高考物理大一轮复习第10章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律学案新人教版.docx
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高考物理大一轮复习第10章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律学案新人教版
第一讲 电磁感应现象 楞次定律
考试内容
要求
高考命题统计
命题规律
2015
2016
2017
卷Ⅰ
卷Ⅱ
卷Ⅰ
卷Ⅱ
卷Ⅲ
卷Ⅰ
卷Ⅱ
卷Ⅲ
电磁感应现象
Ⅰ
高考对本章内容考查命题频率较高,大部分以选择题的形式出题,也有部分是计算题,多以中档以上难度的题目来增加试卷的区分度,考查较多的知识点有:
感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算,同时也会与力学、磁场、能量等知识综合考查及图象问题的考查.
磁通量
Ⅰ
法拉第电磁感应定律
Ⅱ
T15
6分
T24
14分
T20
6分
T25
20分
T21
6分
楞次定律
Ⅰ
T15
6分
自感、涡流
Ⅰ
T19
6分
T18
6分
一
电磁感应现象
1.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
Φ=BS.
(3)单位
1Wb=1_T·m2.
(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B⊥S.
2.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内做切割磁感线运动.
(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.
(4)图中能产生感应电流的是________.
提示:
B
二
楞次定律的理解及应用
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.适用情况:
所有电磁感应现象.
3.对楞次定律中“阻碍”的理解
4.对照教材实验:
如图A和B都是很轻的铅环,A是闭合的,B是断开的.试分析用磁铁的任一极去接近或远离两环时,会发生什么现象?
提示:
当磁铁接近或远离A环时,A环将远离或靠近磁铁,磁铁接近或远离B环时,B环不动.
5.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.
1.判断正误
(1)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.( )
(2)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势.( )
(3)回路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,也会产生“阻碍”作用.( )
(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变化.( )
(5)感应电流的方向可能与B的方向平行,但一定与v的方向垂直.( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)× (4)√ (5)×
2.下列实验现象,属于电磁感应现象的是( )
答案:
C
3.(人教版选修3-2P9第7题改编)如图所示,固定于水平面上的金属架abcd处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动.t=0时,磁感应强度为B=0,此时MN到达的位置恰好使Mb构成一个边长为l的正方形.为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B随时间t变化的示意图为( )
答案:
C
4.(人教版选修3-2P7第1题改编)如图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,线框中会产生感应电流的是( )
A.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:
C
考点一
电磁感应现象的判断
判断感应电流有无的程序
1.(2014·全国卷Ⅰ)在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是( )
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化
解析:
选D 只形成闭合回路,回路中的磁通量不变化,不会产生感应电流,选项A、B、C错误;给线圈通电或断电瞬间,通过闭合回路的磁通量变化,会产生感应电流,能观察到电流表示数的变化,选项D正确.
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所示连接.下列说法中正确的是( )
A.开关闭合后,线圈A插入或拔出线圈B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
解析:
选A 开关闭合后,线圈A插入或拔出线圈B都会引起穿过线圈B的磁通量的变化,从而使电流计指针偏转,选项A正确;线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,线圈B的磁通量会发生变化,电流计指针会偏转,选项B错误;开关闭合后,滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动,都会导致线圈A的电流变化,使线圈B的磁通量变化,电流计指针都会发生偏转,选项C、D错误.
考点二
楞次定律的理解和应用
判断感应电流方向的“三步走”
(2017·全国卷Ⅲ)如图,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( )
A.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
解析:
选D 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.
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.
(2016·上海卷)(多选)如图(a),螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,以图中箭头所示方向为其正方向.螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内.当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时( )
A.在t1~t2时间内,L有收缩趋势
B.在t2~t3时间内,L有扩张趋势
C.在t2~t3时间内,L内有逆时针方向的感应电流
D.在t3~t4时间内,L内有顺时针方向的感应电流
解析:
选AD 据题意,在t1~t2时间内,外加磁场磁感应强度增加且斜率在增加,则在导线框中产生沿顺时针方向增加的电流,该电流激发出增加的磁场,该磁场通过圆环,在圆环内产生感应电流,根据结论“增缩减扩”可以判定圆环有收缩趋势,故选项A正确;在t2~t3时间内,外加磁场均匀变化,在导线框中产生稳定电流,该电流激发出稳定磁场,该磁场通过圆环时,圆环中没有感应电流,故选项B、C错误;在t3~t4时间内,外加磁场向下减小,且斜率也减小,在导线框中产生沿顺时针方向减小的电流,该电流激发出向内减小的磁场,故圆环内产生顺时针方向电流,选项D正确.
3.(2018·湖北襄阳联考)(多选)如图所示,线圈A、B同心置于光滑水平桌面上,线圈A中通有逐渐增大的逆时针方向的电流,则( )
A.线圈B将顺时针转动起来
B.线圈B中有顺时针方向的电流
C.线圈B将有沿半径方向扩张的趋势
D.线圈B对桌面的压力将增大
解析:
选BC 方法一:
画出A中电流产生的磁场,由于A中电流增大,故穿过B的合磁通量垂直纸面向外且增大;由楞次定律可知B中感应电流的磁场方向垂直纸面向里,最后由安培定则可判断B中感应电流的方向是顺时针,B正确;由左手定则判断B所受安培力方向沿半径向外,有扩张的趋势,但不会转动.A错误、C正确.因安培力沿水平方向,B环对桌面的压力不变,D错误.
方法二:
当线圈A中通有逐渐增大的逆时针方向的电流时,穿过线圈B的磁通量竖直向上且增大,根据楞次定律,线圈B产生顺时针方向的电流;根据楞次定律的另一种表述,线圈B有扩张的趋势,阻碍磁通量的增加,故B、C正确,A错误.线圈B受到的安培力在水平方向上,线圈B对桌面的压力将不变,故D错误.
4.(2017·江苏南通一模)(多选)如图所示,铝质的圆筒形管竖直立在水平桌面上,一条形磁铁从铝管的正上方由静止开始下落,然后从管内下落到水平桌面上.已知磁铁下落过程中不与管壁接触,不计空气阻力,下列判断正确的是( )
A.磁铁在整个下落过程中做自由落体运动
B.磁铁在管内下落过程中机械能守恒
C.磁铁在管内下落过程中,铝管对桌面的压力大于铝管的重力
D.磁铁在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量
解析:
选CD 磁铁下落过程中受到阻碍作用,故机械能不守恒,A、B错误;由楞次定律可知磁铁对铝管有排斥力,铝管对桌面的压力大于重力,C正确;由动能定理知D正确.
考点三
“三定则、一定律”的综合应用
基本现象
应用的定则或定律
运动电荷、电流产生磁场
安培定则
磁场对运动电荷、电流的作用力
左手定则
电磁
感应
部分导体做切割磁感线运动
右手定则
闭合回路磁通量变化
楞次定律
(1)右手定则与左手定则的区别:
“因电而动”用左手定则,“因动而电”用右手定则.
(2)安培定则与楞次定律的区别:
“因电生磁”用安培定则.
“因磁生电”用楞次定律(或右手定则).
(多选)如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,MN的左边有一闭合电路,当PQ在外力的作用下运动时,MN向右运动.则PQ所做的运动可能是( )
A.向右加速运动 B.向左加速运动
C.向右减速运动 D.向左减速运动
解析:
选BC MN向右运动,说明MN受到向右的安培力,因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里
MN中的感应电流由M→N
L1中感应电流的磁场方向向上
;若L2中磁场方向向上减弱
PQ中电流为Q→P且减小
向右减速运动;若L2中磁场方向向下增强
PQ中电流为P→Q且增大
向左加速运动.
“三定则、一定律”的应用技巧
2个条件:
感应电流产生的条件
2种方法:
判断感应电流方向
2个原则:
(1)无论是“安培力”还是“洛伦兹力”,只要是“力”都用左手判断;
(2)“电生磁”或“磁生电”均用右手判断.
5.(多选)如图所示匚形线架ABCD上有一根可以无摩擦滑动的导线ab,左侧有通电导线MN,电流方向由N到M,若将线框置于匀强磁场中,则( )
A.ab边向右运动时,导线MN与AB边相互吸引
B.ab边向左运动时,导线MN与AB边相互吸引
C.ab边向左运动时,导线MN与AB边相互排斥
D.ab边向右运动时,导线MN与AB边相互排斥
解析:
选BD ab边向右运动时,根据右手定则可得,ab中的感应电流的方向从b流向a,AB中的电流从A流向B,方向向下,与导线MN中的电流的方向相反,所以导线MN与AB边相互排斥,A错误,D正确;ab边向左运动时,根据右手定则可得,ab中的感应电流的方向从a流向b,AB中的电流从B流向A,方向向上,与导线MN中的电流的方向相同,所以导线MN与AB边相互吸引,故B正确,C错误.
6.如图所示,金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路,金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动,则( )
A.ab棒不受安培力作用
B.ab棒所受安培力的方向向右
C.ab棒向右运动速度v越大,所受安培力越大
D.螺线管产生的磁场,A端为N极
解析:
选C 金属棒ab沿导轨向右运动时,安培力方向向左,以“阻碍”其运动,选项A、B错误;金属棒ab沿导轨向右运动时,感应电动势E=Blv,感应电流I=
,安培力F=BIl=
,可见,选项C正确;根据右手定则可知,流过金属棒ab的感应电流的方向是从b流向a,所以流过螺线管的电流方向是从A端到达B端,根据右手螺旋定则可知,螺线管的A端为S极,选项D错误.
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- 高考 物理 一轮 复习 10 电磁感应 现象 楞次定律 新人