江苏省高考物理第九章电磁感应第1讲电磁感应讲义（含解析）.docx

电磁感应考试内容范围及要求高考统计高考命题解读内容要求说明20152016201720181.考查方式高考对本章内容考查命题频率较高，以选择题和计算题形式出题，难度一般在中档或中档以下.2.命题趋势(1)楞次定律、右手定则、左手定则的应用.(2)与图象结合考查电磁感应现象.(3)通过“杆导轨”模型，“线圈穿过有界磁场”模型，考查电磁感应与力学、电路、能量等知识的综合应用.41.电磁感应现象42.感应电流的产生条件43.法拉第电磁感应定律楞次定律限于导线方向与磁场方向、运动方向垂直的情况T13T6、T13T13T944.自感涡流第1讲电磁感应现象楞次定律一、磁通量1.概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积.2.公式：BS.3.适用条件：(1)匀强磁场.(2)S为垂直磁场的有效面积.4.磁通量是标量(填“标量”或“矢量”).5.物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数.如图1所示，矩形abcd、abba、abcd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面abcd垂直，则图1(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos或BS3.(2)通过矩形abcd的磁通量为BS3.(3)通过矩形abba的磁通量为0.6.磁通量变化量：21.二、电磁感应现象1.定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应.2.条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化.例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动.3.实质产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流.如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流.自测1(多选)下列说法正确的是()A.闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生B.穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生C.线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生D.当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势答案CD三、感应电流方向的判定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：一切电磁感应现象.2.右手定则(1)内容：如图2，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平面内：让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向.图2(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流.自测2如图3所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面向下，过线圈上A点作切线OO，OO与线圈在同一平面上.在线圈以OO为轴翻转180的过程中，线圈中电流方向()图3A.始终为ABCAB.始终为ACBAC.先为ACBA，再为ABCAD.先为ABCA，再为ACBA答案A解析在线圈以OO为轴翻转90的过程中，穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减小，则感应电流产生的磁场垂直桌面向下，由右手螺旋定则可知感应电流方向为ABCA；线圈以OO为轴由90翻转到180的过程中，穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，则感应电流产生的磁场垂直桌面向上，由右手螺旋定则可知感应电流方向仍然为ABCA，A正确.命题点一对磁通量的理解例1(2017江苏单科1)如图4所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为()图4A.11B.12C.14D.41答案A变式1如图5所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，此时穿过线圈的磁通量为，若线圈绕OO轴逆时针(从下向上看)转过60的过程中，磁通量的变化量为，则和的大小是()图5A.，B.，C.BL2，D.NBL2，答案A命题点二电磁感应现象的理解和判断常见的产生感应电流的三种情况例2现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图6所示连接.下列说法中正确的是()图6A.开关闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，电流计指针均不会偏转C.开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度D.开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转答案A解析开关闭合后，线圈A插入或拔出，都将造成线圈B处磁场的变化，因此线圈B处的磁通量发生变化，产生感应电流，故A正确；线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流，故B错误；开关闭合后，只要移动滑片P，线圈B中磁通量就变化，从而产生感应电流，故C、D错误.变式2(2018阜宁中学调研)如图7所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为.在下列各过程中，一定能在轨道回路中产生感应电流的是()图7A.ab向右运动，同时使减小B.使磁感应强度B减小，角同时也减小C.ab向左运动，同时增大磁感应强度BD.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和角(090)答案A解析设此时回路面积为S，据题意，磁通量BScos，对A选项，S增大，减小，cos增大，则增大，A正确.对B选项，B减小，减小，cos增大，可能不变，B错误.对C选项，S减小，B增大，可能不变，C错误.对D选项，S增大，B增大，增大，cos减小，可能不变，D错误.故只有A正确.命题点三感应电流方向的判断1.用楞次定律判断(1)楞次定律中“阻碍”的含义：(2)应用楞次定律的思路：2.用右手定则判断该方法只适用于切割磁感线产生的感应电流，注意三个要点：(1)掌心磁感线穿入；(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(2018盐城中学质检)如图8，有界匀强磁场中水平放置相互平行的金属导轨，导轨电阻不计，导轨上金属杆ab与导轨接触良好，磁感线垂直导轨平面向上(俯视图)，导轨与处于磁场外的大线圈M相接，欲使置于M内的小闭合线圈N产生顺时针方向感应电流，下列做法可行的是()图8A.ab匀速向右运动B.ab加速向右运动C.ab加速向左运动D.ab匀速向左运动答案C变式3(2018东台创新学校月考)如图9所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向外.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9A.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adcbaC.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D解析导线框进入磁场时，向外的磁通量增大，根据楞次定律可知感应电流方向为adcba，故A错误.导线框离开磁场时，向外的磁通量减小，感应电流方向为abcda，故B错误.导线框离开磁场时，由左手定则可知，受到的安培力方向水平向左，故C错误.导线框进入磁场时，由左手定则可知，受到的安培力方向水平向左，故D正确.命题点四楞次定律推论的灵活应用楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因，列表说明如下：内容阻碍原磁通量变化“增反减同”阻碍相对运动“来拒去留”使回路面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”阻碍原电流的变化“增反减同”例证磁铁靠近线圈，B感与B原方向相反磁铁靠近，是斥力磁铁远离，是引力P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒、磁铁下移，a、b靠近合上S，B先亮例4(2018常州市一模)如图10所示，铁芯上绕有线圈A和B，线圈A与直流电源、开关S连接，线圈B与理想发光二极管D相连，衔铁E连接弹簧K控制触头C的通、断.忽略A的自感，下列说法正确的是()图10A.闭合S，D闪亮一下B.闭合S，C将会过一小段时间后接通C.断开S，D不会闪亮D.断开S，C将会过一小段时间后断开答案D解析闭合S瞬间，穿过线圈B的磁通量增加，根据楞次定律“增反减同”，结合右手螺旋定则可知，线圈B所在回路的电流沿逆时针方向，而由于二极管顺时针方向导电，则D不会闪亮一下，线圈A中磁场立刻吸引街铁E，导致触头C即时接通，故A、B错误；断开S瞬间，穿过线圈B的磁通量要减小，根据楞次定律“增反减同”，结合右手螺旋定则可知，线圈B所在回路的电流沿顺时针方向，则二极管处于导通状态，则D会闪亮，同时对线圈A有影响，阻碍其磁通量减小，那么C将会过一小段时间后断开，故C错误，D正确变式4(2018海安中学月考)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的.电磁驱动原理如图11所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈端点的金属环被弹射出去.现在在固定线圈左侧同一位置，先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环，电阻率铜铝.则合上开关S的瞬间()图11A.电池正负极调换后，金属环不能向左弹射B.从左侧看环中感应电流沿顺时针方向C.若将铜环放置在线圈右方，环将向左运动D.铜环受到的安培力小于铝环受到的安培力答案B解析线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，从左侧看环中感应电流沿顺时针方向，故B正确；电池正负极调换后，金属环受力向左，故仍将向左弹出，故A错误；若环放在线圈右方，根据“来拒去留”可得，环将向右运动，故C错误；由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环受到的安培力，故D错误.命题点五三定则一定律的应用安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用对比：基本现象因果关系应用规律运动电荷、电流产生磁场因电生磁安培定则磁场对运动电荷、电流有作用力因电受力左手定则部分导体做切割磁感线运动因动生电右手定则闭合回路磁通量变化因磁生电楞次定律例5(多选)(2018苏锡常镇二模)如图12，一根足够长的直导线水平放置，通以向右的恒定电流，在其正上方O点用细丝线悬挂一铜制圆环.将圆环从a点无初速度释放，圆环在直导线所处的竖直平面内运动，经过最低点b和最右侧c后返回，则()图12A.从a到c的过程中圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针B.运动过程中圆环受到的安培力方向与速度方向相反C.圆环从b到c的时间大于从c到b的时间D.圆环从b到c产生的热量大于从c到b产生的热量答案AD变式5(多选)(2018南通中学期中)如图13所示，一个闭合三角形导线框ABC位于竖直平面内，其下方(略靠前)固定一根与线框平面平行的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流.释放线框，它由实线位置下落到虚线位置未发生转动，在此过程中()图13A.线框中感应电流方向依次为ACBAABCAACBAB.线框的磁通量为零时，感应电流却不为零C.线框所受安培力的合力方向依次是为向上向下向上D.线框所受安培力的合力为零，做自由落体运动答案AB解析根据安培定则，通电直导线的磁场在导线上方方向向外，在导线下方方向向里；离导线近的地方磁感应强度大，离导线远的地方磁感应强度小.线框从上向下靠近导线的过程，向外的磁感应强度增加，根据楞次定律，线框中产生顺时针方向的电流；穿越导线时，上方向外的磁场和下方向里的磁场叠加，先是向外的磁通量减小，之后变成向里的磁通量增大，根据楞次定律，线框中产生逆时针方向的电流.向里的磁通量变成最大后，继续向下运动，向里的磁通量又逐渐减小，这时线框中的电流又变成了顺时针方向，故A正确；根据A中的分析可知，当线框中的磁通量为零时，线框中有逆时针方向的感应电流，故B正确；根据楞次定律可知，线框受到的安培力的方向始终向上，故C、D错误.1.(2017徐州市考前模拟)下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是()答案A解析开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N不产生感应电流，故A符合题意；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，故B不符合题意；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，故C不符合题意；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，故D不符合题意.2.(多选)(2018盐城中学模拟)如图14所示为两同心圆环，当有一有界匀强磁场恰好完全垂直穿过A环面时，A环面磁通量为1，此时B环面磁通量为2，若将其匀强磁场改为一条形磁铁，垂直穿过A环面，此时A环面的磁通量为3，B环面磁通量为4，有关磁通量的大小说法正确的是()图14A.14D.34，同理，如果磁铁内部穿过环面的磁感线方向向内，也可得出结论34，故C正确，D错误.3.如图15所示，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内，环的圆心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距.两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流，若()图15A.金属环向上运动，则环中产生顺时针方向的感应电流B.金属环向下运动，则环中产生顺时针方向的感应电流C.金属环向左侧直导线靠近，则环中产生逆时针方向的感应电流D.金属环向右侧直导线靠近，则环中产生逆时针方向的感应电流答案D解析两个直导线之间的磁场是对称的，金属环在中间时，通过金属环的磁通量为零，金属环上下运动的时候，穿过金属环的磁通量不变，不会有感应电流产生，故A、B错误；金属环向左侧直导线靠近，则穿过金属环的磁场垂直纸面向外并且增强，根据楞次定律可得，环上的感应电流方向为顺时针，故C错误；金属环向右侧直导线靠近，则穿过金属环的磁场垂直纸面向里并且增强，根据楞次定律可得，环上的感应电流方向为逆时针，故D正确.4.如图16，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，E是电源，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑行时，线框ab将()图16A.保持静止不动B.沿顺时针方向转动C.沿逆时针方向转动D.发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向答案B1.下列说法中正确的是()A.当穿过某个面的磁通量等于零时，该区域的磁感应强度一定为零B.磁感应强度的方向一定与通电导线所受安培力方向、直导线方向都垂直C.感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果D.洛伦兹力不改变运动电荷的速度答案C解析当磁场与平面平行时，磁通量为零，而磁感应强度不为零，故A错误；根据左手定则可知，安培力一定与磁感应强度及电流方向垂直，但磁场方向不一定与直导线方向垂直，故B错误；感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果，故C正确；洛伦兹力对电荷不做功，因此不改变运动电荷的速度大小，但可以改变速度的方向，故D错误.2.(2018海安中学段考)下列图中能产生感应电流的是()答案B解析根据产生感应电流的条件：A中，电路没闭合，无感应电流；B中，电路闭合，且垂直磁感线的平面的面积增大，即闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C中，穿过闭合圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D中，闭合回路中的磁通量不发生变化，无感应电流.3.(2018如东县质量检测)物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”.如图1所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环.闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起.某同学另找来器材再探究此实验.他连接好电路，经重复实验，线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是()图1A.线圈接在了直流电源上B.电源电压过高C.所选线圈的匝数过多D.所用套环的材料与老师的不同答案D解析无论实验用的是交流电还是直流电，闭合开关S的瞬间，穿过套环的磁通量均增加，只要套环的材料是导体，套环中就能产生感应电流，套环就会跳起.如果套环是用塑料做的，则不能产生感应电流，也就不会受安培力作用而跳起.选项D正确.4.如图2所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下，在将磁铁的S极插入线圈的过程中，下列说法正确的是()图2A.通过电阻的感应电流的方向为由b到a，线圈与磁铁相互排斥B.通过电阻的感应电流的方向为由a到b，线圈与磁铁相互排斥C.通过电阻的感应电流的方向为由a到b，线圈与磁铁相互吸引D.通过电阻的感应电流的方向为由b到a，线圈与磁铁相互吸引答案A解析当磁铁向下运动时，穿过线圈的磁通量变大，条形磁铁磁场方向向上，所以感应电流产生的磁场方向向下，根据右手螺旋定则，通过电阻的电流方向为ba.根据楞次定律中“来拒去留”规律可判断线圈对磁铁有阻碍作用，故线圈与磁铁相互排斥，故A正确，B、C、D错误.5.(2018江苏百校12月大联考)现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备.电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成.当电磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下得到加速.如图3所示(上边部分为侧视图，下边部分为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时( )图3A.电子在轨道上顺时针运动B.保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速C.保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速D.被加速时电子做圆周运动的周期不变答案C6.(2018如皋市质检)如图4甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示.在0时间内，直导线中电流向上，则在T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是()图4A.顺时针，向左B.逆时针，向右C.顺时针，向右D.逆时针，向左答案B解析在0时间内，直导线中电流向上，由题图乙知，在T时间内，直导线中电流方向也向上，根据安培定则知，导线右侧磁场的方向垂直纸面向里，电流逐渐增大，则磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生逆时针方向的感应电流.根据左手定则，金属线框左边受到的安培力方向向右，右边受到的安培力方向向左，离导线越近，磁场越强，受到的安培力越大，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属线框所受安培力的合力方向向右，故B正确，A、C、D错误.7.(2019射阳二中模拟)如图5，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直，金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是()图5A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向答案D解析金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，闭合回路PQRS中磁场方向垂直纸面向里，磁通量增大，由楞次定律可判断，闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外，由安培定则可判断感应电流方向为逆时针；由于闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，与原磁场方向相反，则T中磁通量减小，由楞次定律可判断，T中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则可知T中感应电流方向为顺时针，选项D正确.8.如图6所示，一个N极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框，则()图6A.磁铁经过位置时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置时，沿adcb方向B.磁铁经过位置时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置时，沿abcd方向C.磁铁经过位置和时，线框中感应电流都沿abcd方向D.磁铁经过位置和时，线框中感应电流都沿adcb方向答案A解析当磁铁经过位置时，穿过线框的磁通量向下且不断增加，由楞次定律可确定感应电流的磁场方向向上，阻碍原磁通量的增加，根据安培定则可判定感应电流应沿abcd方向.同理可判断当磁铁经过位置时，感应电流沿adcb方向，故选A.9.(2018江苏一模)如图7所示为电磁驱动器的原理图.其中为磁极，它被固定在电动机的转轴上，金属圆盘可以绕中心轴转动，圆盘与转轴间的阻力较小.整个装置固定在一个绝缘支架上.当电动机转动时，金属圆盘也将转动起来.下列有关说法中正确的是()图7A.金属圆盘转动的方向和磁极的转动方向相同，转速小于磁极的转速B.金属圆盘转动的方向和磁极的转动方向相同，转速等于磁极的转速C.将金属圆盘换成绝缘盘，它也会跟着磁极转动D.当电动机突然被卡住不转时，金属圆盘将转动较长时间才会停下来答案A解析根据楞次定律可知，为阻碍磁通量变化，金属圆盘与磁极的转动方向相同，但快慢不一，金属圆盘的转速一定比磁极的转速小，故A正确，B错误；将金属圆盘换成绝缘盘，盘中没有感应电流，不受安培力，不会跟着磁极转动，故C错误；当电动机突然被卡住不转时，由于金属圆盘产生感应电流，受到安培力，而安培力将阻碍金属圆盘与磁极间的相对运动，所以金属圆盘很快会停下来，故D错误.10.(2018东台创新学校月考)如图8所示，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕圆心O在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a沿()图8A.逆时针加速旋转B.逆时针减速旋转C.顺时针加速旋转D.顺时针减速旋转答案D解析分析A选项，当带正电的绝缘圆环a逆时针加速旋转时，相当于逆时针方向电流，并且在增大，根据右手螺旋定则，其内(金属圆环a内)有垂直纸面向外的磁场，其外(金属圆环b