2022届高三物理(鲁科版)一轮复习教案：电磁感应现象-楞次定律-Word版含解析.docx

考点内容
要求
命题规律
复习策略
电磁感应现象
Ⅰ
(1)楞次定律、右手定则推断感应电流的方向；
(2)感应电动势方向的推断和大小的计算；
(3)与图像结合考查电磁感应现象；
(4)电磁感应与力学、电路、能量相结合的综合考查
(1)把握公式，理解各物理量，各定则、规律的区分；
(2)娴熟把握滑轨类问题、线框穿过有界匀强磁场的问题、电磁感应的图像问题、电磁感应的能量问题的解决方法；
(3)提高应用数学方法解决物理问题的力量
磁通量
Ⅰ
法拉第电磁感应定律
Ⅱ
楞次定律
Ⅱ
自感、涡流
Ⅰ
第1课时　电磁感应现象 楞次定律
[知 识 梳 理]
学问点一、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：Φ＝BS。
3．单位：1 Wb＝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。
学问点二、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，假如回路闭合则产生感应电流；假如回路不闭合，则只有感应电动势，而无感应电流。
学问点三、楞次定律

思维深化
推断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)磁通量与线圈的匝数无关。(　　)
(2)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生。(　　)
(3)感应电流的磁场肯定与引起感应电流的磁场方向相反。(　　)
(4)感应电流的磁场肯定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√
[题 组 自 测]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　对磁通量的理解及大小计算
1．如图1所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面对里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为(　　)

图1
A. B. C．BL2 D．NBL2
解析　穿过线圈的磁通量Φ＝BS＝B·L2＝，选项A正确。
答案　A
2．在一空间有方向相反、磁感应强度大小均为B的匀强磁场，如图2所示，垂直纸面对外的磁场分布在一半径为a的圆形区域内，垂直纸面对里的磁场分布在除圆形区域外的整个区域，该平面内有一半径为b(b>a)的圆形线圈，线圈平面与磁感应强度方向垂直，线圈与半径为a的圆形区域是同心圆。从某时刻起磁感应强度大小开头减小到，则此过程中该线圈磁通量的变化量的大小为(　　)

图2
A.πB(b2－a2) B．πB(b2－2a2)
C．πB(b2－a2) D.πB(b2－2a2)
解析　计算磁通量Φ时，磁感线既有垂直纸面对外的，又有垂直纸面对里的，所以可以取垂直纸面对里的方向为正方向。磁感应强度大小为B时线圈磁通量Φ1＝πB(b2－a2)－πBa2，磁感应强度大小为时线圈磁通量Φ2＝πB(b2－a2)－πBa2，因而该线圈磁通量的变化量的大小为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝πB(b2－2a2)，故选项D正确。
答案　D
题组二　电磁感应现象及楞次定律的应用
3．如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是(　　)

解析　依据产生感应电流的条件，闭合回路内磁通量发生变化才能产生感应电流，只有选项B正确。
答案　B
4．(2022·石家庄市质量检测二)法拉第创造了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机。如图3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(自上向下看)，电流表的指针发生偏转。下列说法正确的是(　　)

图3
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
解析　把圆盘的转动等效成多个并联的金属杆围绕中心轴的转动。因转速不变，产生的感应电动势大小不变，A、C错误；依据右手定则，感应电流方向从边缘流向中心，即从b导线进入电流表，D正确，B错误。
答案　D
考点一　电磁感应现象的推断　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．产生感应电流的条件
(1)闭合回路；(2)磁通量发生变化。
2．磁通量发生变化的三种常见状况
(1)磁场强弱不变，回路面积转变；
(2)回路面积不变，磁场强弱转变；
(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生转变。
【例1】　(2022·新课标全国卷Ⅰ，14)在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的试验中，能观看到感应电流的是(　　)
A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观看电流表的变化
B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观看电流表的变化
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，再到相邻房间去观看电流表的变化
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，观看电流表的变化
解析　产生感应电流的条件是：穿过闭合回路中的磁通量发生变化，引起磁通量变化的缘由有①闭合回路中的磁场变化；②在磁场不变的条件下，闭合回路中的有效面积变化；③闭合回路的面积、磁场均变化。选项A、B、C中的闭合回路的面积及回路中的磁场均不变，故选项A、B、C均错误。在选项D中线圈通电或断电的瞬间转变了电流的大小，使另一个闭合回路中的磁场发生变化，故有感应电流产生，选项D正确。
答案　D

推断电磁感应现象是否发生的一般流程

【变式训练】
1．(多选)如图4所示，竖直放置的长直导线通以恒定电流，一矩形导线框abcd与通电导线共面放置，且ad与通电导线平行。下述状况能产生感应电流的是(　　)

图4
A．线框向右平动
B．线框沿电流方向平动
C．线框以ab边为轴转动
D．线框以直导线为轴转动
E．线框不动，增大导线中的电流
解析　通电直导线四周磁场的特点是越靠近导线磁感应强度越强。线框向右平动时，通过线框abcd的磁通量发生变化，所以线框中有感应电流，所以A正确；若线框沿电场方向平动，穿过线框abcd的磁通量不发生变化，所以线框中没有感应电流，B不正确；若以ab边为轴转动，穿过线框中的磁通量也发生变化，有感应电流产生，C正确；假如以导线为轴转动，穿过线框的磁通量不发生变化，无感应电流产生，D不正确；增大导线中的电流会增加导线四周的磁场，穿过线框中的磁通量也增大，有感应电流产生，故E正确。
答案　ACE
考点二　楞次定律的理解及应用
楞次定律中“阻碍”的含义

【例2】　(2022·海南卷，1)如图5，在一水平、固定的闭合导体圆环上方。有一条形磁铁(N极朝上，S极朝下)由静止开头下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，关于圆环中感应电流的方向(从上向下看)，下列说法正确的是(　　)

图5
A．总是顺时针
B．总是逆时针
C．先顺时针后逆时针
D．先逆时针后顺时针
解析　由条形磁铁的磁场分布可知，磁铁下落的过程，闭合圆环中的磁通量始终向上，并且先增加后削减，由楞次定律可推断出，从上向下看时，闭合圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针，C正确。
答案　C

(1)推断感应电流的方法
①楞次定律　②右手定则
(2)应用楞次定律推断感应电流的方法

【变式训练】
2．如图6所示，两条相互平行的导线M、N中通过大小相等、方向相同的电流，导线框abcd和两导线在同一平面内，线框沿着与两导线垂直的方向，自右向左在两导线间匀速移动，则在移动过程中线框中的感应电流的方向为(　　)

图6
A．先顺时针后逆时针 B．先逆时针后顺时针
C．始终是逆时针 D．始终是顺时针
解析　M、N之间的磁场是两导线产生的磁场的叠加，可以以M、N两导线之间的中心面OO′为界，在OO′右边合磁场的方向垂直纸面对外，在OO′左边，合磁场的方向垂直纸面对里。线框从右向左移动到关于OO′对称的位置以前，垂直纸面对外穿过线框的磁通量减小；移动到关于OO′对称的位置时磁通量为零；越过关于OO′对称的位置向左时，垂直纸面对里穿过线框的磁通量增大。由楞次定律可以推断感应电流的方向始终为逆时针方向。
答案　C
考点三　楞次定律推论的应用
1．线圈(回路)中磁通量变化时，阻碍原磁通量的变化——增反减同；
2．导体与磁体间有相对运动时，阻碍相对运动——来拒去留；
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——增缩减扩；
4．自感现象中，感应电动势阻碍原电流的变化——增反减同。
【例3】　(2022·全国大纲卷，20)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开头下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率(　　)
A．均匀增大
B．先增大，后减小
C．渐渐增大，趋于不变
D．先增大， 再减小，最终不变
解析　开头时，条形磁铁以加速度g竖直下落，则穿过铜环的磁通量发生变化，铜环中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落。开头时的感应电流比较小，条形磁铁向下做加速运动，且随下落速度增大，其加速度变小。当条形磁铁的速度达到肯定值后，相应铜环对条形磁铁的作用力趋近于条形磁铁的重力。故条形磁铁先加速运动，但加速度变小，最终的速度趋近于某个定值。选项C正确。
答案　C

磁场中闭合电路运动状况的分析方法
(1)常规法
据原磁场(B原方向及ΔΦ状况)确定感应磁场(B感方向)推断感应电流(I感方向)导体受力及运动趋势。
(2)效果法
由楞次定律可知，感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“缘由”，深刻理解“阻碍”的含义。据“阻碍”原则，可直接对运动趋势作出推断，更简捷、快速。
【变式训练】
3．如图7所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力N及在水平方向运动趋势的正确推断是(　　)

图7
A．N先小于mg后大于mg，运动趋势向左
B．N先大于mg后小于mg，运动趋势向左
C．N先大于mg后大于mg，运动趋势向右
D．N先大于mg后小于mg，运动趋势向右
解析　条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时，穿过线圈的磁通量先增加后削减。当穿过线圈的磁通量增加时，为阻碍其增加，线圈有向磁场弱的地方运动的趋势，即在竖直方向上有向下运动的趋势，所以线圈受到的支持力大于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势；当穿过线圈的磁通量削减时，为阻碍其削减，在竖直方向上线圈有向上运动的趋势，所以线圈受到的支持力小于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势。综上所述，线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势总是向右，选D。
答案　D
考点四　“三个定则、一个定律”的综合应用
名称
基本现象
应用的定则或定律
电流的磁
效应
运动电荷、
电流产生磁场
安培定则
(因电而生磁)
洛伦兹力、
安培力
磁场对运动电荷、
电流有作用力
左手定则
(因电而受力)
电磁感应
部分导体做切
割磁感线运动
右手定则
(因动而生电)
闭合回路磁
通量变化
楞次定律
(因磁而生电)
【例4】　(多选)如图8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(　　)

图8
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

由MN的运动状况→确定MN所受的安培力方向MN处的磁场方向MN中的感应电流方向L1中感应电流的磁场方向L2中磁场方向及变化状况PQ中电流方向及大小变化确定PQ所做的运动。
解析　MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，由于ab在MN处的磁场垂直纸面对里MN中的感应电流由M→NL1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中磁场方向向下增加PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动。
答案　BC
【变式训练】
4. (多选)如图9所示，在匀强磁场中放有平行金属导轨，它与大线圈M相连接，要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在金属导轨上的金属棒ab的运动状况是(两线圈共面放置)(　　)

图9
A．向右匀速运动 B．向左加速运动
C．向右减速运动 D．向右加速运动
解析　欲使N产生顺时针方向的感应电流，感应电流的磁场方向垂直纸面对里，由楞次定律可知有两种状况：一是M中有沿顺时针方向渐渐减小的电流，使其在N中的磁场方向向里，且磁通量在减小；二是M中有逆时针方向渐渐增大的电流，使其在N中的磁场方向向外，且磁通量在增大。因此对前者应使ab向右减速运动；对于后者，则应使ab向左加速运动。
答案　BC