2020年高考物理一轮复习热点题型专题24法拉第电磁感应定律的理解及应用

1、最新修正版2020年高考物理一轮复习热点题型专题24法拉第电磁感应定律的理解及应用题型一对法拉第电磁感应定律的理解及应用题型二导体切割磁感线产生感应电动势类型1平动切割磁感线类型2转动切割磁感线题型三自感现象题型四涡流电磁阻尼和电磁驱动题型一对法拉第电磁感应定律的理解及应用1.求解感应电动势的常见情况情景图0IWXXXXMX/XXi ZMMXX%把, 1g ba研究对象回路（不一定闭合）一段直导线（或 等效成直导线）绕一端垂与磁场转动的一段导体棒绕与B垂直的轴匀速转动的导线框表送式E=n殁 AtE= BLvsin 0_ 12E=BL o)E=NBScosin （从中性面位置开始计时）2.应用注

2、意点公式E=n等的应用，A与B、S相关，可能是号=BS,也可能是号=嚼，当B = kt 时，号=kS.【例题1】（2019 新课标全国I卷）空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线MN所示，一硬质细导线的电阻率为 缶横截面积为S,将该导线 做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心 O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示。磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示，则在1=0到1=力的时间间隔内A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为B°rS4t010D.圆环中的感应电动势大小为【答案】B

3、C【解析】AB、根据B-t图象，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向一直为顺时针,但在b时刻，磁场的方向发生变化，故安培力方向Fa的方向在b时刻发生变化，则A错误，B正确；CD、由闭合电路欧姆定律得：I =E,又根据法拉第电磁感应定RBA ab _ r22二 rB0 rS律得：e =竺=空工，又根据电阻定律得：R=P2，联立得：1=资6，.：t ：t 2S4t0：则C正确，D错误。故本题选BCo【例题2】（多选）（2018全国卷出20）如图甲，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线木g R, R在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦交流电i, i的变化如图乙所示，规定从 Q到P为电流正方向.导线框R

4、中的感应电动势（）A.在t= T时为零4B.在t=T时改变方向C.在t=T时最大，且沿顺时针方向D.在t=T时最大，且沿顺时针方向【答案】 AC J _，_ , A AB【斛析】在t= 4时，i t图线斜率为0,即磁场变化率为 0,由E = -1=wS知，E=0,A项正确；在t = 2和t=T时，i t图线斜率的绝对值最大，在 t=T和t=T时感应电动势最 大.在T到T之间，电流由Q向P减弱，导线在 R处产生垂直纸面向里的磁场，且磁场减弱， 由楞次定律知，R产生的感应电流的磁场方向也垂直纸面向里，即R中感应电动势沿顺时针方向，同理可判断在T到3T之间，R中电动势也为顺时针方向，在 B.2to时

5、刻，R中电流万向为由a至1J bC.0to时间内R的电流小于to2to时间内R的电流D.0to时间内R的电流大于to2to时间内R的电流【答案】AC【解析】由楞次定律可知 0to时间内线圈中的感应电流方向为逆时针方向，to2to时间内线圈中感应电流的方向为顺时针方向，故A正确，B错误；根据法拉第电磁感应定律：E"号=n号S,可知oto时间内感应电动势大小是 to2to时间内的感应电流为1=, 所以oto时间内R的电流是to2to时间内R的电流的；故C正确，D错误.【例题4】轻质细线吊着一质量为 m= o.42 kg、边长为L= 1 m、匝数n=1。的正方形线圈， 其总电阻为r=1 在

6、线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图4甲所示.磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示.（g=10 m/s2）T到T之间，R中电动势244为逆时针方向，C项正确，B、D项错误.【例题3】（多选）（2019山东省泰安市质检）如图甲所示，线圈两端a、b与一电阻R相连，线 圈内有垂直于线圈平面向里的磁场，t=0时刻起，穿过线圈的磁通量按图乙所示的规律变化， 下列说法正确的是（）甲乙1Agto时刻，R中电流万向为由 a至1J b(1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针;(2)求线圈的电功率;(3)求在t= 4 s时轻质细线的拉力大小【答案】 逆时针 (2)0.25

7、W (3)1.2 N.(2)由法拉第电磁感应定律得【解析】(1)由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向E= n=nAt1 2L2 ABAt= 0.5 V则 P=L 0.25 W r(3)I=1 = 0.5 A,由题图乙可知，t=4 s 时，B = 0.6 T, F 安=门81F 安+ Ft= mg联立解得FT=1.2 N.【拓展延伸】(1)在例2中磁感应强度为多少时，细线的拉力刚好为0?(2)在例2中求6 s内通过线圈横截面的电荷量？答案 (1)0.84 T (2)3 C解析(1)细线的拉力刚好为 0时满足：F 安'=mgF 安'=nBlL联立解得：B'= 0.84 T

8、(2)q=0.5 6C = 3 C.【例题5】(多选)(2018湖南省常德市期末检测)图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中的 受电线圈示意图，已知线圈匝数n=100、电阻r=1 、横截面积S= 1.5 >10 3 m2,外接电阻R=7 线圈处在平行于线圈轴线的匀强磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所 示，则()i I即(X I 尸 T )甲乙A.在t=0.01 s时通过R的电流方向发生改变B.在t=0.01 s时线圈中的感应电动势 E = 0.6 VC.在00.02 s内通过电阻 R的电荷量q= 1.5 103 CD.在0.020.03 s内R产生的焦耳热为 Q= 1.8 10 3

9、J【答案】BC【解析】 根据楞次定律可知，在 00.01 s内和在0.010.02 s内电流方向相同，故 A错 误；在00.02 s内，根据法拉第电磁感应定律可知：E=n号=谓S= 100 >4X1.5 10 3 V =0.6 V,故B正确；在00.02 s内，产生的感应电流为 1=7=#； A = 0.075 A,通过电R+r 7+1阻R的电荷量为q= It = 0.075 >0.02 C=1.5 >10 3 C,故C正确；在0.020.03 s内，产生的感应电动势为 E'= n=n卓 S= 100 >8X1.5 10 3 V= 1.2 V,产生的感应电流为

10、I'= -E=tAtR+ r71j21 A = 0.15 A, R上产生的焦耳热为Q= |2Rt=0.152X7>0.01 J= 1.575 10 3 J,故 D 错误.题型二导体切割磁感线产生感应电动势1 .大小计算:切割方式感应电动势的表达式垂直切割E= Blv倾斜切割E= Blvsin 0,其中。为v与B的夹角旋转切割（以一端为轴）I-12E = -Bl 3说明（1）导体与磁场方向垂直；（2）磁场为匀强磁场.2 .方向判断：（1）把产生感应电动势的那部分电路或导体当作电源的内电路，那部分导体相当于电源.（2）若电路是不闭合的，则先假设有电流通过，然后应用楞次定律或右手定则判

11、断出电流的方向.（3）电源内部电流的方向是由负极（低电势）流向正极（高电势），外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低.类型1平动切割磁感线【例题1 （多选）（2017全国卷 20）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0.1 m、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，如图甲所示.已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t=0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（）,4E/V ：_ _一一aO 0.2 0,4； 0.6； j/s:-o.ni J !

12、A.磁感应强度的大小为0.5 TB.导线框运动的速度的大小为0.5 m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t=0.4 s至t = 0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1 N【答案】BC【解析】由E t图象可知，导线框经过0.2 s全部进入磁场，则速度丫=； = 02 m/s=0.5 m/s,选项B正确；由题图乙可知，E = 0.01 V,根据E=Blv得，B = E = c0.0L T = 0.2 T,选项lv 0.1 0.5A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t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内，导线框中的感应电流

13、I=R=音卷A = 2 A,所受 的安培力大小为 F=BIl =0.2 >2X0.1 N=0.04 N,选项 D错误.【例题2】（多选）（2018山东省临沂市上学期期末）如图所示，矩形线框abcd处于磁感应强度 为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直，线框 ab长为2L, bc长为L, MN为垂直于 ab并可在ab和cd上自由滑动的金属杆，且杆与 ab和cd接触良好，abcd和MN上单位长 度的电阻皆为r.让MN从ad处开始以速度 v向右匀速滑动，设 MN与ad之间的距离为x（0买wr）,则在整个过程中（A.当x= 0时，MN中电流最小8.当x= L时，MN中电流最小C.MN中电流的最

14、小值为2Bv5rD.MN中电流的最大值为6Bv11r【答案】BCD【解析】MN中产生的感应电动势为 E=BLv, MN中电流BLvfL+2x15L2xrLr+ 6L6BL2v-4(x-L 2r+ 15L2r,当X= °或3 2L时，MN中电流最大，MN中电流的最大值为二当x=L时，MN中电流最小，MN中电流的最小值为Imin=2Bv,故A错误，B、C、D正确.类型2转动切割磁感线【例题1】（2018全国卷I 17）如图，导体轨道 OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心.轨道的电阻忽略不计.OM是有一定电阻、可绕 。转动的金属杆，M端 位于PQS上，OM与轨道接触

15、良好.空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定（过程I ）;再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B'过程n）.在过程I、n中，流过 om的电荷量相等,53A.4 B.27C.4 D.2E1 At1A2E2= At212(B - B pr在过程I中，根据法拉第电磁感应定律，有1 212BQ -4"I2=E2I2 R,1 2B (B - B 271rq2 = I2 At2又 q1 = q2 ,12 12 bU< -4< 即 4R所以Br 3.B 2【例题2】（多选）（2016全国卷H

16、20）法拉第圆盘发电机的示意图如图9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（）QA.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】 将圆盘看成无数辐条组成， 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

17、流从边缘流向中心，流过电1 n阻的电流万向从 a到b, B对；由法拉第电磁感应定律得感应电动势E=BLv=2BL2co, I占p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;2 4 2由IKK知,当3变为原来的2倍时，P变为原来的4倍，D错.题型三自感现象1 .自感现象的四大特点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，但它不能 使过程停止，更不能使过程反向 .2 .自感中闪亮”与不闪亮”问题与线圈串联的灯泡与线圈并联

18、的灯泡1._电路图_.通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不义电路中稳态电流为11、I 2： 若I2V1,灯泡逐渐变暗； 若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐 变暗.两种情况下灯泡中电流方向 均改变【例题1】(2017北京理综19)如图所示，图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图，Li和L2为电感线圈.实验时，断开开关 &瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2,灯A2逐渐变亮.而另一个相同的灯 A3立即变亮，最终 A2与A3的亮度相同.下列说法正确的是（）I1乙A.图甲中，A1与Li的电阻值相同B.图甲

19、中，闭合 Si,电路稳定后，Ai中电流大于Li中电流C.图乙中，变阻器 R与L2的电阻值相同D.图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器 R中电流相等【答案】C【解析】 断开开关Si瞬间，线圈Li产生自感电动势，阻碍电流的减小，通过 Li的电流反 向通过Ai,灯Ai突然闪亮，随后逐渐变暗，说明 Ili>Iai,即Rli<Rai,故A错；题图甲中， 闭合开关Si,电路稳定后，因为 Rli<Rai ,所以Ai中电流小于Li中电流，故B错；题图乙 中，闭合开关S2,灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯 A3立即变亮，最终 A2与A3的亮度相 同，说明变阻器 R与L2的电阻值相同，故 C

20、对；I羽合S2瞬间，通过L2的电流增大，由于 电磁感应，线圈L2产生自感电动势，阻碍电流的增大，则 L2中电流与变阻器 R中电流不相 等，故D错.【例题2】（20i9湖南省常彳市一模）如图所示的电路，开关闭合，电路处于稳定状态，在 某时刻ti突然断开开关 S,则通过电阻 Ri中的电流Ii随时间变化的图线可能是下图中的 （）L，袍1I【答案】D【解析】当断开开关，原来通过 Ri的电流立即消失，由于电磁感应，线圈L产生自感电动势阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与原来流过电阻Ri的电流方向相反，慢慢减小最后为 0,故D正确.题型四涡流电磁阻尼和电磁驱动电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼

21、电磁驱动不同成因由于导体在磁场中运动用广生感应电流，从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而 产生感应电流，从而使导体受到安培 力点效果安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动导体受安培力的方向与导体运动方 向相同，推动导体运动能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，从而对外做功相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流 的导体与磁场间的相对运动【例题1】（2017全国卷I 18）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌 为了有效隔离外界

22、振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示.无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是（）紫铜薄板【答案】A.在A图中，系统振动时,【解析】 感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化紫铜薄板随之上下及左右振动，在磁场中的部分有时多有时少，磁通量发生变化， 产生感应 电流，受到安培力，阻碍系统的振动；在 B图中，只有紫铜薄板向左振动才产生感应电流, 而上下振动无感应电流产生；在 C图中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流；在 D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无感应电流 产生，故选项 A正确，B、C、D错误.【例题2】如图所示，