN、PQ间距足够长且只在各自的轨道上运动 质量m1＝m2,电阻r1＝r2,长度L1＝L2
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1∶2 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
5.(多选)(2024·贵州卷,10)如图,间距为L的两根金属导轨平行放置并固定在绝缘水平桌面上,左端接有一定值电阻R,导轨所在平面存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。质量为m的金属棒置于导轨上,在水平拉力作用下从静止开始做匀加速直线运动,一段时间后撤去水平拉力,金属棒最终停在导轨上。已知金属棒在运动过程中,最大速度为v,加速阶段的位移与减速阶段的位移相等,金属棒始终与导轨垂直且接触良好,不计摩擦及金属棒与导轨的电阻,则(　　)
A.加速过程中通过金属棒的电荷量为
B.金属棒加速的时间为
C.加速过程中拉力的最大值为
D.加速过程中拉力做的功为mv2
答案　AB
解析　金属棒减速运动过程,只受安培力作用,结合法拉第电磁感应定律和安培力公式可知,该过程由动量定理有－＝0－mv,又加速阶段和减速阶段位移相等,解得加速阶段和减速阶段的位移均为x＝,由于金属棒运动过程中最大速度为v,则加速阶段末速度为v,又加速阶段金属棒做匀加速直线运动,则由位移与速度关系式v2＝2ax可知加速阶段金属棒的加速度为a＝,由匀变速直线运动规律可知金属棒加速的时间t＝,B正确;加速过程通过金属棒的电荷量Q＝t,由法拉第电磁感应定律可知,结合B项分析可知Q＝,A正确;加速过程,当速度最大时,拉力最大,由牛顿第二定律有Fm－＝ma,解得Fm＝,C错误;加速过程由动能定理有W－W安＝mv2,则该过程拉力做的功大于mv2,D错误。(共23张PPT)
章末核心素养提升
第二章　电磁感应
目 录
CONTENTS
知识网络构建
01
核心素养提升
02
知识网络构建
1
阻碍
磁通量
磁通量
导体
切割
感生
动生
变化率
Blv
电流
铁芯
核心素养提升
2
本章核心考点解读
本章对电磁感应的考查,一般以选择题或计算题的形式结合生活情境出题,考查知识点主要集中在以下几个方面:
(1)感应电流方向的判断及楞次定律的应用,尤其是物理方法的应用,如等效法(通电螺线管等效成条形磁体)等。
(2)法拉第电磁感应定律的应用,注意等效电源的确定、电路的组成等。常涉及感应电流、电荷量、焦耳热的计算等。
(3)导体切割磁感线产生感应电动势的计算,常常涉及电路问题、图像问题以及能量问题,多以“导轨＋杆”的模型出现,运动过程复杂,题型多是与运动学、牛顿运动定律等综合的计算题。
B
一、楞次定律的理解与应用
1.(2024·北京卷,6)如图所示,线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上,下列说法正确的是(　　)
A.闭合开关瞬间,线圈M和线圈P相互吸引
B.闭合开关,达到稳定后,电流表的示数为0
C.断开开关瞬间,流过电流表的电流方向由a到b
D.断开开关瞬间,线圈P中感应电流的磁场方向向左
解析　闭合开关瞬间,根据安培定则可知线圈M中突然产生向右的磁场,根据楞次定律可知,线圈P中感应电流的磁场方向向左,因此线圈M和线圈P相互排斥,A错误;线圈M中的磁场稳定后,线圈P中的磁通量也不再变化,则线圈P产生的感应电流为0,电流表示数为0,B正确;断开开关瞬间,线圈M中向右的磁场瞬间减为0,根据楞次定律可知,线圈P中感应电流的磁场方向向右,根据安培定则可知流过电流表的方向由b到a,C、D错误。
用楞次定律判断感应电流方向的步骤
(1)确定原磁场方向。
(2)判断产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少)。
(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同)。
(4)利用安培定则判断感应电流的方向。
C
二、法拉第电磁感应定律的应用
2.(2024·福建卷,4)拓扑结构在现代物理学中具有广泛的应用。现有一条绝缘纸带,两条平行长边镶有铜丝,将纸带一端扭转180°,与另一端连接,形成拓扑结构的莫比乌斯环,如图所示。连接后,纸环边缘的铜丝形成闭合回路,纸环围合部分可近似为半径为R的扁平圆柱。现有一匀强磁场从圆柱中心区域垂直其底面穿过,磁场区域的边界是半径为r的圆(rA.0 B.kπR2 C.2kπr2 D.2kπR2
解析　由题意可知,铜丝构成的莫比乌斯环形成了两匝(n＝2)线圈串联的闭合回路,穿过回路的磁场有效面积为S＝πr2,根据法拉第电磁感应定律可知,回路中产生的感应电动势大小为E＝n＝n＝2kπr2,故C正确。
A
3.(2024·天津卷,4)如图所示,两根不计电阻的光滑金属导轨平行放置,导轨及其构成的平面均与水平面成某一角度,导轨上端用直导线连接,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。具有一定阻值的金属棒MN从某高度由静止开始下滑,下滑过程中MN始终与导轨垂直并接触良好,则MN所受的安培力F及其加速度a、速度v、电流I,随时间t变化的关系图像可能正确的是(　　)
解析　根据题意,设金属棒的电阻为R,导轨间距为L,磁感应强度为B,金属棒速度为v时,受到的安培力为F＝ILB＝可知F∝v,由牛顿第二定律可得,金属棒的加速度为a＝＝gsin θ－可知,随着速度的增大,金属棒的加速度逐渐减小,当加速度为零时,导体棒开始做匀速直线运动,则v－t图像的斜率逐渐减小直至为零时,速度保持不变,由于安培力F与速度v成正比,则F－t图像的斜率逐渐减小直至为零时,F保持不变,故A正确,B、C错误;根据题意,由公式可得,感应电流为I＝,由数学知识可得·,由于加速度逐渐减小,则I－t图像的斜率逐渐减小,故D错误。
C
4.(2026·安徽合肥高二期中)2025年10月完成的舰载电磁炮测试证明中国电磁炮技术已经取得突破性进展。电磁炮利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属弹丸进行加速,与用传统的火药推动的大炮相比,电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。某电磁炮可简化为如图所示的模型,同一水平面内的两根平行光滑导轨、a、b与可控电源相连,导轨间存在竖直向上的匀强磁场,将一质量为m、可视为质点的金属弹丸放在导轨上,弹丸在安培力的作用下由静止开始加速向右运动,离开导轨时的速度大小为v。已知弹丸在导轨上加速的过程中,可控电源提供给弹丸的功率恒为P,不计空气阻力及弹丸产生的焦耳热,下列说法正确的是(　　)
A.导轨b的电势比a的高
B.弹丸在导轨上运动时的加速度先减小后增大
C.弹丸在导轨上的加速时间为
D.弹丸在导轨上的加速距离为
解析　依题意,弹丸向右运动,根据左手定则可知电流从a流向b,如图所示,导轨b的电势比a的低,A错误;
可控电源提供给弹丸的功率恒为P,由P＝Fv知v增大F减小,加速度减小,B错误;由动能定理有Pt＝mv2－0,解得t＝,C正确;弹丸在导轨上做加速度减小的加速运动,加速距离x>t＝,D错误。
三、电磁感应中的两种模型
1.“单杆”模型
如图所示,两光滑金属导轨在水平面内,导轨间距为L,导体棒的质量为m,回路总电阻为R。导体棒在水平力F的作用下运动,某时刻速度为v0,导体棒在磁场中的运动情况分析如下:
运动条件 运动情况分析
F为恒力 F＝ 合力为零,做匀速运动
F> v↑ BLv↑ I↑ ILB↑ a↓ a＝0,匀速运动
F< v↓ BLv↓ I↓ ILB↓ a↓ a＝0,匀速运动
F随时间t按一定线性规律变化 要使棒做匀加速运动,由牛顿第二定律有
F＝ma＋
2.“双杆”模型
v0≠0,光滑的平行导轨 v0≠0,光滑不等距导轨 v0＝0,光滑的平行导轨
示意图 质量m1＝m2,电阻r1＝r2,长度L1＝L2 杆MN、PQ间距足够长 质量m1＝m2,电阻r1＝r2,长度L1＝2L2 杆MN、PQ间距足够长且只在各自的轨道上运动
质量m1＝m2,电阻r1＝r2,长度L1＝L2
v0≠0,光滑的平行导轨 v0≠0,光滑不等距导轨 v0＝0,光滑的平行导轨
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1∶2 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
AB
5.(多选)(2024·贵州卷,10)如图,间距为L的两根金属导轨平行放置并固定在绝缘水平桌面上,左端接有一定值电阻R,导轨所在平面存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。质量为m的金属棒置于导轨上,在水平拉力作用下从静止开始做匀加速直线运动,一段时间后撤去水平拉力,金属棒最终停在导轨上。已知金属棒在运动过程中,最大速度为v,加速阶段的位移与减速阶段的位移相等,金属棒始终与导轨垂直且接触良好,不计摩擦及金属棒与导轨的电阻,则(　　)
A.加速过程中通过金属棒的电荷量为
B.金属棒加速的时间为
C.加速过程中拉力的最大值为
D.加速过程中拉力做的功为mv2
解析　金属棒减速运动过程,只受安培力作用,结合法拉第电磁感应定律和安培力公式可知,该过程由动量定理有－＝0－mv,又加速阶段和减速阶段位移相等,解得加速阶段和减速阶段的位移均为x＝,由于金属棒运动过程中最大速度为v,则加速阶段末速度为v,又加速阶段金属棒做匀加速直线运动,则由位移与速度关系式v2＝2ax可知加速阶段金属棒的加速度为a＝,由匀变速直线运动规律可知金属棒加速的时间t＝,B正确;加速过程通过金属棒的电荷量Q＝t,由法拉第电磁感应定律可知,结合B项分析可知Q＝,A正确;加速过程,当速度最大时,拉力最大,由牛顿第二定律有Fm－＝ma,解得Fm＝,C错误;加速过程由动能定理有W－W安＝mv2,则该过程拉力做的功大于mv2,D错误。
本节内容结束
THANKS

展开更多......

收起↑