91电磁感应现象楞次定律(选修3-2).docx

第1节 电磁感应现象 楞次定律【高考目标导航】考纲点击热点提示1. 电磁感应现象 2. 磁通量 3. 法拉第电磁感应定律 4. 楞次定律 5. 自感、涡流 1. 感应电流的产生及方向的判断2. 法拉第电磁感应定律的应用，以选择题和计算题为主，通常结合电路、力学、能量转化与守恒等知识3. 对电磁感应图像问题的考查主要以选择题为主，是常考知识点【考纲知识梳理】一、 电磁感应现象1、 产生感应电流的条件：只要闭合回路中磁通量发生变化即0，闭合电路中就有感应电流产生2、 磁通量变化的常见情况 (改变的方式)：1线圈所围面积发生变化，闭合电路中的局部导线做切割磁感线运动导致变化;其实质也是B不变而S增大或减小2线圈在磁场中转动导致变化。线圈面积与磁感应强度二者之间夹角发生变化。如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型。3磁感应强度B随t(或位置)变化,磁感应强度是时间的函数；或闭合回路变化导致变化3、 产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那局部导体相当于电源.4、 电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,那么有感应电流,如果回路不闭合，那么只能出现感应电动势，而不会形成持续的电流 二、楞次定律和右手定那么1、楞次定律1内容：感应电流的磁场总是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2、 右手定那么 1伸开右手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指指向导线运动的方向, 四指所指的方向即为感应电流方向(电源). 2适用情况：导体做切割磁感线产生感应电流【要点名师透析】一、电磁感应现象是否发生的判断1.判断流程2.引起磁通量变化的几种情况(1)磁场变化如：永磁铁与线圈的靠近或远离.电磁铁(螺线管)内电流的变化.(2)回路的有效面积变化回路面积变化：如闭合线圈局部导线切割磁感线.如图甲.回路平面与磁场夹角变化：如线圈在磁场中转动.如图乙.【例1】如下列图，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.在以下各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是( )A.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(0 B. D.【答案】D线圈从a到b做自由落体运动，在b点开始进入磁场切割磁感线所有受到安培力，由于线圈的上下边的距离很短，所以经历很短的变速运动而进入磁场，以后线圈中磁通量不变不产生感应电流，在c处不受安培力，但线圈在重力作用下依然加速，因此从d处切割磁感线所受安培力必然大于b处，答案D。【命题意图与考点定位】线圈切割磁感线的竖直运动，应用法拉第电磁感应定律求解。7.09浙江17如下列图，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、阻值为的闭合矩形金属线框用绝缘轻质细杆悬挂在点，并可绕点摆动。金属线框从右侧某一位置静止开始释放，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。那么线框中感应电流的方向是 B ABC先是，后是D先是，后是解析：由楞次定律，一开始磁通量减小，后来磁通量增大，由“增反“减同可知电流方向是。8.09上海物理13如图，金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上，在ef右侧存在有界匀强磁场B，磁场方向垂直导轨平面向下，在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导轨在同一平面内。当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后，圆环L有_填收缩、扩张趋势，圆环内产生的感应电流_填变大、变小、不变。答案：收缩，变小解析：由于金属棒ab在恒力F的作用下向右运动，那么abcd回路中产生逆时针方向的感应电流，那么在圆环处产生垂直于只面向外的磁场，随着金属棒向右加速运动，圆环的磁通量将增大，依据楞次定律可知，圆环将有收缩的趋势以阻碍圆环的磁通量将增大；又由于金属棒向右运动的加速度减小，单位时间内磁通量的变化率减小，所以在圆环中产生的感应电流不断减小。【考点模拟演练】1.(2022韶关模拟)如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，其中表示正确的选项是( )【答案】选C、D.【详解】先根据楞次定律“来拒去留判断线圈的N极和S极.A中线圈上端为N极，B中线圈上端为N极，C中线圈上端为S极，D中线圈上端为S极，再根据安培定那么确定感应电流的方向，A、B错误，C、D正确.2.一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如下列图的匀强磁场中运动，线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置和位置时，顺着磁场的方向看去，线圈中的感应电流的方向分别为( ) 位置 位置A.逆时针方向 逆时针方向B.逆时针方向 顺时针方向C.顺时针方向 顺时针方向D.顺时针方向 逆时针方向【答案】选B.【详解】线圈第一次经过位置时，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律，线圈中感应电流的磁场方向向左，根据安培定那么，顺着磁场看去，感应电流的方向为逆时针方向.当线圈第一次通过位置时，穿过线圈的磁通量减小，可判断出感应电流为顺时针方向，应选项B正确.3. (2022江门模拟)如图是某电磁冲击钻的原理图，假设突然发现钻头M向右运动，那么可能是( )A.开关S闭合瞬间B.开关S由闭合到断开的瞬间C.开关S已经是闭合的，变阻器滑片P向左迅速滑动D.开关S已经是闭合的，变阻器滑片P向右迅速滑动【答案】选A、C.【详解】M向右运动是阻碍磁通量的增加,原因是左边螺线管中电流的磁场增强,所以有两种情况,一是S闭合,二是滑片P向左滑动,故A、C对.4.(2022福州模拟)如下列图,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( )A.a、b将相互远离B.a、b将相互靠近C.a、b将不动D.无法判断 【答案】选A.【详解】根据=BS,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,导体环应该尽量远离磁铁,所以a、b将相互远离.5.电阻R、电容器C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如下列图，现使磁铁开始下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是( )A.从a到b，上极板带正电B.从a到b，下极板带正电C.从b到a，上极板带正电D.从b到a，下极板带正电【答案】选D.【详解】在N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁感线方向向下，磁通量增大，由楞次定律可判定流过线圈的电流方向向下，外电路电流由b流向a，同时线圈作为电源，下端应为正极，那么电容器下极板电势高，带正电.6.(2022杭州模拟)如下列图，一根长导线弯成如图abcd的形状，在导线框中通以直流电，在框的正中间用绝缘的橡皮筋悬挂一个金属环P，环与导线框处于同一竖直平面内，当电流I增大时，以下说法中正确的选项是( )A.金属环P中产生顺时针方向的电流B.橡皮筋的长度增大C.橡皮筋的长度不变D.橡皮筋的长度减小【答案】选B.【详解】导线框中的电流所产生的磁场在金属环P内的磁通量方向垂直于纸面向里，当电流I增大时，金属环P中的磁通量向里且增大，由楞次定律和安培定那么可知金属环P中产生逆时针方向的感应电流，故A错;根据对称性及左手定那么可知金属环P所受安培力的合力方向向下，并且随电流I的增大而增大，所以橡皮筋会被拉长，故B正确，C、D错.7.如下列图，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力作用下运动时， MN在磁场力作用下向右运动，那么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【答案】选B、C.【详解】设PQ向右运动，用右手定那么和安培定那么判定可知穿过L1的磁感线方向向上.假设PQ向右加速运动，那么穿过L1的磁通量增加，用楞次定律判定可知通过MN的感应电流方向是NM，对MN用左手定那么判定可知MN向左运动，可见A选项不正确.假设PQ向右减速运动，那么穿过L1的磁通量减少，用楞次定律判定可知通过MN的感应电流方向是MN，用左手定那么判定可知MN向右运动，可见C正确.同理设PQ向左运动，用上述类似方法可判定B正确，而D错误.8.(2022皖南八校联考)如右图所示，一半圆形铝框处在水平向外的非匀强磁场中，场中各点的磁感应强度为By，y为该点到地面的距离，c为常数，B0为一定值铝框平面与磁场垂直，直径ab水平，(空气阻力不计)铝框由静止释放下落的过程中()A铝框回路磁通量不变，感应电动势为0B回路中感应电流沿顺时针方向，直径ab两点间电势差为0C铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度gD直径ab受安培力向上，半圆弧ab受安培力向下，铝框下落加速度大小可能等于g【答案】C【详解】由题意知，y越小，By越大，下落过程中，磁通量逐渐增加，A错误；由楞次定律判断，铝框中电流沿顺时针方向，但Uab0，B错误；直径ab受安培力向上，半圆弧ab受安培力向下，但直径ab处在磁场较强的位置，所受安培力较大，半圆弧ab的等效水平长度与直径相等，但处在磁场较弱的位置，所受安培力较小，这样整个铝框受安培力的合力向上，故C正确D错误9.一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动M连接在如右图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关以下情况中，可观测到N向左运动的是()A在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间B在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间C在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向c端移动时D在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向d端移动时【答案】C【详解】由楞次定律及左手定那么可知：只要线圈中电流增强，即穿过N的磁通量增加，那么N受排斥而向右，只要线圈中电流减弱，即穿过N的磁通量减少，那么N受吸引而向左故C选项正确10如右图所示，金属棒ab置于水平放置的金属导体框架cdef上，棒ab与框架接触良好从某一时刻开始，给这个空间施加一个斜向上的匀强磁场，并且磁场均匀增加，ab棒仍静止，在磁场均匀增加的过程中，关于ab棒受到的摩擦力，以下说法正确的选项是()A摩擦力大小不变，方向向右B摩擦力变大，方向向右C摩擦力变大，方向向左D摩擦力变小，方向向左【答案】B【详解】此题考查电磁感应规律和平衡条件由法拉第电磁感应定律，ab中产生的电流的大小恒定，方向由b到a，由左手定那么，ab受到的安培力方向向左下方，FBIL，由于B均匀变大，F变大，F的水平分量Fx变大，静摩擦力FfFx变大，方向向右，B正确此题难度中等11磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内，有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd，沿垂直于磁感线方向，以速度v匀速通过磁场，如图28所示，从ab进入磁场时开始计时(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象；(2)判断线框中有无感应电流假设有，请判断出感应电流的方向解析：线框穿过磁场的过程可分为三个阶段：进入磁场阶段(只有ab边在磁场中)、在磁场中运动阶段(ab、cd两边都在磁场中)、离开磁场阶段(只有cd边在磁场中)【答案】(1)如图29所示(2)线框进入磁场阶段，电流方向逆时针；线框在磁场中运动阶段，无电流；线框离开磁场阶段，电流方向顺时针【详解】 (1)线框进入磁场阶段：t为0，线框进入磁场中的面积随时间成正比，Slvt，最后为BSBl2.线框在磁场中运动阶段：t为，线框磁通量为Bl2，保持不变线框离开磁场阶段：t为，线框磁通量线性减小，最后为零(2)线框进入磁场阶段，穿过线框的磁通量增加，线框中将产生感应电流由右手定那么可知，感应电流方向为逆时针方向线框在磁场中运动阶段，穿过线框的磁通量保持不变，无感应电流产生线框离开磁场阶段，穿过线框的磁通量减小，线框中将产生感应电流由右手定那么可知，感应电流方向为顺时针方向12.(17分)如下列图，固定于水平面上的金属架CDEF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t0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN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t0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化请推导出这种情况下B与t的关系式【答案】B【详解】要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化在t0时刻，穿过线圈平面的磁通量1B0SB0l2设t时刻的磁感应强度为B，此时磁通量为2Bl(lvt)由12得B.