2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)題型 專題4.3 法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用學(xué)案.doc
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專題4.3 法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用 1. 法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由線圈的匝數(shù)和穿過(guò)線圈的磁通量的變化率共同決定,而與磁通量Φ的大小、變化量ΔΦ的大小沒(méi)有必然聯(lián)系。 (2)磁通量的變化率對(duì)應(yīng)Φ-t圖線上某點(diǎn)切線的斜率。 2. 應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的三種情況 (1)磁通量的變化是由面積變化引起時(shí), ΔΦ=BΔS,則E=n; (2)磁通量的變化是由磁場(chǎng)變化引起時(shí), ΔΦ=ΔBS,則E=n; (3)磁通量的變化是由面積和磁場(chǎng)變化共同引起時(shí),則根據(jù)定義求,ΔΦ=Φ末- Φ初,E=n≠n。 3.電磁感應(yīng)中電荷量的求解方法 無(wú)論是回路中的磁通量發(fā)生變化,還是導(dǎo)體切割磁感線引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,在涉及電荷量的求解時(shí)一律用E=n進(jìn)行求解。在Δt時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量的計(jì)算式為:q=Δt=Δt=nΔt=,即通過(guò)閉合回路某一橫截面的電荷量?jī)H與ΔΦ、n和回路電阻R有關(guān),而與時(shí)間長(zhǎng)短、磁場(chǎng)變化的快慢或?qū)w運(yùn)動(dòng)的快慢無(wú)關(guān)。解決選擇題或填空題時(shí),可直接應(yīng)用以上結(jié)論?! ? 【典例1】(2016北京理綜16)如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a、b,磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2∶1,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為Ea和Eb,不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說(shuō)法正確的是( ) A.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较? B.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较? C.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较? D.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较? 【答案】 B 【解析】 由法拉第電磁感應(yīng)定律得圓環(huán)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E==πr2,則==,由楞次定律可知感應(yīng)電流的方向均沿順時(shí)針?lè)较颍x項(xiàng)B正確。 【典例2】如圖所示,紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd,ab邊長(zhǎng)大于bc邊長(zhǎng),置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)外,線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場(chǎng),兩次速度大小相同,方向均垂直于MN。第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng),線框上產(chǎn)生的熱量為Q1,通過(guò)線框?qū)w橫截面的電荷量為q1;第二次bc邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng),線框上產(chǎn)生的熱量為Q2,通過(guò)線框?qū)w橫截面的電荷量為q2,則( ) A.Q1>Q2,q1=q2 B.Q1>Q2,q1>q2 C.Q1=Q2,q1=q2 D.Q1=Q2,q1>q2 【答案】 A 【跟蹤訓(xùn)練】 1.如圖為無(wú)線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖,線圈匝數(shù)為n,面積為S。若在t1到t2時(shí)間內(nèi),勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行于線圈軸線向右穿過(guò)線圈,其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由B1均勻增加到B2,則該段時(shí)間線圈兩端a和b之間的電勢(shì)差φa-φb( ) A.恒為 B.從0均勻變化到 C.恒為- D.從0均勻變化到- 【答案】C 【解析】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n=n,由楞次定律和右手螺旋定則可判斷b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì),因磁場(chǎng)均勻變化,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定,因此a、b兩點(diǎn)電勢(shì)差恒為φa-φb=-n,選項(xiàng)C正確。 2.如圖所示,兩塊水平放置的金屬板距離為d,用導(dǎo)線與一個(gè)n匝的線圈連接,線圈置于方向豎直向上的變化磁場(chǎng)B中,兩板間有一個(gè)質(zhì)量為m、電量為+q的油滴處于靜止?fàn)顟B(tài),則線圈中的磁場(chǎng)B的變化情況和磁通量變化率分別是 ( ) A. 正在增加, B. 正在減弱, C. 正在增加, D. 正在減弱, 【答案】B 線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):; 油滴所受電場(chǎng)力:, 對(duì)油滴,根據(jù)平衡條件得:; 所以解得,線圈中的磁通量變化率的大小為;,故B正確,ACD錯(cuò)誤。 3.如圖所示的圓形線圈共n匝,電阻為R,過(guò)線圈中心O垂直于線圈平面的直線上有A、B兩點(diǎn),A、B兩點(diǎn)的距離為L(zhǎng),A、B關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱.一條形磁鐵開(kāi)始放在A點(diǎn),中心與O點(diǎn)重合,軸線與A、B所在直線重合,此時(shí)線圈中的磁通量為Φ1,將條形磁鐵以速度v勻速向右移動(dòng),軸線始終與直線重合,磁鐵中心到O點(diǎn)時(shí)線圈中的磁通量為Φ2,下列說(shuō)法中正確的是( ) A. 磁鐵在A點(diǎn)時(shí),通過(guò)一匝線圈的磁通量為 B. 磁鐵從A到O的過(guò)程中,線圈中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E= C. 磁鐵從A到B的過(guò)程中,線圈中磁通量的變化量為2Φ1 D. 磁鐵從A到B的過(guò)程中,通過(guò)線圈某一截面的電量不為零 【答案】B 【解析】A、磁鐵在A點(diǎn)時(shí),線圈中的磁通量為Φ1,故通過(guò)一匝線圈的磁通量也為Φ1,與匝數(shù)無(wú)關(guān),故A錯(cuò)誤; B、磁鐵從A到O的過(guò)程中,線圈中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=n=n=,故B正確; C、D、磁通量先增加后減小,磁通量的變化量為零,故平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,故平均感應(yīng)電流為零,故通過(guò)線圈某一截面的電量為零,故C錯(cuò)誤,D錯(cuò)誤. 故選B. 4.如圖所示,線圈匝數(shù)為n,橫截面積為S,線圈電阻為r,處于一個(gè)均勻增強(qiáng)的磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率為k,磁場(chǎng)方向水平向右且與線圈平面垂直,電容器的電容為C,兩個(gè)電阻的阻值分別為r和2r.由此可知,下列說(shuō)法正確的是( ) A. 電容器所帶電荷量為 B. 電容器所帶電荷量為 C. 電容器下極板帶正電 D. 電容器上極板帶正電 【答案】BD 【解析】AB、閉合線圈與阻值為r的電阻形成閉合回路,線圈相當(dāng)與電源,電容器兩極板間的電壓等于路端電壓,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:,路端電壓:,則電容器所帶電荷量為:,故A錯(cuò)誤,B正確; CD、 磁場(chǎng)向右均勻增強(qiáng),由楞次定律可知,電容器上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,故C錯(cuò)誤,D正確; 故選BD。 5.如圖甲所示,在一正方形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的均勻磁場(chǎng),在該正方形外接圓處放置一個(gè)半徑為r、電阻為R的n匝圓形線圈,線圈的兩端接一電容為C的平行板電容器(未畫(huà)出)。已知電容器充放電時(shí)間極短,正方形區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間按照?qǐng)D乙所示規(guī)律變化,則下列說(shuō)法正確的是 A. 線圈內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式為,在t=T時(shí)刻磁通量為4nB0r2 B. 在t=T時(shí)刻電容器兩極板的電勢(shì)差為 C. t=T時(shí)刻電容器極板上所帶電荷量為 D. 在0~T時(shí)間內(nèi)線圈中產(chǎn)生的焦耳熱為 【答案】C C、線圈在時(shí)刻產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為,則電容器極板上所帶電荷量,C正確; D、電容器充電一瞬間完成,沒(méi)有持續(xù)電流,因此不能用焦耳熱公式算電熱,D錯(cuò)誤; 故選C。 6.(1)如圖甲所示,兩根足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌,間距L=0.3 m,在導(dǎo)軌間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.5 T。一根直金屬桿MN以v=2 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),桿MN始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。桿MN的電阻r1=1 Ω,導(dǎo)軌的電阻可忽略。求桿MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1。 (2)如圖乙所示,一個(gè)匝數(shù)n=100的圓形線圈,面積S1=0.4 m2,電阻r2=1 Ω。在線圈中存在面積S2=0.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度B2隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖丙所示。求圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2。 (3)有一個(gè)R=2 Ω的電阻,將其兩端a、b分別與圖甲中的導(dǎo)軌和圖乙中的圓形線圈相連接,b端接地。試判斷以上兩種情況中,哪種情況a端的電勢(shì)較高?求這種情況中a端的電勢(shì)φa。 【答案】:(1)0.3 V (2)4.5 V (3)與圖甲中的導(dǎo)軌相連接a端電勢(shì)高 0.2 V 【解析】:(1)桿MN做切割磁感線的運(yùn)動(dòng),E1=B1Lv 代入數(shù)據(jù)解得,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=0.3 V。 (2)穿過(guò)圓形線圈的磁通量發(fā)生變化,E2=nS2 代入數(shù)據(jù)解得,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2=4.5 V。 (3)由右手定則可知,當(dāng)電阻R與題圖甲中的導(dǎo)軌相連接時(shí),a端的電勢(shì)較高。 通過(guò)電阻R的電流I= 電阻R兩端的電勢(shì)差φa-φb=IR,φb=0 a端的電勢(shì)φa=IR=0.2 V。 高考+模擬綜合提升訓(xùn)練 1.(2016浙江高考)如圖所示,a、b兩個(gè)閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成,匝數(shù)均為10匝,邊長(zhǎng)la=3lb,圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大,不考慮線圈之間的相互影響,則( ) A.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 B.a(chǎn)、b線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為9∶1 C.a(chǎn)、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶4 D.a(chǎn)、b線圈中電功率之比為3∶1 【答案】B 2.(2019屆四川省棠湖中學(xué)高三上學(xué)期第一次月考) 如圖所示,由一段外皮絕緣的導(dǎo)線扭成兩個(gè)半徑為R和r圓形平面形成的閉合回路,R>r,導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電阻為λ,導(dǎo)線截面半徑遠(yuǎn)小于R和r.圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直平面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間按B=kt(k>0,為常數(shù))的規(guī)律變化的磁場(chǎng),下列說(shuō)法正確的是 A. 小圓環(huán)中電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針 B. 大圓環(huán)中電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針 C. 回路中感應(yīng)電流大小為 D. 回路中感應(yīng)電流大小為 【答案】BD 【解析】根據(jù)楞次定律來(lái)判定感應(yīng)電流的方向,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,來(lái)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,再求得整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),依據(jù)閉合電路歐姆定律,從而即可求解; A、根據(jù)穿過(guò)整個(gè)回路的磁通量增大,依據(jù)楞次定律,及R>r,則大圓環(huán)中電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針,由于大圓環(huán)電動(dòng)勢(shì)大于小圓環(huán)的電動(dòng)勢(shì),則導(dǎo)致小圓環(huán)中電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針,故A錯(cuò)誤,B正確; C、根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,則有:,由閉合電路歐姆定律,那么回路中感應(yīng)電流大小為,故C錯(cuò)誤,D正確。 3.(2019屆四川省成都市高中畢業(yè)班摸底測(cè)試) 如圖甲,線圈A(圖中實(shí)線,共100匝)的橫截面積為0.3m2,總電阻r=2Ω,A右側(cè)所接電路中,電阻R1=2Ω,R2=6Ω,電容C=3μF,開(kāi)關(guān)S1閉合。A中有橫截面積為0.2m2的區(qū)域C(圖中虛線),C內(nèi)有圖乙所示的變化磁場(chǎng),t=0時(shí)刻,磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面向里。下列判斷正確的是 A. 閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過(guò)R2的電流由b流向a B. 閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過(guò)R2的電流大小為0.4A C. 閉合S2、電路穩(wěn)定后再斷開(kāi)S1,通過(guò)R2的電流由b流向a D. 閉合S2、電路穩(wěn)定后再斷開(kāi)S1,通過(guò)R2的電荷量為7.210-6C 【答案】BD 【解析】根據(jù)楞次定律,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為順時(shí)針?lè)较颍瑒t閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過(guò)R2的電流由a流向b,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:,則閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過(guò)R2的電流大小為,選項(xiàng)B正確;閉合S2、電路穩(wěn)定后電容器上極板帶正電,則當(dāng)再斷開(kāi)S1,電容器放電,通過(guò)R2的電流由a流向b,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電路穩(wěn)定后電容器帶電量,則電路穩(wěn)定后再斷開(kāi)S1,通過(guò)R2的電荷量為7.210-6C,選項(xiàng)D正確;故選BD. 4.(2019屆河南省鄭州市實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三(上)第一次月考) 如圖,均勻磁場(chǎng)中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框,半圓直徑與磁場(chǎng)邊緣重合;磁場(chǎng)方向垂直于半圓面紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為使該線框從靜止開(kāi)始繞過(guò)圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周,在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流?,F(xiàn)使線框保持圖中所示位置,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化。為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過(guò)程中同樣大小的電流,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率的大小應(yīng)為 A. B. C. D. 【答案】A 【解析】若要電流相等,則產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相等。設(shè)半圓半徑長(zhǎng)度為L(zhǎng),從靜止開(kāi)始繞過(guò)圓心O以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=B0L2ω;根據(jù)法拉第定律得;聯(lián)立得,故BCD錯(cuò)誤,A正確,故選A。 5.(2018山西省陽(yáng)泉市第十一中學(xué)高二下第一次月考) 在如圖甲所示的電路中,螺線管匝數(shù)n=1 500匝,橫截面積S=20 cm2。螺線管導(dǎo)線電阻r=1.0 Ω,R1=4.0 Ω,R2=5.0 Ω,C=30 μF。在一段時(shí)間內(nèi),穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖乙所示的規(guī)律變化。則下列說(shuō)法中正確的是( ) A. 螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1 V B. 閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后,電阻R1的電功率為510-2 W C. 電路中的電流穩(wěn)定后電容器下極板帶正電 D. S斷開(kāi)后,流經(jīng)R2的電量為1.810-5 C 【答案】CD 上負(fù)下正,所以電路中電流穩(wěn)定后電容器下極板帶正電,C正確;S斷開(kāi)后,流經(jīng)的電荷量即為S閉合時(shí)C板上所帶電荷量Q,電容器兩端的電壓等于兩端電壓,故,流經(jīng)的電荷量,選項(xiàng)D對(duì).- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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