2020年物理高考大一轮复习 第10章 电磁感应 第29讲 楞次定律 法拉第电磁感应定律课件

第十章电磁感应高考总复习·物理考情分析考纲要求五年试题核心考点2017·全国卷Ⅰ，182017·全国卷Ⅰ，142017·全国卷Ⅱ，202016·全国卷Ⅰ，242016·全国卷Ⅱ，202016·全国卷Ⅱ，242016·全国卷Ⅲ，251.电磁感应现象(Ⅰ)2．楞次定律(Ⅱ)3．法拉第电磁感应定律(Ⅱ)4．电磁感应的力和能量问题(Ⅱ)5．电磁感应的图象(Ⅱ)2015·全国卷Ⅰ，192015·全国卷Ⅱ，21(1)电磁感应现象的理解(2)感应电流的方向(3)感应电动势的大小(4)自感与涡流(5)电磁感应的图象(6)电磁感应的综合第29讲楞次定律法拉第电磁感应定律高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．楞次定律磁通量运动方向阻碍切割电磁感应现象2．法拉第电磁感应定律(1)感应电动势①定义：在________________中产生的电动势．②条件：穿过回路的__________发生改变，与电路是否闭合无关．③方向判断：感应电动势的方向用____________或____________判断．磁通量楞次定律右手定则磁通量的变化率(2)法拉第电磁感应定律①内容：感应电动势的大小跟穿过这一电路的__________________成正比．②公式：E＝_________.3．自感和涡流(1)自感①概念：由于导体本身的________发生变化而产生的电磁感应现象称为自感．nΔΦΔt电流自感电动势②自感电动势a．定义：在自感现象中产生的感应电动势叫做______________．b．表达式：E＝_________.(2)涡流当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生____________，这种电流像水的漩涡所以叫涡流．LΔIΔt感应电流√[基础小练]判断下列说法是否正确(1)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关．()(2)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动势产生．()(3)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化．()×√√(4)闭合导体回路切割磁感线时不一定产生感应电流，但一定产生感应电动势．()(5)线圈匝数n越多，磁通量越大，产生的感应电动势也越大．()(6)对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势越大．()×√板块二︿︿[考法精讲]考法一楞次定律及应用1．楞次定律中“阻碍”的含义2．楞次定律推论的应用技巧(1)线圈(回路)中磁通量变化时，阻碍原磁通量的变化——应用“增反减同”的规律；(2)导体与磁体间有相对运动时，阻碍相对运动——应用“来拒去留”的规律；(3)当回路可以形变时，感应电流可使线圈面积有扩大或缩小的趋势——应用“增缩减扩”的规律；(4)自感现象中，感应电动势阻碍原电流的变化——应用“增反减同”的规律．【自主练1】(2019·南京高三模拟)物理课上，老师做了一个“神奇”的实验：如图所示，将1m长的铜管竖直放置，一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放，观察到磁铁用较长时间才从下管口落出(下落过程中不计空气阻力，磁铁与管壁没有接触)．对于这个实验现象同学们经分析讨论做出相关的判断，你认为正确的是()A．如果磁铁的磁性足够强，磁铁会停留在铜管中，永远不落下来B．如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铜管中运动时间更长，但一定会落下来C．磁铁在铜管中运动的过程中，由于不计空气阻力，所以机械能守恒D．如果将铜管换成塑料管，磁铁从塑料管中出来也会用较长时间答案B解析如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铜管中运动受到阻力更大，原因是当磁铁运动时才会导致钢管的磁通量发生变化，才出现感应磁场阻碍原磁场的变化，所以运动时间变长，但一定会落下，选项A错误，B正确；磁铁在铜管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，出现安培力做功产生热能，所以机械能不守恒，选项C错误；如果将铜管换成塑料管，磁铁不会受到安培力阻力，因此出来的时间不变，选项D错误．【自主练2】(2019·湖北八校高三联考)如图甲所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正，下列说法正确的是()A．从上往下看，0～1s内圆环中的感应电流沿顺时针方向B．1s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力C．0～1s内圆环面积有扩张的趋势D．1～2s内和2～3s内圆环中的感应电流方向相反答案A解析从上往下看，0～1s内螺线管中的电流正向增加，根据右手定则可知，产生的磁场向上增加，根据楞次定律可知，圆环中的感应电流沿顺时针方向，选项A正确；0～1s内正向电流增大，根据楞次定律，金属环与螺线管间为斥力，圆环对桌面的压力大于圆环的重力，圆环面积有缩小的趋势，选项B、C错误；1～2s正方向电流减小，2～3s反向电流增大，根据楞次定律，金属环中感应电流的磁场方向不变，感应电流方向不变，选项D错误．考法二自感、涡流、电磁阻尼与电磁驱动自感线圈在不同情况下充当的角色1．刚闭合电路时，线圈这一支路相当于开路即此时I＝0；此时自感线圈等效于一个无限大的电阻．2．电路闭合一段时间达到稳定后，线圈等效于无阻导线或电阻；从闭合到电路稳定这一段时间内，自感线圈等效于一个变化的电阻，这个电阻从无限大逐渐减小为一个一般电阻或无阻导线．3．电路刚断开时，线圈等效于一个电源，该电源会重新建立一个回路，但线圈的电流方向与稳定工作时保持一致，而自感电流的大小，不会超过断电前瞬间线圈电流的大小，从原来的值开始逐渐减小．D【自主练3】(2019·河西五市一模)如图所示，L1、L2为两个相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，灯泡L1与理想二极管D相连，下列说法正确的是()A．闭合开关S后，L1会逐渐变亮B．闭合开关S稳定后，L1、L2亮度相同C．断开S的瞬间，L1会逐渐熄灭D．断开S的瞬间，a点的电势比b点高解析闭合开关S后，线圈自感只是阻碍流过L的电流增大，则两灯立刻变亮，故选项A错误．闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以L1与二极管被短路，导致灯泡L1不亮，而L2将更亮，因此L1、L2亮度不同，故选项B错误．断开S的瞬间，L2会立刻熄灭，线圈L与灯泡L1及二极管构成回路，因线圈产生感应电动势，a端的电势高于b端，此时的二极管反接，所以回路中没有电流，L1立即熄灭，故选项C错误，D正确．【自主练4】(2019·深圳调考)如图所示，轻质弹簧一端固定在天花板上，另一端拴接条形磁铁，一个铜盘放在条形磁铁的正下方的绝缘水平桌面上，控制磁铁使弹簧处于原长，然后由静止释放磁铁，不计磁铁与弹簧之间的磁力作用，且磁铁运动过程中未与铜盘接触，下列说法正确的是()A．磁铁所受弹力与重力等大反向时，磁铁的加速度为零B．磁铁下降过程中，俯视铜盘，铜盘中产生顺时针方向的涡旋电流C．磁铁从静止释放到第一次运动到最低点的过程中，磁铁减少的重力势能等于弹簧弹性势能D．磁铁从静止释放到最终静止的过程中，磁铁减少的重力势能大于铜盘产生的焦耳热答案D解析磁铁上下运动时，由于穿过铜盘的磁通量发生变化，则在铜盘中会产生感应电流，铜盘对磁铁有磁场力阻碍磁铁的运动，则当磁铁所受弹力与重力等大反向时，此时磁铁还应该受到下面铜盘的作用力，故此时磁铁的加速度不为零，选项A错误；根据楞次定律，磁铁下降过程中，俯视铜盘，铜盘中产生逆时针方向的涡旋电流，选项B错误；磁铁从静止释放到第一次运动到最低点的过程中，由于有电能产生，则磁铁减少的重力势能等于弹簧弹性势能与产生的电能之和，选项C错误；磁铁最终静止时弹簧有弹性势能，则磁铁从静止释放到最终静止的过程中，磁铁减少的重力势能等于铜盘产生的焦耳热与弹簧弹性势能之和，选项D正确．考法三法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律应用的三种情况(1)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝BΔS，则E＝nBΔSΔt.(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔBS，则E＝nΔBSΔt，S是磁场范围内的有效面积．(3)磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的，则根据定义求ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝nB2S2－B1S1Δt≠nΔBΔSΔt.【例题1】(2019·唐山一模)如图所示，单匝金属线圈半径为r1，电阻为R，内部存在一圆形区域匀强磁场，磁场区域半径为r2，磁感应强度随时间的变化为B＝kt(k0)，磁场方向垂直纸面向外，下列说法正确的是()A．线圈中感应电流的方向为逆时针方向B．线圈具有收缩趋势C．线圈中感应电流的大小为kπr22RD．线圈中感应电动势的大小为πkr21[思维导引]本题中的磁感应强度随时间均匀增加，根据楞次定律可以判断感应电流方向，用法拉第电磁感应定律E＝nΔBΔtS求出平均感应电动势，然后求解感应电流的大小．答案C解析穿过线圈的磁通量向外增大，根据楞次定律和右手定则，线圈中感应电流的方向为顺时针方向，增大反向的磁通量以阻碍原磁场磁通量的增大，故选项A错误；线圈处无磁场，不受安培力作用，所以无收缩趋势，也无扩张趋势，故选项B错误；根据法拉第电磁感应定律E＝ΔBΔtS＝πkr22，根据欧姆定律，感应电流I＝ER＝πkr22R，故选项C正确，D错误．【跟踪训练1­1】(2019·成都七中高三诊断)如图所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直．磁感应强度B随时间均匀增大．两圆环半径之比为2∶1，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，不考虑两环间的相互影响．下列说法正确的是()A．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿逆时针方向B．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿顺时针方向C．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿逆时针方向D．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿顺时针方向B解析根据法拉第电磁感应定律E＝ΔΦΔt＝ΔBΔtS，由题知ΔBΔt相同，a圆环中产生的感应电动势为Ea＝ΔBΔtπr2a，b圆环中产生的感应电动势为Eb＝ΔBΔtπr2b，由于ra∶rb＝2∶1，所以EaEb＝r2br2a＝41，由于磁场向外，磁感应强度B随时间均匀增大，根据楞次定律可知，感应电流均沿顺时针方向，故选项B正确，A、C、D错误．【跟踪训练1­2】(2019·石家庄高三质检)如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，PQ之间有阻值为R的电阻，PQNM所围的面积为S，不计导轨和导体棒的电阻．导轨所在区域内存在沿竖直方向的磁场，规定磁场方向竖直向上为正，在0～2t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示，导体棒MN始终处于静止状态．下列说法正确的是()A．在0～t0和t0～2t0内，导体棒受到导轨的摩擦力方向相同B．在t0～2t0内，通过电阻R的电流方向为P到QC．在0～t0内，通过电阻R的电流大小为2B0SRt0D．在0～2t0内，通过电阻R的电荷量为B0SR答案D解析由题图乙所示图象可知，0～t0内磁感应强度减小，穿过回路的磁通量减小，由楞次定律可知，为阻碍磁通量的减少，导体棒具有向右的运动趋势，导体棒受到向左的摩擦力，在t0～2t0内，穿过回路的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，导体棒有向左的运动趋势，导体棒受到向右的摩擦力，在两时间段内摩擦力方向相反，故选项A错误；由图乙所示图象可知，在t0～2t0内磁感应强度增大，穿过闭合回路的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流沿顺时针方向，通过电阻R的电流方向为Q到P，故选项B错误；由图乙所示图象，应用法拉第电磁感应定律可得，在0～t0内感应电动势E1＝ΔΦΔt＝SΔBΔt＝B0St0，感应电流为I1＝E1R＝B0SRt0，故选项C错误；由图乙所示图象，应用法拉第电磁感应定律可得，在0～2t0内通过电阻R的电荷量为q1＝ΔΦR＝2B0S－B0SR＝B0SR，故选项D正确．D【跟踪训练1­3】(2019·镇江一模)如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R.金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下．现使磁感应强度随时间均匀增加，ab始终保持静止，下列说法正确的是()A．ab中感应电流方向由b→aB．ab中的感应电流逐渐增加C．ab所受的安培力保持不变D．ab受到水平向右的摩擦力解析磁感应强度均匀增加，磁通