2020浙江高考物理二轮讲义:专题四第二讲 楞次定律和法拉第电磁感应定律 Word版含解析.doc
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1、第二讲楞次定律和法拉第电磁感应定律知识内容考试要求备考指津1.电磁感应现象b 1.由历年真题统计可看出本讲以大题为主,且难度较大,考查学生的综合分析能力.2.滑轨类问题、线框穿越有界匀强磁场、电磁感应中的能量转化等综合问题,能很好地考查考生的能力,备受命题专家的青睐.2.楞次定律c3.法拉第电磁感应定律d4.电磁感应现象的两类情况b5.互感和自感b6.涡流、电磁阻尼和电磁驱动b电磁感应现象 【题组过关】1(2019温州模拟)如图所示,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中产生感应电流,可采用的方法有()A使通电螺线管中的电流发生变化B使螺线管
2、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a绕垂直于MN的直径转动解析:选D.在选项A、B、C三种情况下,由于线圈平面始终与磁感线保持平行,穿过线圈a的磁通量始终为零,磁通量不发生变化,因此不产生感应电流,选项A、B、C错误;当线圈绕垂直于MN的直径转动时,穿过线圈的磁通量发生变化,从零增大到最大,然后逐渐减小到零,因此会产生感应电流,选项D正确2.如图所示,两个同心圆形线圈a、b在同一平面内,其半径大小关系为rarb,条形磁铁穿过圆心并与圆面垂直,则穿过两线圈的磁通量a、b间的大小关系为()AabBabCab D条件不足,无法判断解析:选C.条形磁铁内部的磁感线全部
3、穿过a、b两个线圈,而外部磁感线穿过线圈a的比穿过线圈b的要多,线圈a中磁感线条数的代数和要小,故选项C正确3.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.在下列各过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是()Aab向右运动,同时使减小B使磁感应强度B减小,角同时也减小Cab向左运动,同时增大磁感应强度BDab向右运动,同时增大磁感应强度B和角(0vab,则abdc回路有电流,电流方向为acdba解析:选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项错若ab、cd同向运动且速度大小相同
4、,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项错若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcdvab,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项对5.(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:选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
5、,由右手定则可判定回路中出现从ba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错应用楞次定律判断感应电流方向的步骤 法拉第电磁感应定律及其应用 【重难提炼】1感应电动势大小的决定因素(1)感应电动势的大小由穿过闭合电路的磁通量的变化率和线圈的匝数共同决定,而与磁通量、磁通量的变化量的大小没有必然联系(2)当仅由B引起时,则En;当仅由S引起时,则En.2磁通量的变化率是t图象上某点切线的斜率3求解感应电动势常见情况与方法情景图研究对象回路(不一定闭合)一段直导线(或等效成直导线)绕一端转
6、动的一段导体棒绕与B垂直的轴转动的导线框表达式EnEBLvsin EBL2ENBSsin(t0)如图,两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内,其左端接一阻值为R的电阻;一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上;在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域,区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场,磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1kt,式中k为常量;在金属棒右侧还有一匀强磁场区域,区域左边界MN(虚线)与导轨垂直,磁场的磁感应强度大小为B0,方向也垂直于纸面向里某时刻,金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动,在t0时刻恰好以速度v0越过MN,此后向右做匀速运动金属棒与导轨始终相
7、互垂直并接触良好,它们的电阻均忽略不计求:(1)在t0到tt0时间间隔内,流过电阻的电荷量的绝对值;(2)在时刻t(tt0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小审题突破(1)t0前只有左侧区域磁通量变化引起感应电动势(2)t0后感应电动势由左、右两侧磁通量变化引起(3)金属棒越过MN匀速运动,所加外力等于运动过程受到的安培力解析(1)在金属棒未越过MN之前,t时刻穿过回路的磁通量为ktS设在从t时刻到tt的时间间隔内,回路磁通量的变化量为,流过电阻R的电荷量为q.由法拉第电磁感应定律有E由欧姆定律有i由电流的定义有i联立式得|q|t由式得,在t0到tt0的时间间隔内,流过电阻R的电
8、荷量q的绝对值为|q|.(2)当tt0时,金属棒已越过MN,由于金属棒在MN右侧做匀速运动,有fF式中,f是外加水平恒力,F是匀强磁场施加的安培力设此时回路中的电流为I,F的大小为FB0lI此时金属棒与MN之间的距离为sv0(tt0)匀强磁场穿过回路的磁通量为B0ls回路的总磁通量为t式中,仍如式所示由式得,在时刻t(tt0)穿过回路的总磁通量为tB0lv0(tt0)kSt在t到tt的时间间隔内,总磁通量的改变量为t(B0lv0kS)t由法拉第电磁感应定律得,回路感应电动势的大小为Et由欧姆定律有I联立式得f(B0lv0kS).答案见解析【题组过关】考向一感生电动势En的应用1如图所示,匀强磁
9、场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直磁感应强度B随时间均匀增大两圆环半径之比为21,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb.不考虑两圆环间的相互影响下列说法正确的是()AEaEb41,感应电流均沿逆时针方向BEaEb41,感应电流均沿顺时针方向CEaEb21,感应电流均沿逆时针方向DEaEb21,感应电流均沿顺时针方向解析:选B.由法拉第电磁感应定律Er2,为常数,E与r2成正比,故EaEb41.磁感应强度B随时间均匀增大,故穿过圆环的磁通量增大,由楞次定律知,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反,垂直纸面向里,由安培定则可知,感应电流均沿顺时针方向,故B项正确2.如图所示,
10、一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中. 在t时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B.在此过程中,线圈中产生的感应电动势为()A.B.C. D.解析:选B.线圈中产生的感应电动势EnnSn,选项B正确考向二动生电动势导体平动切割磁感线问题3(2019嘉兴一模)如图所示,abcd为水平放置的平行光滑金属导轨,导轨间距为l,电阻不计导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B.金属杆放置在导轨上,与导轨的接触点为M、N,并与导轨成角金属杆以的角速度绕N点由图示位置匀速转动到与导轨ab垂直,转动过程金属杆与导轨始终良好接触,金属杆单位长度的
11、电阻为r.则在金属杆转动过程中()AM、N两点电势相等B金属杆中感应电流的方向是由N流向MC电路中感应电流的大小始终为D电路中通过的电荷量为解析:选A.由于导轨电阻不计,所以路端电压为零,即MN两点间的电压为零,M、N两点电势相等,选项A正确;根据楞次定律可得回路中的感应电流方向为顺时针,所以金属杆中感应电流的方向是由M流向N,选项B错误;设MN在回路中的长度为x,其接入电路的电阻为Rrx,根据导体转动切割磁感线产生的感应电动势大小计算公式可得EBx2,感应电流的大小为:I,由于x逐渐减小,所以感应电流逐渐减小,选项C错误;由于导体棒MN在回路中的有效切割长度逐渐减小,所以接入电路的电阻逐渐减
12、小,不能根据qIt计算通过电路的电荷量,选项D错误4.如图所示,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场若第一次用0.3 s时间拉出,外力所做的功为W1,通过导线截面的电荷量为q1;第二次用0.9 s时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电荷量为q2,则()AW1W2,q1q2BW1W2,q1q2 DW1W2,q1q2解析:选C.两次拉出的速度之比v1v231.电动势之比E1E231,电流之比I1I231,则电荷量之比q1q2(I1t1)(I2t2)11.安培力之比F1F231,则外力做功之比W1W231,故C正确考向三动生电动势导体转动切割磁感线问题5.如图,
13、直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是()AUaUc,金属框中无电流BUb Uc,金属框中电流方向沿abcaCUb cBl2,金属框中无电流DUb cBl2,金属框中电流方向沿acba解析:选C.金属框abc平面与磁场平行,转动过程中磁通量始终为零,所以无感应电流产生,选项B、D错误转动过程中bc边和ac边均切割磁感线,产生感应电动势,由右手定则判断UaUc,UbUc,选项A错误由转动切割产生感应电动势的公式得UbcBl2,选项C正确
14、1理解EBlv的“五性”(1)正交性:本公式是在一定条件下得出的,除磁场为匀强磁场外,还需B、l、v三者互相垂直(2)瞬时性:若v为瞬时速度,则E为相应的瞬时感应电动势(3)平均性:导体平动切割磁感线时,若v为平均速度,则E为平均感应电动势,即EBlv.(4)有效性:公式中的l为导体切割磁感线的有效长度如图中,棒的有效长度为ab间的距离(5)相对性:EBlv中的速度v是导体相对磁场的速度,若磁场也在运动,应注意速度间的相对关系2应用法拉第电磁感应定律应注意的三个问题(1)公式En求解的是一个回路中某段时间内的平均电动势,在磁通量均匀变化时,瞬时值才等于平均值(2)利用公式EnS求感应电动势时,
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