【物理】2020届一轮复习人教版 电磁感应现象楞次定律 学案

【物理】2020届一轮复习人教版 电磁感应现象楞次定律 学案

电磁感应现象 楞次定律 全国卷3年考情分析 考点内容 考纲要求 三年考题 ‎2016‎ ‎2017‎ ‎2018‎ 电磁感应现象 Ⅰ 卷ⅠT24，电磁感应的综合应用 卷ⅡT20，转动切割和电路综合 卷ⅡT24，电磁感应的综合应用 卷ⅢT25，电磁感应的综合应用 卷ⅠT18，电磁感应现象与阻尼 卷ⅡT20，法拉第电磁感应定律、E－t图象 卷ⅢT15，楞次定律、安培定则 卷ⅠT17，法拉第电磁感应定律的应用 卷ⅠT19，楞次定律的应用 卷ⅡT20，电磁感应的图象问题 卷ⅢT20，电磁感应的图象问题 磁通量 Ⅰ 法拉第电磁感应定律 Ⅱ 楞次定律 Ⅱ 自感、涡流 Ⅰ 第1讲　电磁感应现象　楞次定律 ‎[基础知识·填一填]‎ ‎[知识点1]　电磁感应现象　‎ ‎1．磁通量 ‎(1)定义：在磁感应强度为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　.‎ ‎(3)单位：1 Wb＝　1_T·m2　.‎ ‎(4)标矢性：磁通量是　标　量，但有正、负．‎ ‎(5)物理意义：磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数．‎ ‎2．电磁感应 ‎(1)电磁感应现象：当穿过闭合电路的　磁通量　发生变化时，电路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象．‎ ‎(2)产生感应电流的条件 ‎①电路　闭合　；②磁通量　变化　.‎ ‎(3)电磁感应现象的实质：电路中产生　感应电动势　，如果电路闭合则有感应电流产生．‎ ‎(4)能量转化：发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为　电能　.‎ 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．‎ ‎(1)磁通量虽然是标量，但有正、负之分．(√)‎ ‎(2)当导体切割磁感线运动时，导体中一定产生感应电流．(×)‎ ‎(3)穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关．(√)‎ ‎(4)电路中磁通量发生变化时，就一定会产生感应电流．(×)‎ ‎[知识点2]　感应电流方向的判断　‎ ‎1．楞次定律 ‎(1)内容：感应电流的磁场总要　阻碍　引起感应电流的　磁通量　的变化．‎ ‎(2)适用情况：所有的电磁感应现象．‎ ‎2．右手定则 ‎(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应电流的方向．‎ ‎(2)适用情况：导体　切割　磁感线产生感应电流．‎ 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．‎ ‎(1)感应电流和磁场总是与原磁场方向相反．(×)‎ ‎(2)楞次定律和右手定则都可以判断感应电流的方向，二者没什么区别．(×)‎ ‎[教材挖掘·做一做]‎ ‎1．(人教版选修3－2 P7第1题改编)如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框．在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是(　　)‎ A．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动 C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动 D．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动 答案：C ‎2．(人教版选修3－2 P6图4.2－3改编)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接．下列说法中正确的是(　　)‎ A．开关闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转 B．线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转 C．开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度 D．开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转 解析：A　[只要闭合回路磁通量发生变化就会产生感应电流，故A正确，B错误；开关闭合后，只要滑片P滑动就会产生感应电流，故C、D错误．]‎ ‎3．(人教版选修3－2 P14第6题改编)(多选)如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象及现象分析正确的是(　　)‎ A．磁铁插向左环，横杆发生转动 B．磁铁插向右环，横杆发生转动 C．磁铁插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流 D．磁铁插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流 答案：BD ‎4．(人教版选修3－2 P14第7题改编)(多选)1831年，法拉第发明的圆盘发电机(图甲)是利用电磁感应的原理制成的，是人类历史上第一台发电机．图乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触，使铜盘转动，电阻R中就有电流通过．若所加磁场为匀强磁场，方向水平向右，回路的总电阻恒定，从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，下列说法正确的是(　　)‎ A．铜盘转动过程中，穿过铜盘的磁通量不变 B．电阻R中有正弦式交变电流流进 C．若不给铜盘施加任何外力，铜盘最终会停下来 D．通过R的电流方向是从a流向b 解析：ACD　[铜盘切割磁感线产生感应电动势，铜盘相当于电源，从而在电路中形成方向不变的电流，内部电流方向是从负极(C点)到正极(D点)．由于铜盘在运动中受到安培力的阻碍作用，故最终会停下来．]‎ 考点一　对电磁感应现象的理解和判断 ‎[考点解读]‎ ‎1．判断产生感应电流的两种方法 ‎(1)闭合电路的一部分导体切割磁感线，产生“动生电流”．‎ ‎(2)“感生电流”，即导体回路必须闭合，穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，二者缺一不可．‎ ‎2．常见的产生感应电流的三种情况 ‎[典例赏析]‎ ‎[典例1]　如图所示，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B D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)‎ ‎[解析]　A　[设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScos θ，对A选项，S增大，θ减小，cos θ增大，则Φ增大，A正确．对B选项，B减小，θ减小，cos θ增 大，Φ可能不变，B错误．对C选项，S减小，B增大，Φ可能不变，C错误．对D选项，S增大，B增大，θ增大，cos θ减小，Φ可能不变，D错误．故只有A正确．]‎ ‎　电磁感应现象能否发生的判断流程 ‎1．确定研究的闭合回路．‎ ‎2．弄清楚回路内的磁场分布，并确定其磁通量Φ.‎ ‎3. ‎[题组巩固]‎ ‎1．下图中能产生感应电流的情形是(　　)‎ 解析：B　[根据产生感应电流的条件：A中，电路没闭合，无感应电流；B中，磁感应强度不变，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C中，穿过线圈的磁通量恒为零，无感应电流；D中，磁通量不发生变化，无感应电流．]‎ ‎2．(多选)如图所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若使线框中产生感应电流，则线框的运动情况应该是(　　 )‎ A．向右平动(ad边还没有进入磁场)‎ B．向上平动(ab边还没有离开磁场)‎ C．以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)‎ D．以ab边为轴转动(转角不超过90°)‎ 解析：AD　[选项A和D所描述的情况中，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大，D情况下S减小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流．而选项B、C所描述的情况中，线框中的磁通量均不改变，不会产生感应电流．]‎ 考点二　楞次定律的理解和应用 ‎[考点解读]‎ ‎1．楞次定律中“阻碍”的含义 ‎2．判断感应电流方向的两种方法 方法一　用楞次定律判断 方法二　用右手定则判断 该方法适用于切割磁感线产生的感应电流．判断时注意掌心、拇指、四指的方向：‎ ‎(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——指向感应电流的方向．‎ ‎[典例赏析]‎ ‎[典例2]　(2017·全国卷Ⅲ)如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直．金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面．现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是(　　)‎ A．PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向 B．PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向 C．PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向 D．PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向 ‎[审题指导]　金属杆向右运动时，原磁场没变，但线框会产生感应磁场与原磁场的方向相反，据此可得出穿过线圈的磁通量的变化情况．‎ ‎[解析]　D　[金属杆PQ向右运动，穿过PQRS的磁通量增加，由楞次定律可知，PQRS中产生逆时针方向的电流．这时因为PQRS中感应电流的作用，依据楞次定律可知，T中产生顺时针方向的感应电流．故只有D项正确．]‎ ‎　感应电流方向判断的两点注意 ‎1．楞次定律可应用于磁通量变化引起感应电流的各种情况(包括一部分导体切割磁感线运动的情况)．‎ ‎2．右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情景，是楞次定律的一种特殊情况．‎ ‎[题组巩固]‎ ‎1．(2019·贵州遵义航天中学模拟)如图所示，在通电长直导线AB的一侧悬挂一可以自由摆动的闭合矩形金属线圈P，AB在线圈平面内．当发现闭合线圈向右摆动时(　　 )‎ A．AB中的电流减小，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流 B．AB中的电流不变，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流 C．AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流 D．AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生顺时针方向的电流 解析：C　[根据安培定则可知线圈所在处的磁场方向垂直纸面向里，若直导线中的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律得到：线框中感应电流方向为逆时针方向．根据左手定则可知线圈所受安培力指向线圈内，由于靠近导线磁场强，则安培力较大；远离导线磁场弱，则安培力较小．因此线圈离开AB直导线，即向右摆动，反之产生顺时针方向的电流，向左摆动，故C正确．]‎ ‎2．如图所示，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，则下列说法正确的是(　　 )‎ A．若固定ab，使cd向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向为a→b→d→c→a B．若ab、cd以相同的速度一起向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向为a→c→d→b→a C．若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路中的电流为零 D．若ab、cd都向右运动，且两杆速度vcd>vab，则abdc回路有电流，电流方向为a→c→d→b→a 解析：D　[由右手定则可判断出A项做法使回路产生顺时针方向的电流，故A项错误；若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，故不产生感应电流，故B项错误；若ab向左，cd向右，则abdc回路中有顺时针方向的电流，故C项错误；若ab、cd都向右运动，且两杆速度vcd>vab，则ab、cd所围面积发生变化，磁通量也发生变化，由楞次定律可判断出，abdc回路中产生顺时针方向的电流，故D项正确．]‎ 考点三　楞次定律推论的应用 ‎[考点解读]‎ 楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因，列表说明如下：‎ 内容 例证 阻碍原磁通量变化——“增反减同”‎ 阻碍相对运动——“来拒去留”‎ 使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”‎ 阻碍原电流的变化——“增反减同”‎ ‎[典例赏析]‎ ‎[典例3]　(2019·广东广州名校联考)如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管b与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路．若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是(　　 )‎ A．线圈a中将产生沿顺时针方向(俯视)的感应电流 B．穿过线圈a的磁通量减小 C．线圈a有扩张的趋势 D．线圈a对水平桌面的压力FN将增大 ‎[思路点拨]　根据楞次定律可知，感应磁场对原磁场变化的阻碍作用有多种方式：面积的变化、相对运动、感应电流等．‎ ‎[解析]　D　[当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，螺线管中的电流将增大，使穿过线圈a的磁通量变大，选项B错误；由楞次定律可知，线圈a中将产生沿逆时针方向(俯视)的感应电流，并且线圈a有缩小和远离螺线管的趋势，线圈a对水平桌面的压力FN将增大，故选项D正确，A、C错误．]‎ ‎[题组巩固]‎ ‎1．(2017·全国卷Ⅰ)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(　　)‎ 解析：A　[由于要求有效衰减紫铜薄板的上下及左右的微小振动，则在紫铜薄板发生微小的上下或左右振动时，通过紫铜薄板横截面的磁通量应均能发生变化， 由图可以看出，‎ 只有A图方案中才能使两方向上的微小振动得到有效衰减．]‎ ‎2．(2018·全国卷Ⅰ)(多选)如图所示，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路．将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态．下列说法正确的是(　　)‎ A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动 B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向 C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向 D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动 解析：AD　[开关闭合的瞬间，穿过左侧线圈的磁通量水平向右增加，根据楞次定律可知通过直导线的电流由南向北，由左手定则可知小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，故A对；开关闭合并保持一段时间后，穿过左侧线圈的磁通量不变，线圈中无感应电流，小磁针不偏转，B、C错误；开关断开的瞬间，穿过左侧线圈的磁通量水平向右减小，由楞次定律可知通过直导线的电流由北向南，由左手定则可知小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，故D正确．]‎ 思想方法(二十)　三定则、一定律的综合应用 方 法 阐 述 ‎2.相互联系 ‎(1)应用楞次定律时，一般要用到安培定则．‎ ‎(2)研究感应电流受到的安培力，一般先用右手定则确定电流方向，再用左手定则确定安培力的方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定.‎ ‎[典例赏析]‎ ‎[典例]　(多选)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 ‎[解析]　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MN中的感应电流由M→NL1中感应电流的磁场方向向上；若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动．]‎ ‎[题组巩固]‎ ‎1．(多选)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 解析：BC　[当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流，线圈中的磁通量恒定不变，无感应电流出现，A错；当导体棒向左减速运动时，由右手定则可判定回路中出现从b→a的感应电流且减小，由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左在减弱，由楞次定律知c中出现顺时针感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引，B对；同理可判定C对，D错．]‎ ‎2．置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线，与套在铁芯上部的线圈A相连．套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上，如图所示．导轨上有一根金属棒ab处在垂直于纸面向外的匀强磁场中．下列说法正确的是(　　)‎ A．圆盘顺时针加速转动时，ab棒将向右运动 B．圆盘顺时针匀速转动时，ab棒将向右运动 C．圆盘顺时针减速转动时，ab棒将向右运动 D．圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向左运动 解析：C　[由右手定则知，圆盘顺时针加速转动时，感应电流从圆心流向边缘，线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强．由楞次定律知，线圈B中的感应磁场方向向上，由右手螺旋定则知，ab棒中感应电流方向由a→b.由左手定则知，ab棒受的安培力方向向左，将向左运动，故A错；同理B、D错，C对．]‎