浙江2020版高考物理复习第十章电磁感应交变电流第1讲楞次定律法拉第电磁感应定律学案.docx

第1讲楞次定律法拉第电磁感应定律考试标准知识内容考试要求说明电磁感应现象b1.不要求掌握法拉第等科学家对电磁感应现象研究的具体细节2.在用楞次定律判断感应电流方向时，只要求闭合电路中磁通量变化容易确定的情形3.导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于l、B、v三者垂直的情形4.不要求计算涉及反电动势的问题5.在电磁感应现象中，不要求判断电路中各点电势的高低6.不要求计算既有感生电动势，又有动生电动势的电磁感应问题7.不要求计算自感电动势8.不要求解释电磁驱动和电磁阻尼现象.楞次定律c法拉第电磁感应定律d电磁感应现象的两类情况b互感和自感b涡流、电磁阻尼和电磁驱动b一、电磁感应现象1磁通量(1)公式：BS.适用条件：匀强磁场；磁感应强度的方向垂直于S所在的平面(2)几种常见引起磁通量变化的情形B变化，S不变，BS.B不变，S变化，BS.B、S两者都变化，21，不能用BS来计算2电磁感应现象(1)产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动(2)电磁感应现象中的能量转化：发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能，该过程遵循能量守恒定律自测1如图所示的现象中涉及电磁感应的是()答案B二、感应电流方向的判断1楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化(2)适用范围：适用于一切闭合回路磁通量变化的情况2右手定则(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向(2)适用情况：导体切割磁感线产生感应电流自测2(多选)关于楞次定律，下列说法中正确的是()A感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相反B感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相同C感应电流的磁场方向可能与原磁场的方向相反，也可能与原磁场的方向相同D感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化答案CD三、法拉第电磁感应定律1感应电动势(1)感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势(2)产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关(3)方向判断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断2法拉第电磁感应定律(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比(2)公式：En，其中n为线圈匝数自测3(多选)将多匝闭合线圈置于仅随时间变化的磁场中，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是()A感应电动势的大小与线圈的匝数有关B穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案AC四、导线切割磁感线时的感应电动势导线切割磁感线时，可有以下两种情况：切割方式电动势表达式说明垂直切割EBlv导线与磁场方向垂直磁场为匀强磁场旋转切割(以一端为轴)EBl2五、自感和涡流1自感现象由于通过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象2自感电动势(1)定义：在自感现象中产生的感应电动势(2)表达式：EL.(3)自感系数L：相关因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关单位：亨利(H)，1mH103H,1H106H.3涡流(1)定义：当线圈中的电流发生变化时，在它附近的导体中产生的像水中的旋涡一样的感应电流(2)涡流的应用涡流热效应的应用，如真空冶炼炉涡流磁效应的应用，如探雷器自测4(多选)电磁炉为新一代炊具，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物下列相关说法中正确的是()A锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的B恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好C锅体中的涡流是由变化的磁场产生的D提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果答案CD命题点一感应电流方向的判断考向1应用楞次定律判断感应电流的方向应用楞次定律的思路例1长直导线与矩形线框abcd在同一平面中静止不动，如图1甲所示长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流：iImsint，it图象如图乙所示规定沿长直导线向上的电流为正方向关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是()图1A由顺时针方向变为逆时针方向B由逆时针方向变为顺时针方向C由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向D由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向答案D解析由题图乙知，在0T时间内电流变大，线框中磁通量增大，由楞次定律可知，线框中感应电流产生的磁场应与长直导线中电流产生的磁场相反，故应该垂直纸面向外，再由安培定则可得线框中感应电流方向为逆时针，同理分析可得TT时间内，线框中感应电流方向为顺时针，TT时间内感应电流方向为逆时针，A、B、C错误，D正确变式1(多选)下列各选项是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流各选项中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中正确的是()答案CD解析根据楞次定律可确定感应电流的方向：以C选项为例，当磁铁向下运动时：(1)闭合线圈原磁场的方向向上；(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化增加；(3)感应电流产生的磁场方向向下；(4)利用安培定则判断感应电流的方向与图中箭头方向相同运用以上分析方法可知，C、D正确考向2楞次定律推论的应用楞次定律推论的应用技巧(1)线圈(回路)中磁通量变化时，阻碍原磁通量的变化应用“增反减同”的规律；(2)导体与磁体间有相对运动时，阻碍相对运动应用“来拒去留”的规律；(3)当回路可以形变时，感应电流可使线圈面积有扩大或缩小的趋势应用“增缩减扩”的规律；(4)自感现象中，感应电动势阻碍原电流的变化应用“增反减同”的规律例2(多选)如图2所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时()图2AP、Q将相互靠拢BP、Q将相互远离C磁铁的加速度仍为gD磁铁的加速度小于g答案AD解析根据楞次定律的另一种表述感应电流的效果，总要阻碍产生感应电流的原因本题中“原因”是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近所以，P、Q将相互靠拢且磁铁的加速度小于g，应选A、D.考向3切割类感应电流方向的判断用右手定则判断，该方法适用于部分导体切割磁感线判断时注意掌心、四指、拇指的方向：(1)掌心磁感线垂直穿入(2)拇指指向导体运动的方向(3)四指指向感应电流的方向例3如图3所示，一个金属圆盘安装在竖直的转动轴上，置于蹄形磁铁之间，两块铜片A、O分别与金属圆盘的边缘和转动轴接触若使金属圆盘按图示方向(俯视顺时针方向)转动起来，下列说法正确的是()图3A电阻R中有QRP方向的感应电流B电阻R中有PRQ方向的感应电流C穿过圆盘的磁通量始终没有变化，电阻R中无感应电流D调换磁铁的N、S极同时改变金属圆盘的转动方向，R中感应电流的方向也会发生改变答案B解析根据右手定则可判断出R中有PRQ方向的电流，B正确，A、C错误；D选项中流过R的感应电流方向不变，D错误命题点二法拉第电磁感应定律的理解及应用求感应电动势大小的五种类型及对应解法(1)磁通量变化型：En(2)磁感应强度变化型：EnS(3)面积变化型：EnB(4)平动切割型：EBlv(B、l、v三者垂直)l为导体切割磁感线的有效长度v为导体相对磁场的速度(5)转动切割型：EBlvBl2类型1磁通量变化型例4(多选)(2016浙江理综16)如图4所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为7匝，边长la3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则()图4A两线圈内产生沿顺时针方向的感应电流Ba、b线圈中感应电动势之比为91Ca、b线圈中感应电流之比为31Da、b线圈中电功率之比为31答案BC解析因磁感应强度随时间均匀增大，根据楞次定律可知，两线圈内均产生沿逆时针方向的感应电流，选项A错误；设k，根据法拉第电磁感应定律可得Ennkl2，则()2，选项B正确；根据I可知，Il，故a、b线圈中感应电流之比为31，选项C正确；电功率PIEnkl2，则Pl3，故a、b线圈中电功率之比为271，选项D错误变式2如图5甲所示，螺线管匝数n1500匝，横截面积S20cm2，螺线管导线电阻r1，电阻R4，磁感应强度B的Bt图象如图乙所示(以向右为正方向)，下列说法正确的是()图5A通过电阻R的电流方向是从A到CB感应电流的大小保持不变为2.4AC电阻R两端的电压为6VDC点的电势为4.8V答案D解析从题图中可得磁通量在逐渐增大，根据楞次定律可得通过R的电流方向为从C到A，A错误；根据法拉第电磁感应定律：Enn15000.002V6V，而感应电流大小为：IA1.2A，B错误；根据闭合电路欧姆定律，有：UIR1.24V4.8V，C错误；因为A点接地，电势为零，所以C点的电势为4.8V，D正确类型2平动切割型例5(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直边长为0.1m、总电阻为0.005的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图6甲所示已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t0时刻进入磁场线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)下列说法正确的是()图6A磁感应强度的大小为0.5TB导线框运动的速度的大小为0.5m/sC磁感应强度的方向垂直于纸面向外D在t0.4s至t0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N答案BC解析由Et图象可知，导线框经过0.2s全部进入磁场，则速度vm/s0.5 m/s，选项B正确；由题图乙可知，E0.01V，根据EBlv得，BT0.2T，选项A错误；根据右手定则及正方向的规定可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，选项C正确；在t0.4s至t0.6s这段时间内，导线框中的感应电流IA2A, 所受的安培力大小为FBIl0.220.1N0.04N，选项D错误类型3转动切割型例6(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图7所示铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是()图7A若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动C若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍答案AB解析将圆盘看成无数幅条组成，它们都在切割磁感线从而产生感应电动势和感应电流，则当圆盘顺时针(俯视)转动时，根据右手定则可知圆盘上感应电流从边缘流向中心，流过电阻的电流方向从a到b，B对；由法拉第电磁感应定律得感应电动势EBLBL2，I，恒定时，I大小恒定，大小变化时，I大小变化，方向不变，故A对，C错；由PI2R知，当变为原来的2倍时，P变为原来的4倍，D错命题点三电磁感应中的图象问题1解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类，即是Bt图象还是t图象，或者Et图象、It图象等；(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的对应关系；(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式；(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)画图象或判断图象正误2电磁感应中图象类选择题的两种常见解法(1)排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项(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象作出分析和判断例7如图8所示，有一个矩形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里一个三角形闭合导线框，由位置1(左)沿纸面匀速运动到位置2(右)取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点(t0)，规定逆时针方向为电流的正方向，则图中能正确反映线框中电流与时间关系的是(磁场宽度大于三角形导线框底边长度)()图8答案A解析线框进入磁场的过程，磁通量向里增加，根据楞次定律知感应电流的磁场向外，由安培定则可知感应电流方向为逆时针，电流方向应为正方向，故B、C错误；线框进入磁场的过程，线框切割磁感线的有效长度先均匀增大后均匀减小，由EBLv，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小，线框中产生的感应电流也是先均匀增大后均匀减小；线框完全进入磁场后，磁通量不变，没有感应电流产生；线框穿出磁场的过程，磁通量向里减小，根据楞次定律知感应电流的磁场向里，由安培定则可知感应电流方向为顺时针，电流方向应为负方向，线框切割磁感线的有效长度先均匀增大后均匀减小，由EBLv，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小，故A正确，D错误变式3(多选)如图9，矩形闭合线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻，线框下落过程形状不变，ab边始终保持与磁场水平边界OO平行，线框平面与磁场方向垂直，设OO下方磁场区域足够大，不计空气阻力，则下列哪一个图象可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律()图9答案CD解析线框先做自由落体运动，若ab边进入磁场后重力小于安培力，则做减速运动，由F知线框所受的安培力减小，加速度逐渐减小，vt图象的斜率应逐渐减小，故A、B错误；线框先做自由落体运动，ab边进入磁场后若重力大于安培力，则做加速度减小的加速运动，cd边进入磁场后做匀加速直线运动，加速度为g，故C正确；线框先做自由落体运动，ab边进入磁场后若重力等于安培力，则做匀速直线运动，cd边进入磁场后做匀加速直线运动，加速度为g，故D正确命题点四自感和涡流1自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化(3)电流稳定时，自感线圈相当于普通导体(4)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过程的进行，它不能使过程停止，更不能使过程反向2涡流产生的条件(1)只有金属导体中才有可能产生；(2)需处于变化的磁场中例8(多选)如图10，A、B是相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈下面说法正确的是()图10A闭合开关S时，A、B灯同时亮，且达到正常B闭合开关S时，B灯比A灯先亮，最后一样亮C闭合开关S时，A灯比B灯先亮，最后一样亮D断开开关S时，A灯与B灯同时慢慢熄灭答案BD解析闭合开关S，B灯立即变亮，而A灯由于线圈的阻碍作用逐渐变亮，由于A、B灯相同，故最后一样亮；断开S时，线圈阻碍电流的减小产生自感电动势和A、B构成闭合回路，两灯一起逐渐熄灭变式4(多选)如图11所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有()图11A增加线圈的匝数B提高交流电源的频率C将金属杯换为瓷杯D取走线圈中的铁芯答案AB解析当线圈接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡流发热，使水温升高要缩短加热时间，需增大涡流，即增大感应电动势或减小电阻增加线圈匝数、提高交流电源的频率都是为了增大感应电动势，瓷杯不能产生涡流，取走铁芯会导致磁性减弱，故选项A、B正确，选项C、D错误.1关于电磁感应，下列说法正确的是()A穿过回路的磁通量越大，则产生的感应电动势越大B穿过回路的磁通量减小，则产生的感应电动势一定变小C穿过回路的磁通量变化越快，则产生的感应电动势越大D穿过回路的磁通量变化越大，则产生的感应电动势越大答案C解析由法拉第电磁感应定律可知感应电动势的大小只与磁通量的变化率成正比，与磁通量大小、磁通量的变化量都没有关系，A、B、D错误，C正确2(多选)下列各图所描述的物理情境中，有感应电流产生的是()答案BCD解析A中开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流；B中磁铁向铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流；C中金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流；D中铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，电阻R中产生感应电流3.(多选)如图1所示，几位同学在做“摇绳发电”实验：把一条长导线的两端连在一个灵敏电流计的两个接线柱上，形成闭合回路两个同学迅速摇动AB这段“绳”假设图中情景发生在赤道，地磁场方向与地面平行，由南指向北图中摇“绳”同学是沿东西站立的，甲同学站在西边，手握导线的A点，乙同学站在东边，手握导线的B点下列说法正确的是()图1A当“绳”摇到最高点时，“绳”中电流最小B当“绳”摇到最低点时，“绳”受到的安培力最大C当“绳”向下运动时，“绳”中电流从A流向BD在摇“绳”过程中，“绳”中电流总是从A流向B答案AC4(多选)如图2所示，当磁铁运动时，流过电阻的电流是由A经R到B，则磁铁的运动可能是()图2A向下运动B向上运动C向左运动D以上都不可能答案BC解析本题可通过逆向应用楞次定律来判定由感应电流方向ARB，应用安培定则知感应电流在螺线管内产生的磁场方向应是从上指向下；运用楞次定律判得螺线管内原磁通量的变化应是向下减小或向上增大；由条形磁铁的磁感线分布知，螺线管内原磁场是向下的，故应是磁通量减小，即磁铁向上运动或向左、向右平移，所以B、C正确5.如图3所示，在O点正下方有一个有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()图3AA、B两点在同一水平线BA点高于B点CA点低于B点D铜环将做等幅摆动答案B解析由于铜环刚进入和要离开磁场过程中，会产生感应电流，一部分机械能转化为电能，所以铜环运动不到与A点等高点，即B点低于A点，故A、C错误，B正确铜环的振幅先不断减小，直到铜环完全在磁场时做等幅摆动，故D错误6(多选)如图4，两同心圆环A、B置于同一水平面上，其中B为均匀带负电绝缘环，A为导体环当B绕轴心顺时针转动且转速增大时，下列说法正确的是()图4AA中产生逆时针的感应电流BA中产生顺时针的感应电流CA具有收缩的趋势DA具有扩展的趋势答案BD解析由题意可知，B为均匀带负电绝缘环，B中电流为逆时针方向，由右手螺旋定则可知，电流的磁场垂直纸面向外且逐渐增大；由楞次定律可知，磁场增大时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，所以感应电流的磁场方向垂直纸面向里，A中感应电流的方向为顺时针方向，故A错误，B正确；B环外的磁场的方向与B环内的磁场的方向相反，当B环内的磁场增强时，A环具有面积扩展的趋势，故C错误，D正确7如图5所示，关于涡流，下列说法中错误的是()图5A真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置B家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的C阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动D变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流答案B8.如图6所示，线圈L的自感系数很大，且其直流电阻可以忽略不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，开关S闭合和断开的过程中，灯L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)()图6AS闭合，L1亮度不变，L2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开，L2立即熄灭，L1逐渐变亮BS闭合，L1亮度不变，L2很亮；S断开，L1、L2立即熄灭CS闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2亮度不变；S断开，L2立即熄灭，L1亮一下再熄灭DS闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮；S断开，L2立即熄灭，L1亮一下再熄灭答案D9(多选)如图7所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右)，则()图7A导线框进入磁场时，感应电流方向为abcdaB导线框离开磁场时，感应电流方向为abcdaC导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右D导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左答案BD解析导线框进入磁场时，cd边切割磁感线，由右手定则可知，电流方向沿adcba，由左手定则可知cd边受到的安培力方向向左；导线框离开磁场时，ab边处于磁场中且在做切割磁感线运动，同样用右手定则和左手定则可以判断电流的方向为abcda，安培力的方向仍然向左，故选项B、D正确10.如图8所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直磁感应强度B随时间均匀增大，两圆环半径之比为21，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，不考虑两圆环间的相互影响下列说法正确的是()图8AEaEb41，感应电流均沿逆时针方向BEaEb41，感应电流均沿顺时针方向CEaEb21，感应电流均沿逆时针方向DEaEb21，感应电流均沿顺时针方向答案B解析由EnSnr2由rarb21知EaEb41由楞次定律知感应电流方向为顺时针方向11.(多选)用均匀导线做成的正方形线圈边长为l，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图9所示，当磁场以的变化率增强时，则()图9A线圈中感应电流方向为acbdaB线圈中产生的电动势EC线圈中感