2020年高考物理一轮复习 第十三单元 电磁感应 第1课时 电磁感应 楞次定律练习（含解析）新人教版

电磁感应楞次定律电磁感应是高中物理中的重要知识点,也是高考的必考内容,涉及“电磁感应现象”“磁通量”“自感、涡流”三个Ⅰ级考点和“法拉第电磁感应定律”“楞次定律”两个Ⅱ级考点。高考考查的频率很高,大部分出现在选择题型中,有时也出现在计算题中。考查频率较高的知识点有“判断感应电流的产生”“判断感应电流的方向”“感应电动势的计算”等,并经常综合运动学、力学、磁场、能量等知识进行考查,在考查基础知识的同时考查应用数学知识解决问题的能力和物理建模能力,所以以中等难度题为主。预计2020年高考命题热点有:(1)对应用楞次定律、右手定则结合左手定则来综合判断感应电流和安培力的方向等基础能力的考查,主要出现在选择题中,一般难度稍低;(2)结合Φ-t、B-t、i-t、v-t等图象对法拉第电磁感应定律的应用进行考查,这类问题要特别注意可能会出现转动切割磁感线及导线切割磁感线的有效长度的变化问题,也要关注对不同方式产生的感应电动势的综合考查;(3)“单杆”或“双杆”模型的考查,尤其是在把“动量定理”“动量守恒定律”列为必考点之后,要特别注意结合“通过横截面的电荷量”考查动量定理的应用。对电磁感应部分的考查往往综合性较强,既体现在运动、力、电、能等知识的综合,也体现在分析、建模、应用数学等能力的综合。第1讲电磁感应楞次定律1电磁感应现象(1)磁通量: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。公式:Φ=BS。适用条件:①匀强磁场。②S为垂直磁场的有效面积。对磁通量的理解:①磁通量是标量,有正负,如果把磁感线从线圈某一侧穿过的磁通量记为正,磁感线从线圈另一侧穿过的磁通量则为负。②磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数,当有磁感线分别从两侧穿过同一线圈时,磁通量等于两侧的磁感线条数之差。③对于在匀强磁场中的同一线圈平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量最大,当它跟磁场方向平行时,磁通量为零。磁通量的变化:ΔΦ=Φ2-Φ1。磁通量变化的三个因素:①磁感应强度B变化。②线圈面积S变化。③线圈平面与磁感应强度的夹角θ变化。(2)电磁感应现象: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作电磁感应。产生条件:穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。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,该过程遵循能量守恒定律。1.1(2018福建福州第一次模拟)下列图中能产生感应电流的是()。【答案】B1.2(2019江苏苏州质量检测)如图所示,开始时矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内,一半在匀强磁场外。下列情况中不产生．．．感应电流的是()。A.将线圈向左平移一小段距离B.以ab为轴转动(小于90°)C.以ac为轴转动(小于60°)D.以bd为轴转动(小于60°)【答案】D2楞次定律(1)内容:感应电流具有这样的方向,即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)对楞次定律中“阻碍”的理解谁阻碍谁是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反;当原磁场磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同,即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行(3)应用楞次定律处理电磁感应问题的常用方法。常规法:根据原磁场(B原方向及ΔΦ情况)→确定感应磁场B感方向→判断感应电流I感方向→导体受力及运动趋势。效果法:由楞次定律可知,感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”,深刻理解“阻碍”的含义。根据“阻碍”原则,可直接对运动趋势做出判断。2.1(2019贵州贵阳五校模拟)如图所示,一金属圆环水平固定放置,现将一竖直的条形磁铁,在圆环上方沿圆环轴线无初速度释放,在条形磁铁穿过圆环的过程中,条形磁铁与圆环()。A.始终相互吸引B.始终相互排斥C.先相互吸引,后相互排斥D.先相互排斥,后相互吸引【答案】D2.2(2018陕西西安期中考试)(多选)如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图,铁芯上有两个线圈A和B,线圈A跟电源连接,线圈B的两端接在一起,构成一个闭合回路。下列说法正确的是()。A.闭合开关S时,B中产生与图示方向相同的感应电流B.闭合开关S时,B中产生与图示方向相反的感应电流C.断开开关S时,电磁铁会继续吸住衔铁D一小段时间D.断开开关S时,弹簧K立即将衔铁D拉起【答案】BC3右手定则(1)内容: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个平面内,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。适用情况:导体切割磁感线产生感应电流。(2)右手定则与左手定则的应用技巧:无论是“安培力”还是“洛伦兹力”,只要是“力”都用左手判断。“电生磁”或“磁生电”均用右手判断。(3)“一定律三定则”的应用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、电流有作用力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律【温馨提示】右手定则与左手定则的区别:“因电而动”——用左手定则;“因动而电”——用右手定则。安培定则与楞次定律的区别:“因电生磁”——用安培定则;“因磁生电”——用楞次定律(或右手定则)。3.1(2019河南洛阳1月模拟)如图所示,金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路,金属棒ab在磁感应强度为B的匀强磁场中沿导轨向右运动,则()。A.ab棒不受安培力作用B.ab棒所受安培力的方向向右C.ab棒中的电流方向为b→aD.由螺线管产生的磁场,A端为N极【答案】C3.2(2018江西南昌三校联考)(多选)如图所示,磁场中有一导体棒MN与“”形光滑的金属框组成闭合电路,当导体棒向右运动时,下列说法正确的是()。A.电路中有沿顺时针方向的电流B.电路中有沿逆时针方向的电流C.导体棒的N端相当于电源的正极D.导体棒的N端相当于电源的负极【答案】BD4法拉第电磁感应定律(1)感应电动势:①在电磁感应现象中产生的电动势。②产生感应电动势的那部分导体相当于电源。(2)电磁感应定律①内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。②表达式:E=ΔΔ(单匝线圈),E=nΔΔ(多匝线圈)。③感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路欧姆定律,即I=。(3)磁通量的变化率应为一瞬时值,如果确切知道这个值,则按法拉第电磁感应定律求得的电动势为瞬时值,若是利用ΔΔ去求磁通量的变化率,一般情况求的是磁通量的平均变化率,那么用E=ΔΔ求得的则是平均电动势。4.1(2018哈尔滨二模)用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2m,正方形线框的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中,如图所示。当磁感应强度以10T/s的变化率增强时,线框中a、b两点的电势差是()。A.0.1VB.-0.1VC.0.2VD.-0.2V【答案】B4.2(2018天津10月质量检测)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是()。A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同【答案】C5导体切割磁感线产生的感应电动势(1)导体切割磁感线产生的感应电动势:①当导体棒垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直时,E=Blv。②当导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,E=Blvsinθ。(2)用公式E=ΔΔ计算的感应电动势是平均电动势,只有在电动势不随时间变化的情况下平均电动势才等于瞬时电动势。用公式E=BLv计算电动势时,如果v是瞬时速度,那么电动势是瞬时值;如果v是平均速度,那么电动势是平均值。(3)公式E=ΔΔ是计算感应电动势的普遍适用的公式,公式E=BLv则是E=ΔΔ的一个特例。公式E=BLv成立的条件是L、v、B三者两两垂直。如果不是两两垂直,那么L取导线在垂直于B方向的有效长度,v取垂直于B方向的分速度。(4)E=ΔΔ是求整个回路的总电动势,并且求出的是Δt时间内的平均感应电动势,而公式E=BLv求出的只是切割磁感线的那部分导体中的感应电动势,不一定是回路中的总感应电动势,并且它一般用于求某一时刻的瞬时感应电动势。【温馨提示】(1)E=Blv中的速度v是相对于磁场的速度,若磁场也运动,则应注意速度间的相对关系。(2)公式中的l为有效切割长度,即导体在与v垂直的方向上的投影长度。(3)若v为瞬时速度,则E为瞬时感应电动势;若v为平均速度,则E为平均感应电动势。5.1(2019福建福州五校联考)一根直导线长为0.1m,在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中以10m/s的速度匀速运动,则导线中产生的感应电动势描述错误．．的是()。A.一定为0.1VB.可能为零C.可能为0.01VD.最大值为0.1V【答案】A5.2(2019浙江宁波1月模拟)如图所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论不正确．．．的是()。A.感应电流方向不变B.CD段直线始终不受安培力C.感应电动势的最大值Em=BavD.感应电动势的平均值=πBav【答案】B6自感和涡流现象(1)自感现象①概念:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫作自感现象。②自感电动势:由于自感而产生的感应电动势。(2)自感系数①概念:自感电动势与导体中电流的变化率成正比,比例系数则为自感系数,简称自感或电感。②决定因素:自感系数L与线圈的形状、长短、匝数及有无铁芯有关。如果线圈内有铁芯,则自感系数L会比没有铁芯时大得多。③单位:亨利(符号H)H=×03mH=×06μH。④物理意义:表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量。数值上等于通过线圈的电流在1s内改变1A时产生的自感电动势的大小。(3)涡流①定义:在变化的磁场中的导体内产生的感应电流,就像水中的漩涡,所以把它叫作涡电流,简称涡流。②涡流的特点:若金属的电阻率小,涡流往往很强,产生的热量很多。③涡流的应用:涡流热效应的应用,如真空冶炼炉。涡流磁效应的应用,如探雷器、安检门。④涡流的防止:电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量,损坏电器。【温馨提示】(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象,同样遵循法拉第电磁感应定律。(2)磁场变化越快(ΔΔ越大),导体的横截面积S越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大。6.1(2018甘肃兰州10月检测)(多选)如图所示电路中,灯泡A、B的规格相同,电感线圈L的自感系数足够大且电阻可忽略。下列关于此电路的说法中正确的是()。A.S闭合后的瞬间,A、B同时亮,然后A变暗最后熄灭B.S闭合后的瞬间,B先亮,A逐渐变亮,最后A、B一样亮C.S断开后的瞬间,A立即熄灭,B逐渐变暗最后熄灭D.S断开后的瞬间,B立即熄灭,A闪亮一下后熄灭【答案】AD6.2(2018河南安阳一模)2018年研究生考试全过程实行无死角的视频监控和录像,使用二代身份证识别仪和金属探测器等设备。下列关于金属探测器的说法正确的是()。A.金属探测器可用于食品生产,防止细小的砂石颗粒混入食品中B.金属探测器探测地雷时,探测器的线圈中产生涡流C.金属探测器探测金属时,被测金属中感应出涡流D.探测过程中金属探测器与被测物体相对静止、相对运动的探测效果相同【答案】C题型一楞次定律的理解和应用1.判断产生感应电流的两种方法:(1)闭合电路的一部分导体切割磁感线;(2)一闭合二变磁,即导体回路必须闭合,穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,二者缺一不可。2.磁通量变化的四种情况:(1)B不变,S变化,则ΔΦ=B·ΔS;(2)B变化,S不变,则ΔΦ=ΔB·S;(3)B变化,S