2020浙江高考物理二輪講義：專題四第二講　楞次定律和法拉第電磁感應定律 Word版含解析

1、第二講楞次定律和法拉第電磁感應定律知識內容考試要求備考指津1.電磁感應現(xiàn)象b 1.由歷年真題統(tǒng)計可看出本講以大題為主，且難度較大，考查學生的綜合分析能力.2.滑軌類問題、線框穿越有界勻強磁場、電磁感應中的能量轉化等綜合問題，能很好地考查考生的能力，備受命題專家的青睞.2.楞次定律c3.法拉第電磁感應定律d4.電磁感應現(xiàn)象的兩類情況b5.互感和自感b6.渦流、電磁阻尼和電磁驅動b電磁感應現(xiàn)象 【題組過關】1(2019溫州模擬)如圖所示，一通電螺線管b放在閉合金屬線圈a內，螺線管的中心軸線恰和線圈的一條直徑mn重合要使線圈a中產生感應電流，可采用的方法有()a使通電螺線管中的電流發(fā)生變化b使螺線管

2、繞垂直于線圈平面且過線圈圓心的軸轉動c使線圈a以mn為軸轉動d使線圈a繞垂直于mn的直徑轉動解析：選d.在選項a、b、c三種情況下，由于線圈平面始終與磁感線保持平行，穿過線圈a的磁通量始終為零，磁通量不發(fā)生變化，因此不產生感應電流，選項a、b、c錯誤；當線圈繞垂直于mn的直徑轉動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，從零增大到最大，然后逐漸減小到零，因此會產生感應電流，選項d正確2.如圖所示，兩個同心圓形線圈a、b在同一平面內，其半徑大小關系為rarb，條形磁鐵穿過圓心并與圓面垂直，則穿過兩線圈的磁通量a、b間的大小關系為()aabbabcab d條件不足，無法判斷解析：選c.條形磁鐵內部的磁感線全部

3、穿過a、b兩個線圈，而外部磁感線穿過線圈a的比穿過線圈b的要多，線圈a中磁感線條數(shù)的代數(shù)和要小，故選項c正確3.如圖所示，一個u形金屬導軌水平放置，其上放有一個金屬導體棒ab，有一個磁感應強度為b的勻強磁場斜向上穿過軌道平面，且與豎直方向的夾角為.在下列各過程中，一定能在軌道回路里產生感應電流的是()aab向右運動，同時使減小b使磁感應強度b減小，角同時也減小cab向左運動，同時增大磁感應強度bdab向右運動，同時增大磁感應強度b和角(0vab，則abdc回路有電流，電流方向為acdba解析：選d.由右手定則可判斷出a項做法使回路產生順時針方向的電流，故a項錯若ab、cd同向運動且速度大小相同

4、，ab、cd所圍面積不變，磁通量不變，故不產生感應電流，故b項錯若ab向左，cd向右，則abdc回路中有順時針方向的電流，故c項錯若ab、cd都向右運動，且兩桿速度vcdvab，則ab、cd所圍面積發(fā)生變化，磁通量也發(fā)生變化，由楞次定律可判斷出，abdc回路中產生順時針方向的電流，故d項對5.(多選)如圖所示，金屬導軌上的導體棒ab在勻強磁場中沿導軌做下列哪種運動時，銅制線圈c中將有感應電流產生且被螺線管吸引()a向右做勻速運動b向左做減速運動c向右做減速運動d向右做加速運動解析：選bc.當導體棒向右勻速運動時產生恒定的電流，線圈中的磁通量恒定不變，無感應電流出現(xiàn)，a錯；當導體棒向左減速運動時

5、，由右手定則可判定回路中出現(xiàn)從ba的感應電流且減小，由安培定則知螺線管中感應電流的磁場向左在減弱，由楞次定律知c中出現(xiàn)順時針感應電流(從右向左看)且被螺線管吸引，b對；同理可判定c對，d錯應用楞次定律判斷感應電流方向的步驟 法拉第電磁感應定律及其應用 【重難提煉】1感應電動勢大小的決定因素(1)感應電動勢的大小由穿過閉合電路的磁通量的變化率和線圈的匝數(shù)共同決定，而與磁通量、磁通量的變化量的大小沒有必然聯(lián)系(2)當僅由b引起時，則en；當僅由s引起時，則en.2磁通量的變化率是t圖象上某點切線的斜率3求解感應電動勢常見情況與方法情景圖研究對象回路(不一定閉合)一段直導線(或等效成直導線)繞一端轉

6、動的一段導體棒繞與b垂直的軸轉動的導線框表達式eneblvsin ebl2enbssin(t0)如圖，兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導軌位于同一水平面(紙面)內，其左端接一阻值為r的電阻；一與導軌垂直的金屬棒置于兩導軌上；在電阻、導軌和金屬棒中間有一面積為s的區(qū)域，區(qū)域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場，磁感應強度大小b1隨時間t的變化關系為b1kt，式中k為常量；在金屬棒右側還有一勻強磁場區(qū)域，區(qū)域左邊界mn(虛線)與導軌垂直，磁場的磁感應強度大小為b0，方向也垂直于紙面向里某時刻，金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開始向右運動，在t0時刻恰好以速度v0越過mn，此后向右做勻速運動金屬棒與導軌始終相

7、互垂直并接觸良好，它們的電阻均忽略不計求：(1)在t0到tt0時間間隔內，流過電阻的電荷量的絕對值；(2)在時刻t(tt0)穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小審題突破(1)t0前只有左側區(qū)域磁通量變化引起感應電動勢(2)t0后感應電動勢由左、右兩側磁通量變化引起(3)金屬棒越過mn勻速運動，所加外力等于運動過程受到的安培力解析(1)在金屬棒未越過mn之前，t時刻穿過回路的磁通量為kts設在從t時刻到tt的時間間隔內，回路磁通量的變化量為，流過電阻r的電荷量為q.由法拉第電磁感應定律有e由歐姆定律有i由電流的定義有i聯(lián)立式得|q|t由式得，在t0到tt0的時間間隔內，流過電阻r的電

8、荷量q的絕對值為|q|.(2)當tt0時，金屬棒已越過mn，由于金屬棒在mn右側做勻速運動，有ff式中，f是外加水平恒力，f是勻強磁場施加的安培力設此時回路中的電流為i，f的大小為fb0li此時金屬棒與mn之間的距離為sv0(tt0)勻強磁場穿過回路的磁通量為b0ls回路的總磁通量為t式中，仍如式所示由式得，在時刻t(tt0)穿過回路的總磁通量為tb0lv0(tt0)kst在t到tt的時間間隔內，總磁通量的改變量為t(b0lv0ks)t由法拉第電磁感應定律得，回路感應電動勢的大小為et由歐姆定律有i聯(lián)立式得f(b0lv0ks).答案見解析【題組過關】考向一感生電動勢en的應用1如圖所示，勻強磁

9、場中有兩個導體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直磁感應強度b隨時間均勻增大兩圓環(huán)半徑之比為21，圓環(huán)中產生的感應電動勢分別為ea和eb.不考慮兩圓環(huán)間的相互影響下列說法正確的是()aeaeb41，感應電流均沿逆時針方向beaeb41，感應電流均沿順時針方向ceaeb21，感應電流均沿逆時針方向deaeb21，感應電流均沿順時針方向解析：選b.由法拉第電磁感應定律er2，為常數(shù)，e與r2成正比，故eaeb41.磁感應強度b隨時間均勻增大，故穿過圓環(huán)的磁通量增大，由楞次定律知，感應電流產生的磁場方向與原磁場方向相反，垂直紙面向里，由安培定則可知，感應電流均沿順時針方向，故b項正確2.如圖所示，

10、一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強磁場垂直，且一半處在磁場中. 在t時間內，磁感應強度的方向不變，大小由b均勻地增大到2b.在此過程中，線圈中產生的感應電動勢為()a.b.c. d.解析：選b.線圈中產生的感應電動勢ennsn，選項b正確考向二動生電動勢導體平動切割磁感線問題3(2019嘉興一模)如圖所示，abcd為水平放置的平行光滑金屬導軌，導軌間距為l，電阻不計導軌間有垂直于導軌平面的勻強磁場，磁感應強度大小為b.金屬桿放置在導軌上，與導軌的接觸點為m、n，并與導軌成角金屬桿以的角速度繞n點由圖示位置勻速轉動到與導軌ab垂直，轉動過程金屬桿與導軌始終良好接觸，金屬桿單位長度的

11、電阻為r.則在金屬桿轉動過程中()am、n兩點電勢相等b金屬桿中感應電流的方向是由n流向mc電路中感應電流的大小始終為d電路中通過的電荷量為解析：選a.由于導軌電阻不計，所以路端電壓為零，即mn兩點間的電壓為零，m、n兩點電勢相等，選項a正確；根據(jù)楞次定律可得回路中的感應電流方向為順時針，所以金屬桿中感應電流的方向是由m流向n，選項b錯誤；設mn在回路中的長度為x，其接入電路的電阻為rrx，根據(jù)導體轉動切割磁感線產生的感應電動勢大小計算公式可得ebx2，感應電流的大小為：i，由于x逐漸減小，所以感應電流逐漸減小，選項c錯誤；由于導體棒mn在回路中的有效切割長度逐漸減小，所以接入電路的電阻逐漸減

12、小，不能根據(jù)qit計算通過電路的電荷量，選項d錯誤4.如圖所示，閉合導線框的質量可以忽略不計，將它從如圖所示的位置勻速拉出勻強磁場若第一次用0.3 s時間拉出，外力所做的功為w1，通過導線截面的電荷量為q1；第二次用0.9 s時間拉出，外力所做的功為w2，通過導線截面的電荷量為q2，則()aw1w2，q1q2bw1w2，q1q2 dw1w2，q1q2解析：選c.兩次拉出的速度之比v1v231.電動勢之比e1e231，電流之比i1i231，則電荷量之比q1q2(i1t1)(i2t2)11.安培力之比f1f231，則外力做功之比w1w231，故c正確考向三動生電動勢導體轉動切割磁感線問題5.如圖，

13、直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為b，方向平行于ab邊向上當金屬框繞ab邊以角速度逆時針轉動時，a、b、c三點的電勢分別為ua、ub、uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是()auauc，金屬框中無電流bub uc，金屬框中電流方向沿abcacub cbl2，金屬框中無電流dub cbl2，金屬框中電流方向沿acba解析：選c.金屬框abc平面與磁場平行，轉動過程中磁通量始終為零，所以無感應電流產生，選項b、d錯誤轉動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線，產生感應電動勢，由右手定則判斷uauc，ubuc，選項a錯誤由轉動切割產生感應電動勢的公式得ubcbl2，選項c正確

14、1理解eblv的“五性”(1)正交性：本公式是在一定條件下得出的，除磁場為勻強磁場外，還需b、l、v三者互相垂直(2)瞬時性：若v為瞬時速度，則e為相應的瞬時感應電動勢(3)平均性：導體平動切割磁感線時，若v為平均速度，則e為平均感應電動勢，即eblv.(4)有效性：公式中的l為導體切割磁感線的有效長度如圖中，棒的有效長度為ab間的距離(5)相對性：eblv中的速度v是導體相對磁場的速度，若磁場也在運動，應注意速度間的相對關系2應用法拉第電磁感應定律應注意的三個問題(1)公式en求解的是一個回路中某段時間內的平均電動勢，在磁通量均勻變化時，瞬時值才等于平均值(2)利用公式ens求感應電動勢時，

15、s為線圈在磁場范圍內的有效面積(3)通過回路截面的電荷量q僅與n、和回路電阻r有關，與時間長短無關，與是否均勻變化無關推導如下：qitt. 自感和渦流 【題組過關】1在如圖所示的電路中，a、b為兩個完全相同的燈泡，l為自感系數(shù)較大而電阻不能忽略的線圈，e為電源，s為開關關于兩燈泡點亮和熄滅的情況下列說法正確的是()a合上開關，a先亮，b后亮；穩(wěn)定后a、b一樣亮b合上開關，b先亮，a后亮；穩(wěn)定后b比a更亮一些c斷開開關，a逐漸熄滅，b先變得更亮后再與a同時熄滅d斷開開關，b逐漸熄滅，a先變得更亮后再與b同時熄滅答案：b2如圖所示，線圈l的自感系數(shù)很大，且其直流電阻可以忽略不計，l1、l2是兩個完

16、全相同的小燈泡開關s閉合和斷開的過程中，燈l1、l2的亮度變化情況是(燈絲不會斷)()as閉合，l1亮度不變，l2亮度逐漸變亮，最后兩燈一樣亮；s斷開，l2立即熄滅，l1逐漸變亮bs閉合，l1不亮，l2很亮；s斷開，l1、l2立即熄滅cs閉合，l1、l2同時亮，而后l1逐漸熄滅，l2亮度不變；s斷開，l2立即熄滅，l1亮一下才熄滅ds閉合，l1、l2同時亮，而后l1逐漸熄滅，l2則逐漸變得更亮；s斷開，l2立即熄滅，l1亮一下才熄滅解析：選d.當s閉合，l的自感系數(shù)很大，對電流的阻礙作用較大，l1和l2串聯(lián)后與電源相連，l1和l2同時亮，隨著l中電流的增大，因為l的直流電阻不計，則l的分流作用

17、增大，l1中的電流逐漸減小為零，由于總電阻變小，故電路中的總電流變大，l2中的電流增大，l2燈變得更亮；當s斷開，l2中無電流，立即熄滅，而線圈l產生自感電動勢，試圖維持本身的電流不變，l與l1組成閉合電路，l1要亮一下后再熄滅綜上所述，d正確3.如圖所示，在光滑絕緣水平面上，有一鋁質圓形金屬球以一定的初速度通過有界勻強磁場，則從球開始進入磁場到完全穿出磁場過程中(磁場寬度大于金屬球的直徑)，小球()a整個過程勻速運動b進入磁場過程中球做減速運動，穿出過程做加速運動c整個過程都做勻減速運動d穿出時的速度一定小于初速度解析：選d.小球在進出磁場時有渦流產生，要受到阻力1自感現(xiàn)象“阻礙”作用的理解

18、(1)流過線圈的電流增加時，線圈中產生的自感電動勢與電流方向相反，阻礙電流的增加，使其緩慢地增加(2)流過線圈的電流減小時，線圈中產生的自感電動勢與電流方向相同，阻礙電流的減小，使其緩慢地減小2自感現(xiàn)象的四個特點(1)自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化(2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化(3)電流穩(wěn)定時，自感線圈就相當于普通導體(4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動勢只是延緩了過程的進行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向3通電自感和斷電自感與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流突然增大，然后逐漸減小達到穩(wěn)定斷電時電流逐漸減小，燈

19、泡逐漸變暗，電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為i1、i2：(1)若i2i1，燈泡逐漸變暗；(2)若i2i1，燈泡閃亮后逐漸變暗兩種情況燈泡中電流方向均改變4.自感現(xiàn)象中的能量轉化：通電自感中，電能轉化為磁場能；斷電自感中，磁場能轉化為電能 課后作業(yè)(十六)(建議用時：40分鐘)一、選擇題1.如圖所示電路中，a、b是完全相同的燈泡，l是電阻不計的電感線圈，下列說法中正確的是()a當開關s閉合時，a燈先亮，b燈后亮b當開關s閉合時，b燈先亮，a燈后亮c當開關s閉合時，a、b燈同時亮，以后b燈更亮，a燈熄滅d當開關s閉合時，a、b燈同時亮，以后亮度不變解析：選c.當開關s剛閉合時，自感線圈l中會產生自感電

20、動勢，外電路是自感線圈l與燈泡a并聯(lián)后再與燈泡b串聯(lián)，即閉合開關后的瞬間，燈泡a、b中均有電流通過，燈泡a、b同時亮；當自感線圈l中的電流逐漸增大到穩(wěn)定狀態(tài)后，自感線圈中的自感電動勢消失，l相當于導線，燈泡a被短路而熄滅，此后電路相當于把燈泡b直接連在電源兩極，b燈繼續(xù)發(fā)光，所以選項中只有c正確2.如圖所示的電路中，電源的電動勢為e，內阻為r，電感l(wèi)的電阻不計，電阻r的阻值大于燈泡d的阻值在 t0 時刻閉合開關s，經過一段時間后，在tt1時刻斷開s.下列表示a、b兩點間電壓uab隨時間t變化的圖象中，正確的是()解析：選b.閉合開關s后，燈泡d直接發(fā)光，電感l(wèi)的電流逐漸增大，電路中的總電流也將

21、逐漸增大，電源內電壓增大，則路端電壓uab逐漸減??；斷開開關s后，燈泡d中原來的電流突然消失，電感l(wèi)與燈泡形成閉合回路，所以燈泡d中電流將反向，并逐漸減小為零，即uab反向逐漸減小為零，故選b.3如圖，粗糙水平桌面上有一質量為m的銅質矩形線圈當一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線ab正上方水平快速經過時，若線圈始終不動，則關于線圈受到的支持力fn及在水平方向運動趨勢的正確判斷是()afn先小于mg后大于mg，運動趨勢向左bfn先大于mg后小于mg，運動趨勢向左cfn先小于mg后大于mg，運動趨勢向右dfn先大于mg后小于mg，運動趨勢向右解析：選d.根據(jù)楞次定律的推論判斷磁鐵靠近線圈時，線圈阻礙它靠

22、近線圈受到磁場力方向為右偏下，故fnmg，有向右運動趨勢，磁鐵從b點離開線圈時，線圈受到磁場力方向向右偏上，故fn2b12c12 d無法比較解析：選b.設矩形線圈abcd在圖中實線位置時的磁通量為1，運動到虛線所示位置時的磁通量為2，則第一次平移時磁通量的變化為112，第二次翻轉180時磁通量的變化為212，顯然有12.5如圖所示，半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強磁場b中，繞o軸以角速度沿逆時針方向勻速運動，則通過電阻r的電流的方向和大小是(金屬圓盤的電阻不計)()a由c到d，i b由d到c，ic由c到d，i d由d到c，i解析：選d.由右手定則判定通過電阻r的電流的方向是由d到c；而金屬

23、圓盤產生的感應電動ebr2，所以通過電阻r的電流大小是i，選項d正確6(多選)如圖所示，固定的光滑金屬導軌m、n水平放置，兩根導體棒p、q平行放置在導軌上，形成一個閉合回路，一條形磁鐵從高處下落接近回路時()ap、q將相互靠攏bp、q將相互遠離c磁鐵的加速度仍為gd磁鐵的加速度小于g解析：選ad.法一：設磁鐵下端為n極，如圖所示，根據(jù)楞次定律可判斷出p、q中的感應電流方向如圖所示，根據(jù)左手定則可判斷p、q所受安培力的方向可見，p、q將相互靠攏由于回路所受安培力的合力向下，由牛頓第三定律知，磁鐵將受到向上的反作用力，因而加速度小于g.當磁鐵下端為s極時，根據(jù)類似的分析可得到相同的結果，所以，本題

24、應選a、d.法二：根據(jù)楞次定律的另一種表述感應電流的效果總是要反抗產生感應電流的原因本題中“原因”是回路中磁通量的增加，歸根結底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近所以，p、q將相互靠攏且磁鐵的加速度小于g，應選a、d.7.如圖所示的電路中，l是一個自感系數(shù)很大、直流電阻不計的線圈，l1、l2和l3是3個完全相同的燈泡，e是內阻不計的電源在t0時刻，閉合開關s，電路穩(wěn)定后在t1時刻斷開開關s.規(guī)定以電路穩(wěn)定時流過l1、l2的電流方向為正方向，分別用i1、i2表示流過l1和l2的電流，則下圖中能定性描述電流i隨時間t變化關系的是()解析：選c.l的直流電阻不計，電路穩(wěn)定后通過

25、l1的電流是通過l2、l3電流的2倍閉合開關瞬間，l2立即變亮，由于l的阻礙作用，l1逐漸變亮，即i1逐漸變大，在t1時刻斷開開關s，之后電流i會在電路穩(wěn)定時通過l1的電流大小基礎上逐漸變小，i1方向不變，i2反向，故選c.8.如圖，均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應強度大小為b0.使該線框從靜止開始繞過圓心o、垂直于半圓面的軸以角速度勻速轉動半周，在線框中產生感應電流現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應強度大小隨時間線性變化為了產生與線框轉動半周過程中同樣大小的電流，磁感應強度隨時間的變化率的大小應為()a. b.c. d

26、.解析：選c.設圓的半徑為l，電阻為r，當線框以角速度勻速轉動時產生的感應電動勢e1b0l2.當線框不動，而磁感應強度隨時間變化時e2l2，由得b0l2l2，即，故c正確9(多選)如圖，一端接有定值電阻的平行金屬軌道固定在水平面內，通有恒定電流的長直絕緣導線垂直并緊靠軌道固定，導體棒與軌道垂直且接觸良好在向右勻速通過m、n兩區(qū)的過程中，導體棒所受安培力分別用fm、fn表示不計軌道電阻以下敘述正確的是()afm向右 bfn向左cfm逐漸增大 dfn逐漸減小解析：選bcd.根據(jù)直線電流產生磁場的分布情況知，m區(qū)的磁場方向垂直紙面向外，n區(qū)的磁場方向垂直紙面向里，離導線越遠，磁感應強度越小當導體棒勻速通過m、n兩區(qū)時，感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因，故導體棒在m、n兩區(qū)運動時，受到的安培力均向左，故選項a錯誤，選項b正確；導體棒在m區(qū)運動時，磁感應強度b變大，