高考第一轮复习电磁感应(一)

1电磁感应（一）主讲：2一.教学内容：选修3—2第九章电磁感应（一）二.高考考纲及分析：高考考纲电磁感应现象（I）磁通量（I）法拉第电磁感应定律（Ⅱ）楞次定律（Ⅱ）自感、涡流（I）考纲分析：1.从2007年高考新课标地区对电磁感应的考查来看，山东约占4/89分（占分/满分），广东约占17/150分，海南约占11/100分，宁夏约占6/110分。2.感应电流方向的判断（楞次定律）、导体切割磁感线产生感应电动势的计算、法拉第电磁感应定律的应用等是高考热点。特别是楞次定律的考查更是每年的必考热点。这些都是考纲中的Ⅱ类要求，要加强复习。3.考查的主要题型是选择题和综合性计算论述题。选择题的侧重点是电磁感应中的图象问题，主要涉及φt图、Bt图和It图的相互转换，重点考查楞次定律和法拉第电磁感应定律的灵活运用。计算题考查的侧重点是电磁感应与直流电路的综合、电磁感应与牛顿运动定律的综合应用，难度较大。3三.知识网络：4四.知识要点：第一单元电磁感应现象楞次定律（一）电磁感应现象1.产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化.2.磁通量的计算（1）公式Φ=BS此式的适用条件是：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。（2）如果磁感线与平面不垂直，上式中的S为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积.即sinSB其中θ为磁场与面积之间的夹角，我们称之为“有效面积”或“正对面积”。（3）磁通量的方向性：磁通量正向穿过某平面和反向穿过该平面时，磁通量的正负关系不同。求合磁通时应注意相反方向抵消以后所剩余的磁通量。（4）磁通量的变化：12可能是B发生变化而引起，也可能是S发生变化而引起，还有可能是B和S同时发生变化而引起的，在确定磁通量的变化时应注意。3.感应电动势的产生条件：无论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，这部分电路就会产生感应电动势。这部分电路或导体相当于电源。5（二）感应电流的方向1.右手定则当闭合电路的部分导体切割磁感线时，产生的感应电流的方向可以用右手定则来进行判断。右手定则：伸开右手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，那么伸直四指指向即为感应电流的方向。说明：伸直四指指向还有另外的一些说法：①感应电动势的方向；②导体的高电势处。2.楞次定律（1）内容感应电流具有这样的方向：就是感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。注意：①“阻碍”不是“相反”，原磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁通量相反，“反抗”其增加；原磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁通量相同，“补偿”其减小，即“增反减同”。②“阻碍”也不是阻止，电路中的磁通量还是变化的，阻碍只是延缓其变化。③楞次定律的实质是“能量转化和守恒”，感应电流的磁场阻碍过程，使机械能减少，转化为电能。（2）应用楞次定律判断感应电流的步骤：①确定原磁场的方向。②明确回路中磁通量变化情况。③应用楞次定律的“增反减同”，确定感应电流磁场的方向。④应用右手安培定则，确立感应电流方向。（3）楞次定律的另一种表述楞次定律的另一种表达为：感应电流的效果，总是要反抗产生感应电流的原因。说明：这里产生感应电流的原因，既可以是磁通量的变化，也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变。6①当电路的磁通量发生变化时，感应电流的效果就阻碍变化变形为阻碍原磁通量的变化。②当出现引起磁量变化的相对运动时，感应电流的效果就阻碍变化拓展为阻碍（导体间的）相对运动，即“来时拒，去时留”。③当回路发生形变时，感应电流的效果就阻碍回路发生形变。④当线圈自身的电流发生变化时，感应电流的效果就阻碍原来的电流发生变化。总之，如果问题不涉及感应电流的方向，则从楞次定律的另类表述出发的分析方法较为简便。第二单元法拉第电磁感应定律自感、涡流（一）法拉第电磁感应定律（1）内容：电磁感应中线圈里的感应电动势跟穿过线圈的磁通量变化率成正比。（2）表达式：tE或tnE。（3）说明：①式中的n为线圈的匝数，是线圈磁通量的变化量，△t是磁通量变化所用的时间。t又叫磁通量的变化率。②是单位是韦伯，△t的单位是秒，E的单位是伏特。③tnE中学阶段一般只用来计算平均感应电动势，如果t是恒定的，那么E是稳恒的。7（二）导线切割磁感线的感应电动势1.公式：E=BLv2.导线切割磁感线的感应电动势公式的几点说明：（1）公式仅适用于导体上各点以相同的速度切割匀强的磁场的磁感线的情况。（2）公式中的B、v、L要求互相两两垂直。当L⊥B，L⊥v，而v与B成θ夹角时，导线切割磁感线的感应电动势大小为sinBLvE。（3）适用于计算当导体切割磁感线产生的感应电动势，当v为瞬时速度时，可计算瞬时感应电动势，当v为平均速度时，可计算平均电动势。（4）若导体棒不是直的，sinBLvE中的L为切割磁感线的导体棒的有效长度。如图中，棒的有效长度有ab的弦长。3.导体切割磁感线产生的感应电动势大小两个特例：（1）长为L的导体棒在磁感应强度为B的匀强磁场中以ω匀速转动，导体棒产生的感应电动势：8))((212121022212不同两段的代数和以任意点为轴时，）线速度（平均速度取中点位置以端点为轴时，（不同两段的代数和）以中点为轴时，LLBELLBEE（2）面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中以角速度ω绕线圈平面内的任意轴匀速转动，产生的感应电动势：sin0BSEEBSE时，为线圈平面与磁感线夹角时，线圈平面与磁感线垂直时，线圈平面与磁感线平行（三）自感、互感1.自感现象：当导体中的电流发生变化，导体本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来的电流的变化，这种由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。2.自感现象的应用（1）通电自感：通电瞬间自感线圈处相当于断路；（2）断电自感：断电时自感线圈处相当于电源；①当线圈中电阻≥灯丝电阻时，灯缓慢熄灭；②当线圈中电阻＜灯丝电阻时，灯闪亮后缓慢熄灭。93.增大线圈自感系数的方法（1）增大线圈长度（2）增多单位长度上匝数（3）增大线圈截面积（口径）（4）线圈中插入铁芯4.互感现象：当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感现象。在互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。变压器就是利用互感现象制成的。10[例1]两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环。当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时，B中产生如图所示方向的感应电流，则（）A.A可能带正电且转速减小B.A可能带正电且转速增大C.A可能带负电且转速减小D.A可能带负电且转速增大[例2]图中MN、GH为平行导轨，AB、CD为跨在导轨上的两根横杆，导轨和横杆均为导体。有匀强磁场垂直于导轨所在的平面，方向如图，用I表示回路的电流。A.当AB不动而CD向右滑动时，0I且沿顺时针方向B.当AB向左、CD向右滑动且速度大小相等时，I=0C.当AB、CD都向右滑动且速度大小相等时，I=0D.当AB、CD都向右滑动，且AB速度大于CD时，0I且沿逆时针方向11[例3]某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律。当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流方向是（）A.a→G→bB.先a→G→b，后b→G→aC.b→G→aD.先b→G→a，后a→G→b[例4]如图所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时（）A.P、Q将互相靠拢B.P、Q将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g12[例5]（08宁夏）如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个最阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是（）A.流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到aB.流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到aC.流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到bD.流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到bvabcdPQrR13[例6]有一面积为S=100cm2金属环，电阻为R=0.1Ω，环中磁场变化规律如图所示，且磁场方向垂直环面向里，在t1到t2时间内，环中感应电流的方向如何？通过金属环的电量为多少？14[例7]半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为B=0.2T，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场同心放置，磁场与环面垂直，其中a=0.4m，b=0.6m，金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均匀为R0＝2Ω，一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计。（1）若棒以v0=5m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径00′的瞬间（如图所示）MN中的电动势和流过灯L1的电流。（2）撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL2O′以OO′为轴向上翻转90°，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为sTtB/)/4(/，求L1的功率。15[例8]一直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B，直升飞机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示.如果忽略a到转轴中心线的距离，用ε表示每个叶片中的感应电动势，则（）A.2flB，且a点电势低于b点电势B.22flB，且a点电势低于b点电势C.2flB，且a点电势高于b点电势D.22flB，且a点电势高于b点电势16[例9]（08北京）均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方h处，如图所示。线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水平的磁场边界平行。当cd边刚进入磁场时，（1）求线框中产生的感应电动势大小；（2）求cd两点间的电势差大小；（3）若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h所应满足的条件。Babdch17[例10]（08江苏）如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计。电键K从闭合状态突然断开时，下列判断正确的是（）A.a先变亮，然后逐渐变暗B.b先变亮，然后逐渐变暗C.c先变亮，然后逐渐变暗D.b、c都逐渐变暗EKabcL1L2