课标人教版高考物理复习资料电磁感应学生版 9页

第十章 电磁感应 一、考纲要求 内 容 要 求 说 明 ‎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 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ ‎“电磁感应”是电磁学的核心内容之一，又是与电学、力学知识紧密联系的知识点，是高考试题考查综合运用知识能力的很好落脚点，本专题涉及三个方面的知识：一、电磁感应，电磁感应研究是其它形式有能量转化为电能的特点和规律，其核心内容是法拉第电磁感应定律和楞次定律；二、与电路知识的综合，主要讨论电能在电路中传输、分配，并通过用电器转化为其它形式的能量的特点及规律；三、与力学知识的综合，主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动特点规律以及电磁感应过程中的能量关系。‎ 磁通量 电磁感应 电磁感应现象 电磁感应应用 电磁感应的规律 电磁感应电动势的大小 法拉第电磁感应定律 E=Δφ/Δt E=BLvsinθ 感应电流的方向 楞次定律 右手定则 电路综合分析 闭合电路的欧姆定律 牛顿 定律 动量守恒定律 能量守恒定律 阻碍变化 变化快慢 二、知识网络 第1讲 电磁感应现象 愣次定律 ‎★考情直播 ‎1.考纲要求 考纲内容 能力要求 考向定位 ‎1．电磁感应现象 ‎2．磁通量 ‎3．楞次定律 ‎4．右手定则 ‎1、知道电磁感应现象以及产生感应电流的条件。‎ ‎2．理解磁通量的定义，理解磁通量的变化、变化率以及净磁通量的概念。‎ ‎3．理解棱次定律的实质，能熟练运用棱次定律来分析电磁感应现象中感应电流的方向。‎ ‎4．理解右手定则并能熟练运用该定则判断感应电流的的方向。‎ 考纲对于电磁感应现象及磁通量均只作Ⅰ级要求，而对愣次定律则作了Ⅱ级要求．电磁感应现象这一考点，往往只要求考生能够区分哪些现象属于电磁感应现象，而磁通量则是为电磁感应定律作铺垫的，很少会单独考查．愣次定律及右手定则是分析电路中电流（电动势）方向的规律，是极为重要的方法，故必须理解并能从不同的角度加以灵活应用 ‎2.考点整合 考点一 磁通量、磁通量的变化及磁通量变化率 ‎1、磁通量φ 磁感应强度B与 于磁场方向的面积S的 叫做穿过这个面积的磁通量，符号φ，国际单位 。定义式为：φ= 。‎ 定义式φ=BS中的面积S指的是垂直于匀强磁场方向的面积，如果面积S与磁感应强度B不垂直，如图‎12-1-1‎，可将磁感应强度B向着垂直于面积S和平行于面积S和方向进行正交分解，也可以将面积向着垂直于磁感应强度B的方向投影。‎ 设此时面积S与磁感应强度B的夹角为θ，则φ= 。‎ 从磁感线角度认为在同一磁场中，磁感线越密的地方，也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方，磁感应强度B越大。因此B越大，S越大，穿过这个面的磁感线条数就越多，磁通量就越大。所以磁通量反映穿过某一面积的磁感线条数的多少。‎ ‎2、磁通量的变化Δφ 磁通量的变化量Δφ= ．与感应电动势的大小无必然联系．由公式：φ=BScosθ可得磁通量发生变化的情况：‎ ‎①Ｂ不变，Ｓ变化，引起φ变化：Δφ= ‎ ‎②Ｂ变化，Ｓ不变，引起φ变化：Δφ= ‎ ‎③Ｂ、Ｓ不变，它们之间的夹角θ发生变化：Δφ= ‎ ‎④Ｂ变化，Ｓ变化，可能引起φ变化（根据题目条件求）‎ ‎ 磁通量φ是由B、S及角度θ共同决定的，磁通量的变化情况应从这三个方面去考虑 ‎3、磁通量的变化率Δφ/Δt 磁通量的变化率为 时间内磁通量的变化量，表示磁通量变化 。‎ 特别提醒 一、磁通量的正负问题:磁通量是标量，但有正负之分。磁通量的正负不代表大小，只反映磁通量是怎么穿过某一平面的，若规定向里穿过某一平面的磁通量为正，则向外为负。尤其在计算磁通量变化时更应注意。‎ 三、净磁通问题:若穿过某一平面的磁感线既有穿出又有穿进时的磁通量，则穿过该平面的合磁通量为净磁感线的条数，即净磁通。‎ ‎[例1] 如图‎12-1-2‎所示，两个同心圆形线圈a、b在同一平面内，其半径大小关系为ra B、= ‎ C、< D、条件不足，无法判断 ‎ ‎ ‎[例2] 在磁感应强度为B的匀强磁场中，面积为S的线圈垂直磁场方向放置，若将此线圈翻转180°，那么穿过此线圈的磁通量的变化量是多少？‎ ‎ [规律总结] 若磁通量的变化量Δφ是指穿过面积末时刻的磁通量φ2与穿过这一面积初时刻的磁通量φ1之差，在计算Δφ时通常取绝对值，如果φ2与φ1反向，那么φ2与φ1的符号相反。‎ 考点二 电磁感应现象 ‎1、利用磁场产生电流的现象叫做 ，产生的电流叫做 。‎ ‎2、要产生感应电流必须满足两个条件：①回路 ，②穿过磁通量 ．当存在多个回路时，只要 闭合回路中的磁通量发生改变，都会产生感应电流． ‎ ‎3、感应电流与感应电动势的关系：在电磁感应现象中产生的是感应电动势，若回路是 的，则有感应电流产生；若回路 ，则只有电动势，而无电流.在闭合回路中，产生感应电动势的部分是 ，其余部分则为外电路.‎ 特别提醒 在分析电磁感应现象问题时要特别注意以下三点：①在一个闭合回路中不管它哪种方式变化，只要穿过回路的磁通量发生变化，回路中就一定有感应电动势产生；②回路中产生了电动势后回路中是否有电流还要看回路是否闭合；③要认清回路。‎ ‎【例3】如图‎12-1-5‎所示，MN、GH为平行导轨，AB、CD为跨在导轨上的两根横杆，导轨和横杆均为导体。有匀强磁场垂直于导轨所在平面。用I表示回路中的电流（ ）‎ A.当AB不动而CD向右滑动时，I≠0且沿顺时针方向 B.当AB向左、CD向右滑动且速度大小相等时，I=0‎ C.当AB、CD都向右滑动且速度大小相等时，I=0‎ D.当AB、CD都向右滑动，且AB速度大于CD时，I≠0且沿逆时针方向 考点三：右手定则、楞次定律 ‎1．右手定则：伸开右手，让大拇指跟其余四个手指 ，并且都跟手掌在同一个 内，让磁感线 穿过手心，拇指指向导体 的方向，其余四指所指的方向就是 的方向．如图所示 ‎ ‎2. 楞次定律 ‎（1）楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 引起感应电流的 的变化．适用于所有电磁感应的情形．感应电流的磁场只是 而不是 原磁通量的变化．‎ ‎（2）、楞次定律的具体含义： ‎ 楞次定律可广义的表述为：感应电流的作用效果总表现为要阻碍（反抗）引起感应电流的原因．常有这么几种形式：（1）从磁通量或电流（主要是自感）的角度看，其规律可总结为“ ”．即若磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向 ，若磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向 ；（2）从运动的角度看，会阻碍或引起相对运动，阻碍相对运动的规律表现为“来 去 ”．或闭合回路能过“扩大”或“减小”面积来实现对磁通量变化的阻碍，规律为“大小小大”．实质是所受安培力的合力不为 ．（3）从能量守恒的角度看，感应电流的存在必然导致其它形式的能量向 能及 能转化．考点三：1、垂直，平面，垂直，运动，感应电流；‎ ‎2、（1）阻碍，磁通量，阻碍，阻止；2）增反减同，相反，相同，拒，留，零，电，内 特别提醒 右手定则、楞次定律是判断感应电流的两个重要依据，对于由磁场变化而引起的感应电流通常用楞次定律来判比较方便，对于导体切割类电磁感应问题一般优先考虑右手定则，它是楞次定律的一种特殊情况，在本质上与楞次定律是一样的。‎ ‎【例3】（2006广东）如图 4 所示，用一根长为 L质量不计的细杆与一个上弧长为 L0、下弧 长为 d0 的金属线框的中点联结并悬挂于 O 点，悬点正下方存在一个上弧 长为 ‎2 L0 、下弧长为 2 d0 的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且 d0<> ‎ C．<< 　　D．>>‎ ‎2．如图2所示，闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的N极朝下。当磁铁向下运动时（但未插入线圈内部）（ ）‎ A．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁铁与线圈相互吸引 B．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁铁与线圈相互排斥 C．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反，磁铁与线圈相互吸引 D．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反，磁铁与线圈相互排斥 ‎3．（2007山东聊城）如图‎12-1-17‎甲，水平面上的平行导轨MN、PQ上放着两根导体棒ab、cd ，两棒间用绝缘丝线的系住．开始时匀强磁场垂直纸面向里，‎2，4,6‎ 磁感应强度B随时间t的变化如图12-1-17乙所示．I和FT分别表示流过导体棒的电流和丝线的拉力（不考虑感应电流磁场的影响），则在t0时刻（ ）‎ A．I=0，FT=0 B．I=0，FT≠‎0 ‎C．I≠0，FT=0 D．I≠0，FT≠0‎ ‎4、一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图‎12-1-3‎所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角。将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为（ ）‎ A．0 B．2BS ‎ C．2BScosθ D．2BSSinθ ‎5．德国《世界报》曾报道个别西方国家正在研制电磁脉冲武器即电磁炸弹，若一枚原始脉冲功率10千兆瓦，频率５千兆赫的电磁炸弹在不到‎100m的高空爆炸，它将使方圆400~‎500m2‎的范围内电场强度达到每米数千伏，使得电网设备、通信设施和计算机中的硬盘与软盘均遭到破坏。电磁炸弹有如此破坏力的主要原因是（ ）‎ A．电磁脉冲引起的电磁感应现象 B．电磁脉冲产生的动能 C．电磁脉冲产生的高温 D．电磁脉冲产生的强光 ‎6、如图，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的机械能守恒 B．金属环在下落过程动能的增加量小于其重力势能的减少量 C．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．‎ ‎。‎ ‎7．(2007肇庆一模）如图所示，在水平面上有一固定的U形金属框架，框架上置有一金属杆ab，在垂直于纸面方向有一匀强磁场，下面情况有可能发生的是（ ）‎ A．若磁场方向垂直于纸面方向向外，当磁感应强度增大时，杆ab将向右移动 B．若磁场方向垂直于纸面方向向外，当磁感应强度减小时，杆ab将向右移动 C．若磁场方向垂直于纸面方向向里，当磁感应强度增大时，杆ab将向右移动 D．若磁场方向垂直于纸面方向向里，当磁感应强度减小时，杆ab将向右移动 图42-B12‎ ‎8．有两条足够长的光滑平行金属导轨竖直放置，而且处于如图42-B12所示的匀强磁场中，在导轨顶端附近，上下横跨并与导轨紧密接触着a、b两条相同导体棒，电阻均为R．不计导轨电阻，以下结论正确的是( )　 A．若同时从静止释放a、b棒，a、b均做自由落体运动 B．若同时从静止释放a、b棒，a、b均做匀速运动 C．若只放开b棒，b先做加速运动，后做减速运动 D．若只放开b棒，b先做加速运动，后做匀速运动 ‎ ‎ ‎9、 如图‎12-1-4‎所示，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与水平面的夹角为300，图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中，并绕着它的一条边从水平位置Ⅰ转到竖直位置Ⅱ（如图中虚线位置）则此过程中磁通量的改变量为（ ）‎ A． B．BS C． D．2BS 考点整合答案：‎ 考点一：1、垂直 ，乘积 ，韦伯（Wb），BS ， BScosθ； 2、|φ2-φ1| ，BΔS， SΔB， BS（cosθ2- cosθ1）； 3、单位，快慢 考点二1、电磁感应，感应电流；2、闭合，发生变化，任一；3、闭合，不闭合，电源。‎ 考点三：1、垂直，平面，垂直，运动，感应电流；‎ ‎2、（1）阻碍，磁通量，阻碍，阻止；2）增反减同，相反，相同，拒，留，零，电，内 ‎★二、高考热点探究 ‎ [真题1]（2006广东高考）如图‎12-3-5‎所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直向上的匀强磁场中，有一上、下两层均与水平面平行的“U”型光滑金属导轨，在导轨面上各放一根完全相同的质量为m的匀质金属杆A1和A2，开始时两根金属杆位于同一竖起面内且杆与轨道垂直．设两导轨面相距为H，导轨宽为L，导轨足够长且电阻不计，金属杆单位长度的电阻为r．现有一质量为m/2的不带电小球以水平向右的速度v0撞击杆A1的中点，撞击后小球反弹落到下层面上的C点．C点与杆A2初始位置相距为S．求：‎ ‎⑴回路内感应电流的最大值；⑵整个运动过程中感应电流最多产生了多少热量；⑶当杆A2与杆A1的速度比为1∶3时，A2受到的安培力大小．‎ ‎[剖析]　⑴对小球和杆A1组成的系统，由动量守恒定律得： ① ‎ 又 s＝vt ② ③ ①②③三式联立解得：　 ④‎ 回路内感应电动势的最大值 ⑤ 回路内感应电流的最大值 ⑥‎ ‎④⑤⑥三式联立解得： ‎ ‎⑵对两棒组成的系统，由动量守恒定律得：‎ 由能量守恒定律，整个运动过程中感应电流最多产生热量为：‎ ‎⑶由动量守恒定律得： 又，，‎ ‎ A2受到的安培力大小 ‎ ‎ [名师指引]此题将电磁感应、电路、动量及能量守恒、受力分析及平抛运动等知识巧妙地结合在一起，既考查了稳定状态，又考查了稳定前的瞬时分析，是一道经典好题．本题是广东卷将不同考点的知识有机的组合在一起的典例，也代表着广东卷命题的一个新趋势新特点，考生应在平时多加训练，培养将题目还原的能力。‎ ‎[新题导练]如图‎12-1-6‎所示，一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁，产生一个中心辐射的磁场（磁场水平向外），其大小为（其中r为辐射半径），设一个与磁铁同轴的圆形铝环，半径为R（大于圆柱形磁铁的半径），而弯成铝环的铝丝其横截面积为S，圆环通过磁场由静止开始下落，下落过程中圆环平面始终水平，已知铝丝电阻率为，密度为0，试求：‎ ‎ （1）圆环下落的速度为v时的电功率 ‎ （2）圆环下落的最终速度 ‎ （3）当下落高度h时，速度最大，从开始下落到此时圆环消耗的电能.‎ 答案：（1）由题意知圆环所在处在磁感应强度B为 ① ‎ 圆环的有效切割长度为其周长即 ② ，圆环的电阻R电为 ③‎ 当环速度为v时，切割磁感线产生的电动势为④，电流为⑤‎ 故圆环速度为v时电功率为P=I2R电⑥，联立以上各式解得⑦‎ ‎（2）当圆环加速度为零时，有最大速度vm 此时 ⑧‎ 由平衡条件 ⑨ 而 ⑩‎ 联立④⑤⑧⑨⑩解得 ⑾ ‎ ‎（3）由能量守恒定律⑿， 解得⒀（‎