北京四中网校高考综合复习――电磁感应专题复习一

高考综合复习——电磁感应专题复习一电磁感应基础知识、自感和互感编稿：郁章富审稿：李井军责编：郭金娟总体感知知识网络考纲要求内容要求电磁感应现象磁通量法拉第电磁感应定律楞次定律自感、涡流IIIIIII命题规律1．从近五年的高考试题可以看出，本专题内容是高考的重点，每年必考，命题频率较高的知识点有：感应电流的产生条件、方向判断和感应电动势的计算；电磁感应现象与磁场、电路、力学、能量等知识相联系的综合题及感应电流（或感应电动势）的图象问题，在高考中时常出现。2．本专题在高考试卷中涉及的试题题型全面，有选择题、填空题和计算题，选择题和填空题多为较简单的题目，计算题试题难度大，区分度高，能很好地考查学生的能力，备受命题专家的青睐。今后高考对本专题内容的考查可能有如下倾向：①判断感应电流的有无、方向及感应电动势的大小计算仍是高考的重点，但题目可能会变得更加灵活。②力学和电学知识相结合且涉及能量转化与守恒的电磁感应类考题将继续扮演具有选拔性功能的压轴题。复习策略1．左手定则与右手定则在使用时易相混，可采用“字形记忆法”：（1）通电导线在磁场中受安培力的作用，“力”字的最后一撇向左，用左手定则；（2）导体切割磁感线产生感应电流，“电”字最后一钩向右，用右手定则；总之，可简记为力“左”电“右”。2．矩形线框穿越有界匀强磁场问题，涉及楞次定律（或右手定则）、法拉第电磁感应定律、磁场对电路的作用力、含电源电路的计算等知识，综合性强，能力要求高，这也是命题热点。3．电磁感应图象问题也是高考常见的题型之一；滑轨类问题是电磁感应中的典型综合性问题，涉及的知识多，与力学、静电场、电路、磁场及能量等知识综合，能很好的考察考生的综合分析能力。本章知识在实际中应用广泛，如日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术应用等，有些问题涉及多学科知识，不可轻视。第一部分电磁感应现象、楞次定律知识要点梳理知识点一——磁通量▲知识梳理1．定义磁感应强度B与垂直场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，。如果面积S与B不垂直，如图所示，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积。即。2．磁通量的物理意义磁通量指穿过某一面积的磁感线条数。3．磁通量的单位：Wb。特别提醒：（1）磁通量是标量，当有不同方向的磁感线穿过某面时，常用正负加以区别，这时穿过某面的磁通量指的是不同方向穿过的磁通量的代数和。另外，磁通量与线圈匝数无关。磁通量正负的规定：任何一个面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入磁通量为正，则磁感线从反面穿入时磁通量为负。穿过某一面积的磁通量一般指合磁通量。（2）磁通量的变化，它可由B、S或两者之间的夹角的变化引起。4．磁通密度垂直穿过单位面积的磁感线条数，即磁感应强度的大小。▲疑难导析一、磁通量改变的方式有几种1．线圈跟磁体间发生相对运动，这种改变方式是S不变而相当于B变化。2．线圈不动，线圈所围面积也不变，但穿过线圈面积的磁感应强度是时间的函数。3．线圈所围面积发生变化，线圈中的一部分导体做切割磁感线运动。其实质也是B不变，而S增大或减小。4．线圈所围面积不变，磁感应强度也不变，但二者间的夹角发生变化，如在匀强磁场中转动矩形线圈。二、对公式的理解在磁通量的公式中，S为垂直于磁感应强度B方向上的有效面积，要正确理解三者之间的关系。1．线圈的面积发生变化时磁通量是不一定发生变化的，如图（a），当线圈面积由变为时，磁通量并没有变化。2．当磁场范围一定时，线圈面积发生变化，磁通量也可能不变，如图（b）所示，在空间有磁感线穿过线圈S，S外没有磁场，如增大S，则不变。3．若所研究的面积内有不同方向的磁场时，应是将磁场合成后，用合磁场根据去求磁通量。：如图所示，矩形线圈的面积为S（），置于磁感应强度为B（T）、方向水平向右的匀强磁场中，开始时线圈平面与中性面重合。求线圈平面在下列情况的磁通量的改变量：绕垂直磁场的轴转过（1）；（2）；（3）。解析：初位置时穿过线圈的磁通量；转过时，；转过时，；转过时，，负号表示穿过面积S的方向和以上情况相反，故：（1）；（2）；（3）。负号可理解为磁通量在减少。知识点二——电磁感应现象▲知识梳理1．产生感应电流的条件只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，即，则闭合电路中就有感应电流产生。2．引起磁通量变化的常见情况（1）闭合电路的部分导体做切割磁感线运动。（2）线圈绕垂直于磁场的轴转动。（3）磁感应强度B变化。▲疑难导析1．分析有无感应电流的方法首先看电路是否闭合，其次看穿过闭合电路的磁通量是否发生了变化。2．产生感应电动势的条件无论电路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流；电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。：如图所示，有一根通电长直导线MN，通融入向右的电流，另有一闭合线圈P位于导线的正下方，现使线圈P竖直向上运动，问在线圈P到达MN上方的过程中，穿过P的磁通量是如何变化的？有无感应电流产生？解析：根据直线电流磁场的特点，靠近电流处磁场强，远离电流处磁场弱，把线圈P向上的运动分成几个阶段；第一阶段：从开始到线圈刚与直导线相切，磁通量增加；第二阶段：从线圈与直导线相切到线圈直径与直导线重合，磁通量减少；第三阶段：从线圈直径与导线重合到线圈下面与直导线相切，磁通量增加；第四阶段：远离直导线，磁通量减少。每一个阶段均有感应电流产生。知识点三——感应电流方向的判定▲知识梳理1．楞次定律（1）内容感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是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情况的感应电流方向的判断。（3）楞次定律判定感应电流方向的一般步骤①明确引起感应电流的原磁场的方向及其分布情况，并用磁感线表示出来；②分析穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；③根据楞次定律确定感应电流磁场方向，即原磁通量增加，则感应电流磁场方向与原磁场方向相反，反之则感应电流的磁场方向与原磁场方向相同；④利用安培定则来确定感应电流的方向；⑤电磁感应现象中判定电势高低时必须把产生感应电动势的导体（或线圈）看成电源，且注意在电源内部感应电流是从电势低处向电势高处流动。若电路断路无感应电流时，可想象为有感应电流，来判定电势的高低。（4）楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因。2．右手定则（1）适用范围适用于导体切割磁感线运动的情况。（2）方法伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直从手心进入，大拇指指向导体运动方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。特别提醒：①右手定则适用于部分导体切割磁感线运动时感应电流方向的判定，而楞次定律适用于一切电磁感应现象。②导体切割磁感线产生感应电流用右手定则简便；变化的磁场产生感应电流用楞次定律简便。▲疑难导析一、楞次定律的另一表述感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因，常见有以下几种表现：1．就磁通量而言，总是阻碍引起感应电流的磁通量(原磁通量)的变化。即当原磁通量增加时，感应电流的磁场就与原磁场方向相反，当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场方向相同，简称口诀“增反减同”。2．就相对运动而言，阻碍所有的相对运动，简称口诀：“来拒去留”。从运动的效果上看，也可以形象地表述为“敌”进“我”退，“敌”逃“我”追。如图所示，若条形磁铁（“敌”）向闭合导线圈前进，则闭合线圈（“我”）退却；若条形磁铁（“敌”）远离闭合导线圈逃跑，则闭合导线圈（“我”）追赶条形磁铁。3．就闭合电路的面积而言，致使电路的面积有收缩或扩张的趋势。收缩或扩张是为了阻碍电路磁通量的变化。若穿过闭合电路的磁感线皆朝同一个方向，则磁通量增大时，面积有收缩趋势，磁通量减少时，面积有增大趋势，简称口诀：“增缩减扩”；若穿过闭合电路的磁感线朝两个相反的方向都有，以上结论可能完全相反。如图所示，当螺线管B中的电流减小时，穿过闭合金属圆环A的磁通量将减小，这时A环有收缩的趋势，对这一类问题注意讨论其合磁通的变化。4．就电流而言，感应电流阻碍原电流的变化。即原电流增大时，感应电流方向与原电流方向相反；原电流减小时，感应电流的方向与原电流方向相同，简称口诀：“增反减同”。如图所示，电路稳定后，小灯泡有一定的亮度，现将一与螺线管等长的软铁棒沿管的轴线迅速插入螺线管内，在插入过程中感应电流的方向与线圈中的原电流方向相反，小灯泡变暗（判定略）。二、如何理解楞次定律中的“阻碍”?1．谁起阻碍作用？要明确起阻碍作用的是“感应电流的磁场”。2．阻碍什么？感应电流的磁场阻碍的是“引起感应电流的磁通量的变化”，而不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量。3．怎样阻碍？当引起感应电流的磁通量（原磁通量）增加时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相反，感应电流的磁场“反抗”原磁通量的增加；当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相同，感应电流的磁场“补偿”原磁通量的减少。4．“阻碍”不等于“阻止”当由于原磁通量的增加引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了，但磁通量仍在增加；当由于原磁通量的减少而引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了，但磁通量仍在减少。“阻碍”也并不意味着“相反”。在理解楞次定律时，有些同学错误地把“阻碍”作用认为感应电流产生磁场的方向和原磁场方向相反，事实上，它们可能同向，也可能反向，需根据磁通量的变化情况判断。如图所示，甲图中感应电流的磁场与原磁场方向相反，表现为阻碍原磁通量的增加；乙图中感应电流的磁场与原磁场方向相同，表现为阻碍原磁通量的减少。5．电磁感应过程实质上是能的转化和转移过程楞次定律中的“阻碍”正是能的转化和守恒定律的具体体现。三、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律应用于不同现象。基本现象应用的定则或定律运动电荷、电流产生磁场安培定则磁场对运动电荷、电流作用力左手定则电磁感应部分导体切割磁感线运动右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律右手定则与左手定则区别：抓住“因果关系”才能无误，“因动而电”——用右手；“因电而动”——用左手。小技巧：使用中左手定则和右手定则很容易混淆，为了便于区分，可把两个定则简单地总结为“通电受力用左手，运动生电用右手”。“力”的最后一笔“丿”方向向左，用左手；“电”的最后一笔“乚”方向向右，用右手。：一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，放手后让它在如图所示的匀强磁场中运动已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置I和位置Ⅱ时，顺着磁场方向看去，线圈中感应电流的方向分别为（）位置I位置ⅡA．逆时针方向逆时针方向B．逆时针方向顺时针方向C．顺时针方向顺时针方向D．顺时针方向逆时针方向答案：B解析：顺着磁场方向看去，线圈在位置I时，磁通量是增加的趋势，而在位置Ⅱ时是磁通量减少的趋势，根据楞次定律，线圈中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的变化，则在位置I时感应电流的磁场与原磁场相反，而在位置Ⅱ时，感应电流的磁场与原磁场相同。典型例题透析题型一——磁通量的分析与计算磁通量是标量，当有不同方向的磁感线穿过某面时，常用正、负加以区别，这时穿过某面的磁通量指的是不同方向穿过的磁通量的代数和；另外磁通量与线圈匝数无关，它只取决于磁感应强度B和垂直于磁场方向的有效面积。1、如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为多少？若使框架绕转过，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过，则此时穿过线框平面的磁通量为多少？思路点拨：磁通量的大小直接利用公式即可求解。应特别注意角的大小。解析：框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直时，此时磁通量，框架绕转过，磁通量，框架转过磁通量。总结升华：（1）磁通量是标量，但有正负，其正负代表磁感线是正穿还是反穿，若正穿为正，则反穿为负。（2）求磁通量的变化与求位移、速度的变化相类似，不需要过问中间过程的情况，只需初、末