2019届二轮复习楞次定律　法拉第电磁感应定律及应用课件(共34张)(浙江专用) 34页

第 14 讲　楞次定律　法拉第电磁感应定律及 应用 [ 考试要求和考情分析 ] 考试内容 选考要求 历次选考统计 命题角度 2016/04 2016/10 2017/04 2017/11 2018/04 2018/11 电磁感应综合题：动量、电路、图象；电磁驱动、电磁阻尼 电磁感应现象 b           楞次定律 c     21     法拉第电磁感应定律 d 23 22 22 22 23 电磁感应现象的两类情况 b 23 22 22 22 23 22 互感和自感 b             涡流、电磁阻尼和电磁驱动 b             电磁感应现象的理解及楞次定律的应用 [ 要点总结 ] 1. 电磁感应现象能否发生的判断关键 弄清楚 回路内的磁场分布，并确定其磁通量是否变化。 2. 楞次定律的理解要注意以下两点 ( 1) 感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向并非总是相同或相反，而是 “ 增反减同 ” 。 ( 2) 由于运动而产生感应电流时，感应电流的效果是阻碍物体间的相对运动，而不是阻碍物体的运动 。 [ 典例分析 ] 【例 1 】 (2018· 浙江湖州中学高三月考 ) 扫描隧道显微镜 (STM) 可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对 STM 的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图 1 所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 ( 　　 ) 图 1 解析 　施加磁场来快速衰减 STM 的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案 A 中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化；方案 B 中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变，当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案 C 中，紫铜薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量可能不变；方案 D 中，当紫铜薄板上下振动时，紫铜薄板中磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 A 。 答案 　 A [ 精典题组 ] 1. (2018· 浙江余杭模拟 ) ( 多选 ) 匀强磁场方向垂直纸面，规定垂直纸面向里的方向为正，磁感应强度 B 随时间 t 变化规律如图 2 甲所示。在磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内，如图乙所示。令 I 1 、 I 2 、 I 3 分别表示 Oa 、 ab 、 bc 段的感应电流， f 1 、 f 2 、 f 3 分别表示 I 1 、 I 2 、 I 3 时，金属环上很小一段受到的安培力。则 ( 　　 ) 图 2 A. I 1 沿逆时针方向， I 2 沿顺时针方向 B. I 2 沿逆时针方向， I 3 沿顺时针方向 C. f 1 方向指向圆心， f 2 方向指向圆心 D. f 2 方向背离圆心向外， f 3 方向指向圆心 解析 　由图甲所示可知， Oa 段，磁场方向垂直于纸面向里，穿过圆环的磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流 I 1 沿逆时针方向，在 ab 段磁场向里，穿过圆环的磁通量减少，由楞次定律可知，感应电流 I 2 沿顺时针方向，选项 A 正确；在 bc 段，磁场向外，磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流 I 3 沿顺时针方向，选项 B 错误；由左手定则可知， Oa 段电流受到的安培力 f 1 方向指向圆心， ab 段安培力 f 2 方向背离圆心向外， bc 段，安培力 f 3 方向指向圆心，选项 C 错误， D 正确。 答案 　 AD 2. (2018· 浙江瑞安模拟 ) ( 多选 ) 在某小组探究楞次定律的实验中，小组同学设计了如图 3 所示的电路进行实验。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 连接在如图所示的电路中，其中 R 为滑动变阻器， E 1 和 E 2 为直流电源， S 为单刀双掷开关。下列情况中，可观测到 N 向右运动的是 ( 　　 ) 图 3 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 解析 　由楞次定律的第二种描述： “ 来拒去留 ” 可知要使 N 向右运动，穿过 N 的磁通量应增大；而 A 、 B 中由断开到闭合过程中磁通量均增大，选项 A 、 B 正确；若移动滑动头，则向 c 端移动时，滑动变阻器接入电阻增大，则电路中电流减小，磁通量减小，故会使 N 左移，选项 C 错误；而 D 中向 d 移动时，滑动变阻器接入电阻减小时，故电路中电流增大，磁场增大，故会使 N 右移，选项 D 正确。 答案 　 ABD 法拉第电磁感应定律的理解及 应用 [ 要点总结 ] 2. 平动切割问题 ( 1) 有效长度：公式 E ＝ BL v 中的 L 为有效切割长度，即导体在与 v 垂直的方向上的投影长度 ( 2) 相对性： E ＝ BL v 中的速度 v 是相对于磁场的速度，若磁场也运动时，应注意速度间的相对关系 。 3. 转动 切割 图 4 (1) 线框不动时，回路中的感应电动势 E ； (2) 小灯泡正常发光时的电阻 R ； (3) 线框保持不动的时间内，小灯泡产生的热量 Q 。 解析 　 (1) 由法拉第电磁感应定律 有 (2) 小灯泡正常发光，有 P ＝ I 2 R 由 闭合电路欧姆定律有 E ＝ I ( R 0 ＋ R ) 代入数据解得 I ＝ 1 A ， R ＝ 1.25 Ω 。 (3) 当线框恰好要运动时，设磁场的磁感应强度大小为 B ′ 对线框 bc 边处于磁场中的部分受力分析 安培力 F 安 ＝ nB ′ I × 2 r 由共点力的平衡条件有 mg sin θ ＝ F 安 ＋ F f ＝ 2 nB ′ Ir ＋ μmg cos θ 解得线框刚要运动时，磁场的磁感应强度大小 B ′ ＝ 0.4 T [ 精典题组 ] 3. (2018· 浙江温州十五中高三月考 ) ( 多选 ) 如图 5 所示是一个非接触式电源供应系统，左侧线圈连接小灯泡，右侧线圈接电源，电路均闭合。它是基于电磁感应原理，可以实现无线电力传输。下列说法正确的是 ( 　　 ) 图 5 A. 只要右侧线圈中输入电流，左侧小灯泡中就会有电流 B. 只有右侧线圈中输入变化的电流，左侧小灯泡中才会有电流 C. 右侧线圈中电流越大，左侧线圈中感应电动势越大 D. 右侧线圈中电流变化越快，左侧线圈中感应电动势越 大 答案 　 BD 4. (2018· 浙江余姚中学高三选考模拟 ) 如图 6 甲所示，光滑绝缘斜面的倾角 θ ＝ 30° ，矩形区域 GHIJ ( GH 与 IJ 相距为 d ) 内存在着方向垂直于斜面的匀强磁场。质量为 m 、边长为 d 的正方形闭合金属线框 abcd 平放在斜面上，开始时 ab 边与 GH 相距也为 d ，现用一平行于斜面的恒力拉动线框，使其由静止开始 ( t ＝ 0) 沿斜面向上运动，当线框完全通过磁场后运动一段时间再撤去外力。已知线框运动的过程中产生的电流 I 随时间 t 变化的 I － t 图象如图乙所示 ( 规定电流沿 abcd 方向为正 ) 。已知向上穿过磁场时线框中电流大小为 I 0 ，前后两次通过磁场产生电流的时间之比为 2 ∶ 1 ，重力加速度为 g ，斜面足够长，线框 ab 边始终与 GH 平行，求 ： 图 6 (1) 匀强磁场的磁感应强度 B 的大小和方向； (2) 线框的电阻阻值 。 解析 　 (1) 由 I － t 图象知道，线框向上和向下穿过磁场的过程都做匀速运动 设向上穿过磁场时线框的速度大小为 v 1 向下穿过磁场时线框的速度大小为 v 2 线框中电流大小为 I ； 根据运动学公式和欧姆定律可得 向上时，有 v 1 t 1 ＝ 2 d ， I 0 R ＝ Bd v 1 向下时，有 v 2 t 2 ＝ 2 d ， IR ＝ Bd v 2 根据共点力的平衡可得 mg sin 30° ＝ BId 由题设条件知道 t 1 ∶ t 2 ＝ 2 ∶ 1 (2) 线框向上穿过磁场时，根据共点力平衡可得 F ＝ mg sin 30° ＋ BI 0 d 线框从开始运动到 ab 边向上刚好进入磁场的过程中，根据动能定理可 得 互感和自感　涡流　电磁阻尼和电磁驱动 [ 要点总结 ] 1. 分析自感现象应注意 ( 1) 通过自感线圈中的电流不能发生突变，即通电过程中，电流逐渐变大，断电过程中，电流逐渐变小，此时线圈可等效为 “ 电源 ” ，该 “ 电源 ” 与其他电路元件形成回路； ( 2) 断电自感现象中灯泡是否 “ 闪亮 ” 的判断：若断电后通过灯泡的电流比原来强，则灯泡先闪亮，再慢慢熄灭 。 2. 电磁阻尼和电磁驱动 ( 1) 电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的相对运动。 ( 2) 电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中产生的感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来 。 [ 典例分析 ] 【例 3 】 (2018· 浙江临海杜桥中学月考 ) ( 多选 ) 如图 7 所示，是法拉第设计的一个研究互感现象的实验装置，图中 A 线圈与电源和开关 S 连接， B 线圈与一个左进左偏、右进右偏型 ( 电流从左接线柱流入电流计指针向左偏转，电流从右接线柱流入电流计指针向右偏转 ) 电流计连接，两个线圈绕在同一个圆形铁芯上。以下说法正确的是 ( 　　 ) A. 开关 S 闭合的瞬间电流计指针向右偏转 B. 开关 S 由闭合到断开的瞬间电流计指针向左偏转 C. B 线圈中产生的感应电流是一种自感现象 D. 开关断开、闭合过程中的这种现象是一种互感 现象 解析 　如果在闭合开关时，根据右手螺旋定则可知，穿过线圈 B 的磁通量增大，且顺时针方向，由楞次定律可得，感应电流盘旋而上，电流计指针将向右偏，选项 A 正确；开关 S 由闭合到断开的瞬间时，根据右手螺旋定则可知，穿过线圈 B 的磁通量减小，且顺时针方向，由楞次定律可得，感应电流盘旋而下，电流计指针将向左偏，选项 B 正确；由于 B 中产生的电流，是由于 A 中的电流变化，使产生的变化磁场穿过 B ，使 B 中产生电流，所以并不是自感现象，选项 C 错误；开关断开、闭合过程中是由于 A 中的电流变化，使产生的变化磁场穿过 B ，使 B 中产生电流，所以是一种自感现象，选项 D 正确。 答案 　 ABD [ 精典题组 ] 5. (2018· 浙江茅盾中学月考 ) ( 多选 ) 关于涡流，下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置 B. 家用电磁炉是利用涡流来加热食物的 C. 阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动 D. 变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大 涡流 解析 　高频感应炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，选项 A 正确；电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，当含铁质锅具放置炉面时，铁磁性锅体被磁化，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部产生交变的涡流，选项 B 正确；阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，当金属板从磁场中穿过时，金属板板内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用，选项 C 正确；在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是为了减小涡流，选项 D 错误。 答案 　 ABC 6. 如图 8 所示电路中， A 、 B 、 C 为完全相同的三个灯泡， L 是一个直流电阻不可忽略的电感线圈， a 、 b 为线圈 L 的左右两端点，原来开关 S 是闭合的，三个灯泡亮度相同，将开关 S 断开后，下列说法正确的是 ( 　　 ) A. a 点电势高于 b 点， A 灯闪亮后缓慢熄灭 B. a 点电势低于 b 点， B 、 C 灯闪亮后缓慢熄灭 C. a 点电势高于 b 点， B 、 C 灯闪亮后缓慢熄灭 D. a 点电势低于 b 点， B 、 C 灯不会闪亮只是缓慢熄灭 解析 　开关闭合稳定时，三个灯泡亮度相同，则流过 A 的电流等于流过 B 、 C 的电流，开关由闭合到断开瞬间， B 、 C 灯原来的电流瞬间消失，而线圈产生自感电动势阻碍 B 、 C 灯中电流减小，并与 A 、 B 、 C 组成回路，原来两支路灯电流相等，则开关断开瞬间，电流都从原来 A 的值开始减小，所以三灯均过一会儿才熄灭。由于电流的方向与 A 的原电流的方向相反，则流过三个灯的电流的方向为逆时针方向， b 点电势高于 a 点，故选项 D 正确。 答案 　 D