（浙江专用）2020版高考物理一轮复习 专题十一 电磁感应教师用书（PDF，含解析）

专题十一电磁感应真题多维细目表真题涉分考点电磁感应现象楞次定律法拉第电磁感应定律自感和互感题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１９浙江４月，２２１０法拉第电磁感应定律计算难斜坡滑杆生热物理建模３问递进科学推理２０１８浙江１１月，２２１０法拉第电磁感应定律计算难电容器充电物理建模３问递进科学推理２０１８浙江４月，２３１０法拉第电磁感应定律计算难线框电势差物理建模３问递进科学推理２０１７浙江１１月，２２１０法拉第电磁感应定律计算难棒下滑生热物理建模２问递进科学推理２０１７浙江４月，２２１０法拉第电磁感应定律计算难多棒切割磁感线物理建模３问递进科学推理２０１６浙江１０月，２２１０法拉第电磁感应定律计算难旋转切割磁感线物理建模３问递进科学推理２０１５浙江１０月，２２８法拉第电磁感应定律计算中磁场变化物理建模３问递进科学推理总计卷均分８．５０题／８卷７题／８卷计算难占比８．５％考频常见考法命题规律与探究本专题主要考查电磁感应相关的综合性问题，主要涉及电磁感应中运动、力、功、能量、动量、电荷量、电路、安培力等知识的综合应用。主要体现在以下几方面：（１）结合楞次定律判断电流方向或者物体的运动方向；（２）结合动量定理求解动生电动势，求解电荷量及位移、速度与时间的关系；（３）利用克服安培力做功，结合问题中的能量转化，常见其他力参与做功的设题情境。命题变化与趋势关于２０２０年备考方面，由于选考、学考分离，以往在选择题中没有出现的电磁感应的知识点应引起关注。而本专题对模型建构、科学推理的物理学科核心素养要求比较高，这些素养要素仍然会是计算题考查的重点。专题十一　电磁感应１０５　　对应学生用书起始页码Ｐ２０１考点一电磁感应现象　楞次定律　　一、磁通量的变化变化情形举例磁通量变化量磁场变化永磁铁靠近或远离线圈，电磁铁（螺线管），线圈中电流发生变化ΔΦ＝ΔＢ·Ｓ有效面积变化回路面积变化闭合线圈的部分导线做切割磁感线运动，如图回路平面与磁场夹角变化线圈在磁场中转动，如图ΔΦ＝Ｂ·ΔＳΔＳ是与Ｂ垂直的面的面积变化　　二、电磁感应现象电磁感应现象当穿过闭合导体回路的磁通量①　发生变化　时，电路中有感应电流产生的现象产生感应电流的条件条件穿过闭合导体回路的磁通量发生变化特例闭合导体回路的一部分导体在磁场内做②　切割磁感线　的运动产生电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生③　感应电动势　，如果电路闭合则产生感应电流；如果电路不闭合，则只产生感应电动势，而不产生感应电流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　　三、感应电流的方向内容适用范围楞次定律感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要④　阻碍　引起感应电流的磁通量的变化一切电磁感应现象续表内容适用范围右手定则伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使右手大拇指指向⑤　导体运动　方向，则其余四指指向感应电流方向导体切割磁感线产生感应电流　　一、磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别磁通量Φ磁通量的变化量ΔΦ磁通量的变化率ΔΦΔｔ物理意义某时刻穿过某个面的磁感线的条数某一段时间内穿过某个面的磁通量的变化量穿过某个面的磁通量变化的快慢大小Φ＝Ｂ·Ｓ。Ｓ是与Ｂ垂直的面的面积ΔΦ＝Φ２－Φ１ΔΦ＝Ｂ·ΔＳΔΦ＝Ｓ·ΔＢΔΦΔｔ＝Ｂ·ΔＳΔｔΔΦΔｔ＝Ｓ·ΔＢΔｔ注意穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用Φ＝Ｂ·Ｓ求解，应考虑相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量开始时和转过１８０°时平面都与磁场垂直，穿过平面的磁通量是一正一负，ΔΦ＝－２ＢＳ而不是０既不表示磁通量的大小，也不表示磁通量变化的多少，实际它就是单匝线圈上产生的电动势　　二、三个定则的比较比较项目左手定则右手定则安培定则应用磁场对运动电荷、电流作用力方向的判断对因导体切割磁感线而产生的感应电流方向的判断电流产生的磁场方向的判断涉及方向的物理量磁场方向、电流（电荷运动）方向、安培力（洛伦兹力）方向磁场方向、导体切割磁感线的运动方向、感应电动势的方向电流方向、磁场方向􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋１０６　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）续表比较项目左手定则右手定则安培定则各物理量方向间的关系图例因果关系电流→受力运动→电流电流→磁场应用实例电动机发电机电磁铁　　三、楞次定律中“阻碍”的含义谁阻碍谁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，而不是阻碍磁场本身如何阻碍当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量减小时，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，最终结果不受影响　　四、楞次定律的推广含义楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因，列表说明如下：内容例证阻碍原磁通量变化———“增反减同”　磁铁靠近线圈，Ｂ感与Ｂ原反向；磁铁远离线圈，Ｂ感与Ｂ原同向阻碍相对运动———“来拒去留”磁铁靠近，是斥力磁铁远离，是引力使回路面积有扩大或缩小的趋势———“增缩减扩”Ｐ、Ｑ是光滑固定导轨，ａ、ｂ是可动金属棒，磁铁靠近回路，ａ、ｂ靠近，磁铁远离回路，ａ、ｂ远离续表内容例证阻碍原电流的变化———“增反减同”合上Ｓ，线圈中感应电流方向与原电流方向相反；电路稳定后断开Ｓ，线圈中感应电流方向与原电流方向相同　　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解析　①确定原磁场的方向：条形磁铁在穿入线圈的过程中，磁场方向向下。②明确回路中磁通量变化的情况：向下的磁通量增加。③由楞次定律的“增反减同”可知：线圈中感应电流产生的磁场方向向上。④应用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针（俯视），即：从ｂ→Ｇ→ａ。同理可以判断出条形磁铁穿出线圈过程中，向下的磁通量减小，线圈中将产生顺时针方向的感应电流（俯视），电流从ａ→Ｇ→ｂ。答案　Ｄ１．如图，ＥＯＦ和Ｅ′Ｏ′Ｆ′为空间一匀强磁场的边界，其中ＥＯ∥Ｅ′Ｏ′，ＦＯ∥Ｆ′Ｏ′，且ＥＯ⊥ＯＦ；ＯＯ′为∠ＥＯＦ的角平分线，Ｏ、Ｏ′间的距离为ｌ；磁场方向垂直于纸面向里。一边长为ｌ的正方形导线框沿Ｏ′Ｏ方向匀速通过磁场，ｔ＝０时刻恰好位于图示位置。规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流ｉ与时间ｔ的关系图线可能正确的是　（　　）􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题十一　电磁感应１０７　　１．答案　Ｂ　本题中四个选项图都是ｉ－ｔ图线，故可用排除法。因在线框开始运动后的一段时间内通过导线框的磁通量向里增大，由楞次定律可判定此过程中感应电流沿逆时针方向，故Ｃ、Ｄ错误。由于穿过整个磁场区域的磁通量变化量ΔΦ＝０，由ｑ＝ΔΦＲ可知整个过程中通过导线框的总电荷量也应为零，在ｉ－ｔ图像中图线与时间轴所围总面积为零，即时间轴的上、下图形面积的绝对值应相等，故Ａ错误，Ｂ正确。２．如图，在一水平、固定的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁（Ｎ极朝上，Ｓ极朝下）由静止开始下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触。关于圆环中感应电流的方向（从上向下看），下列说法正确的是（　　）Ａ．总是顺时针Ｂ．总是逆时针Ｃ．先顺时针后逆时针Ｄ．先逆时针后顺时针２．答案　Ｃ　由楞次定律知，当磁铁向下靠近圆环时，圆环中产生向下的感应磁场，又结合安培定则可知圆环中产生顺时针方向（从上向下看）的感应电流；同理可判定，当磁铁向下远离圆环时，圆环中产生逆时针方向（从上向下看）的感应电流，故只有Ｃ正确。３．如图所示，一个闭合三角形导线框位于竖直平面内，其下方固定一根与线框所在的竖直平面平行且很靠近（但不重叠）的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流。线框从实线位置由静止释放，在其后的运动过程中（　　）Ａ．线框中的磁通量为零时其感应电流也为零Ｂ．线框中感应电流方向为先顺时针后逆时针Ｃ．线框受到安培力的合力方向竖直向上Ｄ．线框减少的重力势能全部转化为电能３．答案　Ｃ　由安培定则和楞次定律可知，感应电流方向先顺时针，再逆时针，最后又变为顺时针（如图所示），故Ｂ错。由“来拒去留”的规律可知，线框受到的安培力的合力方向始终竖直向上，Ｃ正确。感应电动势与磁通量的变化率成正比，该过程中磁通量为零时磁通量的变化率不为零，仍有感应电动势产生，则感应电流不为零，Ａ错。线框减少的重力势能转化为线框的动能与电能，故Ｄ错。考点二法拉第电磁感应定律　自感和互感　　一、法拉第电磁感应定律闭合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，即Ｅ＝①　ｎΔΦΔｔ　，产生的感应电动势有两种，一种是感生电动势，另一种是动生电动势。二、互感和自感１．互感两个相互靠近且不相连的线圈中，有一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫作互感，这种电动势叫作互感电动势。变压器就是利用互感现象制成的。２．自感（１）自感：由于导体本身的电流发生变化而使自身产生感应电动势的现象，叫作自感。（２）自感电动势：由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。自感电动势总是阻碍导体自身电流的变化，与电流变化的快慢有关，大小正比于电流的变化率，表示为Ｅ＝②　ＬΔＩΔｔ　。（３）自感系数：Ｅ＝ＬΔＩΔｔ中的比例系数Ｌ叫作自感系数，简称自感或电感。它与线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关。（线圈有铁芯比无铁芯时自感系数③　大得多　）　　一、感应电动势的求解方法表达式Ｅ＝ｎΔΦΔｔＥ＝ＢＬｖＥ＝１２ＢＬ２ω情景图研究对象回路（不一定闭合）一段直导线（或等效成直导线）绕一端转动的一段导体棒意义一般求平均感应电动势，当Δｔ→０时求的是瞬时感应电动势一般求瞬时感应电动势，当ｖ为平均速度时求的是平均感应电动势用平均值法求瞬时感应电动势适用条件所有磁场匀强磁场匀强磁场　　注意　公式中的Ｌ为导体切割磁感线的有效长度。如图，导体切割磁感线的有效长度为ａ、ｂ间的距离。􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋１０８　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）二、电磁感应的综合问题１．电磁感应中的电路问题（１）电源和电阻电源做切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源→电动势的计算：Ｅ＝ＢＬｖ或Ｅ＝ｎΔΦΔｔ→电阻产生感应电动势的导体或回路的电阻相当于电源的内阻，其余部分电阻是外电阻→路端电压的计算：Ｕ＝ＩＲ＝Ｅ－Ｉｒ→（２）电流方向在外电路，电流由高电势流向低电势；在内电路，电流由低电势流向高电势。２．电磁感应中的动力学问题（１）安培力的大小安培力公式：Ｆ＝ＢＩＬ感应电动势：Ｅ＝ＢＬｖ感应电流：Ｉ＝ＥＲüþýïïïï⇒Ｆ＝Ｂ２Ｌ２ｖＲ（２）安培力的方向①先用右手定则判断感应电流方向，再用左手定则判断安培力方向。②根据楞次定律和左手定则，安培力的方向一定与磁感应强度的方向垂直并阻碍相对运动（趋势）。３．电磁感应中的功能问题电磁感应现象的实质是其他形式的能和电能之间的转化。（１）能量转化　　其他形式的能量克服安培力做功→电能电流做功→焦耳热或其他形式的能量（２）求解焦耳热Ｑ的三种方法焦耳热Ｑ的三种求法焦耳定律：Ｑ＝Ｉ２Ｒｔ功能关系：Ｑ＝Ｗ克服安培力能量转化：Ｑ＝ΔＥ其他能的减少量ìîíïïïï４．电磁感应中的图像问题解决图像问题的一般步骤（１）明确图像的种类，即是Ｂ－ｔ图还是Φ－ｔ图，或者Ｅ－ｔ