新高考物理一輪復(fù)習(xí)分層提升練習(xí)專題62 楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律（原卷版）

專題62楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1楞次定律和右手定則目標(biāo)2法拉第電磁感應(yīng)定律求感生電動勢目標(biāo)3動生電動勢的求解目標(biāo)4感應(yīng)電流電荷量的三種求法目標(biāo)5自感、電磁阻尼和電磁驅(qū)動【知識導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】楞次定律和右手定則1.楞次定律及應(yīng)用楞次定律中“阻礙”的含義“四步法”判斷感應(yīng)電流方向2.右手定則的理解和應(yīng)用(1)右手定則適用于閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)用“三注意”： ①磁感線必須垂直穿入掌心。 ②拇指指向?qū)w運(yùn)動的方向。 ③四指所指的方向?yàn)楦袘?yīng)電流方向。3.楞次定律推論的應(yīng)用內(nèi)容例證阻礙原磁通量變化——“增反減同”阻礙相對運(yùn)動——“來拒去留”使回路面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢——“增縮減擴(kuò)”【例1】如圖所示，圓環(huán)形導(dǎo)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(chǎn)生沿順時針方向（俯視）的感應(yīng)電流B．穿過線圈a的磁通量減小C．線圈a有擴(kuò)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(yīng)強(qiáng)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(dǎo)線折成邊長為l的正方形閉合回路abcd，回路在紙面內(nèi)以恒定速度v0向右運(yùn)動，當(dāng)運(yùn)動到關(guān)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(yīng)電動勢大小為2Blv0C．回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r針方向D．穿過回路的磁通量為零法拉第電磁感應(yīng)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(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.感應(yīng)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(yīng)Φ-t圖線上某點(diǎn)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(guān)，與時間長短無關(guān)。5.感應(yīng)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(zhì)細(xì)導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)，其內(nèi)接正方形區(qū)域內(nèi)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(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化關(guān)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(nèi)（）A．圓環(huán)中感應(yīng)電流大小先變小后變大 B．圓環(huán)中感應(yīng)電流方向沿順時針方向C．圓環(huán)中感應(yīng)電流SKIPIF1<0 D．圓環(huán)中產(chǎn)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(qiáng)磁場，而且B、l、v三者互相垂直有效性公式中的l為導(dǎo)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(dǎo)體棒相對磁場的速度，若磁場也在運(yùn)動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系2．應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的四種情況情景圖研究對象一段直導(dǎo)線(或等效成直導(dǎo)線)繞一端轉(zhuǎn)動的一段導(dǎo)體棒繞與B垂直的軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)線框表達(dá)式E＝BLvE＝eq\f(1,2)BL2ωE＝NBSωsinωt【例4】如圖所示，電阻不計(jì)的水平U形光滑導(dǎo)軌上接一個阻值為SKIPIF1<0的電阻，放在豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為SKIPIF1<0的勻強(qiáng)磁場中，一個半徑為L、質(zhì)量為SKIPIF1<0、電阻為SKIPIF1<0的半圓形硬導(dǎo)體棒SKIPIF1<0（直徑與導(dǎo)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(yùn)動，當(dāng)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(dǎo)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(cè)空間存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。紙面內(nèi)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(dāng)金屬線框繞頂角O在紙面內(nèi)以角速度SKIPIF1<0勻速轉(zhuǎn)動時，下列說法正確的是（）A．線框轉(zhuǎn)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(jìn)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(zhuǎn)動過程中，線框中電流的有效值為SKIPIF1<0感應(yīng)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(dǎo)體棒勻速切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)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(nèi)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(guān)，但ΔФ與時間有關(guān)，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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度，Δv為導(dǎo)體棒切割速度的變化量。在勻強(qiáng)磁場中，電容器接在切割磁感線的導(dǎo)體棒兩端，不計(jì)一切電阻，電容器兩極板間電壓等于導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)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(dǎo)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(zhì)量為m＝0.2kg、長度為L的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置于距導(dǎo)軌右端d＝2m處，與兩導(dǎo)軌保持良好接觸。整個裝置處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時間變化的情況如圖乙所示。在0~1.0s內(nèi)金屬棒ab保持靜止，1.0s后金屬棒在水平外力的作用下運(yùn)動，使回路的電流為零。導(dǎo)軌電阻不計(jì)，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(nèi)通過電阻R的電荷量為2CC．1s后金屬棒做勻加速直線運(yùn)動 D．第2s內(nèi)金屬棒的位移為1m【例7】如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中有兩根光滑的平行導(dǎo)軌，間距為L，導(dǎo)軌兩端分別接有電阻R1和R2，導(dǎo)體棒以某一初速度從ab位置向右運(yùn)動距離x到達(dá)cd位置時，速度為v，產(chǎn)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(dǎo)體棒有電阻，導(dǎo)軌電阻不計(jì)。下列關(guān)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(dǎo)軌固定在絕緣水平面上，并處于垂直水平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，左端接有電容為C的電容器，質(zhì)量為m的金屬桿ab垂直于導(dǎo)軌放置且接觸良好，金屬桿ab及導(dǎo)軌的電阻不計(jì)?，F(xiàn)用平行于導(dǎo)軌向右的恒定拉力F拉著金屬桿ab從靜止開始運(yùn)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(yùn)動。B．金屬桿ab向右做勻加速運(yùn)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(jì)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(qū)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(dá)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(jì)。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(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點(diǎn)成因由于導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場運(yùn)動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同，推動導(dǎo)體運(yùn)動能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，而對外做功相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運(yùn)動【例10】如圖，將一空的鋁質(zhì)易拉罐倒扣于筆尖上，在“冂”型木框兩側(cè)各固定一個強(qiáng)銣磁鐵，用電鉆控制木框勻速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動。則下列說法正確的是（）A．木框的轉(zhuǎn)速總比易拉罐的大 B．易拉罐與木框的轉(zhuǎn)動方向相反C．易拉罐與木框保持相同的轉(zhuǎn)速同方向轉(zhuǎn)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(bào)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(jī)的出勤效率遠(yuǎn)高于利用滑躍式甲板起飛的出勤效率。已知航母上艦載機(jī)起飛所利用的電磁彈射系統(tǒng)原理簡化為如圖所示，當(dāng)固定線圈上突然通過直流電流時，線圈左側(cè)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(cè)，則金屬環(huán)將不能彈射出去B．金屬環(huán)向左運(yùn)動的瞬間有擴(kuò)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(guān)S的瞬間，從左側(cè)看金屬環(huán)中產(chǎn)生沿順時針方向的感應(yīng)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?yàn)檎娏麟S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(nèi)有勻強(qiáng)磁場，設(shè)圖甲所示磁場方向?yàn)檎?，磁感?yīng)強(qiáng)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(yīng)電動勢為SKIPIF1<0B．線框中感應(yīng)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(zhì)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(yīng)強(qiáng)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(yùn)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?qū)Ь€圍成一圓心角為SKIPIF1<0的扇形導(dǎo)線框SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0，圓弧SKIPIF1<0的圓心為SKIPIF1<0點(diǎn)，將導(dǎo)線框的SKIPIF1<0點(diǎn)置于如圖所示的直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，其中第二和第四象限存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為SKIPIF1<0，第三象限存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為SKIPIF1<0。從SKIPIF1<0時刻開始讓導(dǎo)線框以SKIPIF1<0點(diǎn)為圓心，以恒定的角速度SKIPIF1<0沿逆時針方向做勻速圓周運(yùn)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(xué)對竹蜻蜓的電路作如下簡化：如圖乙所示，半徑為L的導(dǎo)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(zhuǎn)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(nèi)（兩條虛線之間）分布著垂直圓環(huán)平面向下磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，在轉(zhuǎn)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(shè)LED燈電阻為r，其他電阻不計(jì)，從輻條OP進(jìn)入磁場開始計(jì)時。在輻條OP轉(zhuǎn)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(yīng)強(qiáng)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(dǎo)軌MN與PQ，其間距為L，質(zhì)量為m，電阻為r的直導(dǎo)線ab垂直跨在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，整個裝置處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)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(jì)?，F(xiàn)給直導(dǎo)線ab一水平向右的初速度，當(dāng)電路穩(wěn)定后，直導(dǎo)線ab以速度v向右勻速運(yùn)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(dǎo)線SKIPIF1<0的初速度為SKIPIF1<08．如圖所示，用粗細(xì)均勻、總電阻為SKIPIF1<0的導(dǎo)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?qū)挾葹镾KIPIF1<0，豎直方向足夠長的磁場區(qū)域，該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)線框從