高考物理总复习 第九章 第1节 电磁感应现象 楞次定律

第九章电磁感应第一单元电磁感应现象楞次定律一、高考考点,电磁感应现象Ⅰ(考纲要求)1.电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量时，电路中有产生的现象．2．产生感应电流的条件表述1闭合电路的一部分导体在磁场内做运动．表述2穿过闭合电路的磁通量．3．产生电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生，如果回路闭合则产生；如果回路不闭合，则只有，而无 .楞次定律Ⅱ(考纲要求)1.楞次定律(1)内容：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.(2)适用条件：所有现象.2.右手定则(如右下图所示)(1)内容：伸开右手，使拇指与垂直，并且都与手掌在同一平面内，让从掌心进入，并使拇指指向导线，这时四指所指的方向就是的方向. (2)适用情况：导体产生感应电流.2.判断感应电流方向的“三步法”：3.右手定则掌心——磁感线垂直穿入，拇指——指向导体运动的方向，四指——指向感应电流的方向.二、基础自测1.下图中能产生感应电流的是().2.如图所示，小圆圈表示处于匀强磁场中的闭合电路一部分导线的横截面，速度v在纸面内．关于感应电流的有无及方向的判断正确的是().A.甲图中有感应电流，方向向里B.乙图中有感应电流，方向向外C.丙图中无感应电流3.(2009·浙江理综)如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→aB.d→c→b→a→dC.先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD.先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d4.某班同学在探究感应电流产生的条件时，做了如下实验：探究Ⅰ：如图甲，先将水平导轨、导体棒ab放置在磁场中，并与电流表组成一闭合回路．然后进行如下操作：①ab与磁场保持相对静止；②让导轨与ab一起平行于磁感线运动；③让ab做切割磁感线运动.探究Ⅱ：如图乙所示，将螺线管与电流表组成闭合回路．然后进行如下操作：①把条形磁铁放在螺线管内不动；②把条形磁铁插入螺线管；③把条形磁铁拔出螺线管.探究Ⅲ：如图914丙所示，螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路；A放在螺线管B内，B与电流表组成一个闭合回路．然后进行如下操作：①闭合和断开开关瞬间；②闭合开关，A中电流稳定后；③闭合开关，A中电流稳定后，再改变滑动变阻器的阻值.可以观察到：(请在(1)(2)(3)中填写探究中的序号)(1)在探究Ⅰ中，________闭合回路会产生感应电流；(2)在探究Ⅱ中，________闭合回路会产生感应电流；(3)在探究Ⅲ中，________闭合回路会产生感应电流；(4)从以上探究中可以得到的结论是：当________时，闭合回路中就会产生感应电流.5.(2010·上海卷)如图，金属环A用轻线悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧．若变阻器滑片P向左移动，则金属环A将向___ ____(填“左”或“右”)运动，并有_____ ___(填“收缩”或“扩张”)趋势.二、高考体验1．(2009·海南高考)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．下列情况中，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2．(2009·重庆理综)如图所示为一种早期发电机原理示意图，该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称．在磁极绕转轴匀速转动过程中，磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧XOY运动(O是线圈中心)，则()．A．从X到O，电流由E经○G流向F，先增大再减小B．从X到O，电流由F经○G流向E，先减小再增大C．从O到Y，电流由F经○G流向E，先减小再增大D．从O到Y，电流由E经○G流向F，先增大再减小3．(2010·海南高考)金属环水平固定放置，现将一竖直的条形磁铁，在圆环上方沿圆环轴线从静止开始释放，在条形磁铁穿过圆环的过程中，条形磁铁与圆环()．A．始终相互吸引B．始终相互排斥C．先相互吸引，后相互排斥D．先相互排斥，后相互吸引4．(2010·课标全国理综，21)如图所示，两个端面半径同为R 的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场．一铜质细直棒ab 水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直．让铜棒从静止开始自由下落，铜棒下落距离为0.2R 时铜棒中电动势大小为E 1，下落距离为0.8R 时电动势大小为E 2.忽略涡流损耗和边缘效应．关于E 1、E 2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是( )．A ．E 1>E 2，a 端为正B ．E 1>E 2，b 端为正C ．E 1<E 2，a 端为正D ．E 1<E 2，b 端为正5．(2011·上海单科，13)如图所示，均匀带正电的绝缘圆环a 与金属圆环b 同心共面放置，当a 绕O 点在其所在平面内旋转时，b 中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a ( )．A ．顺时针加速旋转B ．顺时针减速旋转C ．逆时针加速旋转D ．逆时针减速旋转6．(2011·上海单科，20)如图所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布，一铜制圆环用丝线悬挂于O 点，将圆环拉至位置a 后无初速释放，在圆环从a 摆向b 的过程中( )．A ．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针B ．感应电流方向一直是逆时针C ．安培力方向始终与速度方向相反D ．安培力方向始终沿水平方向第二单元 法拉第电磁感应定律 自感 涡流一、高考考点法拉第电磁感应定律 Ⅱ(考纲要求)1.感应电动势(1)概念：在 中产生的电动势；(2)产生条件：穿过回路的 发生改变，与电路是否闭合 .(3)方向判断：感应电动势的方向用 或 判断.2．法拉第电磁感应定律(1)内容：感应电动势的大小跟穿过这一电路的 成正比.(2)公式：E ＝n ΔΦΔt ，其中n 为线圈匝数. (3)感应电流与感应电动势的关系：遵守 定律，即I ＝ ．3.导体切割磁感线时的感应电动势(1)导体垂直切割磁感线时．感应电动势可用E ＝ 求出，式中l 为导体切割磁感线的有效长度.(2)导体棒在磁场中转动时．导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势 E ＝ ＝ (平均速度等于中点位置线速度12l ω).自感、涡流 Ⅰ (考纲要求)1.自感现象(1)概念：由于导体本身的 变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做 .(2)表达式：E ＝ ．(3)自感系数L①相关因素：与线圈的 、形状、 以及是否有铁芯有关.2.涡流当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生 ，这种电流像水的漩涡所以叫涡流. 电磁感应的重要应用(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 ，安培力的方向总是 导体的相对运动(2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生 使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来.交流感应电动机就是利用 的原理工作的.(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了 的推广应用1.对公式E ＝n ΔΦΔt的理解：2.公式E ＝BL v 与公式E ＝nΔΦΔt 的比较二、基础自测1.(2012·安徽六校联考)图中a ～d 所示分别为穿过某一闭合回路的磁通量Φ随时间t 变化的图象，关于回路中产生的感应电动势下列论述正确的是( ).A.图a 中回路产生的感应电动势恒定不变B.图b 中回路产生的感应电动势一直在变大C.图c 中回路在0～t 1时间内产生的感应电动势小于在t 1～t 2时间内产生的感应电动势D.图d 中回路产生的感应电动势先变小再变大2.如图所示，半径为r 的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B 中，绕O 轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R 的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)A.由c 到d ，I ＝Br 2ωR B ．由d 到c ，I ＝Br 2ωRC.由c 到d ，I ＝Br 2ω2R D ．由d 到c ，I ＝Br 2ω2R3.在匀强磁场中，有一个接有电容器的单匝导线回路，如图所示，已知C ＝30 μF ，L 1＝5 cm ，L 2＝8 cm ，磁场以5×10－2 T/s 的速率增加，则( ).A.电容器上极板带正电，带电荷量为6×10－5 CB.电容器上极板带负电，带电荷量为6×10－5 CC.电容器上极板带正电，带电荷量为6×10－9 CD.电容器上极板带负电，带电荷量为6×10－9 C4.如图所示为一光滑轨道，其中MN 部分为一段对称的圆弧，两侧的直导轨与圆弧相切，在MN 部分有如图所示的匀强磁场，有一较小的金属环如图放置在P 点，金属环由静止自由释放，经很多次来回运动后，下列判断正确的有( ).A.金属环仍能上升到与P 等高处B.金属环最终将静止在最低点C.金属环上升的最大高度与MN 等高D.金属环上升的最大高度一直在变小5.闭合回路由电阻R 与导线组成，其内部磁场大小按Bt 图变化，方向如图所示，则回路中( ).A.电流方向为顺时针方向B.电流强度越来越大C.磁通量的变化率恒定不变D.产生的感应电动势越来越大二、高考体验（一）公式E ＝Bl v 的应用(高频考查)1．(2010·全国Ⅰ，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100 m ，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2 m/s.下列说法正确的是( )．A ．电压表记录的电压为5 mVB ．电压表记录的电压为9 mVC ．河南岸的电势较高D ．河北岸的电势较高2．(2011·山东理综，21)如图所空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B ，方向相反且垂直纸面，MN 、PQ 为其边界，OO ′为其对称轴．一导线折成边长为l 的正方形闭合回路abcd ，回路在纸面内以恒定速度v 0向右运动，当运动到关于OO ′对称的位置是( )．A ．穿过回路的磁通量为零B ．回路中感应电动势大小为2Bl v 0C ．回路中感应电流的方向为顺时针方向D ．回路中ab 边与cd 边所受安培力方向相同3．(2010·全国卷Ⅱ，18)如图空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，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F b 、F c 和F d ，则( )．A ．F d >F c >F bB ．F c <F d <F bC ．F c >F b >F dD ．F c <F b <F d（二）法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt的应用(高频考查) 4．(2010·浙江理综，19)半径为r 带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为d ，如图9216甲所示．有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图乙所示．在t ＝0时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为q 的静止微粒．则以下说法正确的是( )．A ．第2秒内上极板为正极B ．第3秒内上极板为负极C ．第2秒末微粒回到了原来位置D ．第2秒末两极板之间的电场强度大小为0.2πr 2d5．(2011·广东卷，15)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是( )．A ．感应电动势的大小与线圈的匝数无关B ．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C ．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D ．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同6．(2011·福建卷，17)如图所示，足够长的U 型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°)，其中MN 与PQ 平行且间距为L ，导轨平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab 由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab 棒接入电路的电阻为R ，当流过ab 棒某一横截面的电量为q 时，棒的速度大小为v ，则金属棒ab 在这一过程中( )．A ．运动的平均速度大小为12vB ．下滑的位移大小为qR BLC ．产生的焦耳热为qBL vD ．受到的最大安培力大小为B 2L 2v Rsin θ 第3讲 专题 电磁感应的综合应用一、高考考点考点一 电磁感应中的力学问题1．题型特点：电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，解决这类问题，不仅要应用电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则、安培力的计算公式等，还要应用力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等．要将电磁学和力学的知识综合起来应用．2．解题方法(1)选择研究对象，即哪一根导体棒或几根导体棒组成的系统；(2)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向；(3)求回路中的电流大小；(4)分析其受力情况；(5)分析研究对象所受各力的做功情况和合外力做功情况，选定所要应用的物理规律；(6)运用物理规律列方程求解．电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态分析：导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化，周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定状态．附：安培力的方向判断 3．电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系【典例1】一个质量m＝0.1 kg的正方形金属框总电阻R＝0.5 Ω，金属框放在表面绝缘的斜面AA′B′B的顶端(金属框上边与AA′重合)，自静止开始沿斜面下滑，下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d 的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB′重合)，设金属框在下滑过程中的速度为v，与此对应的位移为x，那么v2x图象如图所示，已知匀强磁场方向垂直斜面向上，金属框与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，取g＝10 m/s2，sin 53°＝0.8；cos 53°＝0.6.(1)根据v2x图象所提供的信息，计算出金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间T；(2)求出斜面AA′B′B的倾斜角θ；(3)求匀强磁场的磁感应强度B的大小；【变式1】如图甲所示，不计电阻的平行金属导轨竖直放置，导轨间距为L＝1 m，上端接有电阻R＝3 Ω，虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场．现将质量m＝0.1 kg、电阻r＝1 Ω的金属杆ab，从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下落过程中始终与导轨保持良好接触，杆下落过程中的v-t图象如图乙所示(取g＝10 m/s2)．求：(1)磁感应强度B的大小．(2)杆在磁场中下落0.1 s的过程中电阻R产生的热量．1．题型特点：磁通量发生变化的闭合电路或切割磁感线导体将产生感应电动势，回路中便有感应电流．从而涉及电路的分析及电流、电压、电功等电学物理量的计算．2．解题方法(1)确定电源．切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，利用E ＝Blv sin θ或E ＝n ΔΦΔt求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向．如果在一个电路中切割磁感线的有几个部分但又相互联系，可等效成电源的串、并联．(2)分析电路结构(内、外电路及外电路的串并联关系)，画出等效电路图．(3)利用电路规律求解．主要应用欧姆定律及串并联电路的基本性质等列方程求解．【典例2】 如图所示，匀强磁场B ＝0.1 T ，金属棒AB 长0.4 m ，与框架宽度相同，电阻为13Ω，框架电阻不计，电阻R 1＝2 Ω，R 2＝1 Ω，当金属棒以5 m/s 的速度匀速向左运动时，求：(1)流过金属棒的感应电流多大？(2)若图中电容器C 为0.3 μF ，则充电荷量是多少？【变式2】 如图所示，PN 与QM 两平行金属导轨相距1 m ，电阻不计，两端分别接有电阻R 1和R 2，且R 1＝6 Ω，ab 导体的电阻为2 Ω，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T ．现ab 以恒定速度v ＝3 m/s 匀速向右移动，这时ab 杆上消耗的电功率与R 1、R 2消耗的电功率之和相等，求：(1)R2的阻值．(2)R 1与R 2消耗的电功率分别为多少？(3)拉ab 杆的水平向右的外力F 为多大？解析 (1)内外功率相等，则内外电阻相等，1．题型特点：一般可把图象问题分为三类(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象；(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量；(3)根据图象定量计算．2．电磁感应的图象：主要包括B-t图象、Φ-t图象、E-t图象和I-t图象，还可能涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象，即E-x图象和I-x图象．【典例3】如图所示，边长为L、总电阻为R的正方形线框abcd放置在光滑水平桌面上，其bc边紧靠磁感应强度为B、宽度为2L、方向竖直向下的有界匀强磁场的边缘．现使线框以初速度v0匀加速通过磁场，下列图线中能定性反映线框从进入到完全离开磁场的过程中，线框中的感应电流的变化的是()．——电磁感应图象问题的解决方法(1)明确图象的种类，即是B­t图象还是Φ­t图象，或者E­t图象、I­t图象等．(2)分析电磁感应的具体过程．(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系．(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式．(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等．(6)判断图象(或画图象或应用图象解决问题)．【变式3】(2012·江西十校二模)矩形导线框abcd放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间变化的图象如图所示，t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里．若规定导线框中感应电流逆时针方向为正，则在0～4 s时间内，线框中的感应电流I以及线框的ab边所受安培力F随时间变化的图象为下图中的(安培力取向上为正方向)()．考点四电磁感应中的能量问题1．题型特点：电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，外力克服安培力做功，则是其他形式的能转化为电能的过程．2．能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化(2)求解焦耳热Q的几种方法【典例4】如图所示，水平虚线L1、L2之间是匀强磁场，磁场方向水平向里，磁场高度为h.竖直平面内有一等腰梯形线框，底边水平，其上下边长之比为5∶1，高为2h.现使线框AB边在磁场边界L1的上方h高处由静止自由下落，当AB边刚进入磁场时加速度恰好为0，在AB边刚出磁场的一段时间内，线框做匀速运动．求：(1)DC边刚进入磁场时，线框加速度的大小；(2)从线框开始下落到DC边刚进入磁场的过程中，线框的机械能损失和重力做功之比——解决这类问题的基本方法：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向．(2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗的电功率表达式．(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程．【变式4】如图所示，在倾角为θ＝37°的斜面内，放置MN和PQ两根不等间距的光滑金属导轨，该装置放置在垂直斜面向下的匀强磁场中．导轨M、P端间接入阻值R1＝30 Ω的电阻和理想电流表，N、Q端间接阻值为R2＝6 Ω的电阻．质量为m＝0.6 kg、长为L＝1.5 m的金属棒放在导轨上以v0＝5 m/s的初速度从ab处向右上滑到a′b′处的时间为t＝0.5 s，滑过的距离l＝0.5 m．ab处导轨间距L ab＝0.8 m，a′b′处导轨间距L a′b′＝1 m．若金属棒滑动时电流表的读数始终保持不变，不计金属棒和导轨的电阻．sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2，求：(1)此过程中电阻R1上产生的热量；(2)此过程中电流表上的读数；(3)匀强磁场的磁感应强度．二、高考体验一、电磁感应中的图象问题(高频考查)1．(2010·广东理综，16)如图939所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域，细金属棒PQ沿导轨从MN 处匀速运动到M′N′的过程中，棒上感应电动势E随时间t变化的图象，可能正确的是()．2．(2011·海南卷，6)如图所示，EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界，其中EO∥E′O′，FO∥F′O′，且EO⊥OF；OO′为∠EOF的角平分线，OO′间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里．一边长为l的正方形导线框沿O′O方向匀速通过磁场，t＝0时刻恰好位于图示位置．规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是()．3．(2011·山东卷，22)如图所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计．两质量、长度均相同的导体棒c、d，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处．磁场宽为3h，方向与导轨平面垂直．先由静止释放c，c刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放d，两导体棒与导轨始终保持良好接触．用a c表示c的加速度，E kd表示d的动能，x c、x d分别表示c、d相对释放点的位移，图中正确的是()．二、电磁感应中的力、电综合问题(高频考点)4. (2011·天津卷，11)如图9312所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为L＝0.5 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角．完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m＝0.02 kg，电阻均为R＝0.1 Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.2 T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd 恰好能够保持静止．取g＝10 m/s2，问：(1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每产生Q＝0.1 J的热量，力F做的功W是多少？5．(2011·浙江卷，23)如图甲所示，在水平面上固定有长为L＝2 m、宽为d＝1 m的金属“U”型导轨，在“U”型导轨右侧l＝0.5 m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示，在t＝0时刻，质量为m＝0.1 kg的导体棒以v0＝1 m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ＝0.1 Ω/m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g＝10 m/s2)．(1)通过计算分析4 s内导体棒的运动情况；(2)计算4 s内回路中电流的大小，并判断电流方向；(3)计算4 s内回路产生的焦耳热．6.(2011·大纲全国卷，24)如图所示，两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为L，电阻不计．在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡．整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直．现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放，金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好．已知某时刻后两灯泡保持正常发光．重力加速度为g.求：(1)磁感应强度的大小；(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率．补练第一单元电磁感应现象楞次定律【典例1】如图一个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θ.在下列各过程中，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θ减小B.使磁感应强度B减小，θ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θ角(0°<θ<90°)【变式1】如图所示，光滑导电圆环轨道竖直固定在匀强磁场中，磁场方向与轨道所在平面垂直，导体棒ab的两端可始终不离开轨道无摩擦地滑动，当ab由图示位置释放，直到滑到右侧虚线位置的过程中，关于ab棒中的感应电流情况，正确的是().A.先有从a到b的电流，后有从b到a的电流B.先有从b到a的电流，后有从a到b的电流C.始终有从b到a的电流D.始终没有电流产生【典例2】下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，其中表示正确的是().【变式2】北半球地磁场的竖直分量向下．如图所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向．下列说法中正确的是().A.若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势低B.若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低C.若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→aD.若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a【典例3】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，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().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【变式3】如图所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引().A.向右做匀速运动B．向左做减速运动C.向右做减速运动D．向右做加速运动【典例】如图所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时()．A．P、Q将互相靠拢B．P、Q将互相远离C．磁铁的加速度仍为gD．磁铁的加速度小于g。

峙对市爱惜阳光实验学校第1节电磁感现象楞次律第1节电磁感现象楞次律知识点1 磁通量1．义在磁感强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积．2．公式Φ＝B·S.适用条件：(1)匀强磁场；(2)S为垂直磁场的有效面积．3．矢标性磁通量的正、负号不表示方向，磁通量是标量．知识点2 电磁感现象1．电磁感现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感电流产生的现象．2．产生感电流的条件(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．(2)特例：闭合电路的一导体在磁场内做切割磁感线运动．知识点3 感电流方向的判断1．楞次律(1)内容：感电流的磁场总要阻碍引起感电流的磁通量的变化．(2)适用范围：一切电磁感现象．2．右手那么(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感电流的方向．(2)适用情况：导体切割磁感线产生感电流．1．正误判断(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一有感电流产生．(×)(2)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感电流产生．(√)(3)当导体切割磁感线时，一产生感电动势．(√)(4)由楞次律知，感电流的磁场一与引起感电流的磁场方向相反．(×)(5)回路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍〞作用．(×)(6)感电流的磁场一阻碍引起感电流的磁场的磁通量的变化．(√)2．(对磁通量概念的理解)如图9­1­1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 ′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感强度为B ，那么穿过线圈的磁通量为( ) 【导学号：96622158】图9­1­1 A.BL 22B.NBL 22C ．BL 2D ．NBL 2【答案】 A3．(感电流的产生条件)如图9­1­2所示，一通电螺线管b 放在闭合金属线圈a 内，螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN 重合．要使线圈a 中产生感电流，可采用的方法有( )图9­1­2A ．使通电螺线管中的电流发生变化B ．使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动C ．使线圈a 以MN 为轴转动D ．使线圈绕垂直于MN 的直径转动 【答案】 D4．(楞次律的用)如图9­1­3所示，一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，环中的感电流(自左向右看)( )【导学号：96622159】图9­1­3A ．沿顺时针方向B ．先沿顺时针方向后沿逆时针方向C ．沿逆时针方向D ．先沿逆时针方向后沿顺时针方向 【答案】 C5．(右手那么的用)(多项选择)在北半球，地磁场的水平分量由南向北，竖直分量竖直向下．平安大街上，如图9­1­4所示，某人骑车从东往西行驶，那么以下说法正确的选项是( )图9­1­4A ．自行车左车把的电势比右车把的电势高B ．自行车左车把的电势比右车把的电势低C ．图中辐条AB 此时A 端比B 端的电势高D ．图中辐条AB 此时A 端比B 端的电势低【答案】 AD [核心精讲]1．磁通量发生变化的三种常见情况 (1)磁场强弱不变，回路面积改变；(2)回路面积不变，磁场强弱改变；(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变．2．判断电磁感现象是否发生的一般流程[题组通关]1．(2021·卷Ⅰ)在法拉第时代，以下验证“由磁产生电〞设想的中，能观察到感电流的是( )A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化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，再到相邻房间去观察电流表的变化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，观察电流表的变化D 选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感电流，应选项A、B 不能观察到电流表的变化；选项C满足产生感电流的条件，也能产生感电流，但是我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，应选项C也不能观察到电流表的变化；选项D满足产生感电流的条件，能产生感电流，可以观察到电流表的变化，所以选D.2．在一空间有方向相反、磁感强度大小均为B的匀强磁场，如图9­1­5所示，垂直纸面向外的磁场分布在一半径为a的圆形区域内，垂直纸面向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>2a)的圆形线圈，线圈平面与磁感强度方向垂直，线圈与半径为a的圆形区域是圆．从某时刻起磁感强度大小开始减小到B2，那么此过程中该线圈磁通量的变化量的大小为( ) 【导学号：96622160】图9­1­5A.12πB(b2－2a2) B．πB(b2－2a2)C．πB(b2－a2) D.12πB(b2－2a2)D 计算磁通量Φ时，磁感线既有垂直纸面向外的，又有垂直纸面向里的，所以可以取垂直纸面向里的方向为正方向，磁感强度大小为B时线圈磁通量Φ1＝πB(b2－a2)－πBa2，磁感强度大小为B2时线圈磁通量Φ2＝12πB(b2－a2)－12πBa2，因而该线圈磁通量的变化量的大小为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝12πB(b2－2a2)，应选项D正确．[核心精讲]1．楞次律中“阻碍〞的含义谁阻碍谁感电流的磁场阻碍引起感电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当磁通量增加时，感电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量减少时，感电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同〞阻碍效果阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行2．感电流方向判断的两种方法(1)用楞次律判断(2)用右手那么判断该方法适用于导体切割磁感线．判断时注意掌心、四指、拇指的方向：①掌心——磁感线垂直穿入；②拇指——指向导体运动的方向；③四指——指向感电流的方向．[师生共研]●考向1 线圈类感电流方向的判断(多项选择)以下各选项是验证楞次律的示意图，竖直放置的线圈固不动，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电流．各选项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电流的方向情况，其中正确的选项是( )CD 根据楞次律可确感电流的方向：以C选项为例，当磁铁向下运动时：(1)闭合线圈原磁场的方向——向上；(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加；(3)感电流产生的磁场方向——向下；(4)利用安培那么判断感电流的方向——与图中箭头方向相同．线圈的上端为S极，磁铁与线圈相互排斥．运用以上分析方法可知，C、D 正确．●考向2 切割类感电流方向的判断如图9­1­6所示，MN、GH为光滑的水平平行金属导轨，ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆，垂直纸面向外的匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，那么( )图9­1­6A．假设固ab，使cd向右滑动，那么abdc回路有电流，电流方向为a→b→d→c→aB．假设ab、cd以相同的速度一起向右运动，那么abdc回路有电流，电流方向为a→c→d→b→aC．假设ab向左、cd向右同时运动，那么abdc回路中的电流为零D．假设ab、cd都向右运动，且两杆速度v cd>v ab，那么abdc回路有电流，电流方向为a→c→d→b→aD 由右手那么可判断出A项做法使回路产生顺时针方向的电流，故A项错；假设ab、cd同向运动且速度大小相同，ab、cd所围面积不变，磁通量不变，故不产生感电流，故B项错；假设ab向左，cd向右，那么abdc回路中有顺时针方向的电流，故C 项错；假设ab 、cd 都向右运动，且两杆速度v cd >v ab ，那么ab 、cd 所围面积发生变化，磁通量也发生变化，由楞次律可判断出，abdc 回路中产生顺时针方向的电流，故D 项正确．[题组通关]3．(2021·模拟)如图9­1­7甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i 随时间t 的变化关系如图乙所示．在0～T2时间内，直导线中电流向上，那么在T2～T 时间内，线框中感电流的方向与所受安培力的合力方向分别是( ) 【导学号：96622161】图9­1­7A ．顺时针，向左B ．逆时针，向右C ．顺时针，向右D ．逆时针，向左B 在0～T 2时间内，直导线中电流向上，由题图乙知，在T2～T 时间内，直导线电流方向也向上，根据安培那么知，导线右侧磁场的方向垂直纸面向里，电流逐渐增大，那么磁场逐渐增强，根据楞次律，金属线框中产生逆时针方向的感电流．根据左手那么，金属线框左边受到的安培力方向向右，右边受到的安培力向左，离导线越近，磁场越强，那么左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属线框所受安培力的合力方向向右，故B 正确，A 、C 、D 错误．4．(多项选择)如图9­1­8所示，在直线电流附近有一根金属棒ab ，当金属棒以b 端为圆心，以ab 为半径，在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时( )图9­1­8A ．a 端聚积电子B ．b 端聚积电子C ．金属棒内电场强度于零D ．棒ab 两端的电势φa >φbBD 根据右手那么可确棒b 端聚积电子，A 错，B 对；由于a 、b 两端存在电势差，φa >φb ，故金属棒中电场强度不于零，C 错，D 对．[典题例如](多项选择)如图9­1­9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，那么PQ 所做的运动可能是( )图9­1­9A ．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【探讨】(1)如何判断MN 所在处的磁场方向？由MN 的运动方向，如何进一步判断MN 中的电流方向？提示：根据安培那么判断ab 中电流产生的磁场方向，进而确MN 处的磁场方向为垂直纸面向里，再由左手那么判断MN 中电流的方向，为由M 到N .(2)如何判断线圈L 1中的磁场方向和L 2中磁场的方向及变化情况？提示：根据安培那么判断L 1中的磁场方向，再由楞次律判断L 2中磁场的方向及变化．(3)如何判断PQ 的运动情况？提示：L 2中的磁场方向及变化情况，可根据安培那么和右手那么判断PQ 的运动情况．BC MN 向右运动，说明MN 受到向右的安培力，因为ab 在MN 处的磁场垂直纸面向里――→左手那么MN 中的感电流由M →N ――→安培那么L 1中感电流的磁场方向向上――→楞次律⎩⎪⎨⎪⎧L 2中磁场方向向上减弱L 2中磁场方向向下增强；假设L 2中磁场方向向上减弱――→安培那么PQ中电流为Q →P 且减小――→右手那么向右减速运动；假设L 2中磁场方向向下增强――→安培那么PQ 中电流为P →Q 且增大――→右手那么向左加速运动．“三个那么、一个律〞的用比照：名称 根本现象因果关系 用的那么或律 电流的磁效 运动电荷、电流产生磁场 因电生磁 安培那么 洛伦兹力、安培力磁场对运动电荷、电流有作用力因电受力 左手那么 电磁感导体做切割磁感线运动 因动生电 右手那么 闭合回路磁通量变化因磁生电楞次律5．(多项选择)如图9­1­10所示，一端接有值电阻的平行金属轨道固在水平面内，通有恒电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固，导体棒与轨道垂直且接触良好．在向右匀速通过M 、N 两区的过程中，导体棒所受安培力分别用F M 、F N 表示．不计轨道电阻．以下表达正确的选项是( )图9­1­10A ．F M 向右B ．F N 向左C ．F M 逐渐增大D ．F N 逐渐减小BCD 根据直线电流产生磁场的分布情况知，M 区的磁场方向垂直纸面向外，N 区的磁场方向垂直纸面向里，离导线越远，磁感强度越小．当导体棒匀速通过M 、N 两区时，感电流的效果总是对抗引起感电流的原因，故导体棒在M 、N 两区运动时，受到的安培力均向左，应选项A 错误，选项B 正确；导体棒在M 区运动时，磁感强度B 变大，根据E ＝Blv ，I ＝ER 及F ＝BIl 可知，F M 逐渐变大，应选项C 正确；导体棒在N 区运动时，磁感强度B 变小，根据E ＝Blv ，I ＝ER及F＝BIl可知，F N逐渐变小，应选项D正确．[典题例如]如图9­1­11所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如下图的电路．假设将滑动变阻器的滑片P向下滑动，以下表述正确的选项是( )图9­1­11A．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感电流B．穿过线圈a的磁通量变小C．线圈a有扩张的趋势D．线圈a对水平桌面的压力将增大D 通过螺线管b的电流如下图，根据右手螺旋那么判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下，滑片P向下滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路电流增大，所产生的磁场的磁感强度增强，根据楞次律可知，线圈a中所产生的感电流的磁场方向竖直向上，再由右手螺旋那么可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向，A错误；由于螺线管b中的电流增大，所产生的磁感强度增强，线圈a中的磁通量变大，B错误；根据楞次律可知，线圈a将阻碍磁通量的增大．因此，线圈a有缩小且远离螺线管的趋势，线圈a对水平桌面的压力将增大，C错误、D正确．四种常用推论对楞次律中“阻碍〞的含义可以推广为感电流的“效果〞总是阻碍产生感电流的原因，可由以下四种方式呈现：1．阻碍原磁通量的变化，即“增反减同〞．2．阻碍相对运动，即“来拒去留〞．3．使线圈面积有扩大或缩小的趋势，即“增缩减扩〞．4．阻碍原电流的变化(自感现象)，即“增反减同〞．[题组通关]6.如图9­1­12所示，质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上．当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈，沿线圈中线由左至右从线圈正上方高、匀速经过时，线圈始终保持不动．那么关于线圈在此过程中受到的支持力F N和摩擦力F f的情况，以下判断正确的选项是( ) 【导学号：96622162】图9­1­12A．F N先大于mg，后小于mgB．F N一直大于mgC．F f先向左，后向右D．线圈中的电流方向始终不变A 条形磁铁向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增加后减小，为阻碍磁通量的变化，线圈先有向下的运动趋势，后有向上的运动趋势，故F N先大于mg ，后小于mg，A项正确，B项错误；条形磁铁相对线圈一直向右运动，为阻碍相对运动，线圈有向右运动的趋势，故摩擦力F f一直向左，C项错误；线圈中的磁通量先增加后减小，据楞次律可知，感电流的方向(俯视)先逆时针后顺时针，D项错误．。