新高考物理二輪復(fù)習(xí)講義12講 電磁感應(yīng)及應(yīng)用（含解析）

2022-2023高考物理二輪復(fù)習(xí)（新高考）12講電磁感應(yīng)及應(yīng)用帶電粒子在磁場中的運動的思維導(dǎo)圖重難點突破1.三定則、一定律(1)安培定則：判斷運動電荷、電流產(chǎn)生的磁場方向。(2)左手定則：判斷磁場對運動電荷、電流的作用力的方向。(3)楞次定律：判斷閉合電路磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向。(4)右手定則：判斷閉合電路中部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向。2．楞次定律推論(1)“增反減同”；(2)“來拒去留”；(3)“增縮減擴”；(4)“增離減靠”。3．求感應(yīng)電動勢的方法(1)平均感應(yīng)電動勢：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)。(2)垂直切割：E＝BLv。(3)導(dǎo)體棒繞與磁場平行的軸勻速轉(zhuǎn)動：E＝eq\f(1,2)Bl2ω。(4)線圈繞與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動：e＝nBSωsinωt。4．感應(yīng)電荷量的求法(1)當回路中的磁通量發(fā)生變化時，由于感應(yīng)電場的作用使電荷發(fā)生定向移動而形成感應(yīng)電流。通過的電荷量的表達式為q＝eq\x\to(I)Δt＝neq\f(ΔΦ,ΔtR總)·Δt＝neq\f(ΔΦ,R總)。(2)導(dǎo)體棒做切割磁感線運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流時，通過的電荷量q滿足關(guān)系式：－Beq\x\to(I)lΔt＝－Blq＝mΔv。5．電磁感應(yīng)中的電路問題(1)確定電源：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)或E＝Blv。(2)分析電路結(jié)構(gòu)：分析內(nèi)、外電路，以及外電路的串并聯(lián)關(guān)系，畫出等效電路圖。(3)應(yīng)用閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)電路的基本規(guī)律等列方程求解?？键c應(yīng)用1.左右手的使用-三定則、一定律例1：（2023秋·山東臨沂·高二臨沂第三中學(xué)?？计谀┤鐖D，一束電子沿z軸負向流動，則在圖中y軸上A點的磁場方向是（）A．+x方向 B．-x方向 C．+y方向 D．-y方向【答案】B【詳解】據(jù)題意，電子流沿z軸負向流動，電流方向沿y軸正向，由安培定則可以判斷電流激發(fā)的磁場以z軸為中心沿逆時針方向（從上向下看），通過y軸A點時方向向里，即沿x軸負向。故選B。跟蹤訓(xùn)練1：（2021春·四川南充·高二開學(xué)考試）下面四幅圖表示了電場強度E、磁感應(yīng)強度B、通電直導(dǎo)線電流Ⅰ、電荷速度v、電場力和磁場力F的方向之間的關(guān)系，其中正確的是（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】A．正電荷受力方向與電場方向相同，應(yīng)該水平向右，故A錯誤；B．由左手定則可知，電荷受到洛倫茲力方向向下，故B正確；C．由左手定則可知，負電荷受到的洛倫茲力方向向下，故C錯誤；D．由左手定則可知，導(dǎo)線受到安培力方向向上，故D錯誤；故選B。2.楞次定律的理解電磁感應(yīng)的效果總要阻礙引起電磁感應(yīng)的原因阻礙原磁通量變化——“增反減同”阻礙相對運動——“來拒去留阻礙回路面積擴大或縮小——“增縮減擴”阻礙原電流的變化——“增反減同”例2：（2023秋·上海長寧·高二上海市延安中學(xué)?？计谀┤鐖D所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，MN的左邊有一閉合電路，當PQ在外力的作用下運動時，MN向右運動，則PQ所做的運動可能是（）A．向右加速運動 B．向左加速運動C．向右勻速運動 D．向左勻速運動【答案】B【詳解】根據(jù)安培定則可知，ab在右側(cè)產(chǎn)生的磁場方向為垂直向里，又因為MN向右運動，根據(jù)左手定則可判斷MN中感應(yīng)電流方向由M到N，由安培定則可知L1中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向上，由楞次定律可知，L2中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向上并減弱或向下并增強。如果L2中磁場向上減弱，根據(jù)安培定則可知PQ中感應(yīng)電流為Q到P且減小，再根據(jù)右手定則可知PQ向右減速運動；如果L2中磁場向下增強，根據(jù)安培定則可知PQ中感應(yīng)電流為P到Q且增大，再根據(jù)右手定則可知PQ向左加速運動。故選B。跟蹤訓(xùn)練2：（2023秋·北京東城·高二統(tǒng)考期末）如圖所示，直導(dǎo)線SKIPIF1<0與矩形金屬線框SKIPIF1<0位于同一豎直平面內(nèi)，SKIPIF1<0中通有如圖所示（向上）方向的電流，在SKIPIF1<0中電流減小的過程中，下列選項正確的是（）A．穿過線框的磁感線垂直紙面向外 B．線框中的磁通量不變C．SKIPIF1<0邊感應(yīng)電流的方向為SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0邊受到的安培力方向向上【答案】D【詳解】AB．由右手螺旋定則可知，直導(dǎo)線SKIPIF1<0在其右側(cè)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，且SKIPIF1<0中電流減小，則原磁場磁感應(yīng)強度減小，穿過線框中的磁通量減小，故AB錯誤；C．由于原磁場磁感應(yīng)強度減小，根據(jù)楞次定律可知線框感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場阻礙原磁場磁通量的減小，故感應(yīng)磁場的方向垂直紙面向里，根據(jù)右手螺旋定則可知，線框中感應(yīng)電流的方向為順時針，則SKIPIF1<0邊感應(yīng)電流的方向為SKIPIF1<0，故C錯誤；D．根據(jù)感應(yīng)電流的方向以及左手定則可知，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里，則SKIPIF1<0邊受到的安培力方向向上，故D正確。故選D。公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)與E＝Blv的比較E＝neq\f(ΔΦ,Δt)閉合回路平均電動勢對電磁感應(yīng)現(xiàn)象廣泛適用E＝Blv回路中做切割磁感線運動的部分導(dǎo)體①若v為瞬時速度，則求的是瞬時感應(yīng)電動勢②若v為平均速度，則求的是平均感應(yīng)電動勢適用于導(dǎo)體垂直切割磁感線的電磁感應(yīng)現(xiàn)象例3：（2022春·廣東東莞·高二東莞市東華高級中學(xué)期中）如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，導(dǎo)軌上間接有燈泡A。金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下?，F(xiàn)使金屬棒ab以一定的初速度v開始向右運動，此后（）A．棒ab勻減速運動直到停止 B．棒ab中的感應(yīng)電流方向由b到aC．棒ab所受的安培力方向水平向右 D．燈泡A逐漸變暗【答案】BD【詳解】ABCD．a(chǎn)b棒向右運動時，由右手定則可知棒ab中的感應(yīng)電流方向由b到a；由左手定則可知ab棒受到向左的安培力，ab棒向右減速，感應(yīng)電動勢SKIPIF1<0不斷減小，燈泡A逐漸變暗；安培力SKIPIF1<0逐漸減小，由牛頓第二定律SKIPIF1<0知棒ab向右做加速度減小的減速運動直到速度為零。故AC錯誤，BD正確。故選BD。跟蹤訓(xùn)練3：（2023秋·吉林遼源·高二遼源市第五中學(xué)校?？计谀┤鐖D所示的半圓形閉合回路半徑為a，電阻為R。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，方向垂直于半圓形回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進入磁場，直徑CD始終與MN垂直。從D點到達邊界開始到C點進入磁場為止，下列結(jié)論正確的是（）A．感應(yīng)電流方向沿順時針方向 B．半圓形閉合導(dǎo)線所受安培力方向向右C．感應(yīng)電動勢最大值2Bav D．感應(yīng)電動勢平均值SKIPIF1<0【答案】D【詳解】AB．在閉合電路進入磁場的過程中，通過閉合電路的磁通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向為逆時針方向不變，根據(jù)“來拒去留”可知半圓形閉合導(dǎo)線所受安培力方向向左，故AB錯誤；C．當半圓閉合回路進入磁場一半時，即這時等效長度最大為a，感應(yīng)電動勢最大，為SKIPIF1<0故C錯誤；D．由法拉第電磁感應(yīng)定律可得感應(yīng)電動勢平均值為SKIPIF1<0故D正確。故選D。4.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律時的兩點注意(1)公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)求解的是一個回路中某段時間內(nèi)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)應(yīng)用E＝nSeq\f(ΔB,Δt)求感應(yīng)電動勢時，S為回路在磁場范圍內(nèi)的有效面積。例4：（2022秋·湖南益陽·高二統(tǒng)考期末）在豎直方向的勻強磁場中，水平放置一圓形導(dǎo)體環(huán)。規(guī)定導(dǎo)體環(huán)中電流的正方向如圖甲所示，磁場向上為正。當磁感應(yīng)強度SKIPIF1<0隨時間SKIPIF1<0按乙圖變化時，導(dǎo)體環(huán)中感應(yīng)電流隨時間變化的圖像是（）A． B．C． D．【答案】A【詳解】根據(jù)題意，由圖乙可知，SKIPIF1<0內(nèi)，磁感應(yīng)強度均勻變化，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈中產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，由楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電流方向為逆時針（與正方向相反）；同理可知，SKIPIF1<0內(nèi)，線圈中同樣產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，線圈中感應(yīng)電流方向為順時針（與正方向相同）。故選A。跟蹤訓(xùn)練4：如圖所示，單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強磁場中，線圈軸線SKIPIF1<0與磁場邊界重合，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動，若從圖示位置開始計時，并規(guī)定電流方向沿SKIPIF1<0為正方向，則線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時間變化的圖象是（

）A． B． C． D．【答案】C【詳解】由題意知圖示時刻，由楞次定律判斷出線圈中感應(yīng)電流方向為SKIPIF1<0，為負方向；線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢表達式為SKIPIF1<0S是線圈面積的一半，則感應(yīng)電流的表達式為SKIPIF1<0其中SKIPIF1<0故線圈中感應(yīng)電流按正弦規(guī)律變化，根據(jù)數(shù)學(xué)知識得知C正確，ABD錯誤。故選C。5.處理電磁感應(yīng)中的圖像問題的基本思路(1)各物理量隨時間t變化的圖象，即B－t圖象、Φ－t圖象、E－t圖象和I－t圖象．(2)導(dǎo)體切割磁感線運動時，還涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨導(dǎo)體位移變化的圖象，即E－x圖象和I－x圖象．（3）解決此類問題需要熟練掌握的規(guī)律：安培定則、左手定則、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律等．判斷物理量增大，減小，正負等，必要時寫出函數(shù)關(guān)系式，進行分析．例5：（2015·吉林白城·高二階段練習(xí)）一閉合線圈放在勻強磁場里，通過線圈平面的B﹣t變化如圖，且線圈面積不變，則線圈的感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系可用圖中哪一個選項表示（）A． B．C． D．【答案】A【詳解】根據(jù)B-t圖像可知磁感應(yīng)強度隨時間均勻變化，變化率的絕對值相等，根據(jù)SKIPIF1<0知感應(yīng)電動勢大小不變，由楞次定律知，在一個周期內(nèi)，磁感應(yīng)強度先均勻減小，后均勻增加，即磁通量先減小后增加，則感應(yīng)電動勢的方向在改變。故A正確，BCD錯誤。故選A。跟蹤訓(xùn)練5：（2020春·陜西延安·高二階段練習(xí)）三角形線圈位于隨時間t變化的磁場內(nèi)，磁場方向垂直線圈所在的平面（紙面）向里，如圖甲所示，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，線圈中感應(yīng)電流為i，順時針方向為電流的正方向，則i－t圖線正確的是A．B．C．D．【答案】C【詳解】0-1s內(nèi)磁感應(yīng)強度正向均勻增大，根據(jù)楞次定律可得線圈中的電流為逆時針方向，因為磁感應(yīng)強度變化率恒定，所以感應(yīng)電流恒定，故AB錯誤；1-2s內(nèi)磁感應(yīng)強度恒定，線圈磁通量恒定，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，2-4s內(nèi)磁感應(yīng)強度先正向減小后反向增大，故感應(yīng)電流方向為順時針方向，磁感應(yīng)強度變化率恒定，所以感應(yīng)電流大小恒定，故C正確D錯誤．基礎(chǔ)訓(xùn)練1.（2023秋·寧夏中衛(wèi)·高二統(tǒng)考期末）兩根長直導(dǎo)線a、b平行放置，如圖所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖，圖中O點為兩根導(dǎo)線連線的中點，M、N為a、b連線的中垂線上的兩點，且與a、b等距，兩導(dǎo)線中通有等大、反向的恒定電流。已知直線電流在某點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度B的大小跟該點到通電導(dǎo)線的距離r成反比，則下列說法正確的是（）A．在線段SKIPIF1<0上的O點磁感應(yīng)強度為零B．M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反C．M點和N點的磁感應(yīng)強度大小不相等，方向相同D．若在N點放一小磁針，靜止時其北極沿SKIPIF1<0由O點指向N點【答案】D【詳解】A．根據(jù)右手螺旋定則可知，兩根通電導(dǎo)線在O點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相等、方向相同，則合磁感應(yīng)強度不為零，故A錯誤；BC．根據(jù)右手螺旋定則可知，兩根通電導(dǎo)線M、N兩點產(chǎn)生的磁場方向如圖由于磁場方向的夾角相等且兩導(dǎo)線在兩點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相等?？芍狹點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，故BC錯誤；D．若在N點放一小磁針，靜止時其北極沿ON由O點指向N點，故D正確；故選D。2.下面四幅圖表示了電場強度E、磁感應(yīng)強度B、通電直導(dǎo)線電流Ⅰ、電荷速度v、電場力和磁場力F的方向之間的關(guān)系，其中正確的是（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】A．正電荷受力方向與電場方向相同，應(yīng)該水平向右，故A錯誤；B．由左手定則可知，電荷受到洛倫茲力方向向下，故B正確；C．由左手定則可知，負電荷受到的洛倫茲力方向向下，故C錯誤；D．由左手定則可知，導(dǎo)線受到安培力方向向上，故D錯誤；故選B。3.如圖所示，在勻強磁場中放置一個電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌跟大線圈M相連，導(dǎo)軌上放一根導(dǎo)線SKIPIF1<0，磁感線垂直于導(dǎo)軌所在平面，欲使M所包圍的小閉合線圈N產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，則導(dǎo)線的運動情況可能是（）A．勻速向左運動 B．減速向右運動C．加速向右運動 D．加速向左運動【答案】BD【詳解】A．當導(dǎo)線ab勻速向左運動時，導(dǎo)線ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流恒定不變，大線圈M產(chǎn)生的磁場恒定不變，穿過小線圈N中的磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，A錯誤；B．當導(dǎo)線ab減速向右運動時，導(dǎo)線ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流減小，由右手定則判斷出ab電流方向為由a指向b。根據(jù)安培定則判斷可知，M產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向里，且穿過N的磁通量減小，由楞次定律和安培定則判斷可知，線圈N產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，B正確；C．當導(dǎo)線ab加速向右運動時，導(dǎo)線ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流增加，由右手定則判斷出ab電流方向為由a指向b。根據(jù)安培定則判斷可知，M產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向里，且穿過N的磁通量增大，由楞次定律和安培定則判斷可知，線圈N產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，C錯誤；D．當導(dǎo)線ab加速向左運動時，導(dǎo)線ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流增加，由右手定則判斷出ab電流方向為由b指向a。根據(jù)安培定則判斷可知，M產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，且穿過N的磁通量增大，由楞次定律和安培定則判斷可知，線圈N產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，D正確。故選BD。4.判斷如圖所示的各種情況下線圈內(nèi)感應(yīng)電流的方向。【答案】見解析【詳解】a．向右穿過線圈的磁通量增加，根據(jù)楞次定律和安培定則，線圈內(nèi)感應(yīng)電流方向從左向右流過G。b．根據(jù)安培定則，向里穿過線框的磁通量減少，據(jù)楞次定律和安培定則，線圈內(nèi)感應(yīng)電流方向為順時針方向。c．向上穿過線圈的磁通量減少，根據(jù)楞次定律和安培定則，線圈內(nèi)感應(yīng)電流方向從上向下流過G。d．根據(jù)右手定則，導(dǎo)線中的電流向下，然后從下邊交點，分別向左右兩方向流向兩電流計。5.（2022秋·吉林白城·高二校考期末）如圖所示，要使金屬環(huán)C向線圈A運動，導(dǎo)線ab在金屬導(dǎo)軌上應(yīng)（

）A．向右做減速運動 B．向左做勻速運動C．向右做勻速運動 D．向左做加速運動【答案】A【詳解】A．導(dǎo)線ab向右減速運動時，導(dǎo)線ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流減小，線圈A產(chǎn)生的磁場減弱，穿過環(huán)C中的磁通量減小，則根據(jù)楞次定律可知環(huán)C將靠近線圈A，以阻礙磁通量的減小，故A正確；BC．導(dǎo)線ab做勻速運動時，導(dǎo)線ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流恒定不變，線圈A產(chǎn)生的磁場恒定，穿過環(huán)C中的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不受到安培力，則環(huán)C不動，故BC錯誤；D．導(dǎo)線ab向左加速運動時，導(dǎo)線ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流增加，線圈A產(chǎn)生的磁場增大，穿過環(huán)C中的磁通量增大，則根據(jù)楞次定律可知環(huán)C遠離線圈A，以阻礙磁通量的增加，故D錯誤。故選A。能力提升6.一閉合線圈置于磁場中，若磁感應(yīng)強度B隨時間變化的規(guī)律如圖所示，則下圖中能正確反映線圈中感應(yīng)電動勢E隨時間t變化的圖像可能是（）A． B．C． D．【答案】D【詳解】設(shè)感應(yīng)電動勢沿順時針方向為正，磁感應(yīng)強度方向向上為正。在前半周內(nèi)，磁感應(yīng)強度均勻增大，SKIPIF1<0一定，感應(yīng)電動勢SKIPIF1<0則E一定，根據(jù)楞次定律分析得到：感應(yīng)電動勢方向為負；同理，在后半周內(nèi)，感應(yīng)電動勢E一定，方向為正，故D正確，ABC錯誤。7.（2022秋·浙江寧波·高二效實中學(xué)?？计谥校┤鐖D所示是我國預(yù)警機“空警-2000”在通過天安門上空時的情境，飛機機翼保持水平，以SKIPIF1<0的速度自東向西飛行。該機的翼展（兩翼尖之間的距離）為50m，已知北京地區(qū)地磁場的豎直分量向下，大小為SKIPIF1<0，則（）A．兩翼尖之間的電勢差約為0.29V B．兩翼尖之間的電勢差約為1.1VC．飛機左方翼尖的電勢比右方翼尖的電勢高 D．飛機左方翼尖的電勢比右方翼尖的電勢低【答案】AC【詳解】AB．因為SKIPIF1<0，則兩翼尖之間的電勢差約為SKIPIF1<0