(全国通用)高三物理复习能力提升第课时电磁感应现象楞次定律.doc

2014届高三物理复习能力提升：第12章 第1课时 电磁感应现象 楞次定律 Word版含解析考点内容要求考纲解读电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律，楞次定律1.本章考查的重点内容有：感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生的感应电动势的计算，电磁感应现象与其它知识相联系的综合题及图象问题2本章试题的特点是：题型全面，选择题、填空题、计算题都可涉及，尤其是难度大、涉及知识点多、综合能力强，多以中档以上题目出现3本章的综合试题是高考的热点，主要类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等此外日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛应用的问题也要引起重视.导体切割磁感线时的感应电动势，右手定则自感现象日光灯说明：(1)导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于L垂直于B、v的情况(2)在电磁感应现象里，不要求判断内电路中各点电势的高低.第1课时电磁感应现象楞次定律考纲解读1.知道电磁感应现象产生的条件.2.理解磁通量及磁通量变化的含义，并能计算.3.掌握楞次定律和右手定则的应用，并能判断感应电流的方向及相关导体的运动方向1对磁通量的考查如图1所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直面内有一根通电直导线ef，且ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，穿过圆面积的磁通量将()A逐渐变大图1B逐渐减小C始终为零D不为零，但始终保持不变答案C解析穿过圆面积的磁通量是由通电直导线ef产生的，因为通电直导线位于圆的正上方，所以向下穿过圆面积的磁感线条数与向上穿过该面积的条数相等，即磁通量为零，而且竖直方向的平移也不会影响磁通量的变化故C正确2对电磁感应现象发生条件的考查试分析下列各种情形中，金属线框或线圈里能否产生感应电流？答案除A外均能产生感应电流3对楞次定律的考查下列各图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图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线圈的上端为S极，磁铁与线圈相互排斥运用以上分析方法可知，C、D正确4.对右手定则的考查如图2所示，在直线电流附近有一根金属棒ab，当金属棒以b端为圆心，以ab为半径，在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时()Aa端聚积电子图2Bb端聚积电子C金属棒内电场强度等于零DUaUb答案BD解析因金属棒所在区域的磁场的方向垂直于纸面向外，当金属棒转动时，由右手定则可知，a端的电势高于b端的电势，b端聚积电子，B、D正确考点梳理一、磁通量1定义：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.适用条件：(1)匀强磁场(2)S为垂直磁场的有效面积3磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)4磁通量的意义：(1)磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数(2)同一平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零二、电磁感应现象1电磁感应现象：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产生感应电流的条件：表述1：闭合回路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动表述2：穿过闭合回路的磁通量发生变化3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深化拓展当回路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象，且产生感应电动势的那部分导体或线圈相当于电源三、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)适用情况：所有的电磁感应现象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，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向(2)适用情况：导体棒切割磁感线产生感应电流5利用楞次定律的推论“增反减同”解题如图3所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中，线圈ab将()A静止不动图3B逆时针转动C顺时针转动D发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动的方向答案C解析当P向右滑动时，电路中电阻减小，电流增大，穿过线圈ab的磁通量增大，根据楞次定律判断，线圈ab将顺时针转动6利用楞次定律的推论“阻碍相对运动”解题如图4所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转)，则以下说法正确的是()图4A三者同时落地B甲、乙同时落地，丙后落地C甲、丙同时落地，乙后落地D乙、丙同时落地，甲后落地答案D解析甲是闭合铜线框，在下落过程中产生感应电流，所受的安培力阻碍它的下落，故所需的时间长；乙不是闭合回路，丙是塑料线框，故都不会产生感应电流，它们做自由落体运动，所需时间相同，故D正确方法提炼利用电磁感应的效果进行判断的方法：方法1：阻碍原磁通量的变化“增反减同”方法2：阻碍相对运动“来拒去留”方法3：使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”方法4：阻碍原电流的变化(自感现象)“增反减同”考点一电磁感应现象能否发生的判断1磁通量发生变化的三种常见情况(1)磁场强弱不变，回路面积改变；(2)回路面积不变，磁场强弱改变；(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变2判断流程：(1)确定研究的闭合回路(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量.(3)例1如图5所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中，下列做法中能使圆盘中产生感应电流的是()A圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动B圆盘以某一水平直径为轴匀速转动C圆盘在磁场中向右匀速平移图5D匀强磁场均匀增加解析只有当圆盘中的磁通量发生变化时，圆盘中才产生感应电流，当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动或圆盘在磁场中向右匀速平移时，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流，A、C错误；当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动或匀强磁场均匀增加时，圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流，B、D正确答案BD突破训练1如图所示，能产生感应电流的是()答案B解析A图中线圈没闭合，无感应电流；B图中磁通量增大，有感应电流；C图中导线在圆环的正上方，不论电流如何变化，穿过线圈的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，也无感应电流；D图中的磁通量恒定，无感应电流故选B.考点二利用楞次定律判断感应电流的方向1楞次定律中“阻碍”的含义当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”2楞次定律的使用步骤例2(2011上海单科13)如图6，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a()A顺时针加速旋转图6B顺时针减速旋转C逆时针加速旋转D逆时针减速旋转解析由楞次定律知，欲使b中产生顺时针电流，则a环内磁场应向里减弱或向外增强，a环的旋转情况应该是顺时针减速或逆时针加速，由于b环又有收缩趋势，说明a环外部磁场向外，内部向里，故选B.答案B逆向思维法在感应电流方向判断中的应用逆向思维法是指从事物正向发展的目标、规律的相反方向出发，运用对立的、颠倒的思维方式去思考问题的一种方法而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突破训练2如图7(a)所示，两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合，放在同一水平面内，线圈A中通以如图(b)所示的交变电流，t0时电流方向为顺时针(如图中箭头所示)，在t1t2时间段内，对于线圈B，下列说法中正确的是()图7A线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有扩张的趋势B线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有收缩的趋势C线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有扩张的趋势D线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有收缩的趋势答案A解析在t1t2时间段内，A线圈的电流为逆时针方向，产生的磁场垂直纸面向外且是增加的，由此可判定B线圈中的电流为顺时针方向线圈的扩张与收缩可用阻碍变化的观点去判定在t1t2时间段内B线圈内的增强，根据楞次定律，只有B线圈增大面积，才能阻碍的增加，故选A.突破训练3如图8所示，当磁场的磁感应强度B增强时，内、外金属环上的感应电流的方向应为()A内环顺时针，外环逆时针B内环逆时针，外环顺时针C内、外环均为顺时针图8D内、外环均为逆时针答案A解析磁场增强，则穿过回路的磁通量增大，故感应电流的磁场向外，由安培定则知感应电流对整个电路而言应沿逆时针方向；若分开讨论，则外环逆时针，内环顺时针，A正确.52“一定律三定则”的应用技巧1应用现象及规律比较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、电流有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2.应用技巧无论是“安培力”还是“洛伦兹力”，只要是“力”都用左手判断“电生磁”或“磁生电”均用右手判断例3如图9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向右减速运动图9D向左减速运动解析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左手定则,MN中的感应电流由MN安培定则,L1中感应电流的磁场方向向上楞次定律,；若L2中磁场方向向上减弱安培定则,PQ中电流为QP且减小右手定则,向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强安培定则,PQ中电流为PQ且增大右手定则,向左加速运动答案BC突破训练4两根相互平行的金属导轨水平放置于图10所示的匀强磁场中，在导轨上接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是() 图10A导体棒CD内有电流通过，方向是DCB导体棒CD内有电流通过，方向是CDC磁场对导体棒CD的作用力向左D磁场对导体棒AB的作用力向左答案BD解析利用楞次定律两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路，分析出磁通量增加，结合安培定则判断回路中感应电流的方向是BACDB.以此为基础，再根据左手定则进一步判定CD、AB的受力方向，经过比较可得正确答案高考题组1(2012山东理综14)下列叙述正确的是()A法拉第发现了电磁感应现象B惯性是物体的固有属性，速度大的物体惯性一定大C牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因D感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果答案AD解析电磁感应现象的发现者是法拉第，故选项A正确；惯性是物体本身固有的属性，质量是物体惯性大小的唯一量度，故选项B错误；伽利略通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因，故选项C错误；楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的表现，故选项D正确2(2012北京理综19)物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”如图11，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起图11某同学另找来器材再探究此实验他连接好电路，经重复实验，线圈上的套环均未动对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是()A线圈接在了直流电源上 B电源电压过高C所选线圈的匝数过多 D所用套环的材料与老师的不同答案D解析金属套环跳起的原因是开关S闭合时，套环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的线圈接在直流电源上，S闭合时，金属套环也会跳起电源电压越高，线圈匝数越多，S闭合时，金属套环跳起越剧烈若套环是非导体材料，则套环不会跳起故选项A、B、C错误，选项D正确3(2011海南单科20)如图12，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后无初速度释放，在圆环从a摆向b的过程中()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图12C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解析圆环从位置a运动到磁场分界线前，磁通量向里增大，感应电流方向为逆时针；跨越分界线过程中，磁通量由向里最大变为向外最大，感应电流方向为顺时针；再摆到b的过程中，磁通量向外减小，感应电流方向为逆时针，A正确，B错误；由于圆环所在处的磁场，上下对称，所受安培力在竖直方向平衡，因此总的安培力方向沿水平方向，故C错误，D正确模拟题组4如图13所示，一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，环中的感应电流(自左向右看)()A沿顺时针方向B先沿顺时针方向后沿逆时针方向图13C沿逆时针方向D先沿逆时针方向后沿顺时针方向答案C解析条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，向右的磁通量一直增加，根据楞次定律，环中的感应电流(自左向右看)为逆时针方向，C对5如图14，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，在下落过程中，下列判断中正确的是()A金属环在下落过程中机械能守恒B金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量图14C金属环的机械能先减小后增大D磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力答案B解析金属环在下落过程中，磁通量发生变化，闭合金属环中产生感应电流，金属环受到磁场力的作用，机械能不守恒，A错误由能量守恒知，金属环重力势能的减少量等于其动能的增加量和在金属环中产生的电能之和，B正确金属环下落的过程中，机械能转变为电能，机械能减少，C错误当金属环下落到磁铁中央位置时，金属环中的磁通量不变，其中无感应电流，和磁铁间无作用力，磁铁所受重力等于桌面对它的支持力，由牛顿第三定律，磁铁对桌面的压力等于桌面对磁铁的支持力，等于磁铁的重力，D错误(限时：30分钟)题组1对电磁感应现象产生条件的考查1现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及电键按如图1所示连接下列说法中正确的是()图1A电键闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B线圈A插入线圈B中后，电键闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转C电键闭合后，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电键闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转答案A解析电键闭合后，线圈A插入或拔出都会引起穿过线圈B的磁通量发生变化，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，电键闭合和断开的瞬间，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；电键闭合后，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的电流发生变化，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2如图2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，有一个磁感应强度为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()Aab向右运动，同时使减小图2B使磁感应强度B减小，角同时也减小Cab向左运动，同时增大磁感应强度BDab向右运动，同时增大磁感应强度B和角(0aBaCaDBaAaCaBaDCaAaCaDaB图7DaAaCaBaD答案B解析线圈在A、C位置时只受重力作用，加速度aAaCg.线圈在B、D位置时均受两个力的作用，其中安培力向上，重力向下由于重力大于安培力，所以加速度向下，大小agFB，所以aDaBaD，选项B正确9如图8所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路若将滑动变阻器的滑片P向上滑动，下面说法中正确的是()A穿过线圈a的磁通量变大图8B线圈a有收缩的趋势C线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流D线圈a对水平桌面的压力FN将增大答案C解析P向上滑动，回路电阻增大，电流减小，磁场减弱，穿过线圈a的磁通量变小，根据楞次定律，a环面积应增大，A、B错；由于a环中磁通量减小，根据楞次定律知a环中感应电流应为俯视顺时针方向，C对；由于a环中磁通量减小，根据楞次定律，a环有阻碍磁通量减小的趋势，可知a环对水平桌面的压力FN减小，D错10如图9所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b.将条形磁铁沿它们的正中向下移动(不到达该平面)，a、b将如何移动()Aa、b将相互远离Ba、b将相互靠近Ca、b将不动图9D无法判断答案A解析根据BS，条形磁铁向下移动过程中B增大，所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势由于S不可改变，为阻碍磁通量增大，导体环会尽量远离条形磁铁，所以a、b将相互远离题组3对三个“定则”，一个“规律”的综合考查11如图10所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引()图10A向右做匀速运动 B向左做减速运动C向右做减速运动 D向右做加速运动答案BC解析当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流，线圈中的磁通量恒定不变，无感应电流出现，A错；当导体棒向左减速运动时，由右手定则可判定回路中出现从ba的感应电流且减小，由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左在减弱，由楞次定律知c中出现顺时针感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引，B对；同理可判定C对，D错12如图11所示装置中，cd杆原来静止当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动()图11A向右匀速运动 B向右加速运动C向左加速运动 D向左减速运动答案BD解析ab匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变，L2中无感应电流产生，cd杆保持静止，A不正确；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下增大，由楞次定律知L2中感应电流产生的磁场方向向上，故通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C不正确，D正确13如图12甲所示，等离子气流由左边连续以v0射入P1和P2两板间的匀强磁场中，ab直导线与P1、P2相连接，线圈A与直导线cd连接线圈A内有随图乙所示的变化磁场，且磁场B的正方向规定为向左，如图甲所示则下列说法正确的是()图12A01 s内ab、cd导线互相排斥B1 s2 s内ab、cd导线互相排斥C2 s3 s内ab、cd导线互相排斥D3 s4 s内ab、cd导线互相排斥答案CD解析由图甲左侧电路可以判断ab中电流方向由a到b；由右侧电路及图乙可以判断，02 s内cd中电流为由c到d，跟ab中的电流同向，因此ab、cd相互吸引，选项A、B错误；2 s4 s内cd中电流为由d到c，跟ab中电流反向，因此ab、cd相互排斥，选项C、D正确14如图13所示，通电导线cd右侧有一个金属框与导线cd在同一平面内，金属棒ab放在框架上，若ab受到向左的磁场力，则cd中电流的变化情况是()Acd中通有由dc方向逐渐减小的电流图13Bcd中通有由dc方向逐渐增大的电流Ccd中通有由cd方向逐渐减小的电流Dcd中通有由cd方向逐渐增大的电流答案BD