2021届高考物理一轮复习专题十电磁感应考点一电磁感应现象楞次定.doc

2021届高考物理一轮复习专题十电磁感应考点一电磁感应现象楞次定专题十 电磁感应 考纲展示 命题探究 考点一 电磁感应现象 楞次定律 基础点 知识点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和B的乘积。 2公式：BS。 3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。 4单位：1 Wb1_T·m。 5物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数。 知识点2 电磁感应现象 1“电生磁”到“磁生电”的发展里程 (1)1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应。 (2)法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，通有反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则(右手螺旋定则，用来判断电流与磁场的相互关系)和左手定则(判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向)。 (3)英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律电磁感应定律。 (4)俄国物理学家楞次发现了确定感应电流方向的定律楞次定律。 2电磁感应现象：当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。 3产生感应电流的两种情况 (1)闭合电路的磁通量发生变化。 (2)闭合电路的一部分导体切割磁感线运动。 4电磁感应现象的实质：电路中产生感应电动势，如果电路闭合则有感应电流产生。 5能量转化：发生电磁感应现象时，是机械能或其他形式的能量转化为电能。 知识点3 楞次定律 1楞次定律 2 1 (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。 使大拇指指向导体运动的方向。 则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。 重难点 一、电磁感应现象的判断 1磁通量的变化 磁通量是标量，但有正负之分。若规定从某一方向穿过平面的磁通量1为正，则反向穿过的磁通量2为负，求合磁通量时应注意为相反方向抵消后所剩余的净磁通量为12。 (1)磁通量的变化21。 (2)几种常见引起磁通量变化的情形。 B变化，S不变，B·S。 B不变，S变化，B·S。 B、S两者都变化，21，不能用B·S来计算。 B和S均不变，磁感线方向与线圈平面的夹角变化。 依据公式中BSsin(是B与S的夹角)计算磁通量，再按21计算磁通量的变化。 2电路中能否产生感应电流，一般可利用如下程序进行判断 2 3电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生了感应电动势，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。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。发生电磁感应现象时，是机械能或其他形式的能转化为电能。 特别提醒 (1)公式B·S中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的平面的面积，因此可以理解为BS。如果平面与磁场方向不垂直，应把面积S投影到与磁场方向垂直的平面上，求出投影面积S，代入公式BS中计算。 (2)磁通量的大小与线圈的匝数无关，可从磁感线角度理解。 二、感应电流方向的判断及对楞次定律的理解 1感应电流方向判断的两种方法 (1)用楞次定律判断 (2)用右手定则判断 该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向： 掌心磁感线垂直穿入； 拇指指向导体运动的方向； 四指指向感应电流的方向。 2楞次定律和右手定则的关系 (1)从研究对象上说，楞次定律研究的是整个闭合电路，右手定则研究的是闭合电路的一部分导体，即一段导体做切割磁感线运动。 (2)从适用范围上说，楞次定律可应用于磁通量变化引起感应电流的各种情况(包括一部分导体切割磁感线运动的情况)，右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的 3 情况。因此，右手定则是楞次定律的一种特殊情况。 3楞次定律中“阻碍”的含义 4楞次定律与能量守恒 楞次定律在本质上就是能量守恒在电磁感应现象中的体现，发生电磁感应现象时，感应电流所受安培力是阻碍产生感应电流的原因，因此必须有外力克服安培力做功，而克服安培力做功的过程就是将其他形式的能量转化成电能的过程。 5应用楞次定律判断感应电流方向的步骤 (1)明确研究对象：确定研究的是哪一个闭合回路。 (2)分析原因：分析该回路中原磁通量的变化情况。 (3)增反减同：根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场的方向。 (4)方向判定：根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向。 特别提醒 (1)电磁感应现象中因果相对的关系恰好反映了自然界的这种对立统一规律。对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的“效果”总是阻碍产生感应电流的原因。 (2)闭合回路中的磁通量没有改变时，回路中不产生感应电流，但由于导线切割磁感线，可以产生感应电动势，故应该注意到有感应电流必有感应电动势，但有感应电动势不一定有感应电流。导体中电势的高低可利用右手定则进行判断。 三、楞次定律的推论及综合应用 1楞次定律的推论 对楞次定律中“阻碍”的含义可推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因，具体概括如下： (1)当回路的磁通量发生变化时，感应电流的效果就阻碍原磁通量的变化，即“增反减同”； (2)当出现引起磁通量变化的相对运动时，感应电流的效果就阻碍(导体间的)相对运动，即“来拒去留”； (3)当回路可以形变时，感应电流可以使线圈面积有扩大或缩小的趋势，即“增缩减扩”； 4 (4)当回路磁通量变化由自身电流变化引起时，感应电流的效果是阻碍原电流的变化(自感现象)，即“增反减同”。 2对楞次定律的列表说明 内容 例证 阻碍原磁通量变化“增反减同” 磁铁靠近线圈，B感与B原反向 阻碍相对运动“来拒去留” 磁铁靠近，是斥力磁铁远离，是引力 使回路面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩” 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 5 阻碍原电流的变化“增反减同” 合上S，B先亮 3.三定则、一定律的比较 基本现象 运动电荷、电流产生磁场 磁场对运动电荷、电流有作用力 电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 闭合回路磁通量变化 应用的定则或定律 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律 4.左、右手的应用技巧 (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。 5三个定则和一个定律的因果关系 (1)因电而生磁(IB)安培定则； (2)因动而生电(v、BI安)右手定则； (3)因电而受力(I、BF安)左手定则； (4)因磁而生电(、BI安)楞次定律。 特别提醒 (1)当只强调感应电流产生的效果，而不涉及感应电流方向的判定时，灵活应用楞次定律和推广结论，可使解题更快捷。 (2)利用楞次定律的推论解题的优点是简单迅速，但要正确区分涉及的两个磁场(一是引起感应电流的原磁场，二是感应电流的磁场)或两个电流(产生原磁场的原电流及感应电流)。当涉及导体间相对运动时用“来拒去留”；涉及磁通量变化及原电流变化时用“增反减同”。 1思维辨析 (1)磁通量虽然是标量，但有正、负之分。( ) (2)当导体切割磁感线运动时，导体中一定产生感应电流。( ) (3)穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关。( ) (4)电路中磁通量发生变化时，就一定会产生感应电流。( ) (5)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。( ) (6)由楞次定律可直接判断出感应电流的方向。( ) 答案 (1) (2)× (3) (4)× (5)× (6)× 6 2法拉第发明了世界上第一台发电机法拉第圆盘发电机。如图所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路。转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动，电流表的指针发生偏转。下列说法正确的是( ) A回路中电流大小变化，方向不变 B回路中电流大小不变，方向变化 C回路中电流的大小和方向都周期性变化 D回路中电流方向不变，从b导线流进电流表 答案 D 解析 圆盘在磁场中切割磁感线产生恒定的感应电动势，由右手定则判断得a端为负极、b端为正极，所以只有D项正确。 3长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图甲所示。长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电：iImsint，i-t图象如图乙所示。规定沿长直导线向上的电流为正方向。关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，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 答案 D T3T解析 0和T过程中电流向上增加和向下减小，穿过线圈的磁通量向里增加和向 44 外减小，由楞次定律知感应电流的磁场都是向外的。根据安培定则，产生的感应电流都为逆 7 T3T时针方向，同理过程中感应电流都为顺时针方向，所以选D。 44 考法综述 本考点是电磁感应模块的基础，在高考中占有非常重要的地位，单 独命题考查物理学史、楞次定律的应用，难度较低，交汇命题以法拉第电磁感应定律、能量守恒等知识为载体考查楞次定律，难度较高，因此复习本考点知识时仍以夯实基础为主，通过复习应掌握： 1个条件产生感应电流的两个必备条件 1个定律楞次定律 1个定则右手定则 1个区别左手定则、右手定则、安培定则、楞次定律的区别及应用 3个推论楞次定律的推论：即“增反减同”“来拒去留”“增缩减扩”的含义及应用 命题法1 电磁感应现象 典例1 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，穿过闭合线圈的磁感线相互抵消，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。 【解题法】 感应电流产生条件的判断方法 确定所研究回路；看能否变化；回路是否闭合；同时满足可产生感应电流。 命题法2 感应电流的方向 典例2 (多选)如图所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速释放，在圆环从a摆向b的过程中( ) 8 A感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针 B感应电流方向一直是逆时针 C安培力方向始终与速度方向相反 D安培力方向始终沿水平方向 答案 AD 解析 从磁场分布可看出：左侧向里的磁场从左向右越来越强，右侧向外的磁场从左向右越来越弱。所以，圆环从位置a运动到磁场分界线前，磁通量向里增大，由楞次定律知，感应电流的磁场与原磁场方向相反即向外，由安培定则知，感应电流沿逆时针方向；同理，跨越分界线过程中，磁通量由向里最大变为向外最大，感应电流沿顺时针方向；继续摆到b的过程中，磁通量向外减小，感应电流沿逆时针方向，A正确；由于圆环所在的磁场上下对称，圆环等效水平部分所受安培力使圆环在竖直方向平衡，所以总的安培力沿水平方向，故D正确。 【解题法】 判断感应电流方向的“四步法” 命题法3 “三个定则与一个定律”的综合应用 典例3 (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( ) 9 A向右加速运动 B向左加速运动 C向右减速运动 答案 BC 解析 MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab中的电流在MN处的磁场垂左手定则安培定则 直纸面向里MN中的感应电流由MNL1中感应电流的磁场方向向上 ?L2中磁场方向向上减弱楞次定律? ?L2中磁场方向向下增强? D向左减速运动 安培定则 ；若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为QP右手定则安培定则 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PQ且增大右手定则向左加速运动，故选项B、C正确。 【解题法】 右手定则与左手定则的比较 比较项目 作用 已知条件 右手定则 判断感应电流方向 已知切割运动方向和磁场方向 左手定则 判断通电导体所受磁场力的方向 已知电流方向和磁场方向 图例 因果关系 应用 记忆规律 运动电流 发电机 左“力”右“电” 电流运动 电动机 1(多选)如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，以下说法正确的是( ) 10 A处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B所加磁场越强越易使圆盘停止转动 C若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 答案 ABD 解析 把圆盘看成沿半径方向紧密排列的“辐条”，由右手定则知，圆心处电势高，选项A正确；所加磁场越强，感应电流越强，安培力越大，对圆盘转动的阻碍越大，选项B正确；如果磁场反向，由楞次定律可知，仍阻碍圆盘转动，选项C错误；若将整个圆盘置于磁场中，则圆盘中无感应电流，圆盘将匀速转动，选项D正确。 2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 答案 D 解析 闭合回路中没有磁通量变化，不可能产生感应电流，A、B两项错误；往闭合线圈中插入条形磁铁会产生感应电流，但只是瞬时电流，等到相邻房间观察时，感应电流已经消失，C项错误；接电源的线圈在通电或断电时，会使接电流表的线圈中的磁通量发生变化，产生感应电流，D项正确。 3如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块( ) 11 A在P和Q中都做自由落体运动 B在两个下落过程中的机械能都守恒 C在P中的下落时间比在Q中的长 D落至底部时在P中的速度比在Q中的大 答案 C 解析 小磁块在铜管P中下落时，铜管中产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场阻碍小磁块的下落，小磁块的机械能不守恒，A、B两项错误；小磁块在塑料管Q中下落时不会产生感应电流，小磁块的机械能守恒，不难分析知，小磁块在Q中的运动时间短，落至底部时的速度大，C项正确，D项错误。 4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如图丙所示，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 解析 保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项A错误；保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项B错误；线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动，磁通量周期性地改变，故一定有感应电流，故选项C正确；线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项D错误。 5(多选)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图所示，当 12 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。现在固定线圈左侧同一位置，先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的两个闭合环，且电阻率 铜 铝 。闭合开关S的瞬间( ) A从左侧看环中感应电流沿顺时针方向 B铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力 C若将环放置在线圈右方，环将向左运动 D电池正负极调换后，金属环不能向左弹射 答案 AB 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，电流由左侧看为顺时针，选项A正确；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的，选项B正确；若将环放在线圈右方，根据楞次定律可得，环将向右运动，选项C错误；电池正负极调换后，金属环受力仍向左，故仍将向左弹出，选项D错误。 13 11 / 11