（江苏专用）2020高考物理二轮复习 第一部分 专题四 电路与电磁感应 第二讲 楞次定律 法拉第电磁

第二讲楞次定律法拉第电磁感应定律123课前自测诊断课堂重点攻坚课后“达标”检测考点一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用释疑3大考点本考点是高考的热点内容之一，在近几年高考中多以选择题的形式出现，考查的主要内容有探究电磁感应现象；利用法拉第电磁感应定律求解感应电动势的大小；利用楞次定律判断磁场的变化情况等。需要考生学会灵活变通。(一)理清知识体系(二)掌握规律方法1．灵活应用楞次定律中“阻碍”的推广含义：(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”；(2)阻碍相对运动——“来拒去留”；(3)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”；(4)使线圈平面有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。2．应用法拉第电磁感应定律求磁场变化产生的电动势时，公式E＝nΔBΔt·S，其中S为线圈内磁场区的面积，不一定等于线圈的面积。3．在比较电势高低时要区分电源的内电路和外电路。如诊断卷第4题，在第1s内，AB边切割磁感线为电源，电流方向由低电势指向高电势，A点电势高，CD边为外电路部分，电流方向由高电势指向低电势，D点电势高。[题点全练]1．[多选](2018·全国卷Ⅰ)如图，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()A．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，故A正确。同理D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，故B、C错误。答案：AD2.(2019·无锡期末)有人根据条形磁铁的磁场分布情况用塑料制作了一个模具，模具的侧边界刚好与该条形磁铁的磁感线重合，如图所示。另取一个柔软的弹性导体线圈套在模具上方某位置，线圈贴着模具上下移动的过程中，下列说法正确的是(地磁场很弱，可以忽略)()A．线圈切割磁感线，线圈中出现感应电流B．线圈紧密套在模具上移动过程中不出现感应电流C．由于线圈所在处的磁场是不均匀的，故而不能判断线圈中是否有电流产生D．若线圈平面放置不水平，则移动过程中会产生感应电流解析：线圈贴着模具上下移动的过程中，由于穿过线圈的磁通量不变，可知不会产生感应电流，选项A、C错误，B正确；若线圈平面放置不水平，则移动过程中由于穿过线圈的磁通量不变，也不会产生感应电流，选项D错误。答案：B3．(2019·江苏高考)如图所示，匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈，线圈平面与磁场垂直。已知线圈的面积S＝0.3m2、电阻R＝0.6Ω，磁场的磁感应强度B＝0.2T。现同时向两侧拉动线圈，线圈的两边在Δt＝0.5s时间内合到一起。求线圈在上述过程中(1)感应电动势的平均值E；(2)感应电流的平均值I，并在图中标出电流方向；(3)通过导线横截面的电荷量q。解析：(1)感应电动势的平均值E＝ΔΦΔt磁通量的变化ΔΦ＝BΔS解得E＝BΔSΔt代入数据得E＝0.12V。(2)平均电流I＝ER代入数据得I＝0.2A根据楞次定律知，感应电流的方向为顺时针，如图所示。(3)电荷量q＝IΔt代入数据得q＝0.1C。答案：(1)0.12V(2)0.2A电流方向见解析图(3)0.1C考点二电磁感应中的图像问题本考点是高考命题的热点，图像的种类较多，有随时间t变化的图像，如B­t、Φ­t、E­t、F­t、i­t等图像；有随位移x变化的图像，如E­x、i­x等图像。此类问题综合性较强，应用知识较多，如左手定则、右手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等。建议对本考点重点攻坚。(一)熟悉两个技法，做到解题快又准1．排除法定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项。没有表示方向的正负时，优先判断方向有时会产生意想不到的效果。如诊断卷第6题，利用Φ­t图像斜率的变化就可以排除A、B、D选项。2．函数法根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图像作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法。如诊断卷第8题，F安＝BIL＝B×2Btanαv·xR·2xtanα＝4B2vtan2α·x2R。(二)谨记三点注意，力避踏入雷区1．定性或定量地表示出所研究问题的函数关系是选择或绘制图像的关键。2．在图像中I、v等物理量的方向是通过正负值来反映的。3．注意过程或阶段的选取，一般进磁场或出磁场，磁通量最大或最小，有效切割长度最大或最小等是分段的关键点。1．[多选]如图甲所示，在水平向右的磁场中，竖直放置一个单匝金属圆线圈，线圈所围面积为0.1m2，线圈电阻为0.1Ω，磁场的磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示。规定从左向右看顺时针方向为线圈中感应电流的正方向，下列说法正确的是()[题点全练]A．第2s内线圈有收缩的趋势B．第3s内线圈的发热功率最大C．第4s内感应电流的方向为正方向D．0～5s内感应电流的最大值为0.1A解析：第2s内磁感应强度增大，故磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈有收缩的趋势，故A正确；第3s内磁感应强度不变，感应电流为零，线圈不发热，故B错误；第4s内磁场减小，则由楞次定律可知，电流的方向为正方向，故C正确；由题图乙可知，磁感应强度的变化率最大为0.1T/s，则感应电流为：I＝ER＝ΔΦΔt·R＝0.1×0.10.1A＝0.1A，故D正确。答案：ACD2．在空间存在着竖直向上的各处均匀的磁场，将一个不变形的单匝金属圆线圈放入磁场中，规定线圈中感应电流方向如图甲所示的方向为正。当磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示时，下图中能正确表示线圈中感应电流随时间变化的图线是()解析：由楞次定律可判断，第1s内线圈中电流方向与规定的正方向相同，为正值，可知A、D选项均错误；由E＝ΔBΔt·S，i＝ER可知，第1s内图线斜率大，对应的电流大，可知选项B正确，C错误。答案：B3．(2019·无锡期末)高频焊接是一种常用的焊接方法，图甲是焊接的原理示意图。将半径为r＝10cm的待焊接的环形金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以高频变化电流，线圈产生垂直于工件所在平面的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示，t＝0时刻磁场方向垂直线圈所在平面向外。工件非焊接部分单位长度上的电阻R0＝1.0×10－3Ω·m－1，焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的9倍，焊接的缝宽非常小，不计温度变化对电阻的影响。(1)在图丙中画出感应电流随时间变化的i­t图像(以逆时针方向电流为正)，并写出必要的计算过程；(2)求环形金属工件中感应电流的有效值；(3)求t＝0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热。解析：(1)环形金属工件电阻为R＝2πrR0＋9×2πrR0＝20πrR0＝6.28×10－3Ω在0～2T3时间内的感应电动势为E＝ΔBΔt·πr2＝6.28V电流为I＝ER＝1.0×103A由楞次定律得到电流沿逆时针方向，i­t关系图像如图所示。(2)在同一个周期内I有效2RT＝I2R·2T3解得I有效＝100063A＝816A。(3)在t＝0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热为Q＝I有效2R′t而R′＝9×2πrR0＝5.65×10－3Ω解得Q＝I有效2R′t＝1.13×103J。答案：(1)图和计算过程见解析(2)816A(3)1.13×103J考点三自感现象和涡流本考点在高考中多以选择题的形式出现，主要考查的是对通电自感和断电自感现象的理解和判断，而自感现象的实质是电磁感应与楞次定律、电路知识的综合问题。建议对本考点自学为主。(一)牢记自感现象的四大特点1．自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。2．通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。3．电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。4．线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。(二)明辨自感中“闪亮”与“不闪亮”问题与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流突然增大，灯泡立刻变亮，然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变[题点全练]1.[多选](2019·江苏七市三模)某手持式考试金属探测器如图所示，它能检查出考生违规携带的电子通讯储存设备。工作时，探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报。则()A．被测金属物中产生的是恒定电流B．被测金属物中产生的是交变电流C．探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报D．违规携带的手机只有发出通讯信号时才会被探测到解析：因为探测环中的发射线圈通以正弦式电流，非均匀变化的电流产生变化的磁场，所以被测金属物中产生的是交变磁场，形成交变电流，A错误，B正确；探测器应用的原理是涡流，相对静止也可以产生涡流，C正确；只要是金属物品就会产生涡流现象，手机是金属制品，不发信号也会被探测到，D错误。答案：BC2．[多选]如图电路(a)、(b)中，电阻R和电感线圈L的电阻值相同，接通S，使电路达到稳定，灯泡发光。下列判断正确的是()A．在电路(a)中，断开S，灯泡将渐渐变暗B．在电路(a)中，断开S，灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路(b)中，断开S，灯泡将渐渐变暗D．在电路(b)中，断开S，灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗解析：在电路(a)中，断开S，由于线圈阻碍电流变小，导致灯泡将逐渐变暗，故A正确，B错误；在电路(b)中，由于电阻R和电感线圈L的电阻值相同，所以通过灯泡的电流比电感线圈的电流小，断开S时，由于电感线圈阻碍电流变小，导致灯泡将变得更亮，然后逐渐变暗，故C错误，D正确。答案：AD3.(2019·江苏扬州中学高考模拟)如图所示电路中，电源电动势为E(内阻不计)，线圈L的自感系数较大，电阻不计。电容器C的电容足够大，以下判断正确的是()A．闭合S，电路稳定后，电容器两端电压为EB．闭合S，电路稳定后，电容器的a极板带正电C．断开S的瞬间，灯泡A不会闪亮D．断开S的瞬间，灯泡B立即熄灭解析：闭合S稳定后，L相当于一段导线，A被短路，所以C两端的电压等于B两端的电压，等于电源的电动势E，故A正确；由题图知b极板带正电，故B错误；断开S的瞬间，L相当于电源，与A组成回路，A会闪亮，故C错误；断开S的瞬间，因电容器放电，则灯泡B不会立即熄灭，故D错误。答案：A1．(2019·盐城一模)下列图中，A图是真空冶炼炉，可以冶炼高质量的合金；B图是充电器，工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是安检门，可以探测人身上是否携带金属物品；D图是工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业。不属于涡流现象的是()解析：线圈接有交变电流，在线圈中会产生变化的磁场，变化的磁场在冶炼炉中产生电场，使自由电荷在电场力的作用下定向移动形成涡流，故A中属于涡流现象；充电器工作时有交变电流通过，交变电流产生的交变磁场穿过铁芯，在铁芯中产生电场，使自由电荷在电场力的作用下定向移动形成涡流，故B中属于涡流现象；线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品中产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流(涡流)，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，故C中属于涡流现象；工作服用包含金属丝的织物制成，形成一个导体壳，壳外