第一讲 电磁感应定律和楞次定律.docx

第一讲 电磁感应定律和楞次定律.docx

《第一讲 电磁感应定律和楞次定律.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一讲 电磁感应定律和楞次定律.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第一讲电磁感应定律和楞次定律

【思维导图】

【考情报告】

年份

题号

题型

分值

知识点

2011

17

选择题

6分

考查变压器、电功率和有效值的概念

18

选择题

6分

考查电磁感应、安培力和牛顿运动定律

2012

17

选择题

6分

考查自耦变压器、电功率和交变电流的有效值概念

20

选择题

6分

考查安培定则、电磁感应、楞次定律和左手定则

2013

卷Ⅰ

17

选择题

6分

考查电磁感应、电阻定律和闭合电路欧姆定律

25

计算题

19分

考查电磁感应的综合应用

2013

卷Ⅱ

16

选择题

6分

考查电磁感应和闭合电路欧姆定律

19

选择题

6分

考查电磁感应和电磁学中的物理学发展史

　　电磁感应及其综合应用是历来高考必考内容,尽管该内容多年没有在全国卷的计算题中出现,但2013年高考中作为必考的压轴题让人们重新看到了它的重要性.从综合程度上说,电磁感应包含动力学、功能关系、直流电路、交流电等多方面知识,是知识与技能为一体的最好平台.

【知能诊断】

1.（2012年高考·北京理综卷）物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”.如图,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环.闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起.某同学另找来器材再探究此实验.他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是（　　）.

A.线圈接在了直流电源上

B.电源电压过高

C.所选线圈的匝数过多

D.所用套环的材料与老师的不同

【疑惑】

（1）在老师做的实验中,套环跳起来的原因是什么?

（2）套环选用绝缘材料会有什么后果?

2.（2012年高考·新课标全国卷）如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右.设电流i正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是（　　）.

　　【疑惑】是否可以从安培力的方向发生改变来确定电流方向也发生改变?

3.（2013年高考·新课标全国卷Ⅰ）如图,在水平面（纸面）内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构成“V”字形导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触.下列关于回路中电流i与时间t的关系图线,可能正确的是（　　）.

【疑惑】

（1）闭合回路中切割磁感线的有效长度如何变化?

（2）闭合回路中电阻是如何变化的呢?

4.如图所示,在匀强磁场中矩形线圈的匀速转动的周期为T,转轴O1O2垂直于磁场方向,线圈电阻为2Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60°时的感应电流为1A.那么（　　）.

A.线圈消耗的电功率为4W

B.线圈中感应电流的有效值为2A

C.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cos

t

D.任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=

sin

t

【疑惑】

（1）线框在图示位置时感应电动势是最大值还是最小值?

（2）磁通量的大小与磁通量的变化率是什么关系?

（3）感应电动势的最大值与有效值是什么关系?

5.如图甲所示,光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角,M、P两端接一阻值为R的定值电阻,阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置,其他部分电阻不计.整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上.t=0时对棒施一平行于导轨的外力F,棒由静止开始沿导轨向上运动,通过R的感应电流随时间t变化的关系如图乙所示.下列关于穿过回路abPMa的磁通量Φ和磁通量的瞬时变化率

以及a、b两端的电势差Uab和通过棒的电荷量q随时间变化的图象中,正确的是（　　）.

【疑惑】

（1）感应电流I∝t,根据q=It,电荷量q是不是也与t成正比?

（2）由于I∝t,是不是E和Φ也与t成正比?

6.（2013年高考·江苏物理卷）如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0m、bc=0.5m,电阻r=2Ω.磁感应强度B在0~1s内从零均匀变化到0.2T.在1s~5s内从0.2T均匀变化到-0.2T,取垂直纸面向里为磁场的正方向.求:

（1）0.5s时线圈内感应电动势的大小E1和感应电流的方向.

（2）在1s~5s内通过线圈的电荷量q.

（3）在0~5s内线圈产生的焦耳热Q.

【疑惑】

（1）在1s~5s内磁感应强度B从0.2T均匀变化到-0.2T,磁通量的变化量是不是为零呢?

（2）通过线圈的电荷量q是不是与磁通量变化的快慢有关?

第一讲　电磁感应定律和楞次定律

【高效整合】

一、感应电动势的大小

1.法拉第电磁感应定律

内容:

感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.

公式:

E=n

=n

=n

（适用于任何情况）.

2.导线切割磁感线

平动:

E=Blv.说明:

匀强磁场中导线垂直切割磁感线,导线切割磁感线的有效长度为l,有效长度为导线两端连线投影到速度方向的长度.

转动:

E=Bl

=

Bl2ω.说明:

匀强磁场中长度为l的直导体棒绕一个端点以角速度ω转动,垂直切割磁感线.如图所示.

3.感应电荷量的求法

公式:

q=IΔt=

Δt=n

n表示线圈的匝数,R表示回路的总电阻,感应电荷量与磁通量的变化快慢无关.

二、感应电流的方向

1.楞次定律

内容:

感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.

拓展:

阻碍原磁通量的变化可理解为“增反减同”;阻碍物体间的相对运动可理解为“来拒去留”;阻碍原电流变化即为自感现象.

2.右手定则

内容:

伸开右手使大拇指与其余四指在同一平面内并跟四指垂直,让磁感线穿入手心,使大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.

3.右手定则与左手定则的区别

右手定则是“因动而生电”,左手定则是“因电而受力”.

4.安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律应用于不同现象.

基本现象

应用的定则或定律

运动电荷、电流产生磁场

安培定则

磁场对运动电荷、电流作用力

左手定则

电磁

感应

部分导体切割磁感线运动

右手定则或楞次定律

闭合电路磁通量变化

楞次定律

【解题精要】

一、感应电流方向的判断

感应电流的方向主要是根据楞次定律来判断,注意理解楞次定律中阻碍的含义:

（1）“阻碍”不是“相反”,原磁场与感应电流磁场方向有“增反减同”的特点;

（2）“阻碍”不是“阻止”,阻碍只是延缓其变化;（3）“阻碍”从能量角度上说就是能量的转化和守恒.

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.当PQ在外力作用下运动时,MN在磁场作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是（　　）.

A.向右匀加速运动

B.向左匀加速运动

C.向右匀减速运动

D.向左匀减速运动

变式训练1　如图甲所示,一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落,穿过一根竖直悬挂的条形磁铁,铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合.若取磁铁中心O为坐标原点,建立竖直向下为x轴的正方向,则图乙中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图象是（　　）.

二、法拉第电磁感应定律及其应用

常见感应电动势产生的原因可分为动生电动势和感生电动势,按电动势变化的属性可分为瞬时电动势和平均电动势,对于不同的电动势求解方法各不相同.

1.动生电动势

如图所示,两个垂直纸面的匀强磁场方向相反,磁感应强度的大小均为B,磁场区域的宽度均为2a,一个直径为2a的导线圆环从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两磁场区域,以逆时针方向为电流的正方向,则感应电流I与导线圆环移动距离x的关系图象最有可能正确的是（　　）.

2.感生电动势

如图甲所示的线圈共有50匝,它的两个端点C、D与内阻很大的电压表相连,穿过线圈的磁通量变化规律如图乙所示（只有环内有磁场）,则C、D两点的电势高低与电压表的示数为（　　）.

　　A.UC>UD,100V　　　　　　B.UC>UD,10V

C.UC>UD,50VD.UC

三、电磁感应的图象问题

电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图线,即B-t图线、Φ-t图线、E-t图线和I-t图线.对于导线切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图线,即E-x图线和I-x图线.这些图象问题大体上可分为两类:

一类是由有关的物理过程和物理量作出上述图象;另一类是由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量.不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律来分析、求解.

如图甲所示,在水平桌面上一个圆形金属框置于磁感应强度为B1的匀强磁场中,圆形金属框平面与磁场垂直,圆形金属框与两根水平的平行金属轨道相连,导轨上放置一根导体棒,导体棒与导轨接触良好,导体棒处于另一磁感应强度为B2的匀强磁场中,该磁场磁感应强度恒定.已知磁感应强度B1随时间t的变化关系如图乙所示,0~1s内磁场方向垂直线框平面向下.若导体棒始终保持静止,设向右的方向为静摩擦力的正方向,则其所受的静摩擦力f随时间变化的图象是图丙中的（　　）.

丙

变式训练2　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,则下列关于感应电流i与时间t的关系图线中,可能正确的是（　　）.

【审题范例】

专题五　电磁感应及其综合应用

知能诊断

1.D　2.A　3.A　4.AC　5.B

6.

（1）10V　方向为a→d→c→b→a

（2）10C　（3）100J

第一讲　电磁感应定律和楞次定律

解题精要

例1　BC

变式训练1　B

例2　C

例3　B

例4　B

变式训练2　B