2021新高考物理选择性考试B方案一轮复习：第10章 第1讲 电磁感应现象 楞次定律含解析
2021版高三物理一轮复习课件选修3-2第十章电磁感应专题1电磁感应中的电路和图象问题
条的电阻和 LED 灯的电阻等措电磁感应中的图象问题
1.解题关键 弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出 磁场的转折点等是解决此类问题的关键。
图2
A.ABFE 回路的电流方向为逆时针，ABCD 回路的电流方向为顺时针 B.左右两个闭合区域的磁通量都在变化且变化率相同，故电路中的感应电动势 大小为 2BLv C.当滑动变阻器接入电路中的阻值 R1＝R 时，导体棒两端的电压为23BLv D.当滑动变阻器接入电路中的阻值 R1＝R2 时，滑动变阻器有最大电功率且为 B2L2v2
8R
解析 根据楞次定律可知，A 正确；根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动
势 E＝BLv，故 B 错误；R1＝R 时，外电路总电阻 R 外＝R2，故导体棒两端的电
压即路端电压应等于13BLv，故 C 错误；该电路电动势 E＝BLv，电源内阻为 R， 求解滑动变阻器的最大电功率时，可以将导体棒和电阻 R 看成新的等效电源，
由闭合电路欧姆定律得E＝UMN＋Ir 由平衡条件得mgsin 53°＝μmgcos 53°＋ILB 联立解得E＝2 V,BL＝10 T·m,v＝0.2 m/s 重力做功的功率PG＝mgsin 53°·v＝0.64 W。 答案 (1)1.6 V (2)0.64 W
1.(多选)如图2所示,光滑的金属框CDEF水平放置,宽为L,在E、F间连接一阻值为R 的定值电阻,在C、D间连接一滑动变阻器R1(0≤R1≤2R)。框内存在着竖直向下 的匀强磁场。一长为L,电阻为R的导体棒AB在外力作用下以速度v匀速向右运动, 金属框电阻不计,导体棒与金属框接触良好且始终垂直,下列说法正确的是( )
2021高考物理一轮复习第10章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律课件
2．(人教版选修 3－2·P7·T1 改编)如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合 导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是( )
A．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右
运动
B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下
运动
C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线 AB 转
知识点
电磁感应现象 Ⅰ
1．电磁感应现象 当穿过闭合电路的 01 __磁__通__量___发生改变时，电路中有 02 _感__应__电__流__
产生的现象。
2．产生感应电流的条件 (1)电路 03 ___闭__合_____。 (2)磁通量 04 ___变__化_____。
3．电磁感应现象的两种典型情况 (1)闭合电路中部分导体做 05 _切__割__磁__感__线___运动。 (2)穿过闭合回路的磁通量 06 _发__生__变__化___。
一 堵点疏通 1．磁通量等于磁感应强度 B 与面积 S 的乘积。( × ) 2．磁通量既有大小，又有方向，所以磁通量是矢量。( × ) 3．磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的大小均与匝数无关。 (√ )
4．只要回路中的磁通量变化，回路中一定有感应电流。( × ) 5．只要闭合回路的一部分导体切割磁感线，闭合回路中一定有感应电 流。( √ ) 6．感应电流的磁场可能与原磁场方向相同，也可能与原磁场方向相反。 (√ )
A．磁铁插向左环，横杆发生转动 B．磁铁插向右环，横杆发生转动 C．磁铁插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流 D．磁铁插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流
二 对点激活 1．如图所示，正方形线圈 abcd 位于纸面内，边长为 L，匝数为 N，过 ab 中点和 cd 中点的连线 OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界 上，磁感应强度为 B，则穿过线圈的磁通量为 Φ，若线圈绕 OO′轴转过 60° 的过程中，磁通量的变化量为 ΔΦ，则关于 Φ 和 ΔΦ 的大小正确的是( )
2021新高考物理考试B方案一轮复习：第10章第1讲电磁感应现象楞次定律
第10章第1讲电磁感应现象楞次定律课时作业时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共13小题，每小题7分，共91分。
其中1～9题为单选，10～13题为多选)1．如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是()A．3－12BS B．3＋12NBSC．3＋12BS D．3－12NBS答案 C解析磁通量与匝数无关，Φ＝BS中，B与S必须垂直。
初态Φ1＝B sinθ·S，末态Φ2＝－B cosθ·S，磁通量的变化量大小ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|BS(－cos30°－sin30°)|＝3＋12BS，所以应选C项。
2．下列图中能产生感应电流的是()答案 B解析根据产生感应电流的条件：A中，电路没闭合，无感应电流；B中，电路闭合，且垂直磁感线的闭合回路的面积增大，即闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C中，穿过闭合线圈的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D 中，闭合回路中的磁通量不发生变化，无感应电流。
故选B。
3．如图甲所示，在同一平面内有两个绝缘金属细圆环A、B，两环重叠部分的面积为圆环A面积的一半，圆环B中电流i随时间t的变化关系如图乙所示，以图甲中圆环B中所示的电流方向为负方向，则A环中()A．没有感应电流B．有逆时针方向的感应电流C．有顺时针方向的感应电流D．感应电流先沿顺时针方向，后沿逆时针方向答案 B解析由于B环中的电流发生变化，A环中的磁通量发生变化，所以A环中有感应电流，A错误；根据楞次定律和安培定则知，B环中的磁通量先垂直纸面向外减少，后垂直纸面向里增多，故A环中产生沿逆时针方向的感应电流，B正确，C、D错误。
4．某磁场的磁感线如图所示，有一铜线圈由A位置下落至B位置，在下落的过程中，自上往下看，线圈中感应电流的方向()A．始终沿顺时针B．始终沿逆时针C．先沿顺时针再沿逆时针D．先沿逆时针再沿顺时针答案 C解析线圈由A位置下落至O位置的过程中，向上的磁通量增大，由O位置下落至B位置的过程中，向上的磁通量减小，根据楞次定律可知线圈中感应电流的方向(自上往下看)先沿顺时针后沿逆时针，故C正确。
高三新高考练习题及答案解析 第十章 第1讲 电磁感应现象 楞次定律
第十章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律选择题(本题共15小题，1～10题为单选，11～15题为多选)1．(2021·北京高三一模)用图中三套实验装置探究感应电流产生的条件，下列选项中能产生感应电流的操作是(B)A．甲图中，使导体棒AB顺着磁感线方向运动，且保持穿过ABCD中的磁感线条数不变B．乙图中，使条形磁铁匀速穿过线圈C．丙图中，开关S闭合后，A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动D．丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A在大螺线管B中保持不动[解析]甲图中，使导体棒AB顺着磁感线方向运动，AB不切割磁感线，故不能产生感应电流，另外也可以从保持穿过ABCD中的磁感线条数不变的角度看，磁通量没变化，故也不产生感应电流，A错误；乙图中，使条形磁铁匀速穿过线圈，在磁铁从上向下穿过时，穿过线圈的磁通量会变化，故产生感应电流，B正确；丙图中，开关S闭合后，A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动，两线圈没有相对运动，B中的磁通量没变化，故不产生感应电流，C错误；丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A在大螺线管B中保持不动时也不会使B中的磁通量变化，故也不能产生感应电流，D错误。
2．(2021·浙江高三一模)如图是漏电保护器的部分电路图，由金属环，线圈，控制器组成，其工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开，即称电路跳闸，下列有关漏电保护器的说法正确的是(C)A．当接负载的电线中电流均匀变化时，绕在铁芯上的线圈中有稳定的电流B．当接负载的电线短路或电流超过额定值时，漏电保护器会发出信号使电路跳闸C．只有当接负载的电线漏电时，绕在铁芯上的线圈中才会有电流通过D．当接负载的电线中电流不稳定时，漏电保护器会发出信号使电路跳闸[解析]漏电保护器的工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开，线圈的磁通量是由流入负载的导线中的电流和流出负载的导线中的电流在线圈中产生的磁通量的叠加，由于一般情况下，流入负载导线中的电流和流出负载导线中的电流等大反向，故线圈中的磁通量为零，无电流产生。
2021高考物理课标全国版一轮课件：第10章 第1讲 电磁感应现象 楞次定律
的模型
考点内容 法拉第电磁感应
定律 楞次定律
自感、涡流
要求 Ⅱ Ⅰ Ⅰ
高考命题解读
高考(全国卷)三年命题情况对照分析
年份
题号
命题点
Ⅰ卷 18 题 电磁阻尼现象的应用
2017 年 Ⅱ卷 20 题 线框切割模型、图象问题
Ⅲ卷 15 题 楞次定律的理解和应用
Ⅰ卷 17 题 转动切割、法拉第电磁感应定律
Ⅰ卷 19 题 安培定则、楞次定律、地磁场
• A．四种情况都会产生感应电流
• B．只有(4)中会出现感应电流
• C．(4)中圆盘边缘为“电源”正极
• D．(2)中电流沿逆时针方向
• 解析 (1)中穿过铜盘的磁通量均匀变化，产生的是稳定的电 流；(2)中铜盘中的磁通量不变，故铜盘中不会产生感应电流 和涡流；(3)中铜盘的不同部分不断地进出磁场，切割磁感线 运动，所以会产生感应电流，A、B、D错误；(4)中铜盘边缘 A点为“电源”正极，O点为“电源”负极，所以C正确．
• B．线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间电流计指 针均不会偏转
• C．开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计 指针静止在中央零刻度
• D．开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计 指针才能偏转
• 解析 开关闭合后，线圈A插入或拔出线圈B都会引起穿过线 圈B的磁通量的变化，从而使电流计指针偏转，选项A正确； 线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，线圈B的磁通
• 5．(多选)如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上 的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线 框abcd，用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点左右摆动， 金属线框从图示位置的右侧某一位置由静止释放，在摆动到 左侧最高点BD的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平 面，且垂直纸面．则下列说法中正确的是( )
专题10电磁感应 第1讲电磁感应现象楞次定律(教学课件)高考物理一轮复习
3．[感应电流的方向]如图所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面
上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A点作切线OO′，OO′与
二、电磁感应 1．电磁感应现象：当穿过闭合电路的_磁__通__量___发生变化时，电路 中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象． 2．产生感应电流的条件 (1)条件：穿过闭合电路的磁通量_____发__生__变__化_____． (2)特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做__切__割__磁__感__线__运动． 3．能量转化：发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化 为_电__能_____．
考点3 一定律、三定则的综合应用 [能力考点]
1．规律比较
基本现象
运动电荷、电流产生磁场
磁场对运动电荷、电流的作用力
电磁感应
部分导体切割磁感线运动 闭合回路磁通量发生变化
定则或定律 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律
2.相互联系 (1)应用楞次定律，一般要用到安培定则． (2)研究感应电流受到的安培力，一般先用右手定则确定电流方向， 再用左手定则确定安培力的方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论 确定．
4．[感应电流的方向]如图所示，两个线圈A、B套在一起，线圈A中
通有电流，方向如图所示．当线圈A中的电流突然增强时，线圈B中的
感应电流方向为
()
A．沿顺时针方向
B．沿逆时针方向
C．无感应电流
D．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向
【答案】A
【解析】由安培定则，可判断线圈A中电流在线圈内产生的磁场向 外，在线圈外产生的磁场向里，穿过线圈B的合磁通量向外．当线圈A中 的电流增大时，产生的磁场增强，通过线圈B的磁通量增加，由楞次定 律可知线圈B中的感应电流方向为顺时针方向，故A正确．
【2021 大一轮复习(新高考)物理教师用书】第十章 第1讲
目标要求内容要求说明1.感应电流产生的条件通过实验，探究并了解感应电流产生的条件．能举例说明电磁感应在生产生活中的应用．增加实验“探究影响感应电流方向的因素”.2.楞次定律通过实验，探究影响感应电流方向的因素，理解楞次定律．3.法拉第电磁感应定律通过实验，理解法拉第电磁感应定律．4.自感现象涡流通过实验，了解自感现象和涡流现象．能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用．5.实验：探究影响感应电流方向的因素电磁感应现象楞次定律一、磁通量1．概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积．2．公式：Φ＝BS.3．适用条件：(1)匀强磁场．(2)S为垂直磁场的有效面积．4．磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)．5．物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数．如图1所示，矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则：图1(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos θ或BS3.(2)通过矩形a′b′cd的磁通量为BS3.(3)通过矩形abb′a′的磁通量为0.6．磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1.二、电磁感应现象1．定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．2．条件(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．(2)例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动．3．实质产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流．如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流．自测1(多选)下列说法正确的是()A．闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生B．穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生C．线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生D．当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势答案CD三、感应电流方向的判定1．楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．(2)适用范围：一切电磁感应现象．2．右手定则(1)内容：如图2，伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直并且都与手掌在同一平面内：让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．图2(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流．自测2(2019·全国卷Ⅲ·14)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现？()A．电阻定律B．库仑定律C．欧姆定律D．能量守恒定律答案 D解析楞次定律中的“阻碍”作用，是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现，在克服这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，选项D正确.1．实验设计如图3所示，通过将条形磁铁插入或拔出线圈来改变穿过螺线管的磁通量，根据电流表指针的偏转方向判断感应电流的方向．图32．实验器材电流表、条形磁铁、螺线管、电池、开关、导线、滑动变阻器等．3.实验现象相对运动情况原磁场方向向下向下向上向上Φ的变化情况增加减小减小增加线圈中感应电流的方向自下而上自上而下自下而上自上而下感应电流的磁场方向向上向下向上向下(线圈中)感应电流的磁场方向与相反相同相同相反原磁场方向的关系4.实验结论当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同．5．注意事项实验前应先查明电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系，判断的方法是：采用如图4所示的电路，把一节干电池与电流表串联，由于电流表量程较小，所以在电路中应接入滑动变阻器R，用限流接法，电池采用旧电池，开关S采用瞬间接触，记录指针偏转方向．图4例1如图5所示，是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置．图5(1)将实物电路中所缺的导线补充完整．(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合开关稳定后，将线圈L1迅速插入线圈L2中，灵敏电流计的指针将__________偏转．(选填“向左”“向右”或“不”)(3)线圈L1插入线圈L2后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，灵敏电流计的指针将________偏转．(选填“向左”“向右”或“不”)答案(1)见解析图(2)向右(3)向左解析(1)补充的实物电路如图所示．(2)闭合开关瞬间，穿过线圈L2的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转．当开关闭合稳定后，将线圈L1迅速插入线圈L2中时，穿过线圈L2的磁通量增加，且与闭合开关瞬间穿过L2的磁场方向相同，故产生的感应电流也使灵敏电流计的指针向右偏转．(3)滑动变阻器的滑片迅速向右移动，线圈L1中的电流变小，穿过线圈L2的磁通量减小，则灵敏电流计的指针向左偏转．常见的产生感应电流的三种情况例2(多选)如图6甲所示，导体棒ab、cd均可在各自的导轨上无摩擦地滑动，导轨电阻不计，磁场的磁感应强度B1、B2的方向如图所示，大小随时间变化的情况如图乙所示，在0～t1时间内()图6A．若ab不动，则ab、cd中均无感应电流B．若ab不动，则ab中有恒定的感应电流，但cd中无感应电流C．若ab向右匀速运动，则ab中一定有从b到a的感应电流，cd向左运动D．若ab向左匀速运动，则ab中一定有从a到b的感应电流，cd向右运动答案BD解析若ab不动，0～t1时间内，B1逐渐增大，由法拉第电磁感应定律可知，ab产生恒定的感应电流，根据楞次定律可知cd中无感应电流，故A错误，B正确；若ab向左匀速运动，0～t1时间内，B1垂直于纸面向里且逐渐增大，穿过左侧闭合区域的磁通量增大，运用楞次定律得ab中有从a到b的感应电流，回路中产生逐渐增大的感应电动势，即从a到b的感应电流增大，根据楞次定律得在导体棒cd中产生d到c的感应电流，根据左手定则得导体棒cd 受到向右的安培力，即cd向右运动，故D正确；若ab向右匀速运动，产生从b到a的感应电流，同时B1均匀增大，产生从a到b的感应电流，由于不确定两感应电流的大小关系，故ab中感应电流无法确定，故C错误．变式1下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是()答案 A解析开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，故A 符合题意；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流，故B 不符合题意；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，故C不符合题意；铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的无数辐条切割磁感线，产生感应电流，故D不符合题意．变式2如图7所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是()图7A．ab向右运动，同时使θ减小B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小C．ab向左运动，同时增大磁感应强度BD．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)答案 A解析设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BS cos θ，S增大，θ减小，cos θ增大，则Φ增大，A正确；B减小，θ减小，cos θ增大，Φ可能不变，B错误；S减小，B增大，Φ可能不变，C错误；S增大，B增大，θ增大，cos θ减小，Φ可能不变，D错误．1．用楞次定律判断(1)楞次定律中“阻碍”的含义：(2)应用楞次定律的思路：2．用右手定则判断该方法只适用于导体切割磁感线产生的感应电流，注意三个要点：(1)掌心——磁感线穿入；(2)拇指——指向导体运动的方向；(3)四指——指向感应电流的方向．例3(多选)(2018·全国卷Ⅰ·19)如图8，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路．将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态．下列说法正确的是()图8A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动答案AD解析根据安培定则，开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场．开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由南向北的电流，根据安培定则，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A项正确；开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应电流，故小磁针的N极指北，B、C项错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由北向南的电流，这时直导线上方的磁场垂直纸面向外，故小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D项正确．变式3(多选)如图9所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系．四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图所示，当两直导线中的电流都增大时，四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是()图9A．线圈a中有感应电流B．线圈b中有感应电流C．线圈c中无感应电流D．线圈d中无感应电流答案AD例4(2017·全国卷Ⅲ·15)如图10，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直．金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面．现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是()图10A．PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向B．PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向C．PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向D．PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向答案 D解析金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，闭合回路PQRS中磁场方向垂直纸面向里，磁通量增大，由楞次定律可判断，闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外，由安培定则可判断感应电流方向为逆时针；由于闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，与原磁场方向相反，则T中磁通量减小，由楞次定律可判断，T中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则可知T中感应电流方向为顺时针，选项D正确．变式4(2019·河北张家口市上学期期末)如图11所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，线圈c中将没有感应电流产生()图11A．向右做匀速直线运动B．向左做匀加速直线运动C．向右做减速直线运动D．向右做变加速直线运动答案 A解析导体棒ab向右或向左做匀速运动时，ab中产生的感应电流不变，螺线管产生的磁场是稳定的，穿过c的磁通量不变，c中没有感应电流；导体棒ab向左做加速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从b→a，感应电流增大，螺线管产生的磁场增强，穿过c的磁通量增大，根据楞次定律得知，c中产生顺时针方向(从左向右看)的感应电流；导体棒ab向右做减速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从a→b，感应电流减小，螺线管产生的磁场减弱，穿过c的磁通量减小，根据楞次定律得知，c中产生顺时针方向(从左向右看)的感应电流；导体棒ab向右做加速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从a→b，感应电流增大，螺线管产生的磁场增强，穿过c的磁通量增大，根据楞次定律得知，c中产生逆时针方向(从左向右看)的感应电流，故选A.内容例证阻碍原磁通量变化——“增反减同”磁铁靠近线圈，B感与B原方向相反阻碍相对运动——“来拒去留”磁铁靠近，是斥力磁铁远离，是引力使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒，磁铁下移，a、b靠近阻碍原电流的变化——“增反减同”合上S，B先亮例5(多选)(2019·湖南娄底市下学期质量检测)如图12甲所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方固定一螺线管Q，P和Q共轴，Q中的电流i随时间t变化的规律如图乙所示，取甲图中电流方向为正方向，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为F N，则()图12A．在t1时刻，F N>G，P有收缩的趋势B．在t2时刻，F N＝G，穿过P的磁通量不变C．在t3时刻，F N＝G，P中有感应电流D．在t4时刻，F N＞G，P有收缩的趋势答案ABC解析当螺线管中电流增大时，其形成的磁场不断增强，因此线圈P中的磁通量增大，根据楞次定律可知线圈P将阻碍其磁通量的增大，故线圈有远离和面积收缩的趋势，即F N>G，P 有收缩的趋势，故A正确；当螺线管中电流不变时，其形成磁场不变，线圈P中的磁通量不变，因此线圈P中无感应电流产生，则t2时刻F N＝G，故B正确；t3时刻螺线管中电流为零，但是线圈P中磁通量是变化的，因此此时线圈P中有感应电流，但此时刻二者之间没有相互作用力，即F N＝G，故C正确；当螺线管中电流不变时，其形成的磁场不变，线圈P中的磁通量不变，因此磁铁线圈中无感应电流产生，故t4时刻F N＝G，此时P没有收缩的趋势，故D错误．变式5(2020·湖北宜昌市质检)如图13所示，一个N极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框，则()图13A．磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置②时，线框中感应电流沿adcb 方向B．磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置②时，线框中感应电流沿abcd 方向C．磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿abcd方向D．磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿adcb方向答案 A解析当磁铁经过位置①时，穿过线框的磁通量向下且不断增加，由楞次定律可确定感应电流的磁场方向向上，阻碍磁通量的增加，根据右手螺旋定则可判定感应电流应沿abcd方向．同理可判断当磁铁经过位置②时，感应电流沿adcb方向，故选A.变式6(2019·湖南衡阳市第一次联考)如图14所示是某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置，在电梯挂厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害．关于该装置，下列说法正确的是()图14A．当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中B．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B中的电流方向相反C．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，只有闭合线圈A在阻碍电梯下落D．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，只有闭合线圈B在阻碍电梯下落答案 B解析若电梯突然坠落，闭合线圈A、B内的磁通量发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻碍磁铁的相对运动，可起到应急避险作用，但不能阻止磁铁的运动，故A错误；当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，闭合线圈B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知闭合线圈A与B中感应电流方向相反，故B正确；结合A的分析可知，当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故C、D错误．安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用对比基本现象因果关系应用规律运动电荷、电流产生磁场因电生磁安培定则磁场对运动电荷、电流有作用力因电受力左手定则部分导体做切割磁感线运动因动生电右手定则闭合回路磁通量变化因磁生电楞次定律例6(多选)如图15所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN 的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ 在一外力的作用下运动时，MN 向右运动，则PQ 所做的运动可能是( )图15A ．向右加速运动B ．向左加速运动C ．向右减速运动D ．向左减速运动答案 BC解析 MN 向右运动，说明MN 受到向右的安培力，因为ab 在MN 处的磁场垂直纸面向里――――→ 左手定则 MN 中的感应电流方向为M →N ――――→ 安培定则L 1中感应电流的磁场方向向上――――→ 楞次定律⎩⎪⎨⎪⎧L 2中磁场方向向上减弱L 2中磁场方向向下增强.若L 2中磁场方向向上减弱――――→ 安培定则PQ 中电流方向为Q →P 且减小――――→ 右手定则向右减速运动；若L 2中磁场方向向下增强――――→ 安培定则PQ 中电流方向为P →Q 且增大――――→ 右手定则向左加速运动．变式7 置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线，与套在铁芯上部的线圈A 相连．套在铁芯下部的线圈B 引出两根导线接在两根水平光滑导轨上，如图16所示．导轨上有一根金属棒ab 静止处在垂直于纸面向外的匀强磁场中．下列说法正确的是( )图16A ．圆盘顺时针加速转动时，ab 棒将向右运动B ．圆盘顺时针匀速转动时，ab 棒将向右运动C ．圆盘顺时针减速转动时，ab 棒将向右运动D ．圆盘逆时针加速转动时，ab 棒将向左运动答案 C1．法拉第在1831年发现了“磁生电”现象．如图1所示，他把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A 和电池连接，线圈B 用导线连通，导线下面平行于导线放置一个小磁针．实验中可能观察到的现象是( )图1A ．用一节电池作电源，稳定后小磁针不偏转；用十节电池作电源，稳定后小磁针会偏转B ．线圈B 匝数较少时，稳定后小磁针不偏转；匝数足够多时，稳定后小磁针会偏转C ．线圈A 和电池连接瞬间，小磁针会偏转D ．线圈A 和电池断开瞬间，小磁针不偏转答案 C解析 根据“磁生电”即电磁感应现象的产生条件，线圈B 中只有磁通量变化时才能产生感应电流，因此稳定后无论线圈B 匝数多少，线圈A 连接电池多少，都不能在线圈B 中产生感应电流，选项A 、B 错误．只有线圈A 和电池连接或断开的瞬间，线圈B 中才能产生感应电流，电流产生磁场，使导线下面平行放置的小磁针偏转，选项C 正确，D 错误．2．(多选)(2020·山东等级考模拟卷·12)竖直放置的长直密绕螺线管接入如图2甲所示的电路中，通有俯视顺时针方向的电流，其大小按图乙所示的规律变化．螺线管内中间位置固定有一水平放置的硬质闭合金属小圆环(未画出)，圆环轴线与螺线管轴线重合．下列说法正确的是( )图2A ．t ＝T 4时刻，圆环有扩张的趋势 B ．t ＝T 4时刻，圆环有收缩的趋势 C ．t ＝T 4和t ＝3T 4时刻，圆环内的感应电流大小相等 D ．t ＝3T 4时刻，圆环内有俯视逆时针方向的感应电流 答案 BC解析 t ＝T 4时刻，线圈中通有俯视顺时针且逐渐增大的电流，则线圈中电流产生的磁场向下且逐渐增大，由楞次定律可知，圆环有收缩的趋势，A 错误，B 正确；t ＝3T 4时刻，线圈中通有俯视顺时针且逐渐减小的电流，则线圈中电流产生的磁场向下且逐渐减小，由楞次定律可知，圆环中的感应电流为俯视顺时针，D 错误；t ＝T 4和t ＝3T 4时刻，线圈中电流的变化率大小相等，即线圈中电流产生的磁场变化率大小相等，则圆环中的感应电流大小相等，C 正确．3．(多选)(2019·四川南充市第二次适应性考试)现在人们可以利用无线充电板为手机充电，如图3所示为充电原理图，充电板接交流电源，对充电板供电，充电板内的送电线圈可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生交变电流，再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电．若在某段时间内，磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈，其磁感应强度均匀增加．下列说法正确的是( )图3A ．c 点电势高于d 点电势B ．c 点电势低于d 点电势C ．感应电流方向由c →受电线圈→dD ．感应电流方向由d →受电线圈→c答案 BC解析 根据楞次定律可知，受电线圈内部产生的感应电流方向为俯视顺时针，受电线圈中感应电流方向由c 经受电线圈到d ，所以c 点的电势低于d 点的电势，故A 、D 错误，B 、C 正确．4.如图4所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A 点作切线OO ′，OO ′与线圈在同一平面上．在线圈以OO ′为轴翻转180°的过程中，线圈中电流流向( )图4A ．始终为A →B →C →AB ．始终为A →C →B →AC．先为A→C→B→A，再为A→B→C→AD．先为A→B→C→A，再为A→C→B→A答案 A解析在线圈以OO′为轴翻转0～90°的过程中，穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减小，则感应电流产生的磁场垂直桌面向下，感应电流方向为A→B→C→A；线圈以OO′为轴翻转90°～180°的过程中，穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，则感应电流产生的磁场垂直桌面向上，感应电流方向仍然为A→B→C→A，A正确．5.(多选)如图5所示，将若干匝线圈固定在光滑绝缘杆上，另一个金属环套在杆上与线圈共轴，当合上开关时线圈中产生磁场，金属环就可被加速弹射出去．现在线圈左侧同一位置处，先后放置形状、大小相同的铜环和铝环(两环分别用横截面积相等的铜和铝导线制成)，且铝的电阻率大于铜的电阻率，闭合开关S的瞬间，下列描述正确的是()图5A．从左侧看环中感应电流沿顺时针方向B．线圈沿轴向有伸长的趋势C．铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力D．若金属环出现断裂，不会影响其向左弹射答案AC解析线圈中通电，由安培定则可知磁场方向向左，通过金属环的磁通量增加，从左侧看环中有顺时针方向的感应电流，故A项正确；同向电流互相吸引，线圈沿轴向有缩短的趋势，B项错误；因铜环的电阻小，铜环中感应电流大，受到的安培力大，C项正确；若金属环出现断裂，就不能构成闭合回路，环中有感应电动势，无感应电流，不受安培力作用，故不会被向左弹出，D项错误．6.如图6所示，在通电长直导线AB的一侧悬挂一可以自由摆动的闭合矩形金属线圈P，AB 在线圈平面内．当发现闭合线圈向右摆动时()图6A．AB中的电流减小，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流B．AB中的电流不变，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流C．AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流D．AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生顺时针方向的电流答案 C7．(多选)(2019·福建三明市期末质量检测)如图7所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd 共面，MN固定不动，位置靠近ab且相互绝缘．当MN中电流突然增大时，则()图7A．线圈所受安培力的合力方向向左B．线圈所受安培力的合力方向向右C．感应电流方向为abcdaD．感应电流方向为adcba答案AC解析当MN中电流突然增大时，根据楞次定律可知，线圈中产生逆时针方向的感应电流，即abcda方向；由左手定则可知ab边和cd边受安培力均向左，可知线圈所受安培力的合力方向向左，选项A、C正确，B、D错误．8.如图8所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下．在将磁铁的S极插入线圈的过程中()图8A．通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥B．通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥C．通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互吸引D．通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引答案 A解析将磁铁的S极插入线圈的过程中，由楞次定律知，通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥．9.如图9所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿。
2021版新高考物理人教版一轮课件：10.1 电磁感应现象 楞次定律
内容索引
必备知识·自主学习 关键能力·题型突破 核心素养测评
【知识建构】 一、磁通量 1.定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向_垂__直__的面积S与B的乘 积。 2.公式：Φ=_B_S_。 3.单位：1 Wb=_1__T_·__m_2。 4.标矢性：磁通量是_标__量__，但有正负。
【技法荟萃】 1.判断能否产生电磁感应现象，关键是看回路的磁通量是否发生了变化。磁 通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有： (1)S、θ不变，B改变，这时ΔΦ=ΔB·Ssinθ； (2)B、θ不变，S改变，这时ΔΦ=ΔS·Bsinθ； (3)B、S不变，θ改变，这时ΔΦ=BS(sinθ2-sinθ1)。 (4)B、θ、S都变，这时ΔΦ=B2S2sinθ2-B1S1sinθ1。
【典例3】(2019·黄山模拟)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的
匀强磁场中，在导轨上与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动。当AB
在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是
()
世纪金榜导学号
A.导体棒CD内有电流通过，方向是D→C B.导体棒CD内有电流通过，方向是C→D C.磁场对导体棒CD的作用力向左 D.磁场对导体棒AB的作用力向右 【通型通法】 1.题型特征：导体棒切割磁感线产生感应电流。 2.思维导引：判断时注意掌心、拇指、四指的方向：掌心——磁感线垂直穿 入；拇指——指向导体运动的方向；四指——指向感应电流的方向。
在齿A从图中所示位置顺时针转到虚线位置的过程中，M中的感应电流方向为 ( ) 世纪金榜导学号
A.—直从右向左 B.—直从左向右 C.先从右向左，后从左向右 D.先从左向右，后从右向左
【通型通法】 1.题型特征：磁场变化产生感应电流。 2.思维导引： (1)先判断原磁场的方向和变化情况； (2)确定感应电流的磁场方向； (3)根据楞次定律判断感应电流的方向。
2021高考物理一轮复习第十章电磁感应专题提升十电磁感应的综合应用教案鲁科版
专题提升(十) 电磁感应的综合应用电磁感应中的能量问题1.能量转化及焦耳热的求法 (1)能量转化(2)求解焦耳热Q 的三种方法2.解题的一般步骤(1)确定研究对象(导体棒或回路);(2)弄清电磁感应过程中,哪些力做功,哪些形式的能量相互转化; (3)根据功能关系或能量守恒定律列式求解. 角度1 应用能量守恒定律求解电磁感应能量问题 [例1]如图所示,两平行金属导轨位于同一水平面上,相距l,左端与一电阻R 相连;整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向竖直向下.一质量为m 的导体棒置于导轨上,在水平外力作用下沿导轨以速率v 匀速向右滑动,滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好.已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g,导轨和导体棒的电阻均可忽略.求: (1)电阻R 消耗的功率. (2)水平外力的大小.解析:(1)导体棒切割磁感线产生的电动势E=Blv由于导轨与导体棒的电阻均可忽略,则R 两端电压等于电动势U=E 则电阻R 消耗的功率P R =2U R综合以上三式可得P R =222B l v R. (2)设水平外力大小为F,由能量守恒有 Fv=P R +μmgv故得F=22vB l R+μmg.答案:见解析角度2 应用焦耳定律求解电磁感应能量问题[例2] (2019·北京东城区模拟)随着新技术的应用,手机不断地更新换代.新机型除了常规的硬件升级外,还支持快充和无线充电.图(甲)为兴趣小组制作的无线充电装置中的输电线圈示意图,已知线圈匝数n=100,电阻r=1.0 Ω,线圈的横截面积S=1.5×10-3m 2,外接电阻R=5.0 Ω.线圈处在平行于线圈轴线的磁场中,磁场的磁感应强度随时间变化如图(乙)所示,求:(1)t=1.0×10-2s 时线圈中的感应电动势E; (2)0~2.0×10-2 s 内通过电阻R 的电荷量q; (3)0~3.0×10-2 s 内电阻R 上产生的热量Q. 解析:(1)由图(乙)可知,t=0.01 s 时刻ΔΔBt=4 T/s 根据法拉第电磁感应定律得E=n ΔΔt Φ=n ΔΔS Bt解得E=0.6 V. (2)0~0.02 s 内,I=ER r+=0.1 A 电荷量q=IΔt 解得q=2.0×10-3 C.(3)0~0.02 s 内,E=0.6 V,I=0.1 A,根据焦耳定律可以得到,R 上产生的焦耳热为 Q 1=I 2Rt 1=1.0×10-3 J0.02~0.03 s 内,E′=1.2 V,I′=0.2 A,根据焦耳定律可以得到,R 上产生的焦耳热为 Q 2=I′2Rt 2=2.0×10-3J 所以Q=Q 1+Q 2=3.0×10-3J.答案:(1)0.6 V (2)2.0×10-3C (3)3.0×10-3J求解焦耳热应分清两类情况(1)若回路中电流恒定,可以利用电路结构及W=UIt或Q=I2Rt直接进行计算.(2)若电流变化,则①利用安培力做的功求解:电磁感应中产生的焦耳热等于克服安培力所做的功;②利用能量守恒求解:若只有电能与机械能的转化,则机械能的减少量等于产生的焦耳热;③利用功能关系求解:若除重力、安培力做功外,还有其他力做功,则其他力做功等于增加的机械能和产生的焦耳热.1.(2019·江苏七市二模)(多选)在如图所示的倾角为θ的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场,区域Ⅰ的磁场方向垂直斜面向上,区域Ⅱ的磁场方向垂直斜面向下,磁场的宽度均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框,由静止开始沿斜面下滑,当ab边刚越过GH进入磁场Ⅰ区时,恰好以速度v1做匀速直线运动;当ab边下滑到JP与MN的中间位置时,线框又恰好以速度v2做匀速直线运动,从ab边越过GH到到达MN与JP的中间位置的过程中,线框的动能变化量为ΔE k,重力对线框做功大小为W1,安培力对线框做功大小为W2,下列说法中正确的有( CD )A.在下滑过程中,由于重力做正功,所以有v2>v1B.从ab边越过GH到到达MN与JP的中间位置的过程中,线框的机械能守恒C.从ab边越过GH到到达MN与JP的中间位置的过程中,有W1-ΔE k的机械能转化为电能D.从ab边越过GH到到达MN与JP的中间位置的过程中,线框动能的变化量大小ΔE k=W1-W2解析:ab边越过JP后回路感应电动势增大,感应电流增大,因此所受安培力增大,安培力阻碍线框下滑,因此ab边越过JP后开始做减速运动,使感应电动势和感应电流均减小,安培力减小,当安培力减小到与重力沿斜面向下的分力mgsin θ相等时,以速度v2做匀速运动,因此v2<v1,A 错误;由于有安培力做功,线框机械能不守恒,B错误;线框克服安培力做功,将机械能转化为电能,克服安培力做了多少功,就有多少机械能转化为电能,由动能定理得W1-W2=ΔE k,W2=W1-ΔE k,故C,D正确.2.(2019·湖南娄底二模)(多选)如图所示,质量为3m的重物与一质量为m的线框用一根绝缘细线连接起来,挂在两个高度相同的定滑轮上,已知线框的横边边长为L,水平方向匀强磁场的磁感应强度为B,磁场上下边界的距离、线框竖直边长均为h.初始时刻,磁场的下边缘和线框上边缘的高度差为2h,将重物从静止开始释放,线框上边缘刚进磁场时,恰好做匀速直线运动,滑轮质量、摩擦阻力均不计.则下列说法中正确的是( ABD )A.线框进入磁场时的速度为2ghB.线框的电阻为2222B L gh mgC.线框通过磁场的过程中产生的热量Q=2mghD.线框通过磁场的过程中产生的热量Q=4mgh解析:从初始时刻到线框上边缘刚进入磁场,由机械能守恒定律得3mg×2h=mg×2h+242mv ,解得线框刚进入磁场时的速度v=2gh ,故A 正确;线框上边缘刚进磁场时,恰好做匀速直线运动,故受合力为零,3mg=BIL+mg,I=BLv R ,解得线框的电阻R=2222B L gh mg,故B 正确;线框匀速通过磁场的距离为2h,产生的热量等于系统重力势能的减少量,即Q=3mg×2h -mg×2h=4mgh,故C 错误,D 正确.电磁感应中的动量和能量问题角度1 用动量定理解决电磁感应问题 [例3](2019·广东佛山模拟)(多选)水平放置的足够长光滑平行导轨,电阻不计,间距为L,左端连接的电源电动势为E 、内阻为r,质量为m 的金属杆垂直静放在导轨上,金属杆处于导轨间的部分的电阻为R.整个装置处在磁感应强度大小为B 、方向竖直向下的匀强磁场中,闭合开关,金属杆沿导轨做变加速运动直至达到最大速度,下列说法正确的是( AC ) A.金属杆的最大速度大小为B.此过程中通过金属杆的电荷量为222mEB L C.此过程中电源提供的电能为222mE B L D.此过程中金属杆产生的热量为2222mE B L解析:开关闭合瞬间,电流通过金属杆,则金属杆在安培力作用下加速运动,同时由于金属杆切割磁感线产生感应电动势,方向与E 相反,故金属杆做加速度减小的加速运动,当感应电动势等于电源电动势E 时,金属杆加速度为0,速度最大,由BLv m =E,得v m =EBL,A 正确;整个过程中对金属杆应用动量定理有B I L·t=mv m ,则q=I t=m mv BL=22mEB L ,B 错误;电源提供的电能为E 电=qE=222mE B L,C 正确;对整个过程由功能关系可知电源提供的能量转化为金属杆的动能和电路产生的热量,即E 电=Q 总+E k ,得222mE B L =Q 总+12m 222E B L ,故Q 总=Q r +Q R =2222mE B L ,金属杆的热量为Q R =R R r+Q 总=2222mE B L ·R R r+,D 错误. 角度2 用动量守恒定律解决电磁感应问题[例4] (2019·北京丰台期末)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定于同一水平面内,导轨间的距离为L,导轨上平行放置两根导体棒ab 和cd,构成矩形回路.已知两根导体棒的质量均为m 、电阻均为R,其他电阻忽略不计,整个导轨处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,导体棒均可沿导轨无摩擦的滑行.开始时,导体棒cd 静止、ab 有水平向右的初速度v 0,两导体棒在运动中始终不接触.求:(1)开始时,导体棒ab 中电流的大小和方向;(2)从开始到导体棒cd 达到最大速度的过程中,矩形回路产生的焦耳热; (3)当ab 棒速度变为34v 0时,cd 棒加速度的大小. 解析:(1)ab 棒产生的感应电动势E ab =BLv 0 ab 棒中电流I=2ab E R=02BLv R 方向由a→b.(2)当ab 棒与cd 棒速度相同时,cd 棒的速度最大,设最大速度为v由动量守恒定律得mv 0=2mv 解得v=12v 0由能量守恒定律得Q=12m 20v -12(2m)v 2解得Q=14m 20v .(3)设ab 棒的速度为34v 0时,cd 棒的速度为v′ 由动量守恒定律得mv 0=m 34v 0+mv′ 解得v′=14v 0. E ab =BL 34v 0; E cd =BL 14v 0;I=2ab cd E E R-=0031()442BL v v R- 解得I=4BLv Rcd 棒受力为F=IBL=2204B L v R;此时cd 棒加速度为a==.答案:见解析动量定理及动量守恒定律在电磁感应中的应用技巧(1)在电磁感应中,动量定理应用于单杆切割磁感线运动,可求解变力的时间、速度、位移和电荷量.①求电荷量或速度:B I lΔt=mv 2-mv 1,q=I t. ②求时间:Ft-I 冲=mv 2-mv 1,I 冲=BIlΔt=BlΔR Φ总. ③求位移:-BIlΔt=-22v ΔB l tR 总=0-mv 0, 即-22B l R 总s=m(0-v 0).(2)电磁感应中对于双杆切割磁感线运动,若双杆系统所受合外力为零,运用动量守恒定律结合能量守恒定律可求解与能量有关的问题.1.(2019·广东深圳二模)如图所示,在水平面上有两条导电导轨MN,PQ,导轨间距为d,匀强磁场垂直于导轨所在的平面向里,磁感应强度的大小为B,两根完全相同的金属杆1,2间隔一定的距离摆开放在导轨上,且与导轨垂直.它们的电阻均为R,两杆与导轨接触良好,导轨电阻不计,金属杆的摩擦不计.杆1以初速度v 0滑向杆2,为使两杆不相碰,则杆2固定与不固定两种情况下,最初摆放两杆时的最小距离之比为( C ) A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶1 解析:杆2固定:对回路:q 1=Δ2R =12Bds R. 对杆1:-B 1I d·Δt=0-mv 0,q 1=·Δt 联立解得s 1=222mRv B d . 杆2不固定:q 2=22Bds R对杆2:B 2I d·Δt=mv 2-0 全程动量守恒:mv 0=mv 1+mv 2末态两棒速度相同,v 1=v 2,q 2=2I ·Δt 联立解得s 2=22mRv B d . s 1∶s 2=2∶1,C 正确.2.(2019·贵州黔东南二模)如图所示,宽度为L 的平行光滑的金属轨道,左端为半径为r 1的四分之一圆弧轨道,右端为半径为r 2的半圆轨道,中部为与它们相切的水平轨道.水平轨道所在的区域有磁感应强度为B 的竖直向上的匀强磁场.一根质量为m 的金属杆a 置于水平轨道上,另一根质量为M 的金属杆b 由静止开始自左端轨道最高点滑下,当b 滑入水平轨道某位置时,a 就滑上了右端半圆轨道最高点(b 始终运动且a,b 未相撞),并且a 在最高点对轨道的压力大小为mg,此过程中通过a 的电荷量为q,a,b 杆的电阻分别为R 1,R 2,其余部分电阻不计.在b 由静止释放到a 运动到右端半圆轨道最高点过程中,求:(1)在水平轨道上运动时b 的最大加速度是多大;(2)自b 释放到a 到达右端半圆轨道最高点过程中,系统产生的焦耳热是多少; (3)a 刚到达右端半圆轨道最低点时b 的速度是多大. 解析:(1)由机械能守恒定律得12M 21b v =Mgr 1 解得v b112grb 刚滑到水平轨道时加速度最大,E=BLv b1,I=12ER R +, 由牛顿第二定律有F 安=BIL=Ma 解得221122B L gr .(2)由动量定理有-B I Lt=Mv b2-Mv b1, 即-BLq=Mv b2-Mv b1 解得v b212gr -BLqM根据牛顿第三定律得:a 在最高点受支持力N=N′=mg,mg+N=m 212a v r解得v a122gr 由能量守恒定律得Mgr 1=12M 22b v +12m 21a v +mg2r 2+Q 解得12gr -3mgr 2-2222B L q M. (3)由能量守恒定律有2mgr 2=12m 22a v -12m 21a v 解得v a226gr 由动量守恒定律得Mv b1=Mv b3+mv a2 解得v b312gr 26m gr M答案:(1)221122()B L gr M R R +(2)BLq 12gr -3mgr 2-2222B L q M(3)12gr -26m gr M1.(2019·福建厦门模拟)(多选)在倾角为θ的斜面上固定两根足够长的光滑平行金属导轨PQ,MN,相距为L,导轨处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下.有两根质量均为m 的金属棒a,b,先将a 棒垂直导轨放置,用跨过光滑定滑轮的细线与物块c 连接,连接a 棒的细线平行于导轨,由静止释放c,此后某时刻,将b 也垂直导轨放置,a,c 此刻起做匀速运动,b 棒刚好能静止在导轨上.a 棒在运动过程中始终与导轨垂直,两棒与导轨接触良好,导轨电阻不计.则( AD ) A.物块c 的质量是2msin θB.b 棒放上导轨前,物块c 减少的重力势能等于a,c 增加的动能C.b 棒放上导轨后,物块c 减少的重力势能等于回路消耗的电能D.b 棒放上导轨后,a 棒中电流大小是sin mg BLθ解析:b 棒静止说明b 棒受力平衡,即安培力和重力沿斜面向下的分力平衡,a 棒匀速向上运动,说明a 棒受细线的拉力和重力沿斜面向下的分力大小以及沿斜面向下的安培力三个力平衡,c 匀速下降则c 所受重力和细线的拉力大小平衡.由b 平衡可知,安培力大小F 安=mgsin θ,由a 平衡可知F 线=F 安+mgsin θ=2mgsin θ,由c 平衡可知F 线=m c g;因为线中拉力大小相等,故2mgsin θ=m c g,即物块c 的质量为2msin θ,故A 正确;b 放上之前,a,c 系统的机械能守恒,c 减少的重力势能转化为a,c 的动能和a 的重力势能,故B 错误;放上b 后,a 匀速上升重力势能在增加,根据能量守恒知c 减小的重力势能等于回路消耗的电能和a 增加的重力势能之和,C 错误;根据b 棒的平衡可知F 安=mgsin θ,又因为F 安=BIL,故I=sin mg BLθ,故D 正确. 2.(2018·江苏卷,9)(多选)如图所示,竖直放置的“”形光滑导轨宽为L,矩形匀强磁场Ⅰ,Ⅱ的高和间距均为d,磁感应强度为B.质量为m 的水平金属杆由静止释放,进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等.金属杆在导轨间的电阻为R,与导轨接触良好,其余电阻不计,重力加速度为g.金属杆( BC )A.刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向下B.穿过磁场Ⅰ的时间大于在两磁场之间的运动时间C.穿过两磁场产生的总热量为4mgdD.释放时距磁场Ⅰ上边界的高度h 可能小于2244g 2m R B L 解析:穿过磁场Ⅰ后,金属杆在磁场之间做加速运动,在磁场Ⅱ上边缘速度大于从磁场Ⅰ出来时的速度,即进入磁场Ⅰ时速度等于进入磁场Ⅱ时速度且大于从磁场Ⅰ出来时的速度,故金属杆在刚进入磁场Ⅰ中时做减速运动,加速度方向向上,选项A 错误. 金属杆刚进入磁场Ⅰ中时,由牛顿第二定律知 BIL-mg=22vB L R-mg=ma a 随着减速过程逐渐变小,即在前一段做加速度减小的减速运动,若出磁场Ⅰ前a 减为零则再做匀速运动.金属杆在磁场之间做加速度为g 的匀加速直线运动,两个过程位移大小相等,由v t 图象(以金属杆在磁场Ⅰ中一直减速为例),如图所示,可以看出前一段用时多于后一段用时(若金属杆在磁场Ⅰ中先减速再匀速可以得出同样的结论),选项B 正确.由于进入两磁场时速度相等,从金属杆刚进入磁场Ⅰ到刚进入磁场Ⅱ的过程,由动能定理知, W 安1+mg·2d=0, 则W 安1=-2mgd,可知通过磁场Ⅰ产生的热量为2mgd,故穿过两磁场产生的总热量为4mgd,选项C 正确. 设刚进入磁场Ⅰ时速度为v,则由机械能守恒定律知mgh=12mv 2,进入磁场时BIL-mg=22v B L R -mg=ma 解得v=22()m a g R B L +, 联立得h=22244(a g)2gm R B L +>2244g 2m R B L ,选项D 错误. 3.(2019·安徽蚌埠二模)如图所示,质量M=1 kg 的半圆弧形绝缘凹槽放置在光滑的水平面上,凹槽部分嵌有cd 和ef 两个光滑半圆形导轨,c 与e 端由导线连接,一质量m=1 kg 的导体棒自ce 端的正上方h=2 m 处平行ce 由静止下落,并恰好从ce 端进入凹槽,整个装置处于范围足够大的竖直方向的匀强磁场中,导体棒在凹槽内运动过程中与导轨接触良好.已知磁场的磁感应强度B=0.5 T,导轨的间距与导体棒的长度均为L=0.5 m,导轨的半径r=0.5 m,导体棒的电阻R=1 Ω,其余电阻均不计,重力加速度g=10 m/s 2,不计空气阻力.(1)求导体棒刚进入凹槽时的速度大小;(2)求导体棒从开始下落到最终静止的过程中系统产生的热量;(3)若导体棒从开始下落到第一次通过导轨最低点的过程中产生的热量为16 J,求导体棒第一次通过最低点时回路中的电功率.解析:(1)根据机械能守恒定律,得mgh=12mv 2解得10 m/s.(2)导体棒在凹槽导轨上运动过程中发生电磁感应现象,产生感应电流,最终整个系统处于静止,导体棒停在凹槽最低点.根据能量守恒可知整个过程中系统产生的热量Q=mg(h+r)=25 J.(3)设导体棒第一次通过最低点时速度大小为v 1,凹槽速度大小为v 2,导体棒在凹槽内运动时系统在水平方向动量守恒,故有mv 1=Mv 2由能量守恒,得12m 21v +12M 22v =mg(h+r)-Q 1导体棒第一次通过最低点时感应电动势E=BLv 1+BLv 2回路电功率P=2E R 联立解得P=94W.答案:(1)210 m/s (2)25 J (3)94 W4.(2019·湖南湘潭调研)如图所示,将不计电阻的长导线弯折成P 1P 2P 3,Q 1Q 2Q 3形状,P 1P 2P 3和Q 1Q 2Q 3是相互平行且相距为d 的光滑固定金属导轨.P 1P 2,Q 1Q 2的倾角均为θ,P 2P 3,Q 2Q 3在同一水平面上,P 2Q 2⊥P 2P 3,整个导轨在方向竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场中,质量为m 电阻为R 的金属杆CD 从斜导轨上某处静止释放,然后沿水平导轨滑动一段距离后停下.杆CD 始终垂直导轨并与导轨保持良好接触,导轨和空气阻力均不计,重力加速度大小为g,导轨倾斜段和水平段都足够长,求: (1)杆CD 能达到的最大速度;(2)杆CD 在距P 2Q 2为L 处释放,滑到P 2Q 2处恰达到最大速度,则沿倾斜导轨下滑的时间Δt 1及在水平导轨上滑行的最大距离.解析:(1)杆CD 达到最大速度时,杆受力平衡,则有Bcos θ·dI m =mgsin θ此时杆CD 切割磁感线产生的感应电动势为E=Bcos θ·dv m由欧姆定律可得I m =E R, 解得v m =222sin cos θmgR B d . (2)在杆CD 沿倾斜导轨下滑的过程中,根据动量定理有mgsin θ·Δt 1-Bcos θ1I d·Δt 1=mv m -01I =E R =1ΔΔRt Φ=1cos ΔR B Ld t θ 解得Δt 1=222cos θmR B d +222Lcos θsin B d mgR θ在杆CD 沿水平导轨运动的过程中,根据动量定理有 -B 2I d·Δt 2=0-mv m该过程中通过R 的电荷量为q 2=2I Δt 2,得q 2=m mv Bd杆CD 沿水平导轨运动的过程中,通过的平均电流为 2I =E R =2ΔBsd R t ,q 2=2I Δt 2=Bds R解得s=22442g sin cos θm R B d θ. 答案:(1)222sin cos θmgR B d θ (2)222cos θmR B d +222Lcos θsin B d mgR θ 22442g sin cos θm R B d θ。
【物理一轮】2021高中物理一轮复习学案--第十章 第1讲 电磁感应现象 楞次定律
第1讲电磁感应现象楞次定律ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU ,知识梳理·自测巩固知识点1 磁通量1．定义匀强磁场中，磁感应强度(B)与垂直于磁场方向的面积(S)的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通，我们可以用穿过这一面积的磁感线条数的多少来形象地理解。
2．公式Φ＝BS。
在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，符号是Wb。
3．公式适用条件(1)匀强磁场。
(2)磁感线的方向与平面垂直，即B⊥S。
思考：如图所示，矩形abcd、abb′a′，a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则：(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos_θ或BS3。
(2)通过矩形a′b′cd的磁通量为BS3。
(3)通过矩形abb′a′的磁通量为0。
知识点2 电磁感应现象1．电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象。
2．产生感应电流的条件(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。
(2)特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动。
3．电磁感应现象的实质产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流；如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。
知识点3 感应电流方向的判定1．楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(2)适用范围：适用于一切回路磁通量变化的情况。
2.右手定则(1)使用方法。
①让磁感线穿入右手手心。
②使大拇指指向导体运动的方向。
③则其余四指指向感应电流的方向。
(2)适用范围：适用于部分导体切割磁感线的情况。
思考：如图所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直，AB中通有如图所示的电流I，请回答：(1)穿过线圈abcd中的磁通量为多少？(2)AB中电流I逐渐增大，线圈abcd中有感应电流吗？(3)要使线圈abcd中产生感应电流，可行的做法有哪些(至少答出两种方法)?[答案](1)0 (2)无(3)使线圈左右平动；以OO′为轴转动。