新高考物理一輪復習分層提升練習專題62 楞次定律和法拉第電磁感應定律（原卷版）

專題62楞次定律和法拉第電磁感應定律導練目標導練內容目標1楞次定律和右手定則目標2法拉第電磁感應定律求感生電動勢目標3動生電動勢的求解目標4感應電流電荷量的三種求法目標5自感、電磁阻尼和電磁驅動【知識導學與典例導練】楞次定律和右手定則1.楞次定律及應用楞次定律中“阻礙”的含義“四步法”判斷感應電流方向2.右手定則的理解和應用(1)右手定則適用于閉合電路的部分導體切割磁感線產生感應電流的情況。(2)右手定則是楞次定律的一種特殊形式，用右手定則能解決的問題，用楞次定律均可代替解決。(3)右手定則應用“三注意”： ①磁感線必須垂直穿入掌心。 ②拇指指向導體運動的方向。 ③四指所指的方向為感應電流方向。3.楞次定律推論的應用內容例證阻礙原磁通量變化——“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”【例1】如圖所示，圓環(huán)形導體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管b與電源、滑動變阻器連接成如圖所示的電路。若將滑動變阻器的滑片P向下滑動，下列表述正確的是（??）A．線圈a中將產生沿順時針方向（俯視）的感應電流B．穿過線圈a的磁通量減小C．線圈a有擴張的趨勢D．線圈a對水平桌面的壓力FN將增大【例2】如圖所示，空間存在兩個磁場，磁感應強度大小均為B，方向相反且垂直紙面，MN.、PQ為其邊界，OO'為其對稱軸。一導線折成邊長為l的正方形閉合回路abcd，回路在紙面內以恒定速度v0向右運動，當運動到關于OO'對稱的位置時，下列說法不正確的是（）A．回路中ab邊與cd邊所受安培力方向相反B．回路中感應電動勢大小為2Blv0C．回路中感應電流的方向為逆時針方向D．穿過回路的磁通量為零法拉第電磁感應定律求感生電動勢1.公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)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.感應電動勢的大小由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)共同決定，而與磁通量Φ的大小、變化量ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系。3.磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)對應Φ-t圖線上某點切線的斜率。4.通過回路截面的電荷量q＝eq\f(nΔΦ,R)，僅與n、ΔΦ和回路電阻R有關，與時間長短無關。5.感應電動勢E＝S有效eq\f(ΔB,Δt)中的S有效為圓環(huán)回路在磁場中的面積，而不是圓環(huán)回路的面積?！纠?】用電阻率為SKIPIF1<0，橫截面積為S的硬質細導線做成半徑為r的圓環(huán)，其內接正方形區(qū)域內充滿垂直于圓環(huán)面的磁場，t=0時磁場方向如圖（甲）所示，磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖（乙）所示，規(guī)定垂直紙面向外為磁場的正方向，則在t=0到SKIPIF1<0的時間內（）A．圓環(huán)中感應電流大小先變小后變大 B．圓環(huán)中感應電流方向沿順時針方向C．圓環(huán)中感應電流SKIPIF1<0 D．圓環(huán)中產生的熱量為SKIPIF1<0動生電動勢的求解1.E＝Blv的三個特性正交性本公式要求磁場為勻強磁場，而且B、l、v三者互相垂直有效性公式中的l為導體棒切割磁感線的有效長度，如圖中ab相對性E＝Blv中的速度v是導體棒相對磁場的速度，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的四種情況情景圖研究對象一段直導線(或等效成直導線)繞一端轉動的一段導體棒繞與B垂直的軸轉動的導線框表達式E＝BLvE＝eq\f(1,2)BL2ωE＝NBSωsinωt【例4】如圖所示，電阻不計的水平U形光滑導軌上接一個阻值為SKIPIF1<0的電阻，放在豎直向上、磁感應強度大小為SKIPIF1<0的勻強磁場中，一個半徑為L、質量為SKIPIF1<0、電阻為SKIPIF1<0的半圓形硬導體棒SKIPIF1<0（直徑與導軌垂直，并接觸良好），在水平向右的恒定外力SKIPIF1<0的作用下，由靜止開始運動，當速度為SKIPIF1<0時，位移為SKIPIF1<0，下列說法正確的是（）A．此時SKIPIF1<0兩端電壓為SKIPIF1<0B．此時桿克服安培力做功的功率為SKIPIF1<0C．此過程中導體棒SKIPIF1<0的平均速度小于SKIPIF1<0D．此過程中通過電阻SKIPIF1<0的電荷量為SKIPIF1<0【例5】如圖所示，虛線MN左側空間存在垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B。紙面內有一個圓心角為120°的扇形金屬線框OCD，半徑為r，線框圍成的回路電阻為R，頂角O在虛線MN上。當金屬線框繞頂角O在紙面內以角速度SKIPIF1<0勻速轉動時，下列說法正確的是（）A．線框轉動一圈的過程中，線框中有電流的時間為SKIPIF1<0B．線框中存在電流時，電流的大小為SKIPIF1<0C．線框進入磁場過程中，通過線框某截面的電荷量大小為SKIPIF1<0D．線框持續(xù)轉動過程中，線框中電流的有效值為SKIPIF1<0感應電流電荷量的三種求法公式說明方法1q＝It，式中I為回路中的恒定電流，t為時間。①由于導體棒勻速切割磁感線產生感應電動勢而使得閉合回路中的電流恒定，根據(jù)電流定義式可知q＝It。②閉合線圈中磁通量均勻增大或減小且回路電阻保持不變，則電路中的電流I恒定，時間t內通過線圈橫截面的電荷量q＝It。方法2q＝neq\f(ΔΦ,R)。其中R為回路電阻，ΔФ為穿過閉合回路的磁通量變化量。①閉合回路中的電阻R不變，并且只有磁通量變化為電路提供電動勢。②從表面來看，通過回路的電荷量與時間無關，但ΔФ與時間有關，隨時間變化。方法3Δq＝C·ΔU＝CBLΔv，式中C為電容器的電容，B為勻強磁場的磁感應強度，L為導體棒切割磁感線的有效長度，Δv為導體棒切割速度的變化量。在勻強磁場中，電容器接在切割磁感線的導體棒兩端，不計一切電阻，電容器兩極板間電壓等于導體棒切割磁感線產生的感應電動勢E，通過電容器的電流I＝eq\f(Δq,Δt)＝eq\f(CΔU,Δt)，又E＝Blv，則ΔU＝BLΔv，可得Δq＝CBLΔv。【例6】如圖甲所示，間距為L＝1m的長直平行金屬導軌PQ、MN水平放置，其右端接有阻值為R＝1.5Ω的電阻，一阻值為r＝0.5Ω、質量為m＝0.2kg、長度為L的金屬棒ab垂直導軌放置于距導軌右端d＝2m處，與兩導軌保持良好接觸。整個裝置處在豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度的大小隨時間變化的情況如圖乙所示。在0~1.0s內金屬棒ab保持靜止，1.0s后金屬棒在水平外力的作用下運動，使回路的電流為零。導軌電阻不計，重力加速度g=10m/s2，滑動摩擦力等于最大靜摩擦力，下列說法正確的是（

）A．動摩擦因數(shù)需等于0.5 B．前2s內通過電阻R的電荷量為2CC．1s后金屬棒做勻加速直線運動 D．第2s內金屬棒的位移為1m【例7】如圖所示，在磁感應強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中有兩根光滑的平行導軌，間距為L，導軌兩端分別接有電阻R1和R2，導體棒以某一初速度從ab位置向右運動距離x到達cd位置時，速度為v，產生的電動勢為E，此過程中通過電阻R1、R2的電荷量分別為q1、q2。導體棒有電阻，導軌電阻不計。下列關系式中正確的是（）A．E=BLv B．E=2BLv C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【例8】如圖所示，間距為L、足夠長的平行光滑金屬導軌固定在絕緣水平面上，并處于垂直水平面向下、磁感應強度大小為B的勻強磁場中，左端接有電容為C的電容器，質量為m的金屬桿ab垂直于導軌放置且接觸良好，金屬桿ab及導軌的電阻不計?，F(xiàn)用平行于導軌向右的恒定拉力F拉著金屬桿ab從靜止開始運動，整個過程電容器未被擊穿，下列說法正確的是（）A．金屬桿ab最終以某一速度做勻速運動。B．金屬桿ab向右做勻加速運動，且加速度大小恒為SKIPIF1<0C．從拉力F剛作用在金屬桿ab上開始計時，經(jīng)t時間電容器上儲存的電荷量為SKIPIF1<0D．電容器儲存的電能總等于拉力F做的功自感、電磁阻尼和電磁驅動1.自感現(xiàn)象中燈泡亮度變化分析與線圈串聯(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I2≤I1，燈泡逐漸變暗；②若I2＞I1，燈泡“閃亮”后逐漸變暗。兩種情況下燈泡中電流方向均改變【例9】如圖所示，A、B是兩個完全相同的燈泡，D是理想二極管，L是帶鐵芯的線圈，其直流電阻忽略不計。下列說法正確的是（）A．S閉合瞬間，B先亮A后亮B．S閉合瞬間，A先亮B后亮C．電路穩(wěn)定后，在S斷開瞬間，A閃亮一下，然后逐漸熄滅D．電路穩(wěn)定后，在S斷開瞬間，B立即熄滅2.電磁阻尼與電磁驅動的比較電磁阻尼電磁驅動不同點成因由于導體在磁場中運動而產生感應電流，從而使導體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變化而產生感應電流，從而使導體受到安培力效果安培力的方向與導體運動方向相反，阻礙導體運動導體受安培力的方向與導體運動方向相同，推動導體運動能量轉化導體克服安培力做功，其他形式能轉化為電能，最終轉化為內能由于電磁感應，磁場能轉化為電能，通過安培力做功，電能轉化為導體的機械能，而對外做功相同點兩者都是電磁感應現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應電流的導體與磁場間的相對運動【例10】如圖，將一空的鋁質易拉罐倒扣于筆尖上，在“冂”型木框兩側各固定一個強銣磁鐵，用電鉆控制木框勻速轉動，發(fā)現(xiàn)木框雖然不與易拉罐接觸，但易拉罐也會隨木框轉動。則下列說法正確的是（）A．木框的轉速總比易拉罐的大 B．易拉罐與木框的轉動方向相反C．易拉罐與木框保持相同的轉速同方向轉動 D．兩個磁鐵必須異名磁極相對【多維度分層專練】1．據(jù)媒體報道，我國的003號航母在建造時配備了電磁彈射系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使得艦載機的出勤效率遠高于利用滑躍式甲板起飛的出勤效率。已知航母上艦載機起飛所利用的電磁彈射系統(tǒng)原理簡化為如圖所示，當固定線圈上突然通過直流電流時，線圈左側的金屬環(huán)被彈射出去，則下列說法正確的是（）A．若將金屬環(huán)置于線圈的右側，則金屬環(huán)將不能彈射出去B．金屬環(huán)向左運動的瞬間有擴大趨勢C．增加線圈的匝數(shù)，將會增大金屬環(huán)啟動時的加速度D．合上開關S的瞬間，從左側看金屬環(huán)中產生沿順時針方向的感應電流2．如圖甲所示，螺線管SKIPIF1<0穿過一固定圓形線圈SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中通有變化電流SKIPIF1<0，規(guī)定如圖乙所示的電流方向為正，電流隨時間變化的規(guī)律如圖所示，則（）A．SKIPIF1<0時刻，線圈SKIPIF1<0有收縮的趨勢 B．SKIPIF1<0時刻，線圈SKIPIF1<0中沒有電流C．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中電流在增大 D．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中磁通量的變化率增大3．在如圖甲所示的虛線框內有勻強磁場，設圖甲所示磁場方向為正，磁感應強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示。邊長為l、電阻為R的正方形均勻線框abcd有一半處在磁場中，磁場方向垂直于線框平面，此時線框ab邊的發(fā)熱功率為P，則（）A．線框中的感應電動勢為SKIPIF1<0B．線框中感應電流為2SKIPIF1<0C．線框cd邊的發(fā)熱功率為SKIPIF1<0D．c、d兩端電勢差SKIPIF1<04．如圖甲所示，PQ為一條豎直直線，空間存在以PQ為軸足夠長的均勻發(fā)散形磁場，其磁場分布如圖乙所示（俯視），現(xiàn)有一質量為m的金屬環(huán)靜置于磁場中，環(huán)面水平，圓心也在PQ上，金屬環(huán)半徑為r、電阻為R，圓環(huán)所處位置的磁感應強度大小為B?，F(xiàn)將圓環(huán)由靜止釋放，以下說法正確的是（）A．圓環(huán)將做自由落體運動B．圓環(huán)在下落過程中存在順時針方向的電流（俯視）C．圓環(huán)下落過程中的最大電流為SKIPIF1<0D．圓環(huán)下落過程中的最大速度為SKIPIF1<05．將一均勻導線圍成一圓心角為SKIPIF1<0的扇形導線框SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0，圓弧SKIPIF1<0的圓心為SKIPIF1<0點，將導線框的SKIPIF1<0點置于如圖所示的直角坐標系的原點，其中第二和第四象限存在垂直紙面向里的勻強磁場，其磁感應強度大小均為SKIPIF1<0，第三象限存在垂直紙面向外的勻強磁場，其磁感應強度大小為SKIPIF1<0。從SKIPIF1<0時刻開始讓導線框以SKIPIF1<0點為圓心，以恒定的角速度SKIPIF1<0沿逆時針方向做勻速圓周運動，假定沿SKIPIF1<0方向的電流為正，則線框中的電流隨時間變化的規(guī)律描繪不正確的是（）A．B．C． D．6．如圖甲所示，發(fā)光竹蜻蜓是一種常見的兒童玩具，它在飛起時能夠持續(xù)發(fā)光。某同學對竹蜻蜓的電路作如下簡化：如圖乙所示，半徑為L的導電圓環(huán)繞垂直于圓環(huán)平面、通過圓心O的金屬軸O1O2以角速度ω逆時針勻速轉動（俯視）。圓環(huán)上接有電阻均為r的三根金屬輻條OP、OQ、OR，輻條互成120°角。在圓環(huán)左半部分張角也為120°角的范圍內（兩條虛線之間）分布著垂直圓環(huán)平面向下磁感應強度為B的勻強磁場，在轉軸O1O2與圓環(huán)的邊緣之間通過電刷M、N與一個LED燈相連。假設LED燈電阻為r，其他電阻不計，從輻條OP進入磁場開始計時。在輻條OP轉過120°的過程中，下列說法中正確的是（）A．O、P兩端電壓為SKIPIF1<0BL2ωB．通過LED燈的電流為SKIPIF1<0C．整個裝置消耗的電能為SKIPIF1<0D．增大磁感應強度可以使LED燈發(fā)光時更亮7．如圖所示，兩光滑平行金屬導軌MN與PQ，其間距為L，質量為m，電阻為r的直導線ab垂直跨在導軌上，且與導軌接觸良好，整個裝置處于垂直紙面向里的勻強磁場中，磁感應強度大小為B。電路中電容器電容為C，定值電阻阻值為R，其它電阻不計?，F(xiàn)給直導線ab一水平向右的初速度，當電路穩(wěn)定后，直導線ab以速度v向右勻速運動，則（）A．電容器兩端的電壓小于SKIPIF1<0B．電容器所帶電荷量為SKIPIF1<0C．電阻兩端的電壓為SKIPIF1<0D．直導線SKIPIF1<0的初速度為SKIPIF1<08．如圖所示，用粗細均勻、總電阻為SKIPIF1<0的導線圍成一個邊長為SKIPIF1<0的等邊三角形閉合線框，線框以速度SKIPIF1<0勻速穿過一個水平方向寬度為SKIPIF1<0，豎直方向足夠長的磁場區(qū)域，該磁場的磁感應強度為SKIPIF1<0。線框在勻速穿過磁場區(qū)域過程中SKIPIF1<0邊始終與磁場邊界（圖中虛線所示）平行，則下列說法正確的是（）A．導線框從