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2011届高三物理一轮复习全案:5.1电磁感应现象楞次定律(选修3-2)



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2011 届高三物理一轮复习全案:5.1 电磁感应现象楞次定律(选修 3-2) 【高考目标定位】 高考目标定位】
考纲点击 1. 电磁感应现象 Ⅰ 2. 磁通量 Ⅰ 3. 法拉第电磁感应定律 Ⅱ 4. 楞次定律 Ⅱ 5. 自感、涡流 Ⅰ 热点提示 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】 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△Φ≠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 (Φ改变的方式):

(1) 线圈所围面积发生变化, 闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致Φ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Φ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Φ 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 感应电动势的那部分导体相当于电源. 4、 电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,则有感应电流,如果回路不闭合, 则只能出现感应电动势,而不会形成持续的电流. 二、楞次定律和右手定则 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
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2、 右手定则 (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

【要点名师精解】 要点名师精解】
一、 楞次定律的理解 1、楞次定律中“阻碍”两字的含义: (1)谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量; (2)阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身; (3) 如何阻碍?当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,当磁通量减小时, 感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即”增反减同”; (4) 结果如何?阻碍不是阻止,只是延缓了磁通量变化的快慢,结果是增加的还是增加,减少 的还是减少.

【例 1】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,当 PQ 在外 】 力作用下运动时,MN 在磁场力作用下向右运动.则 PQ 所做的运动可能是 A.向右匀速运动 C.向左加速运动 B.向右加速运动 D.向左减速运动 N,

解析:当 解析 MN 在磁场力作用下向右运动,根据左手定则可在通过 MN 的电流方向为 M

故线圈 B 中感应电流的磁场方向向上;要产生该方向的磁 场,则线圈 A 中的磁场方向向上,磁 场感应强度则减弱;磁场方向向下,磁场强度则增加.若是第一种情况,则 PQ 中感应电流方向 Q P,且减速运动,所以 PQ 应向右减速运动;同理,则向右加速运动.故 BC 项正确. 答案: 答案:BC 名师点评: 二次感应问题是两次利用楞次定律进行分析的问题, 能够有效考查对楞次定律的 名师点评:

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理解是准确、清晰。要注意:B 线圈中感应电流的方向决定 A 线圈中磁场的方向,B 线圈 中电流的变化情况决定 A 线圈中磁通量的变化情况,把握好这两点即可结合楞次 定律顺利 解决此类问题 二、 感应电流方向的判断 1、 楞次定律判定感应电流方向的一般步骤 基本思路可归结为: “一原、二感、三电流” , (1)明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何; (2)确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化(是增还是减) (3)根据楞次定律确定感应电流磁场的方向. (4)再利用安培定则,根据感应电流磁场的方向来确定感应电流方向. 2、 规律比较

【例 2】 09 年山东卷)21.如图所示,一导线弯成半径为 a 的半圆形闭合回路。虚线 MN ( 年山东卷) 右侧有磁感应强度为 B 的匀强磁场。 方向垂直于回路所在的平面。 回路以速度 v 向右匀速进 入磁场,直径 CD 始络与 MN 垂直。从 D 点到达边界开始到 C 点进入 磁场为止,下列结论正确的是 A.感应电流方向不变 B.CD 段直线始终不受安培力 C.感应电动势最大值 E=Bav D.感应电动势平均值 E =

1 πBav 4

解析:A 选项在闭合电路进入磁场的过程中,通过闭合电路的磁通量逐渐增大,根据楞 解析 次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变,A 正确。 B 选项根据左手定则可以判断,受安培力向下,B 不正确。 C 选项当半圆闭合回路进入磁场一半时,即这时等效长度最大为 a,这时感应电动势最
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大 E=Bav,C 正确。

1 B ? πa 2 ?Φ 2 D 选项感应电动势平均值 E = = ,D 正确。 2a ?t v
答案: 答案:ACD 名师点评: 名师点评:感应电动势公式 E =

?φ 只能来计算平均值,利用感应电动势公式 E = Blv 计 ?t

算时,l 应是等效长度,即垂直切割磁感线的长度。

【感悟高考真题】 感悟高考真题】
1、 (2010·全国卷 1)17.某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下,大小为 · )

4.5 × 10?5 T。一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸,河宽 100m,该河段涨潮和落潮时
有海水(视为导体)流过。设落潮时,海水自西向东流,流速为 2m/s。下列说法正确的是 A.河北岸的电势较高 C.电压表记录的电压为 9mV 【答案】BD 【解析】海水在落潮时自西向东流,该过程可以理解为:自西向东运动的导体棒在切割 竖直向下的磁场。根据右手定则,右岸即北岸是正极电势高,南岸电势低,D 对 C 错。根 据法拉第电磁感应定律 E = BLv = 4.5 × 10 ?5 × 100 × 2 = 9 × 10 ?3 V, B 对 A 错。 【命题意图与考点定位】导体棒切割磁场的实际应用题。 2、 (2010·全国卷 2)18.如图,空间某区域中有一匀强磁场,磁感应强度方向水平, 2010· 且垂直于纸面向里,磁场上边界 b 和下边界 d 水平。在竖直面内有一矩形金属统一加线圈, 线圈上下边的距离很短,下边水平。线圈从水平面 a 开始下落。已知磁场上下边界之间的距 离大于水平面 a、b 之间的距离。若线圈下边刚通过水平面 b、c(位于磁场中)和 d 时,线 圈所受到的磁场力的大小分别 为 Fb 、 Fc 和 Fd ,则 B.河南岸的电势较高 D.电压表记录的电压为 5mV

A. Fd > Fc > Fb

B. Fc < Fd < Fb

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C. Fc > Fb > Fd 【答案】D

D. Fc < Fb < Fd

【解析】 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 Fb ,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。 3.(09·浙江·17) 3.(09·浙江·17)如图所示,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。则线框中感应电流的方向是 A. a → b → c → d → a B. d → c → b → a → d C.先是 d → c → b → a → d ,后是 a → b → c → d → a D.先是 a → b → c → d → a ,后是 d → c → b → a → d 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 解析 方向是 d → c → b → a → d 。 4.(09·上海物理·13) 4.(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,则 abcd 回路中产生逆时针方向的感应 解析 电流,则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
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( B )

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电流不断减小。 08·全国Ⅰ 20) 5、 (08·全国Ⅰ·20)矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在 平面垂直,规定磁场的正方向垂直低面向里,磁感应强度 B 随时间变化的规律如图所示.若 规定顺时针方向为感应电流 I 的正方向,下列各图中正确的是 ( D )

解析: 解析:0-1s 内 B 垂直纸面向里均匀增大,则由楞次定律及法拉第电磁感应定律可得线圈中 产生恒定的感应电流,方向为逆时针方向,排除 A、C 选项;2s-3s 内,B 垂直纸面向外均 匀增大, 同理可得线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向,排除 B 选项,D 正确。 6、 (08·全国Ⅱ·21)如图,一个边长为 l 的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁 08·全国Ⅱ 21) 场; 一个边长也为 l 的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直; 虚线框对角线 ab 与导线 框的一条边垂直,ba 的延长线平分导线框.在 t=0 时, 使导线框从图示位置开始以恒定速 度沿 ab 方向移动,直到整个导线框离开磁场区域.以 i 表示导线框中感应电流的强度,取 逆时针方向为正.下列表示 i-t 关系的 是(C) a 图示中,可能正确的

b

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解析: 解析:从正方形线框下边开始进入到下边完全进入过程中,线框切割磁感线的有效长度逐 渐增大,所以感应电流也逐渐拉增大,A 项错误;从正方形线框下边完全进入至下边刚穿 出磁场边界 时,切割磁感线有效长度不变,故感应电流不变,B 项错;当正方形线框下边 离开磁场, 上边未进入磁场的过程比正方形线框上边进入磁场过程中, 磁通量减少的稍慢, 故这两个过程中感应电动势不相等,感应电流也不相等,D 项错,故正确选项为 C。 08·四川·17) 7、 (08·四川·17)在沿水平方向的匀强磁场中,有一圆形金属线圈可绕沿其直径的竖直 轴自由转动。开始时线圈静止,线圈平面与磁场方向既不平行也不垂直,所成的锐角为α。 在磁场开始增强后的一个极短时间内,线圈平面 A.维持不动 C.将向使α增大的方向转动 增大还是会减小 解析: 解析:由楞次定律可知,当磁场开始增强时,线圈平面转动的效果是为了减小线圈磁通量的 增加,而线圈平面与磁场间的夹角越小时,通过的磁通量越小,所以将向使 α 减小的方向转 动. ( B )

B.将 向使α减小的方向转动 D.将转动,因不知磁场方向,不能确定α会

【考点精题精练】 考点精题精练】
1、 (2010·北京东城区二模) 如图所示,甲、乙都是完全相同的闭合正方形导线框,

a、b 是边界范围、磁感应强度大小和方向都相同的两个匀强磁场区域,只是 a 区 域到地面 的高度比 b 高一些。甲、乙线框分别从磁场区域的正上方相同高度处同时由静止释放,穿过 磁场后落到地面。下落过程中线框平面始终保持与磁场方向垂直。以下说法正确的是 ( )

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A.落地时甲框的速度比乙框小 B.落地时甲框的速度比乙框大 C.落地时甲乙两框速度相同 D.穿过磁场的过程中甲、乙线框中产生热量相同 2、 (2010·北京市宣武区二模) 如图所示, 只有在两平行虚线间的区域内存在着匀强磁 场 B,闭合直角三角形圈 abc 的 ab 边与磁场的边界虚线平行,而且 bc 边的长度恰好和两平 行直线之间的宽度相等。 当线圈以速度 v 匀速地向右穿过该区域时, 下列四个图像中的哪一 个可以定性地表示线圈中感应电流随时间变化的规律 ( C)

3、 (2010·浙江省台州市高三第二次调考)

如图所示,空间分布着宽为 L,垂直于纸

面向里的匀强磁场. 一金属线框从磁场左边界匀速向右通过磁场区域. 规定逆时针方向为电 流的正方向,则感应电流随位移变化的关系图(i-x)正确的是 B

4、 (2010·江苏盐城中学高三一模) 如图所示,金属棒 ab 置于水平放置的光滑框架 cdef 上,棒与框架接触良好,匀强磁场竖直向下。从某时刻开始磁感应强度均匀增加, 同时施加一个水平外力 F 使金属棒 ab 保持静止,则 F A.方向向右,且为恒力 B.方向向右,且为变力 C.方向向左,且为变力 D.方向向左,且为恒 力

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5、 水平光滑的平行导轨 MN、PQ 上放着光滑导体棒 ab、cd,两棒用绝缘细线系住,开始 时匀强磁场的方向如图甲所示,而磁感应强度 B 随时间 t 的变化如图所示,不计 ab、cd 间 电流的相互作用,则细线中的张力 ( )

A.在 0 到 t0 时间内逐渐增大 B.在 0 到 t0 时间内逐渐减小 C.在 0 到 t0 时间内不变 D.在 t0 到 t1 时间内为零 答案 BD 6、 边长为 L 的正方形金属框在水平恒力 F 作用下运动,穿过方向如图的有界匀强磁场区 域,磁场区域的宽度为 d(d>L).已知 ab 边进入磁场时,线框的加速度恰好为零.则线框进 入磁场和穿出磁场的过程相比较,有 ( )

A.产生的感应电流方向相同 B.受的安培力方向相反 C.进入磁场过程的时间等于穿出磁场过程的时间 D.进入磁场过程中产生的热量少于穿出磁场过程产生的热量 答案:D
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7、

如图所示, 两块金属板水平放置, 与左侧水平放置的线圈通过开关 K 用导线连接. 压

力传感器上表面绝缘,位于两金属板间,带正电小球静置于压力传感器上,均匀变化的磁场 沿线圈的轴向穿过线圈. 未接通时传感器的示数为 l N, 闭合后传感器的示数变为 2 N. K K 则 磁场的变化情况可能是 ( )

A.向上均匀增大 C.向下均匀减小 AC

B.向上均匀减小 D.向下均匀增大

8、 如图所示,金属杆 ab 以恒定的速率 v 在光滑平行导轨上向右滑行,设整个电路总电阻 为R (恒定不变) 整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中, , 下列叙述正确的是 ( AC A.ab 杆中的电流强度与速率 v 成正比 B.磁场作用于 ab 杆的安培力与速率 v 成正比 C.电阻 R 上产生的电热功率与速率 v 成正比 D.外力对 ab 杆做功的功率与速率 v 成正比 9、 物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物 质生产的繁荣与人类文明的进步,下列表述正确的是( A ) A.牛顿发现了万有引力定律 B.牛顿通过实验测出了引力常量 C 伽利略发现了行星运动的规律 D. 洛伦兹发现了电磁感应定律 10、 如图,与直导线 AB 共面的轻质闭合金属圆环竖直放置,两者彼此绝缘,环心位于 AB 的上方。 AB 中通有由 A 至 B 的电流且强度不断增大的过程中, 当 关于圆环运动情况以下叙 述正确的是 A.向下平动 B.向上平动 A
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) a

R b

v

(

A )

I B

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C.转动:上半部向纸内,下半部向纸外 D.转动:下半部向纸内,上半部向纸外 11、 11、 绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上,铁芯上套着一个铝环,线圈与电源、电键相连, 如图所示.线圈上端与电源正极相连,闭合电键的瞬间,铝环向上跳起.若保持电键闭合, 则( CD )

A.铝环不断升高 B.铝环停留在某一高度 C.铝环跳起到某一高度后将回落 D.如果电源的正、负极对调,观察到的现象不变 12、 利用电磁感应 12、 物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用.下面列举的四种器件中, 原理工作的是 A.回旋加速器 ( B ) C.质谱仪 D.示波管

B.电磁炉

13、 13、 如图 a 所示,虚线上方空间有垂直线框平面的匀强磁场,直角扇形导线框绕垂直于线 框平面的轴 O 以角速度 ω 匀速转动。设线框中感应电流方向以逆时针为正,那么在图 b 中能正确描述线框从图 a 中所示位置开始转动一周的过程中,线框内感应电流随时间变 化情况的是 ( A )

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