2020版高考物理大一轮复习 第十章 第1讲 电磁感应现象 楞次定律讲义（含解析）教科版.docx

电磁感应现象 楞次定律五年高考(全国卷)命题分析五年常考热点五年未考重点楞次定律的理解和应用201720143卷15题1卷14题1.楞次定律推论的应用2.自感现象3.动力学、动量和能量观点在电磁感应中的应用法拉第电磁感应定律的应用2018201620153卷20题2卷20题、3卷21题2卷15题电磁感应的动力学问题20161卷24题、2卷24题电磁感应的综合问题2018201620141卷17题3卷25题2卷25题电磁驱动和电磁阻尼201720151卷18题1卷19题1.考查方式：高考对本章内容考查的命题频率较高，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、图像问题等知识综合考查.2.命题趋势：(1)楞次定律、右手定则、左手定则的应用.(2)与图像结合考查电磁感应现象.(3)通过“杆导轨”模型，“线圈穿过有界磁场”模型，考查电磁感应与力学、电路、能量等知识的综合应用.第1讲电磁感应现象楞次定律一、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：BS.3.适用条件：(1)匀强磁场.(2)S为垂直磁场的有效面积.4.磁通量是标量(填“标量”或“矢量”).5.物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数.如图1所示，矩形abcd、abba、abcd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面abcd垂直，则：图1(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos或BS3.(2)通过矩形abcd的磁通量为BS3.(3)通过矩形abba的磁通量为0.6.磁通量变化：21.二、电磁感应现象1.定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应.2.条件(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化.(2)例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动.3.实质产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流.如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流.自测1(多选)下列说法正确的是()A.闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生B.穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生C.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D.当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势答案CD三、感应电流方向的判定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：一切电磁感应现象.2.右手定则(1)内容：如图2，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.图2(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流.自测2如图3所示的金属圆环放在有界匀强磁场中，将它从磁场中匀速拉出来，下列说法正确的是()图3A.向左拉出和向右拉出，其感应电流方向相反B.不管向什么方向拉出，金属圆环中的感应电流方向总是顺时针C.不管向什么方向拉出，环中的感应电流方向总是逆时针D.在此过程中感应电流大小不变答案B解析金属圆环不管是向什么方向拉出磁场，金属圆环中的磁通量方向不变，且不断减小，根据楞次定律知，感应电流的方向相同，感应电流的磁场方向和原磁场的方向相同，则由右手螺旋定则知感应电流的方向是顺时针方向，A、C错误，B正确；金属圆环匀速拉出磁场过程中，磁通量的变化率在发生变化，感应电流的大小也在发生变化，D错误.命题点一电磁感应现象的理解和判断常见的产生感应电流的三种情况例1(多选)(2018陕西省黄陵中学考前模拟)如图4甲所示，导体棒ab、cd均可在各自的导轨上无摩擦地滑动，导轨电阻不计，磁场的磁感应强度B1、B2的方向如图所示，大小随时间变化的情况如图乙所示，在0t1时间内()图4A.若ab不动，则ab、cd中均无感应电流B.若ab不动，则ab中有恒定的感应电流，但cd中无感应电流C.若ab向右匀速运动，则ab中一定有从b到a的感应电流，cd向左运动D.若ab向左匀速运动，则ab中一定有从a到b的感应电流，cd向右运动答案BD解析若ab不动，0t1时间内，B1逐渐增大，由法拉第电磁感应定律可知，ab产生恒定的感应电流，根据楞次定律可知cd中无感应电流，故A错误，B正确；若ab向左匀速运动，0t1时间内，B1垂直于纸面向里且逐渐增大，穿过左侧闭合区域的磁通量增大，运用楞次定律得ab中有从a到b的感应电流，回路中产生逐渐增大的电动势，即从a到b的感应电流增大，根据楞次定律得在导体棒cd中产生d到c的感应电流，根据左手定则得导体棒cd受到向右的安培力，即cd向右运动，故D正确；若ab向右匀速运动，产生从b到a的感应电流，同时B1均匀增大，产生从a到b的感应电流，由于不确定两感应电流的大小关系，故ab中感应电流无法确定，故C错误.变式1下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是()答案A解析开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，故A符合题意；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环的磁通量在增大，铝环中产生感应电流，故B不符合题意；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，故C不符合题意；铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，产生感应电流，故D不符合题意.变式2如图5所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为.在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是()图5A.ab向右运动，同时使减小B.使磁感应强度B减小，角同时也减小C.ab向左运动，同时增大磁感应强度BD.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和角(0vab，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到a答案D解析若固定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，不产生感应电流，故B错.若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路中有顺时针方向的电流，故C错.若ab、cd都向右运动，且vcdvab，则ab、cd所围的面积发生变化，磁通量也发生变化，故由楞次定律可判断出产生由c到d到b到a的电流，故D正确.7.如图7所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下.在将磁铁的S极插入线圈的过程中()图7A.通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥B.通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥C.通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互吸引D.通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引答案A解析将磁铁的S极插入线圈的过程中，由楞次定律知，通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥.8.如图8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T1和T2，重力加速度大小为g，则()图8A.T1mg，T2mgB.T1mg，T2mgC.T1mg，T2mgD.T1mg，T2mg答案A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T1mg，T2mg，A正确.9.(多选)(2019广西毕业班百校大联考)图9所示是研究性学习小组的同学设计的防止电梯坠落的应急安全装置，在电梯轿厢上安装上永久磁铁，电梯的井壁上铺设线圈，能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害.关于该装置，下列说法正确的是()图9A.当电梯突然坠落时，该安全装置可起到阻碍电梯下落的作用B.当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中C.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B中电流方向相同D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落答案AD解析若电梯突然坠落，将线圈闭合时，线圈内的磁通量发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻碍相对运动，可起到应急避险作用，故A正确；感应电流会阻碍相对运动，但不能阻止运动，故B错误；当电梯坠落至题图所示位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知A与B中感应电流方向相反，故C错误；结合A的分析可知，当电梯坠落至题图所示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故D正确.10.(多选)如图10所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd，用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点左右摆动.金属线框从图示位置的右侧某一位置由静止释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面.则下列说法中正确的是()图10A.线框中感应电流的方向先是dcbad，后是abcdaB.线框中感应电流的方向是dcbadC.穿过线框中的磁通量先变大后变小D.穿过线框中的磁通量先变小后变大答案BD解析线框从题图所示位置的右侧摆到最低点的过程中，穿过线框的磁通量减小，由楞次定律可判断感应电流的方向为dcbad，从最低点到左侧最高点的过程中，穿过线框的磁通量增大，由楞次定律可判断感应电流的方向为dcbad.11.(多选)如图11，两同心圆环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11A.A中产生逆时针方向的感应电流B.A中产生顺时针方向的感应电流C.A具有收缩的趋势D.A具有扩张的趋势答案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环具有面积扩张的趋势，故C错误，D正确.12.(多选)(2019江西省九江市模拟)如图12甲，螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，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随时间按图乙所示规律变化时()图12A.在t1t2时间内，L有收缩趋势B.在t2t3时间内，L有扩张趋势C.在t2t3时间内，L内有逆时针方向的感应电流D.在t3t4时间内，L内有顺时针方向的感应电流答案AD解析据题意，在t1t2时间内，外加磁场磁感应强度增加且增加得越来越快，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t2t3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t3t4时间内，外加磁场向下减小，且减小得越来越慢，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的电流，选项D正确.13.如图13所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由平移到，第二次将金属框绕cd边翻转到，设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为1和2，则()图13A.12，两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现B.12，两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现C.12，两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现D.12，两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现答案C解析设在位置通过金属框的磁通量为1，在位置通过金属框的磁通量为2，由题可知：1|21|，2|21|，所以金属框的磁通量变化量大小12，由安培定则知两次磁通量均向里减小，所以由楞次定律知两次运动中线框中均出现沿adcba方向的电流，C正确.14.(2018河南省焦作市质检)如图14所示，在一有界匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，虚线为有界磁场的左边界，导轨跟圆形线圈M相接，图中线圈N与线圈M共面、彼此绝缘，且两线圈的圆心重合，半径RMRN.在磁场中垂直于导轨放置一根导体棒ab，已知磁场垂直于导轨所在平面向外.欲使线圈N有收缩的趋势，下列说法正确的是()图14A.导体棒可能沿导轨向左做加速运动B.导体棒可能沿导轨向右做加速运动C.导体棒可能沿导轨向左做减速运动D.导体棒可能沿导轨向左做匀速运动答案C解析导体棒ab加速向左运动时，导体棒ab中产生的感应电动势和感应电流增加，由右手定则判断知ab中电流方向由ba，根据安培定则可知M产生的磁场方向垂直纸面向外，穿过N的磁通量增大，线圈面积越大抵消的磁感线越多，所以线圈N要通过增大面积以阻碍磁通量的增大，故A错误；导体棒ab加速向右运动时，导体棒ab中产生的感应电动势和感应电流增加，由右手定则判断知ab电流方向由ab，根据安培定则判断可知M产生的磁场方向垂直纸面向里，穿过N的磁通量增大，同理可知B错误；导体棒ab减速向左运动时，导体棒ab中产生的感应电动势和感应电流减小，由右手定则判断知ab中电流方向由ba，根据安培定则判断可知M产生的磁场方向垂直纸面向外，穿过N的磁通量减小，线圈面积越大抵消的磁感线越多，所以线圈N要通过减小面积以阻碍磁通量的减小，故C正确；导体棒ab匀速向左运动时，导体棒ab产生的感应电动势和感应电流恒定不变，线圈M产生的磁场恒定不变，穿过线圈N中的磁通量不变，没有感应电流产生，则线圈N不受磁场力，没有收缩的趋势，故D错误.15.矩形导线框固定在匀强磁场中，如图15甲所示.磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向为垂直纸面向里，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，则()图15A.从0t1时间内，导线框中电流的方向为abcdaB.从0t1时间内，导线框中电流越来越小C.从0t2时间内，导线框中电流的方向始终为adcbaD.从0t2时间内，导线框bc边受到的安培力越来越大答案C解析由题图乙可知，0t2时间内，导线框中磁通量的变化率相同，故0t2时间内电流的方向相同，由楞次定律可知，电路中电流方向为顺时针，即电流为adcba方向，故A错误，C正确；从0t1时间内，导线框中磁通量的变化率相同，感应电动势恒定不变，电路中电流大小恒定不变，故B错误；从0t2时间内，磁场的变化率不变，则电路中电流大小恒定不变，由FBIL可知，F与B成正比，即先减小后增大，故D错误.