2023屆高三物理【新教材】一輪復習 12-1 電磁感應現象　楞次定律

第十二章電磁感應【核心素養(yǎng)】物理觀念：1.理解磁通量、電磁感應、自感等概念；2.掌握右手定則、楞次定律、法拉第電磁感應定律等規(guī)律；3.培養(yǎng)電磁相互作用觀念和能量觀念．科學思維：綜合應用楞次定律、法拉第電磁感應定律、閉合電路歐姆定律、焦耳定律、牛頓第二定律、動能定理、能量守恒定律、動量定理、動量守恒定律分析問題的能力．科學探究：通過實驗探究影響感應電流方向的因素，探究法拉第電磁感應定律、探究自感現象和渦流現象，提高定性和定量分析問題的能力．科學態(tài)度與責任：了解生活中電磁感應的應用，體會學習物理的樂趣，培養(yǎng)學習物理的興趣．【命題探究】1.命題分析：高考對本專題的考查主要有電磁感應現象的分析與判斷，感應電流與感應電動勢的計算以及電磁感應中的電路、能量、圖像等問題．選擇題和計算題對本章知識都有所涉及，試題綜合性較強．2．趨勢分析：針對2022年高考，導體棒的受力及運動分析、電磁感應與動量定理和動量守恒定律相結合的綜合性試題應引起大家的重視．【試題情境】生活實踐類：電磁爐、電子秤、電磁卡、電磁焊接術、磁電式速度傳感器、真空管道超高速列車、磁懸浮列車、電磁軌道炮、電磁驅動、電磁阻尼等各種實際應用模型．學習探索類：桿軌模型問題，電磁感應與動力學、能量、動量結合問題，電磁感應的圖像問題．第1講電磁感應現象楞次定律【必備知識·自主排查】一、電磁感應現象1．電磁感應現象當穿過閉合導體回路的________發(fā)生變化時，閉合導體回路中有____________產生的現象．2．產生感應電流的條件(1)________導體回路；(2)________發(fā)生變化．二、感應電流的方向判斷1．楞次定律(1)內容：感應電流的磁場總要________引起感應電流的________的變化．(2)適用范圍：一切電磁感應現象．2．右手定則(1)內容：如圖所示，伸開右手，使拇指與其余四個手指________，并且都與手掌在同一個平面內；讓______從掌心進入，并使拇指指向導線運動的方向，這時四指所指的方向就是____________的方向．(2)適用情況：判斷導線________________產生的感應電流方向．【教材拓展】[人教版選擇性必修第二冊P25“思考與討論”改編]如圖，用繩吊起一個鋁環(huán)．用磁體的任意一極去1．靠近鋁環(huán)時：(1)觀察到的現象是鋁環(huán)向右擺．()(2)穿過鋁環(huán)的磁通量增加，鋁環(huán)中有感應電流產生．()(3)感應電流的磁場阻礙引起感應電流的磁通量的變化，所以鋁環(huán)向右擺．()2．遠離鋁環(huán)時：(1)觀察到的現象是鋁環(huán)向左擺．()(2)穿過鋁環(huán)的磁通量減少，鋁環(huán)中有感應電流產生．()(3)鋁環(huán)中產生的感應電流的方向可以用楞次定律判斷．()【關鍵能力·分層突破】考點一電磁感應現象的理解和判斷判斷是否產生感應電流的流程(1)確定研究的回路．(2)弄清楚回路內的磁場分布，并確定穿過該回路的磁通量Φ.(3)Φ不變→無感應電流Φ變化→不閉合，無感應電流，但有感應電動勢【跟進訓練】1．如圖所示，一個金屬圓環(huán)水平放置在豎直向上的勻強磁場中，若要使圓環(huán)中產生如箭頭所示方向的瞬時感應電流，下列方法可行的是()A．使勻強磁場的磁感應強度均勻增大B．使圓環(huán)繞水平軸ab如圖轉動30°C．使圓環(huán)繞水平軸cd如圖轉動30°D．保持圓環(huán)水平并使其繞過圓心的豎直軸轉動2．[人教版選擇性必修第二冊改編]如圖所示的各圖所描述的物理情境中，沒有產生感應電流的是()3．[2022·山東淄博統考]為探討磁場對腦部神經組織的影響及臨床醫(yī)學應用，某小組查閱資料得知：“將金屬線圈放置在頭部上方幾厘米處，給線圈通以上千安培、歷時約幾毫秒的脈沖電流，電流流經線圈產生瞬間的高強度脈沖磁場，磁場穿過頭顱對腦部特定區(qū)域產生感應電場及感應電流，而對腦神經產生電刺激作用，其裝置如圖所示．”同學們討論得出的下列結論正確的是()A．脈沖電流流經線圈，會產生高強度的磁場是電磁感應現象B．脈沖磁場產生感應電場是電流的磁效應C．若將脈沖電流改為恒定電流，可持續(xù)對腦神經產生電刺激作用D．若脈沖電流最大強度不變，但縮短脈沖電流時間，則在腦部產生的感應電場及感應電流增強考點二判斷感應電流方向的兩種方法1．判斷感應電流的方法(1)楞次定律．(2)右手定則．2．用楞次定律判斷感應電流方向的“四步法”：角度1由楞次定律判斷感應電流方向例1兩根互相垂直的絕緣通電長直導線放在水平面上，兩個相同的閉合圓形線圈a、b放在同一水平面上，兩線圈的圓心到兩導線的距離都相等．設兩直導線中的電流大小相等，方向如圖所示．若兩直導線中的電流以相同的變化率均勻減小，下列說法正確的是()A．a中無感應電流，b中有順時針方向的感應電流B．a中無感應電流，b中有逆時針方向的感應電流C.a中有順時針方向的感應電流，b中無感應電流D.a中有逆時針方向的感應電流，b中無感應電流[解題心得]角度2由右手定則判斷感應電流方向例2ab為一金屬桿，它處在如圖所示的垂直于紙面向里的勻強磁場中，可繞a點在紙面內轉動；S為以a為圓心位于紙面內的金屬圓環(huán)；在桿轉動過程中，桿的b端與金屬環(huán)保持良好接觸；A為電流表，其一端與金屬環(huán)相連，一端與a點良好接觸．當桿沿逆時針方向轉動時，某時刻ab桿的位置如圖，則此時刻()A．有電流通過電流表，方向c→d；作用于ab的安培力向右B．有電流通過電流表，方向c→d；作用于ab的安培力向左C．有電流通過電流表，方向d→c；作用于ab的安培力向左D．無電流通過電流表，作用于ab的安培力為零[解題心得]【跟進訓練】4.如圖所示，在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導軌，導軌平面與磁場垂直．金屬桿PQ置于導軌上并與導軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內，線框與導軌共面．現讓金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，關于感應電流的方向，下列說法正確的是()A．PQRS中沿順時針方向，T中沿逆時針方向B．PQRS中沿順時針方向，T中沿順時針方向C．PQRS中沿逆時針方向，T中沿逆時針方向D．PQRS中沿逆時針方向，T中沿順時針方向考點三楞次定律的推廣及三定則一定律的綜合應用角度1楞次定律的推廣應用楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為：感應電流的效果總是阻礙引起感應電流的原因．列表說明如下．內容阻礙原磁通量的變化——“增反減同”阻礙相對運動——“來拒去留”使回路面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴”阻礙原電流的變化——“增反減同”例3如圖所示，在水平放置的螺線管的中央，放著一個可繞水平軸OO′自由轉動的閉合線圈abcd，軸OO′與螺線管的軸線垂直，ab邊在OO′軸的左上方，閉合K的瞬間，關于線圈的運動情況，下列說法正確的是()A．不轉動B．ab邊向左轉動C．ab邊向右轉動D．轉動的方向與螺線管中的電流方向有關角度2三定則一定律的綜合應用例4(多選)如圖所示，兩個線圈繞在同一根鐵芯上，其中一線圈通過開關與電源連接，另一線圈與遠處沿南北方向水平放置在紙面內的直導線連接成回路．將一小磁針懸掛在直導線正上方，開關未閉合時小磁針處于靜止狀態(tài)．下列說法正確的是()A．開關閉合后的瞬間，小磁針的N極朝垂直于紙面向里的方向轉動B．開關閉合并保持一段時間后，小磁針的N極指向垂直于紙面向里的方向C．開關閉合并保持一段時間后，小磁針的N極指向垂直于紙面向外的方向D．開關閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間，小磁針的N極朝垂直于紙面向外的方向轉動【跟進訓練】5.美國明尼蘇達大學的研究人員發(fā)現：一種具有獨特屬性的新型合金能夠將內能直接轉化為電能．具體而言，只要略微提高溫度，這種合金就會變成強磁性合金，從而使環(huán)繞它的線圈中產生電流，其簡化模型如圖所示．A為圓柱形合金材料，B為線圈，套在圓柱形合金材料上，線圈的半徑大于合金材料的半徑．現對A進行加熱，則()A.B中將產生逆時針方向的電流B．B中將產生順時針方向的電流C．B線圈有收縮的趨勢D．B線圈有擴張的趨勢6．如圖所示，通電螺線管置于水平放置的光滑平行金屬導軌MN和PQ之間，ab和cd是放在導軌上的兩根金屬棒，它們分別靜止在螺線管的左右兩側，現使滑動變阻器的滑動觸頭向左滑動，則ab和cd棒的運動情況是()A．ab向左運動，cd向右運動B．ab向右運動，cd向左運動C．ab、cd都向右運動D．ab、cd保持靜止考點四生活、科技中的電磁感應現象電磁感應現象與生活密切相關，高考對這部分的考查更趨向于有關現代信息和STSE問題中信息題的考查．命題背景有電磁爐、電子秤、電磁卡、電磁焊接技術、衛(wèi)星懸繩發(fā)電、磁懸浮列車等．情境1金屬探測器(多選)高考考生入場時，監(jiān)考老師要用金屬探測器對考生進行安檢后才允許其進入考場，如圖所示．探測器內有通電線圈，當探測器靠近任何金屬材料物體時，都會引起探測器內線圈中電流變化，報警器就會發(fā)出警報；靠近非金屬物體時則不發(fā)出警報．關于探測器的工作原理，下列說法正確的是()A．金屬探測器利用的是電磁感應現象B．金屬探測器利用的是磁場對金屬的吸引作用C．金屬探測器利用的是靜電感應現象D．金屬探測器利用的是當探測器靠近金屬物體時，能在金屬中形成渦流，進而引起線圈中電流的變化情境2安檢門[2022·福建廈門期末](多選)安檢門是一種用于安全檢查的“門”，如圖所示，“門框”內有線圈，線圈里通有交變電流，交變電流在“門”內產生交變磁場，金屬物品通過“門”時能產生渦流，渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流，從而引起報警．以下關于這個安檢門的說法正確的是()A．這個安檢門也能檢查出毒品攜帶者B．這個安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者C．如果這個“門框”內的線圈中通上恒定電流，也能檢查出金屬物品攜帶者D．這個安檢門工作時，既利用了電磁感應現象，又利用了電流的磁效應情境3漏電斷路器(多選)漏電斷路器是家庭電路中必不可少的一種安全保護裝置，如圖為其基本原理圖．電源線的火線與零線并行繞在鐵芯上，當與放大器相連的線圈有微小電流時，即刻會驅動電磁繼電器斷開電源，實現安全保護．下列相關說法正確的是()A．當與地不絕緣的人不小心觸碰到火線時，漏電斷路器會即刻斷開電源B．當與地絕緣的人不小心同時觸碰到火線與零線時，漏電斷路器會即刻斷開電源C．當外接電網是恒定直流電源時，漏電斷路器不能正常工作D．在相同條件下，放大器繞在鐵芯上的線圈匝數越多，則能檢測到更微小的漏電第十二章電磁感應第1講電磁感應現象楞次定律必備知識·自主排查一、1．磁通量感應電流2．(1)閉合(2)磁通量二、1．阻礙磁通量2．(1)垂直磁感線感應電流(2)切割磁感線教材拓展1．答案：(1)√(2)√(3)√2．答案：(1)√(2)√(3)√關鍵能力·分層突破1．解析：原磁場的方向豎直向上，圓環(huán)中感應電流產生的磁場方向豎直向下，與原磁場的方向相反，根據楞次定律，說明圓環(huán)的磁通量在增大．使勻強磁場的磁感應強度均勻增大，穿過圓環(huán)的磁通量增大，A正確；使圓環(huán)繞水平軸ab或cd轉動30°，圓環(huán)在中性面上的投影面積減小，磁通量減小，只會產生與圖示方向反向的感應電流，B、C錯誤；保持圓環(huán)水平并使其繞過圓心的豎直軸轉動，圓環(huán)仍與磁場垂直，磁通量不變，不會產生感應電流，D錯誤．答案：A2．解析：開關S閉合穩(wěn)定后，穿過線圈N的磁通量保持不變，線圈N中不會產生感應電流，故A符合題意；磁鐵向鋁環(huán)A靠近，穿過鋁環(huán)的磁通量增大，鋁環(huán)中會產生感應電流，故B不符合題意；金屬框中從A位置向B位置運動，穿過金屬框的磁通量發(fā)生變化，金屬框中會產生感應電流，故C不符合題意；銅盤在磁場中按圖示方向轉動，銅盤的一部分切割磁感線，回路中會產生感應電流，故D不符合題意．答案：A3．解析：脈沖電流流經線圈，產生磁場，屬于電流產生磁場，是電流的磁效應，不是電磁感應現象，選項A錯誤；脈沖磁場產生感應電場是變化的磁場產生電場，不是電流的磁效應，選項B錯誤；若將脈沖電流改為恒定電流，只能產生恒定磁場，不能產生感應電場，不能對腦神經產生電刺激作用，選項C錯誤；若脈沖電流最大強度不變，但是縮短脈沖電流時間，則電流變化率增大，流經線圈產生的磁場的變化率增大，導致在腦部產生的感應電場及感應電流增強，選項D正確．答案：D例1解析：由安培定則可知通電導線產生的磁場方向，并根據疊加原理可知a所在區(qū)域的兩個磁場方向相反，穿過a環(huán)的磁通量為0且保持不變，所以a中無感應電流；b所在區(qū)域兩個磁場方向相同，合磁場不為零，當電流減小時，b中磁通量減小，根據楞次定律可知b中有逆時針方向的感應電流，故B選項正確．答案：B例2解析：當桿沿逆時針方向轉動時，根據右手定則，判斷出ab桿中感應電流方向b→a，有電流通過電流表，方向d→c，根據左手定則，作用于ab的安培力向左，C正確，A、B、D錯誤．答案：C4．解析：金屬桿PQ突然向右運動，由右手定則可知，PQRS中有沿逆時針方向的感應電流，穿過圓環(huán)形金屬線框T中的磁通量減小，由楞次定律可知，T中有沿順時針方向的感應電流，故選項D正確，A、B、C錯誤．答案：D例3解析：閉合K的瞬間，通過閉合線圈abcd的磁通量增大，根據楞次定律，線圈ab邊向左轉動，轉動的方向與螺線管中的電流方向無關，選項B正確．答案：B例4解析：開關閉合后的瞬間，根據安培定則可知，兩線圈內的磁場方向水平向右．因為線圈內的磁通量增加，根據楞次定律可判斷直導線內的電流方向由南到北，再根據安培定則可知直導線內的電流在其正上方產生的磁場方向垂直于紙面向里，則小磁針的N極朝垂直于紙面向里的方向轉動，故選項A正確；開關閉合并保持一段時間后，與直導線相連的線圈內磁通量不變，則直導線內沒有感應電流，故小磁針不動，故選項B、C錯誤；開關閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間，與直導線相連的線圈內磁通量減少，根據楞次定律可判斷直導線內的電流方向由北到南，小磁針的N極朝垂直于紙面向外的方向轉動，故選項D正確．答案：AD5．解析：提高溫度，這種合金會從非磁性合金變成強磁性合金，穿過線圈的磁通量增大，從而在環(huán)繞它的線圈中產生電流．由于原磁場的方向未知，所以不能判斷出感應電流的方向，故A、B錯誤；A外側的磁場的方向與A中的磁場的方向相反，B的面積越大，則穿過線圈B的磁通量越?。擜與B中磁通量增大時，則線圈產生的感應電流阻礙磁通量的增大，面積有擴張的趨勢，故C錯誤，D正確．答案：D6．解析：由安培定則可知螺線管中磁感線方向向上，金屬棒ab、cd處的磁感線方向均向下，當滑動