（山东专用）2020届高考物理一轮复习 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电磁感应中的综合应用题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１９课标Ⅰ，２０６电磁感应定律多选难Ｂ－ｔ图像图像法选项并列科学推理２０１９课标Ⅲ，１４６楞次定律单选易楞次定律的理解守恒法选项并列物理观念２０１９课标Ⅱ，２１６电感感应综合分析多选难斜面轨道运动建模选项并列模型建构科学推理２０１９课标Ⅲ，１９６电磁感应综合问题多选难平行导轨图像法选项并列科学推理２０１８课标Ⅰ，１９６楞次定律、安培定则多选易一根铁芯与两线圈物理建模选项并列模型建构科学推理２０１８课标Ⅰ，１７６电磁感应定律单选中转动切割运动建模选项并列模型建构科学论证２０１８课标Ⅱ，１８６电磁感应、右手定则单选中线框切割图像法选项冲突科学推理２０１８课标Ⅲ，２０６电磁感应定律多选中直导线、线圈图像法选项并列科学推理科学论证２０１７课标Ⅰ，１８６电磁感应定律应用单选易电磁减振物理建模选项冲突模型建构２０１７课标Ⅲ，１５６楞次定律、安培定则单选易线框及杆切割物理建模选项冲突模型建构科学推理２０１７课标Ⅱ，２０６电磁感应、右手定则多选中线框切割图像法选项并列科学推理科学论证２０１６课标Ⅰ，２４１４力、电磁综合计算中斜面及棒切割运动建模２问递进模型建构科学推理２０１６课标Ⅱ，２０６电磁感应、右手定则多选中法拉第圆盘等效法选项并列模型建构科学推理２０１６课标Ⅱ，２４１２电磁感应、电路计算中杆切割运动建模２问递进模型建构２０１６课标Ⅲ，２５２０电磁感应、电路计算难棒切割运动建模２问递进模型建构科学推理２０１５山东理综，１７６电磁感应、右手定则多选中圆盘切割等效法选项并列科学推理２０１４山东理综，１６６电磁感应、电路多选中通电导线、导体棒切割物理建模选项并列模型建构科学推理总计卷均分９．２９３题／１４卷８题／１４卷６题／１４卷多选／计算中／难占比８．４４％考频常见考法命题规律与趋势０１考查内容１．楞次定律及其应用。２．法拉第电磁感应定律。３．电磁感应的综合应用。０２命题趋势１．将继续考查应用楞次定律和右手定则判定感应电流的方向。２．结合各种图像，考查感应电流方向的判断和感应电动势的计算。３．将继续考查电磁感应与电路、能量、动力学的结合，还有与生产、生活实际的结合。０３命题特点１．电磁感应现象的定性分析，感应电动势的计算及图像问题，以选择题为主。２．电磁感应与电路知识、动力学规律及功能关系的综合问题，以计算题为主。０４备考建议１．抓基础，要学透楞次定律和法拉第电磁感应定律的内容。２．特别注重电磁感应与生产、生活实际的相结合，考查与电路、能量、动力学联系的内容。０５核心素养本专题主要考查科学推理、科学论证等物理素养要素。０６考题赋分本专题以６分、１２分、１４分、２０分四种分值出现。专题十一　电磁感应９７　　　对应学生用书起始页码Ｐ１５９考点一电磁感应现象、楞次定律　　１．磁通量、磁通量的变化量和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含义某时刻穿过某个面的磁感线的条数表示某一段时间内穿过某个面的磁通量变化的多少表示磁场中穿过某个面的磁通量变化快慢的物理量大小Φ＝Ｂ·Ｓｎ，Ｓｎ是与Ｂ垂直的面的面积ΔΦ＝Φ２－Φ１ΔΦ＝Ｂ·ΔＳΔΦ＝Ｓ·ΔＢΔΦΔｔ＝Ｂ·ΔＳΔｔΔΦΔｔ＝Ｓ·ΔＢΔｔ注意若有方向相反的磁场穿过某个面，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°时线圈平面都与磁场垂直，但穿过线圈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。在Φ－ｔ图像中，可用图线的斜率表示附注发电机中：线圈平面与磁感线平行时，Φ＝０，但ΔΦΔｔ最大线圈平面与磁感线垂直时，Φ最大，但ΔΦΔｔ＝０　　２．楞次定律定律内容：感应电流具有这样的特点，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。当闭合电路中的磁通量发生变化而产生感应电流时，可用楞次定律判定感应电流的方向。３．右手定则定则内容：伸开右手，使大拇指与四指在同一平面内，并跟四指垂直，让磁感线从掌心进入，大拇指指向导体做切割磁感线运动的方向，四指的指向就是感应电流的方向。右手定则仅适用于导体切割磁感线产生感应电流的情况，对这种情况用右手定则判断方向较为方便。４．如何理解“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化”简单地说，感应电流的磁场“阻碍”的是“原磁通量的变化”，而不是阻碍原磁场。详细地说，当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反———以阻碍增加；原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同———以阻碍减少。另外还要理解“阻碍”并不是阻止，原来的磁通量如果增加，感应电流的磁场只能阻碍它的增加，而不是阻止它的增加，即原来的磁通量还是要增加的。另外，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。具体情况有：（１）阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化———“增反减同”；（２）阻碍相对运动，可理解为———“来拒去留”；（３）使线圈面积有扩大或缩小的趋势———“增缩减扩”；（４）阻碍原电流的变化（自感现象）———“增反减同”。５．应用楞次定律判定感应电流方向的一般步骤（１）明确研究的对象是哪一个闭合电路；（２）明确原磁场的方向及磁通量的变化情况；（３）根据楞次定律中所说的“阻碍”作用，判定感应电流产生磁场的方向；（４）根据安培定则判定感应电流的方向。以上思路也可以用下面的方框图加以概括：该方框图不仅概括了根据楞次定律判定感应电流方向的思路，同时也描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系，只要知道了其中任意两个因素，就可以判定第三个因素。楞次定律是判定感应电流、感应电动势方向的一般方法，适用于各种情况的电磁感应现象。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，ＯＯ′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方向向左匀速通过磁场，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　（　　）􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋９８　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）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，而在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．光滑的金属线框ａｂｃｄ处在方向竖直向上的匀强磁场中。线框从图示位置由静止释放，到接近水平位置的过程中（　　）Ａ．线框的机械能守恒Ｂ．穿过线框的磁通量逐渐增大Ｃ．线框有ａｂｃｄａ方向的感应电流Ｄ．穿过线框磁通量的变化率逐渐增大２．答案　Ｂ　线框下滑过程中，穿过线框的磁通量逐渐增大；线框内产生一个ａｄｃｂａ方向的感应电流，同时产生焦耳热，所以线框下滑过程中机械能逐渐减小，Ａ、Ｃ错误，Ｂ正确。线框下滑过程中，只有ｂｃ边切割磁感线，刚开始Ｅ＝ｎΔΦΔｔ＝ＢＬｖｂｃ，而ｖｂｃ＝０，所以ΔΦΔｔ＝０，线框接近水平位置时ΔΦΔｔ几乎为０，而下滑过程中有感应电流，故ΔΦΔｔ≠０，所以在下滑过程中ΔΦΔｔ先增大后减小，Ｄ错误。３．（２０１９山东威海模拟）如图甲所示，固定闭合线圈ａｂｃｄ处于方向垂直纸面向外的磁场中，磁感线分布均匀，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，则下列说法正确的是　（　　）Ａ．ｔ＝１ｓ时，ａｂ边受到的安培力方向向左Ｂ．ｔ＝２ｓ时，ａｂ边受到的安培力为０Ｃ．ｔ＝２ｓ时，ａｂ边受到的安培力最大Ｄ．ｔ＝４ｓ时，ａｂ边受到的安培力最大３．答案　Ｂ　由题图知，０～２ｓ内磁感应强度大小逐渐增大，根据楞次定律知线圈中产生感应电流的方向为顺时针方向，根据左手定则判断知ａｂ边受到的安培力方向向右，选项Ａ错误；ｔ＝２ｓ时，ΔＢΔｔ＝０，感应电流Ｉ＝０，安培力Ｆ＝０，选项Ｂ正确，Ｃ错误；ｔ＝４ｓ时，Ｂ＝０，安培力Ｆ＝０，选项Ｄ错误。考点二法拉第电磁感应定律　　１．求解感应电动势常用的几种方法表达式Ｅ＝ｎΔΦΔｔＥ＝ＢＬｖｓｉｎθＥ＝１２ＢＬ２ωＥ＝ＮＢＳωｓｉｎ（ωｔ＋φ０）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绕与Ｂ垂直的轴转动的导线框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求瞬时感应电动势适用条件所有磁场（匀强磁场定量计算、非匀强磁场定性分析）匀强磁场匀强磁场匀强磁场　　２．互感、自感、涡流（１）互感和自感①互感两个相互靠近的线圈中，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，这种现象叫做互感，这种电动势叫做互感电动势。变压器就是利用互感现象制成的。②自感ａ．自感：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感。ｂ．自感电动势：由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。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＝ＬΔＩΔｔ。ｃ．自感系数：Ｅ＝ＬΔＩΔｔ中的比例系数Ｌ叫做自感系数，简称自感或电感。线圈的长度越长，线圈的横截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。（２）涡流线圈中的电流变化时，在附近导体中产生感应电流，这种电流在导体内形成闭合回路，很像水的旋涡，因此把它叫做涡电流，简称涡流。在冶炼炉、电动机、变压器、探雷器等实际应用中都存在着涡流，它是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。半径分别为ｒ和２ｒ的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为ｒ、质量为ｍ且质量分布均匀的直导体棒ＡＢ置于圆导轨上面，ＢＡ的延长线通过圆导轨中心Ｏ，装置的俯视图如图所􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题十一　电磁感应９９　　　示。整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为Ｂ，方向竖直向下。在内圆导轨的Ｃ点和外圆导轨的Ｄ点之间接有一阻值为Ｒ的电阻（图中未画出）。直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕Ｏ逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略。重力加速度大小为ｇ。求（１）通过电阻Ｒ的感应电流的方向和大小；（２）外力的功率。解析　解法一　（１）在Δｔ时间内，导体棒扫过的面积为ΔＳ＝１２ωΔｔ［（２ｒ）２－ｒ２］①根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为ε＝ＢΔＳΔｔ②根据右手定则，感应电流的方向是从Ｂ端流向Ａ端