（新课标）2018年高考物理总复习 第十章 电磁感应教案.docVIP

第十章 考 纲 要 求考 情 分 析电磁感应现象1.命题规律近几年高考对本章内容重点考查了感应电流的产生、感应电动势的方向判断和大小计算等。常以选择题形式考查对基础知识、基本规律的理解与应用，以计算题的形式考查综合性知识，如动力学、能量、电路、图像等知识与电磁感应结合的问题，一般难度较大，分值较高。2.考查热点预计2018年高考对本章仍将以法拉第电磁感应定律为核心，利用与之相关的力电综合问题，考查学生的综合分析及运用数学知识解决物理问题的能力。在复习过程中还要多关注电磁感应现象与现代科技、生活相结合的新情景题目。磁通量法拉第电磁感应定律楞次定律自感、涡流第57课时电磁感应现象和楞次定律(双基落实课)命题者说本课时所学内容是电磁感应基础知识，主要让学生掌握发生电磁感应的条件、感应电流方向的判断。学习本课时的知识，可以为以后对电磁感应核心知识的学习打下坚实的基础，并为分析电磁感应综合问题创造必备的条件。一、理解磁通量的概念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单位：1 wb1_tm2。4公式的适用条件(1)匀强磁场；(2)磁感线的方向与平面垂直，即bs。小题练通1判断正误(1)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。()(2)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生。()(3)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。()(4)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。()2如图所示，一个矩形线圈与两条通有相同大小电流的平行直导线处于同一平面，并且处在两导线的中央，则()a两导线电流同向时，穿过线圈的磁通量为零b两导线电流反向时，穿过线圈的磁通量为零c两导线电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都相等d两导线电流产生的磁场是不均匀的，不能判定穿过线圈的磁通量是否为零解析：选a根据安培定则，两导线电流同向时，它们在线圈处产生的磁场反向，穿过线圈的磁通量为零；两导线电流反向时，它们在线圈处产生的磁场同向，穿过线圈的磁通量不为零，故选项a正确。(1)bs中的s应指闭合回路中处于匀强磁场中的有效面积。(2)若假设磁感线向某一方向穿进磁通量为正，则向外穿出为负，计算合磁通量时正、负可以抵消。二、认识电磁感应现象1.电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象。2产生感应电流的条件(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化；(2)特例：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。3产生电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合则产生感应电流；如果回路不闭合，则只有感应电动势，而无感应电流。小题练通1(2017北京西城区期末)从1822年至1831年的近十年时间里，英国科学家法拉第心系“磁生电”。在他的研究过程中有两个重要环节：(1)敏锐地觉察并提出“磁生电”的闪光思想；(2)通过大量实验，将“磁生电”(产生感应电流)的情况概括为五种：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。结合你学过的相关知识，试判断下列说法正确的是()a环节(1)提出“磁生电”思想是受到了麦克斯韦电磁场理论的启发b环节(1)提出“磁生电”思想是为了对已经观察到的“磁生电”现象做出合理解释c环节(2)中五种“磁生电”的条件都可以概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”d环节(2)中“在磁场中运动的导体”这种情况不符合“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”这一条件解析：选c法拉第提出“磁生电”的闪光思想是受奥斯特发现电流周围存在磁场的影响，a、b错；环节(2)中“磁生电”的条件由法拉第总结概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”，c对，d错。2如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是()解析：选b产生感应电流的条件是穿过线圈的磁通量发生变化，选项b符合要求。判断感应电流的流程(1)确定研究的回路。(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量。(3)三、楞次定律和右手定则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：适用于一切回路磁通量变化的情况。2右手定则(1)使用方法让磁感线穿入右手手心，大拇指指向导体运动的方向，其余四指指向感应电流的方向。(2)适用范围：适用于部分导体切割磁感线的情况。小题练通1(多选)如图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。各图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，其中表示正确的是()解析：选cd根据楞次定律可确定感应电流的方向：如对c图分析，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。线圈的上端为s极，磁铁与线圈相互排斥。综合以上分析知，c、d正确。2(2017长沙重点高中测试)mn、gh为光滑的水平平行金属导轨，ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆，匀强磁场垂直穿过mn、gh所在的平面，如图所示，则()a若固定ab，使cd向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由a到b到d到cb若ab、cd以相同的速度一起向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到ac若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路电流为零d若ab、cd都向右运动，且两棒速度vcdvab，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到a解析：选d若固定ab，使cd向右滑动，由右手定则知应产生顺时针方向的电流，故a错。若ab、cd同向运动且速度大小相同，ab、cd所围的面积不变，磁通量不变，则不产生感应电流，故b错。若ab向左、cd向右同时运动，则abdc中有顺时针方向的电流，故c错。若ab、cd均向右运动，且vcdvab，则ab、cd所围的面积增大，磁通量也增大，则产生由c到d到b到a的电流，故d正确。(1)注意理解“阻碍”的意义，阻碍不是阻止，要弄清“增反减同”、“来拒去留”等。(2)不要混淆右手定则、安培定则、左手定则，三个定则适用对象、使用方法都不相同。四、楞次定律的综合应用典例(多选)把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁n极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面，当磁铁运动时，线圈内产生了图中方向的电流，则磁铁的运动情况是()a向左运动b向右运动c向上运动 d向下运动解析根据右手螺旋定则，可得线圈感应电流产生的磁场方向为向右，根据楞次定律增反减同可得线圈中的磁通量减小，而磁铁向左运动，向上运动，向下运动都能使得线圈中的磁通量减小，故a、c、d正确。答案acd本题先确定了感应电流的方向，再判断产生感应电流的原因，是楞次定律的推广应用。判断顺序是由感应电流磁场方向看和原磁场方向相同还是相反，再根据楞次定律判断线圈中磁通量增加还是减小，最后判断出磁铁的运动情况。集训冲关1如图所示，通电导线mn与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。当mn中电流突然减小时，线圈所受安培力的合力方向()a向左b向右c垂直纸面向外 d垂直纸面向里解析：选b法一：当mn中电流突然减小时，单匝矩形线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减少，根据楞次定律，线圈abcd中产生的感应电流方向为顺时针方向，由左手定则可知ab边与cd边所受安培力方向均向右，所以线圈所受安培力的合力方向向右，b正确。法二：由对楞次定律中“阻碍”的理解可知，当mn中电流突然减小而导致线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减少时，线圈abcd一定会有向右运动的趋势以“阻碍”其磁通量的减少，所以其所受安培力的合力方向向右，b正确。2如图甲所示，长直导线与导线框abcd固定在同一平面内。直导线中通以如图乙所示的大小和方向都随时间作周期性变化的交流电，并取图甲所示向上的电流方向为直导线中电流的正方向。关于0t时间内线框abcd中感应电流的方向，下列说法正确的是()a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，再变为逆时针方向解析：选d由题图乙，在0时间内电流正向增大，根据安培定则，矩形线圈所处的磁场垂直纸面向里，由于磁通量增大，由增反减同，矩形线圈中的感应磁场应垂直纸面向外，感应电流为逆时针，同理，t内感应电流的方向依次为顺时针、顺时针、逆时针，故d正确。一、单项选择题1.如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流i通过时，穿过它们的磁通量分别为a、b、c，下列说法中正确的是()aabbccaccb解析：选b当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通量的计算，应该是abc。2.如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线恰好和线圈的一条直径mn重合。要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有()a使螺线管在线圈a所在平面内转动b使螺线管上的电流发生变化c使线圈以mn为轴转动d使线圈以与mn垂直的直径为轴转动解析：选d题图所示位置，线圈a所在平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，当按a、b、c所述方式变化时，线圈a所在平面仍与磁感线平行，磁通量不变，不产生感应电流；按d所述方式变化时，由于线圈与磁场夹角变化引起磁通量变化，能够产生感应电流，故选d。3如图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中()a始终有感应电流自a向b流过电流表gb始终有感应电流自b向a流过电流表gc先有agb方向的感应电流，后有bga方向的感应电流d将不会产生感应电流解析：选c条形磁铁从左边进入螺线管的过程中，在螺线管内产生的磁场方向向右，且穿过螺线管的磁通量不断增加，根据楞次定律，产生的感应电流的方向是agb，条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中，在螺线管中产生的磁场方向仍向右，穿过螺线管的磁通量不断减小，根据楞次定律，产生的感应电流的方向是bga，故c正确。4.如图所示，当导线ab在电阻不计的金属导轨上滑动时，线圈c向右摆动，则ab的运动情况是()a向左或向右匀速运动b向左或向右减速运动c向左或向右加速运动d只能向右匀加速运动解析：选b当导线ab在导轨上滑行时，线圈c向右运动，说明穿过线圈的磁通量正在减少，即右侧回路中的感应电流减小，导线正在减速运动，与方向无关，故a、c、d错误，b正确。5.(2017泰州一模)如图所示，在长载流直导线近旁固定有两平行光滑导轨a、b，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两根可自由滑动的导体棒ab和cd。当载流直导线中的电流逐渐减弱时，导体棒ab和cd的运动情况是()a一起向左运动 b一起向右运动c相向运动，相互靠近 d相背运动，相互远离解析：选d根据右手螺旋定则知，直流电流下方的磁场方向垂直纸面向里，电流减小时，磁场减弱，根据楞次定律得，回路中的感应电流为acdb，根据左手定则知，ab所受安培力方向向左，cd所受安培力向右，即ab和cd相背运动，相互远离，故d正确，a、b、c错误，故选d。二、多项选择题6.如图所示，法拉第研究“磁生电”现象的实验装置原理图。两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈a接直流电源，线圈b接灵敏电流表，下列哪些情况能使线圈b中产生感应电流()a开关s闭合或断开瞬间b开关s闭合一段时间之后c开关s闭合后，改变滑动变阻器滑片的位置时d拿走铁环，再做这个实验，开关s闭合或断开的瞬间解析：选acd根据法拉第对产生感应电流的五类概括，选项a、c、d符合变化的电流(变化的磁场)产生感应电流的现象。而开关s闭合一段时间之后，a线圈中是恒定电流，产生恒定的磁场，b线圈中磁通量稳定不变，故不能使b线圈中产生感应电流，故选a、c、d。7如图所示，固定的水平长直导线中通有直流i，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行。线框由静止释放，在下落过程中()a穿过线框的磁通量保持不变b线框中感应电流方向保持不变c线框所受安培力的合力为零d线框的机械能不断减小解析：选bd线框下落过程中，穿过线框的磁通量减小，选项a错误；由楞次定律可判断出感应电流方向一直沿顺时针方向，选项b正确；线框受到的安培力的合力竖直向上，但小于重力，则合力不为零，选项c错误；在下落过程中，安培力对线框做负功，则其机械能减小，选项d正确。8.如图所示，光滑平行金属导轨pp和qq，都处于同一水平面内，p和q之间连接一电阻r。整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒mn，用一水平向右的力f拉动导体棒mn，以下关于导体棒mn中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是()a感应电流方向是nmb感应电流方向是mnc安培力水平向左 d安培力水平向右解析：选ac本题考查左、右手定则和楞次定律。法一：由右手定则易知，mn中感应电流方向是nm，再由左手定则可判知，mn所受安培力方向垂直棒水平向左。法二：由楞次定律知，感应电流的产生，必然阻碍引起感应电流的原因。本题中，感应电流是由于mn相对于磁场向右运动引起的，则安培力必然阻碍这种相对运动，由安培力既垂直于电流又垂直于磁场方向可判知，mn所受安培力方向必然垂直于mn水平向左，再由左手定则，容易判断出感应电流的方向是nm，故正确选项为a、c。第58课时法拉第电磁感应定律(重点突破课)必备知识一、法拉第电磁感应定律1感应电动势(1)定义：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，为磁通量的变化率。感应电动势的大小与磁通量大小无关，与磁通量变化的大小也无关，与磁通量变化的快慢(变化率)有关。3导体切割磁感线时的感应电动势(1)垂直切割：eblv，式中l为导体切割磁感线的有效长度。(2)不垂直切割：eblvsin_，式中为v与b的夹角。(3)匀速转动：导体棒在垂直匀强磁场方向以角速度绕一端转动切割磁感线时，ebl2。二、自感、涡流1自感现象(1)概念：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感。(2)自感电动势定义：在自感现象中产生的感应电动势叫作自感电动势；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有关；单位：亨利(h)，1 mh103 h,1 h106 h。2涡流当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水的漩涡，所以叫涡流。小题热身1.如图所示，半径为r的n匝线圈套在边长为l的正方形abcd之外，匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形，当磁感应强度以的变化率均匀变化时，线圈中产生的感应电动势的大小为()ar2bl2cnr2 dnl2解析：选d根据法拉第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势的大小为ennl2。2.如图所示，在磁感应强度为b、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆mn在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，mn中产生的感应电动势为e1；若磁感应强度增为2b，其他条件不变，mn中产生的感应电动势变为e2。则通过电阻r的电流方向及e1与e2之比分别为()aca,21 bac,21cac,12 dca,12解析：选c由右手定则可知，电阻r上电流的方向为ac，由eblv可知，e1e212，c正确。3(多选)如图甲、乙电路中，电阻r和自感线圈l的电阻都很小。闭合s，使电路达到稳定，灯泡a发光，则()a在电路甲中，断开s，a将渐渐变暗b在电路甲中，断开s，a将先变得更亮，然后渐渐变暗c在电路乙中，断开s，a将渐渐变暗d在电路乙中，断开s，a将先变得更亮，然后渐渐变暗解析：选ad在电路断开时，电感线圈的自感电动势阻碍原电流减小，此时电感线圈在电路中相当于一个电源，表现为两个方面：一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致；二是在断电瞬间，自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等，以后以此电流开始缓慢减小到零。题图甲中，灯泡a与电感线圈l在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关s时，线圈l中的自感电动势要维持原电流不变，所以，开关断开的瞬间，灯泡a的电流不变，以后电流渐渐变小。因此，灯泡a渐渐变暗。题图乙中，灯泡a所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小)，断开开关s时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给灯泡a供电。因此，反向流过a的电流瞬间要变大，然后渐渐变小，所以灯泡a要先更亮一下，然后渐渐变暗。4如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()a恒定直流、小铁锅b恒定直流、玻璃杯c变化的电流、小铁锅d变化的电流、玻璃杯解析：选c通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，选项a、b错误；通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，小铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温，选项c正确，d错误。提能点(一)法拉第电磁感应定律的应用典例(2016北京高考)如图所示，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()aeaeb41，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解析由楞次定律知，题中圆环感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，故感应电流沿顺时针方向。由法拉第电磁感应定律知e，由于两圆环半径之比rarb21，所以eaeb41，选项b正确。答案b本题考查了楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用(1)应用楞次定律，要充分利用“增反减同”的结论先确定感应电流磁场的方向，再判断感应电流方向。(2)应用电磁感应定律，将公式e推广为es。本题中两圆环相同，sa是sb的四倍。集训冲关1.(2016浙江高考)如图所示，a，b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10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()a两线圈内产生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34da、b线圈中电功率之比为31解析：选b当磁感应强度变大时，由楞次定律知，线圈中感应电流的磁场方向垂直纸面向外，由安培定则知，线圈内产生逆时针方向的感应电流，选项a错误；由法拉第电磁感应定律es及sasb91知，ea9eb，选项b正确；由r知两线圈的电阻关系为ra3rb，其感应电流之比为iaib31，选项c错误；两线圈的电功率之比为papbeaiaebib271，选项d错误。2.(2017长春质量监测)如图所示，用一根横截面积为s的粗细均匀的硬导线做成一个半径为r的圆环，把圆环一半置于均匀变化的磁场中，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小随时间的变化率k(k0)，ab为圆环的一条直径，导线的电阻率为，则下列说法中正确的是()a圆环具有扩张的趋势b圆环中产生逆时针方向的感应电流c图中a、b两点间的电压大小为kr2d圆环中感应电流的大小为解析：选d由楞次定律知圆环具有收缩的趋势，且产生顺时针方向的感应电流，故a、b错误；根据法拉第电磁感应定律得感应电动势为ekr2，a、b两点间的电压为路端电压，ukr2，线圈电阻r，所以感应电流大小为i，c错误、d正确。提能点(二)公式eblv的应用典例(2015海南高考)如图，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为；将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为。则等于()a.b.c1 d.解析设金属棒长度为l，则金属棒不弯折时感应电动势blv。弯折后，切割磁感线的有效长度ll，其感应电动势blvblv。所以，故b正确。答案b本题考查切割磁感线产生感应电动势公式eblv。解题时应注意l是“有效长度”。(1)若l与b不垂直，则l在垂直于b的方向的投影长度为有效长度。(2)若l出现弯折的情况，则先将两端点相连，再确定其有效长度。集训冲关1如图所示，水平放置的平行金属导轨mn与pq之间接有定值电阻r，导体棒ab长为l且与导轨接触良好，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，现使导体棒ab向右匀速运动，下列说法正确的是()a导体棒ab两端的感应电动势越来越小b导体棒ab中的感应电流方向是abc导体棒ab所受安培力方向水平向右d导体棒ab所受合力做功为零解析：选d由于导体棒匀速运动，磁感应强度及长度不变，由eblv可知，运动中感应电动势不变；由楞次定律可知，导体棒中的电流方向由b指向a；由左手定则可知，导体棒所受安培力方向水平向左；由于匀速运动，棒的动能不变，由动能定理可知，合力做的功等于零。选项a、b、c错误，d正确。