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1、电磁感应电磁感应 考试内容范围及要求高考统计高考命题解读 内容要求说明2015201620172018 41.电磁感 应现象 42.感应电 流的产生 条件 43.法拉第 电磁感应 定律 楞 次定律 限于导线方 向与磁场方 向、运动方向 垂直的情况 T13 T6、 T13 T13T9 44.自感 涡流 1.考查方式 高考对本章内容考 查命题频率较高，以 选择题和计算题形 式出题，难度一般在 中档或中档以下. 2.命题趋势 (1)楞次定律、右手 定则、左手定则的应 用. (2)与图象结合考查 电磁感应现象. (3)通过“杆导轨” 模型，“线圈穿过有 界磁场”模型，考查 电磁感应与力学、电 路、能量
2、等知识的综 合应用. 第 1 讲 电磁感应现象 楞次定律第 1 讲 电磁感应现象 楞次定律 一、磁通量 1.概念：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. 2.公式：BS. 3.适用条件： (1)匀强磁场. (2)S为垂直磁场的有效面积. 4.磁通量是标量(填“标量”或“矢量”). 5.物理意义： 相当于穿过某一面积的磁感线的条数.如图 1 所示，矩形abcd、abba、abcd的面积 分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面abcd垂直，则 图 1 (1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos或BS3. (2)通过矩形abcd的磁通量为BS3. (3)通过
3、矩形abba的磁通量为 0. 6.磁通量变化量：21. 二、电磁感应现象 1.定义：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做电磁感应. 2.条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化. 例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动. 3.实质 产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流.如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感 应电流. 自测 1 (多选)下列说法正确的是( ) A.闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生 B.穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生 C.线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框
4、中也没有感应电流产生 D.当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势 答案 CD 三、感应电流方向的判定 1.楞次定律 (1)内容：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)适用范围：一切电磁感应现象. 2.右手定则 (1)内容：如图 2，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. 图 2 (2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流. 自测 2 如图 3 所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面向下，过线圈 上A点作切线OO，OO与线圈在同一平面上.在线圈以OO为
5、轴翻转 180的过程中，线 圈中电流方向( ) 图 3 A.始终为ABCA B.始终为ACBA C.先为ACBA，再为ABCA D.先为ABCA，再为ACBA 答案 A 解析 在线圈以OO为轴翻转 90的过程中， 穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减小， 则感应 电流产生的磁场垂直桌面向下，由右手螺旋定则可知感应电流方向为ABCA；线圈以 OO为轴由 90翻转到 180的过程中，穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，则感应电流 产生的磁场垂直桌面向上，由右手螺旋定则可知感应电流方向仍然为ABCA，A 正确. 命题点一 对磁通量的理解命题点一 对磁通量的理解 例 1 (2017江苏单科1)如图 4 所示，
6、两个单匝线圈a、b的半径分别为r和 2r.圆形匀 强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为( ) 图 4 A.11B.12C.14D.41 答案 A 变式 1 如图 5 所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd 中点的连线OO恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，此时穿过 线圈的磁通量为，若线圈绕OO轴逆时针(从下向上看)转过 60的过程中，磁通量的变 化量为 ，则和 的大小是( ) 图 5 A.，B.， BL2 2 BL2 4 NBL2 2 NBL2 4 C.BL2，D.NBL2， BL2 2 NBL2 2 答案 A
7、 命题点二 电磁感应现象的理解和判断命题点二 电磁感应现象的理解和判断 常见的产生感应电流的三种情况 例 2 现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图 6 所示连接. 下列说法中正确的是( ) 图 6 A.开关闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转 B.线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，电流计指针均不会偏转 C.开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度 D.开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转 答案 A 解析 开关闭合后，线圈A插入或拔出，都将造成线圈B处磁场的变化，因此线圈B处的磁 通量发生变
8、化，产生感应电流，故 A 正确；线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间 均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流，故 B 错误；开关闭合后，只要移动滑片P， 线圈B中磁通量就变化，从而产生感应电流，故 C、D 错误. 变式 2 (2018阜宁中学调研)如图 7 所示，一个 U 形金属导轨水平放置，其上放有一个金 属导体棒ab， 有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面， 且与竖直方向的夹角为. 在下列各过程中，一定能在轨道回路中产生感应电流的是( ) 图 7 A.ab向右运动，同时使减小 B.使磁感应强度B减小，角同时也减小 C.ab向左运动，同时增大磁感应强度B D.ab向右运动
9、，同时增大磁感应强度B和角(04D.34，同理，如果磁铁内部穿过环面的磁感线方向向内，也可得出结论34， 故 C 正确，D 错误. 3.如图 15 所示， 一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内， 环的圆心与两导 线距离相等，环的直径小于两导线间距.两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流，若 ( ) 图 15 A.金属环向上运动，则环中产生顺时针方向的感应电流 B.金属环向下运动，则环中产生顺时针方向的感应电流 C.金属环向左侧直导线靠近，则环中产生逆时针方向的感应电流 D.金属环向右侧直导线靠近，则环中产生逆时针方向的感应电流 答案 D 解析 两个直导线之间的磁场是对称的，金属
10、环在中间时，通过金属环的磁通量为零，金属 环上下运动的时候，穿过金属环的磁通量不变，不会有感应电流产生，故 A、B 错误 ； 金属环 向左侧直导线靠近，则穿过金属环的磁场垂直纸面向外并且增强，根据楞次定律可得，环上 的感应电流方向为顺时针，故 C 错误；金属环向右侧直导线靠近，则穿过金属环的磁场垂直 纸面向里并且增强，根据楞次定律可得，环上的感应电流方向为逆时针，故 D 正确. 4.如图 16，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，E是电源，当滑动变阻 器R的滑片P自左向右滑行时，线框ab将( ) 图 16 A.保持静止不动 B.沿顺时针方向转动 C.沿逆时针方向转动 D.发生转
11、动，但电源极性不明，无法确定转动方向 答案 B 1.下列说法中正确的是( ) A.当穿过某个面的磁通量等于零时，该区域的磁感应强度一定为零 B.磁感应强度的方向一定与通电导线所受安培力方向、直导线方向都垂直 C.感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果 D.洛伦兹力不改变运动电荷的速度 答案 C 解析 当磁场与平面平行时，磁通量为零，而磁感应强度不为零，故 A 错误；根据左手定则 可知， 安培力一定与磁感应强度及电流方向垂直， 但磁场方向不一定与直导线方向垂直， 故 B 错误；感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果，故 C 正确；洛 伦兹力对电荷不做功
12、，因此不改变运动电荷的速度大小，但可以改变速度的方向，故 D 错误. 2.(2018海安中学段考)下列图中能产生感应电流的是( ) 答案 B 解析 根据产生感应电流的条件：A 中，电路没闭合，无感应电流；B 中，电路闭合，且垂直 磁感线的平面的面积增大，即闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C 中，穿过闭合圆环的 磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D 中，闭合回路中的磁通量不发生变化，无 感应电流. 3.(2018如东县质量检测)物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”.如图 1 所示，她把 一个带铁芯的线圈L、开关 S 和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使 铁芯穿过套
13、环.闭合开关 S 的瞬间， 套环立刻跳起.某同学另找来器材再探究此实验.他连接好 电路，经重复实验，线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环 未动的原因可能是( ) 图 1 A.线圈接在了直流电源上 B.电源电压过高 C.所选线圈的匝数过多 D.所用套环的材料与老师的不同 答案 D 解析 无论实验用的是交流电还是直流电，闭合开关 S 的瞬间，穿过套环的磁通量均增加， 只要套环的材料是导体，套环中就能产生感应电流，套环就会跳起.如果套环是用塑料做的， 则不能产生感应电流，也就不会受安培力作用而跳起.选项 D 正确. 4.如图 2 所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线
14、圈上方有一竖直放置的条形磁铁， 磁铁的 S 极朝下，在将磁铁的 S 极插入线圈的过程中，下列说法正确的是( ) 图 2 A.通过电阻的感应电流的方向为由b到a，线圈与磁铁相互排斥 B.通过电阻的感应电流的方向为由a到b，线圈与磁铁相互排斥 C.通过电阻的感应电流的方向为由a到b，线圈与磁铁相互吸引 D.通过电阻的感应电流的方向为由b到a，线圈与磁铁相互吸引 答案 A 解析 当磁铁向下运动时，穿过线圈的磁通量变大，条形磁铁磁场方向向上，所以感应电流 产生的磁场方向向下，根据右手螺旋定则，通过电阻的电流方向为ba.根据楞次定律中 “来拒去留” 规律可判断线圈对磁铁有阻碍作用， 故线圈与磁铁相互排斥
15、， 故 A 正确， B、 C、 D 错误. 5.(2018江苏百校 12 月大联考)现代科学研究中常用到高速电子， 电子感应加速器就是利用 感生电场加速电子的设备.电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成.当电 磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时 间变化， 这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场， 电子将在涡旋电场作用下得到加速.如图 3 所示(上边部分为侧视图，下边部分为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆 周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时( ) 图 3 A.电子在轨道上顺时针运动 B.保持电流的方向不变，当电流减小
16、时，电子将加速 C.保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 D.被加速时电子做圆周运动的周期不变 答案 C 6.(2018如皋市质检)如图 4 甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线 中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示.在 0 时间内，直导线中电流向上，则在 T T 2 T 2 时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是( ) 图 4 A.顺时针，向左B.逆时针，向右 C.顺时针，向右D.逆时针，向左 答案 B 解析 在 0 时间内，直导线中电流向上，由题图乙知，在 T时间内，直导线中电流方向 T 2 T 2 也向上，根据安培定则知，导线右侧磁场的方向垂
17、直纸面向里，电流逐渐增大，则磁场逐渐 增强，根据楞次定律，金属线框中产生逆时针方向的感应电流.根据左手定则，金属线框左边 受到的安培力方向向右，右边受到的安培力方向向左，离导线越近，磁场越强，受到的安培 力越大，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属线框所受安培力的合力方向 向右，故 B 正确，A、C、D 错误. 7.(2019射阳二中模拟)如图 5，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一 U 形金属导轨， 导轨平面与磁场垂直，金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线 框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的 瞬间，关于
18、感应电流的方向，下列说法正确的是( ) 图 5 A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向 B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向 C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向 D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向 答案 D 解析 金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，闭合回路PQRS中磁场方向垂直纸面向 里，磁通量增大，由楞次定律可判断，闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外， 由安培定则可判断感应电流方向为逆时针 ； 由于闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂 直纸面向外，与原磁场方向相反，则T中磁通量减小，由楞次定律可判断，T中感应电流产 生的磁场方向垂
19、直纸面向里，由安培定则可知T中感应电流方向为顺时针，选项 D 正确. 8.如图 6 所示，一个 N 极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框， 则( ) 图 6 A.磁铁经过位置时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置时，沿adcb方向 B.磁铁经过位置时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置时，沿abcd方向 C.磁铁经过位置和时，线框中感应电流都沿abcd方向 D.磁铁经过位置和时，线框中感应电流都沿adcb方向 答案 A 解析 当磁铁经过位置时，穿过线框的磁通量向下且不断增加，由楞次定律可确定感应电 流的磁场方向向上，阻碍原磁通量的增加，根据安培定则可判定感应电流应
20、沿abcd方向.同 理可判断当磁铁经过位置时，感应电流沿adcb方向，故选 A. 9.(2018江苏一模)如图 7 所示为电磁驱动器的原理图.其中为磁极， 它被固定在电动机 的转轴上， 金属圆盘可以绕中心轴转动， 圆盘与转轴间的阻力较小.整个装置固定在一个绝 缘支架上.当电动机转动时，金属圆盘也将转动起来.下列有关说法中正确的是( ) 图 7 A.金属圆盘转动的方向和磁极的转动方向相同，转速小于磁极的转速 B.金属圆盘转动的方向和磁极的转动方向相同，转速等于磁极的转速 C.将金属圆盘换成绝缘盘，它也会跟着磁极转动 D.当电动机突然被卡住不转时，金属圆盘将转动较长时间才会停下来 答案 A 解析
21、根据楞次定律可知， 为阻碍磁通量变化， 金属圆盘与磁极的转动方向相同， 但快慢不一， 金属圆盘的转速一定比磁极的转速小，故 A 正确，B 错误；将金属圆盘换成绝缘盘，盘中没 有感应电流，不受安培力，不会跟着磁极转动，故 C 错误；当电动机突然被卡住不转时，由 于金属圆盘产生感应电流，受到安培力，而安培力将阻碍金属圆盘与磁极间的相对运动，所 以金属圆盘很快会停下来，故 D 错误. 10.(2018东台创新学校月考)如图 8 所示， 均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面 放置，当a绕圆心O在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩 趋势，由此可知，圆环a沿( ) 图 8
22、A.逆时针加速旋转B.逆时针减速旋转 C.顺时针加速旋转D.顺时针减速旋转 答案 D 解析 分析 A 选项，当带正电的绝缘圆环a逆时针加速旋转时，相当于逆时针方向电流，并 且在增大， 根据右手螺旋定则， 其内(金属圆环a内)有垂直纸面向外的磁场， 其外(金属圆环b 处)有垂直纸面向里的磁场， 并且磁场的磁感应强度在增大， 金属圆环b包围的面积内的磁场 的总磁感应强度是垂直纸面向外(因为向外的比向里的磁通量多， 向外的是全部， 向里的是部 分)而且增大，根据楞次定律，b中产生的感应电流的磁场垂直纸面向里，所以b中产生顺时 针方向的感应电流，且受到向外的磁场力，有扩张的趋势，所以 A 错误 ； 同
23、样的方法可分析 B 选项， 圆环b中产生逆时针方向电流， 具有收缩趋势， C 选项， 圆环b中产生顺时针方向电流， 具有扩张趋势，选项 B、C 错误 ； 而 D 选项，b中产生顺时针方向的感应电流，具有收缩趋势， 所以 D 正确. 11.(2017南通市第一次调研)如图 9 所示， 圆筒形铝管竖直置于水平桌面上， 一磁块从铝管 的正上方由静止开始下落， 穿过铝管落到水平桌面上， 下落过程中磁块不与管壁接触.忽略空 气阻力，则在下落过程中( ) 图 9 A.磁块做自由落体运动 B.磁块的机械能守恒 C.铝管对桌面的压力大于铝管的重力 D.磁块动能的增加量大于重力势能的减少量 答案 C 解析 磁块
24、在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但存在安培力做负功现象，磁块不会 做自由落体运动，故 A 错误；磁块在整个下落过程中，除重力做功外，还有产生的感应电流 对应的安培力做功，导致减小的重力势能除部分转化为动能外，还要产生内能，故机械能不 守恒，动能的增加量小于重力势能的减少量，故 B、D 错误 ； 磁块在整个下落过程中，由楞次 定律中“来拒去留”规律可知，铝管受向下的作用力，故铝管对桌面的压力大于铝管的重力， 故 C 正确. 12.(多选)如图 10 所示， 在磁感应强度大小为B、 方向竖直向上的匀强磁场中， 有一质量为m、 阻值为R的闭合矩形金属线框abcd，用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可
25、绕O点左右摆动.金 属线框从图示位置的右侧某一位置由静止释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属 线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面.则下列说法中正确的是( ) 图 10 A.线框中感应电流的方向先是dcbad，后是abcda B.线框中感应电流的方向是dcbad C.穿过线框中的磁通量先变大后变小 D.穿过线框中的磁通量先变小后变大 答案 BD 解析 线框从题图所示位置的右侧某一位置摆到最低点的过程中，穿过线框的磁通量减小， 由楞次定律可判断感应电流的方向为dcbad，从最低点到左侧最高点的过程中，穿 过线框的磁通量增大，由楞次定律可判断感应电流的方向为dcbad，故 B、D 正确.