2019版高考物理大一轮复习第九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必考要求加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(多选)如图1所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框在下列四种情况下，线框中不会产生感应电流的是()图1A如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C如图丙表示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动答案ABD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，并使拇指指向导线运动的方向，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)如图2所示，匀强磁场垂直圆形线圈指向纸内，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力在上述四点将线圈拉成正方形，且线圈仍处在原先所在平面内，则在线圈发生形变的过程中()图2A线圈中无感应电流B线圈中有感应电流C感应电流的方向为abcdaD感应电流的方向为adcba答案BC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)将闭合多匝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，可有以下三种情况：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)，1 mH103 H,1 H106 H.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例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正确变式1(多选)如图3，两同心圆环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3AA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解析由题图可知，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的方向垂直纸面向里，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4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4AP、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，总要反抗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例3(多选)如图5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，则()图5A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：En2磁感应强度变化型：EnS3面积变化型：EnB4平动切割型：EBlv(B、l、v三者垂直)(1)l为导体切割磁感线的有效长度(2)v为导体相对磁场的速度5转动切割型：EBlvBl2例4(多选)如图6所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界匀强磁场区域，已知v12v2，则在先后两种情况下()图6A线圈中的感应电流之比I1I221B线圈中的感应电流之比I1I212C线圈中产生的焦耳热之比Q1Q221D通过线圈某截面的电荷量之比q1q212答案AC解析由题意v12v2，根据EBLv可知，感应电动势之比E1E2v1v221，则感应电流之比I1I2E1E221，故A正确，B错误；线圈拉出磁场的时间t，L相同，因v12v2，可知时间比为12；又I1I221，R一定，根据QI2Rt，可得热量之比Q1Q221，故C正确；根据q，因磁通量的变化量相等，可知通过线圈某截面的电荷量之比q1q211，故D错误变式2(多选)穿过一个电阻为1 的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少4 Wb，则()A线圈中感应电动势一定是每秒减少4 VB线圈中感应电动势一定是4 VC线圈中感应电流一定是每秒减少4 AD线圈中感应电流一定是4 A答案BD解析感应电动势的大小跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比，与磁通量变化量无关，由法拉第电磁感应定律En得E4 V，线圈中电流I4 A，故B、D正确变式3(多选)用一根横截面积为S、电阻率为的硬质导线做成一个半径为r的圆环，ab为圆环的一条直径如图7所示，在ab的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，磁感应强度大小随时间的变化率k(k0)则()图7A圆环中产生沿逆时针方向的感应电流B圆环具有扩张的趋势C圆环中感应电流的大小为D图中a、b两点间的电势差的绝对值为答案BD解析k0，磁通量均匀减少，根据楞次定律可知，圆环中产生沿顺时针方向的感应电流，选项A错误；圆环在磁场中的部分，受到向外的安培力，所以有扩张的趋势，选项B正确；圆环产生的感应电动势大小为E，则圆环中的电流大小为I，选项C错误；|Uab|，选项D正确拓展点1导体棒切割产生的感应电动势的计算例5(多选)如图8所示，PN与QM两平行金属导轨相距1 m，电阻不计，两端分别接有电阻R1和R2，且R16 ，ab杆的电阻为2 ，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T现ab以恒定速度v3 m/s匀速向右移动，这时ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等则()图8AR26 BR1上消耗的电功率为0.375 WCa、b间电压为3 VD拉ab杆水平向右的拉力为0.75 N答案BD解析如图，ab杆切割磁感线产生感应电动势，由于ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等，则内、外电阻相等，2，解得R23 ，因此A错误；EBlv3 V，R总4 ，总电流I A，路端电压UabIR外2 V1.5 V，因此C错误；P10.375 W，B正确；ab杆所受安培力FBIl0.75 N，ab杆匀速移动，因此拉力大小为0.75 N，D正确拓展点2圆盘转动切割产生的感应电动势的计算例6(多选)如图9所示为法拉第圆盘发电机半径为r的导体圆盘绕竖直轴以角速度旋转，匀强磁场B竖直向上，电刷a与圆盘表面接触，接触点距圆心为，电刷b与圆盘边缘接触，两电刷间接有阻值为R的电阻，忽略圆盘电阻与接触电阻，则()图9Aab两点间的电势差为Br2B通过电阻R的电流强度为C通过电阻R的电流方向为从上到下D圆盘在ab连线上所受的安培力与ab连线垂直，与转向相反答案BD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图还是t图，或者Et图、It图等；(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的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(多选)如图10所示，abcd为一边长为l的正方形导线框，导线框位于光滑水平面内，其右侧为一匀强磁场区域，磁场的边界与线框的cd边平行，磁场区域的宽度为2l，磁感应强度为B，方向竖直向下，线框在一垂直于cd边的水平恒定拉力F作用下沿水平方向向右运动，直至通过磁场区域，cd边刚进入磁场时，线框开始匀速运动，规定线框中电流沿逆时针时方向为正，则导线框从刚进入磁场到完全离开磁场的过程中，a、b两端的电压Uab及导线框中的电流i随cd边的位置坐标x变化的图线可能是()图10答案BD解析线框刚进入磁场的过程做匀速直线运动，感应电动势EBlv0恒定，线框中的电流大小恒定，方向沿逆时针方向，a、b两端的电压UabBlv0，线框完全在磁场中运动时，穿过闭合电路的磁通量不变，线框中感应电流为零，做匀加速运动，但ab边两端的电压UabBlvBl，其中v0为匀速运动的速度，Uab与位置坐标x不是线性关系，当出磁场时，UabBlv，线框做减速运动，Uab不断减小，故A错误，B正确；线框进入过程中，线框中的电流大小恒定且为逆时针，完全进入磁场时电流为零；线框离开磁场，做减速运动，加速度逐渐减小，线框刚好完全离开磁场时，速度逐渐趋近于匀速运动时的速度，不可能为零，故此时电流也不可能为零，故C错误，D正确变式4(多选)如图11，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，不计空气影响，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11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正确变式5(多选)如图12甲所示，光滑绝缘水平面，虚线MN的右侧存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B2 T的匀强磁场，MN的左侧有一质量为m0.1 kg的矩形线圈bcde，电阻R2 ，bc边长L10.2 mt0时，用一恒定拉力F拉线圈，使其由静止开始向右做匀加速运动，经过1 s，线圈的bc边到达磁场边界MN，此时立即将拉力F改为变力，又经过1 s，线圈恰好完全进入磁场，在整个运动过程中，线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示则()图12A恒定拉力大小为0.05 NB线圈在第2 s内的加速度大小为1 m/s2C线圈be边长L20.5 mD在第2 s内流过线圈的电荷量为0.2 C答案ABD解析在第1 s末，i1，EBL1v1，v1a1t1，Fma1，联立解得F0.05 N，A项正确在第2 s内，由题图乙分析知线圈做匀加速直线运动，第2 s末i2，EBL1v2，v2v1a2(t2t1)，解得a21 m/s2，B项正确在第2 s内，v22v122a2L2，得L21 m，C项错误q0.2 C，D项正确1(多选)磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈围绕在铝框上，这样做的目的是()A防止涡流而设计的 B利用涡流而设计的C起电磁阻尼的作用 D起电磁驱动的作用答案BC解析常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止转动这样做的目的是利用涡流，起到电磁阻尼的作用，故B、C正确，A、D错误2(多选)下列选项表示的是闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab上的感应电流方向为ba的是()答案BCD解析根据右手定则，A中感应电流方向是ab；B、C、D中感应电流方向都是ba，故选B、C、D.3.(多选)如图1所示，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形则该磁场()图1A逐渐增强，方向向外B逐渐增强，方向向里C逐渐减弱，方向向外D逐渐减弱，方向向里答案CD解析回路变为圆形，面积增大，说明闭合回路的磁通量减少，所以磁场逐渐减弱，而磁场方向可能向外，也可能向里，故选项C、D正确4(多选)如图2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2A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AC5(多选)如图3所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过现将环从位置释放，环经过磁铁到达位置.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为FT1和FT2，重力加速度大小为g，则()图3AFT1mg BFT1mgCFT2mg DFT2mg答案AC解析金属圆环从位置到位置过程中，由楞次定律知，金属圆环在磁铁上端时受力向上，在磁铁下端时受力也向上，则金属圆环对磁铁的作用力始终向下，对磁铁受力分析可知FT1mg，FT2mg，A、C正确6(多选)(2016宁波市联考)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间t的关系图象如图4所示，则()图4A在t0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大B在t1102 s时刻，感应电动势最大C在t2102 s时刻，感应电动势为零D在02102 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零答案BC解析由法拉第电磁感应定律知E，故t0及t2102 s时刻，E0，A错，C对；t1102 s时刻，E最大，B对；在02102 s时间内，0，故E0，D错7如图5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5AA、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B正确8(多选)如图6所示，粗细均匀的导线绕成匝数为n、半径为r的圆形闭合线圈线圈放在磁场中，磁场的磁感应强度随时间均匀增大，线圈中产生的电流为I，下列说法正确的是()图6A电流I与匝数n成正比B电流I与线圈半径r成正比C电流I与线圈面积S成正比D电流I与导线横截面积S0成正比答案BD解析由题给条件可知感应电动势为Enr2，电阻为R，电流I，联立以上各式得I，则可知B、D项正确，A、C项错误9(多选)边长为a的闭合金属正三角形框架，完全处于垂直于框架平面的匀强磁场中，现把框架匀速拉出磁场，如图7所示，则选项图中电动势、外力、外力功率与位移图象规律与这一过程相符合的是()图7答案BD解析框架切割磁感线的有效长度L2xtan 30，则感应电动势EBLvB2xtan 30vBvx，则E与x成正比，A错误，B正确；框架匀速运动，则F外F安BIL，I，EBLv，得到F外x2，B、R、v一定，则F外x2，C错误；外力的功率P外F外vx2，P外x2，故D正确10(多选)如图8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8A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11(多选)一个闭合回路由两部分组成，如图9所示，右侧是电阻为r的圆形导线，置于竖直方向均匀变化的磁场B1中；左侧是光滑的倾角为的平行导轨，宽度为d，其电阻不计磁感应强度为B2的匀强磁场垂直导轨平面向上，且只分布在左侧，一个质量为m、电阻为R、长度为d的