1、第十一章電磁感應素養導讀備考定向核心素養試題情境生活實踐類電磁爐、電子秤、電磁卡、電磁焊接術、磁電式速度傳感器、真空管道超高速列車、磁懸浮列車、電磁軌道炮、電磁驅動、電磁阻尼等各種實際應用模型學習探索類桿軌模型問題,電磁感應與動力學、能量、動量結合問題,電磁感應的圖像問題考向預測本章內容屬于高考考查的熱點,多為選擇題、又有計算題,考查的具體內容主要包括以下幾個方面:對楞次定律和法拉第電磁感應定律理解的考查;結合新情境的電磁感應問題、電磁感應的圖像問題;電磁感應與動力學、能量、電路、動量等相結合的綜合問題第1節電磁感應現象楞次定律必備知識預案自診知識梳理一、磁通量1.概念:在磁感應強度為b的勻強

2、磁場中,與磁場方向的面積s與b的乘積。2.公式:=。適用條件:磁場。3.s為磁場的有效面積。4.磁通量是(選填“標量”或“矢量”)。5.磁通量的意義:(1)磁通量可以理解為穿過某一面積的磁感線的條數。(2)同一線圈平面,當它跟磁場方向垂直時,磁通量;當它跟磁場方向平行時,磁通量為;當正向穿過線圈平面的磁感線條數和反向穿過的磁感線條數一樣多時,磁通量為。二、電磁感應現象1.電磁感應現象當穿過閉合電路的磁通量時,電路中產生的現象。2.產生感應電流的條件(1)條件:穿過閉合電路的磁通量。(2)特例:閉合電路的一部分導體在磁場內做運動。3.能量轉化發生電磁感應現象時,機械能或其他形式的能轉化為。三、感

3、應電流方向的判定注:楞次定律的本質是能量守恒。注:右手定則是楞次定律的特例,楞次定律適用于所有電磁感應現象,而右手定則適用于一段導體在磁場中切割磁感線運動的情況。注:楞次定律的雙解,a.“加速向左運動”與“減速向右運動”等效。b.“增加”與“減少”所產生的感應電流方向一樣,反之亦然。考點自診1.判斷下列說法的正誤。(1)穿過閉合電路的磁通量發生變化,電路中不一定有感應電流產生。()(2)線框不閉合時,即使穿過線框的磁通量發生變化,線框中也沒有感應電流產生。()(3)當導體切割磁感線時,一定產生感應電動勢。()(4)感應電流的磁場總是與原磁場方向相反。()(5)楞次定律和右手定則都可以判斷感應電

4、流的方向,二者沒什么區別。()(6)感應電流的磁場一定阻止引起感應電流的磁場的磁通量的變化。()2.(多選)(新教材人教版選擇性必修第二冊p28習題改編)如圖所示,一輕質絕緣橫桿兩側各固定一鋁環,橫桿可繞中心點自由轉動。拿一條形磁鐵插向a環,后又取出插向b環,看到的現象及現象分析正確的是()a.磁鐵插向a環,橫桿發生轉動b.磁鐵插向b環,橫桿發生轉動c.磁鐵插向b環,b環中不產生感應電動勢和感應電流d.磁鐵插向a環,a環中產生感應電動勢和感應電流3.(新教材人教版選擇性必修第二冊p26例題改編)如圖所示,在通有電流i的長直導線附近有一個矩形線圈abcd,線圈與導線始終在同一個平面內。線圈在導線

5、的一側,垂直于導線左右平移時,其中產生了abcda方向的電流。已知距離載流直導線較近的位置磁場較強。請判斷:線圈在向哪個方向移動?如果通電導線電流減小,線圈將向哪個方向運動?如果矩形線圈周長不變,由矩形突然變成圓形,在這過程中,線圈中有無感應電流?關鍵能力學案突破考點一電磁感應現象的理解及判斷(自主探究)常見的產生感應電流的三種情況對點演練1.(2020江蘇卷)如圖所示,兩勻強磁場的磁感應強度b1和b2大小相等、方向相反。金屬圓環的直徑與兩磁場的邊界重合。下列變化會在環中產生順時針方向感應電流的是()a.同時增大b1減小b2b.同時減小b1增大b2c.同時以相同的變化率增大b1和b2d.同時以

6、相同的變化率減小b1和b22.(多選)兩圓環a、b置于同一水平面上,其中a為均勻帶電絕緣環,b為導體環。當a以如圖所示的方向繞中心轉動的角速度大小發生變化時,b中產生如圖所示方向的感應電流。則()a.a可能帶正電且轉速增大b.a可能帶正電且轉速減小c.a可能帶負電且轉速減小d.a可能帶負電且轉速增大考點二楞次定律的理解及應用(師生共研)楞次定律中“阻礙”的含義【典例1】(2017全國卷)如圖,在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一u形金屬導軌,導軌平面與磁場垂直。金屬桿pq置于導軌上并與導軌形成閉合回路pqrs,一圓環形金屬線框t位于回路圍成的區域內,線框與導軌共面。現讓金屬桿pq突然向右運動,

7、在運動開始的瞬間,關于感應電流的方向,下列說法正確的是()a.pqrs中沿順時針方向,t中沿逆時針方向b.pqrs中沿順時針方向,t中沿順時針方向c.pqrs中沿逆時針方向,t中沿逆時針方向d.pqrs中沿逆時針方向,t中沿順時針方向解題指導審題關鍵詞句分析解讀形成閉合回路pqrs產生感應電流在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中現讓金屬桿pq突然向右運動導體切割磁感線,產生感應電動勢金屬桿pq置于導軌上并與導軌形成閉合回路pqrs,一圓環形金屬線框t位于回路圍成的區域內閉合回路pqrs中產生感應電流,環形金屬線框t內磁通量發生變化破題利用右手定則、楞次定律判斷金屬桿pq感應電流的方向pqrs中感應

8、電流產生的磁場t中的磁通量變化t中產生感應電流。【規律方法】1.判斷感應電流方向的方法(1)楞次定律。(2)右手定則。2.“四步法”判斷感應電流方向3.楞次定律中“阻礙”的推廣含義楞次定律可以推廣為:感應電流的效果總是阻礙引起感應電流的原因,列表說明如下:內容例證阻礙原磁通量變化“增反減同”磁鐵靠近線圈,b感與b原反向阻礙相對運動“來拒去留”磁鐵靠近,是斥力;磁鐵遠離,是引力續表內容例證使回路面積有擴大或縮小的趨勢“增縮減擴”p、q是光滑固定導軌,a、b是可動金屬棒,磁鐵下移,面積應減小,a、b靠近b減小,線圈擴張阻礙原電流的變化“增反減同”閉合s,b先亮對點演練3.如圖所示,螺線管與靈敏電流

9、計相連,磁鐵從螺線管的正上方由靜止釋放,向下穿過螺線管。下列說法正確的是()a.電流計中的電流先由a到b,后由b到ab.a點的電勢始終低于b點的電勢c.磁鐵減少的重力勢能等于回路中產生的熱量d.磁鐵剛離開螺線管時的加速度小于重力加速度4.(2020全國卷)如圖所示,水平放置的圓柱形光滑玻璃棒左邊繞有一線圈,右邊套有一金屬圓環。圓環初始時靜止。將圖中開關s由斷開狀態撥至連接狀態,電路接通的瞬間,可觀察到()a.撥至m端或n端,圓環都向左運動b.撥至m端或n端,圓環都向右運動c.撥至m端時圓環向左運動,撥至n端時向右運動d.撥至m端時圓環向右運動,撥至n端時向左運動考點三“三個定則、一個定律”的綜

10、合應用(師生共研)1.規律比較名稱基本現象因果關系應用的定則或定律電流的磁效應運動電荷、電流產生磁場因電生磁安培定則洛倫茲力、安培力磁場對運動電荷、電流有作用力因電受力左手定則電磁感應部分導體做切割磁感線運動因動生電右手定則閉合回路磁通量變化因磁生電楞次定律2.相互聯系(1)應用楞次定律時,一般要用到安培定則。(2)研究感應電流受到的安培力時,一般先用右手定則確定電流方向,再用左手定則確定安培力的方向,有時也可以直接應用楞次定律的推論確定。【典例2】(多選)(2018全國卷)如圖,兩個線圈繞在同一根鐵芯上,其中一線圈通過開關與電源連接,另一線圈與遠處沿南北方向水平放置在紙面內的直導線連接成回路

11、。將一小磁針懸掛在直導線正上方,開關未閉合時小磁針處于靜止狀態,下列說法正確的是()a.開關閉合后的瞬間,小磁針的n極朝垂直紙面向里的方向轉動b.開關閉合并保持一段時間后,小磁針的n極指向垂直紙面向里的方向c.開關閉合并保持一段時間后,小磁針的n極指向垂直紙面向外的方向d.開關閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間,小磁針的n極朝垂直紙面向外的方向轉動解題指導審題關鍵詞句分析解讀開關閉合后的瞬間右側線圈內電流變化,左側線圈環繞部分內磁通量發生變化,產生感應電流,直導線中的電流產生磁場開關閉合并保持一段時間后右側線圈內電流不變化,左側線圈環繞部分內磁通量不發生變化,直導線中的無電流續表關鍵詞句分析解讀

12、開關閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間右側線圈內電流變化,左側線圈環繞部分內磁通量發生變化,產生感應電流,直導線中的電流產生磁場破題開關閉合、保持再斷開右側線圈內電流是否變化左側線圈環繞部分內磁通量是否發生變化直導線中是否有電流直導線中的電流產生磁場小磁針受力轉動。對點演練5.(2020上海徐匯模擬)兩根平行放置的長直絕緣導線m、n,通以同向等大的電流如圖。在它們正中間放有一金屬圓環,則可以使圓環中產生順時針感應電流的是()a.m向右移動b.n中電流增大c.兩電流同時等量增大d.兩電流同時反向6.(多選)如圖所示,兩個線圈套在同一個鐵芯上,線圈的繞向在圖中已經標出。左線圈連著平行導軌m和n,導軌

13、電阻不計,在導軌垂直方向上放著金屬棒ab,金屬棒處在垂直于紙面向外的勻強磁場中,下列說法中正確的是()a.當金屬棒ab向右勻速運動時,a點電勢高于b點,c點電勢高于d點b.當金屬棒ab向右勻速運動時,b點電勢高于a點,c點與d點等電勢c.當金屬棒ab向右加速運動時,b點電勢高于a點,c點電勢高于d點d.當金屬棒ab向右加速運動時,b點電勢高于a點,d點電勢高于c點第十一章電磁感應第1節電磁感應現象楞次定律必備知識預案自診知識梳理一、磁通量1.垂直2.bs勻強3.垂直4.標量5.(2)最大零零二、電磁感應現象1.發生變化感應電流2.(1)發生變化(2)切割磁感線3.電能三、感應電流方向的判定阻礙

14、磁通量運動方向切割考點自診1.(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.adb環不閉合,磁鐵插向b環時,產生感應電動勢,不產生感應電流,環不受力,橫桿不轉動,故b、c錯誤;a環閉合,磁鐵插向a環時,環內產生感應電流,環受到磁場的作用,橫桿轉動,故a、d正確。3.答案向左向左有解析選擇矩形線圈為研究對象,畫出通電直導線一側的磁感線分布圖如圖,磁感線方向垂直紙面向里,用“”表示。已知矩形線圈中感應電流的方向是abcda,根據右手螺旋定則,感應電流的磁場方向是垂直紙面向外的(即指向讀者的,用矩形中心的圓點“”表示)。根據楞次定律,感應電流的磁場應該是阻礙穿過線圈的磁通量變化的。現在已經判明感應電流的磁

15、場垂直紙面向外指向讀者,跟原來磁場的方向相反。因此線圈移動時通過它的磁通量一定是在增大。這說明線圈在向左移動。如果通電導線電流減小,穿過線圈的磁通量將減少,根據楞次定律,感應電流的磁場將阻礙其減小,線圈將向左運動。由矩形突然變成圓形,穿過線圈的磁通量發生變化,在這過程中,線圈中有感應電流。關鍵能力學案突破對點演練1.b同時增大b1減小b2,向里的磁通量增大,根據楞次定律,產生逆時針方向感應電流,選項a錯誤;同時減小b1增大b2,向外的磁通量增大,根據楞次定律,產生順時針感應電流,選項b正確;同時以相同的變化率增大b1和b2或者以相同的變化率減小b1和b2,磁通量不變,沒有感應電流,選項c、d錯

16、誤。2.ac當a以如題圖所示的方向繞中心轉動的角速度大小發生變化時,由于b中產生如圖所示方向的感應電流,利用楞次定律分析可知,a轉動在b中產生的磁場方向可能垂直紙面向外且磁感應強度減小,也可能垂直紙面向里且磁感應強度增大。若在b中產生的磁場方向垂直紙面向外且磁感應強度減小,則均勻帶電絕緣環a帶負電且轉速減小,選項c正確,d錯誤;若在b中產生的磁場方向垂直紙面向里且磁感應強度增大,則均勻帶電絕緣環a帶正電且轉速增大,選項a正確,b錯誤。典例1d金屬桿從靜止開始突然向右運動,產生感應電動勢,感應電流從無到有,根據右手定則可知,感應電流的方向由q指向p,pqrs中的電流沿逆時針方向;該感應電流在金屬

17、線框t中產生的磁通量向外,故穿過金屬線框t向里的磁通量減小,根據楞次定律,t中感應電流沿順時針方向,d正確。對點演練3.d由楞次定律可知,電流計中的電流先由b到a,后由a到b,a錯誤;a點的電勢先比b點低,后比b點高,b錯誤;磁鐵減少的機械能等于回路中產生的熱量,c錯誤;根據楞次定律,感應電流的磁場總是阻礙磁鐵與閉合回路間的相對運動,磁鐵剛離開螺線管時,受到向上的磁場力,加速度小于重力加速度,d正確。4.b本題以螺線管為背景,意在考查楞次定律。開關s無論撥至m端還是n端,螺線管中的磁通量都變大,則右邊金屬圓環中的磁通量變大,根據楞次定律,為了阻礙磁通量變大,圓環都向右運動,選項b正確。典例2a

18、d如圖甲所示,閉合開關瞬間右邊線圈產生電流,左邊線圈磁通量增強。由楞次定律可知,增反減同,左邊線圈感應磁場方向向左。根據右手螺旋定則可得直導線中電流方向為從南到北。由此可得直導線上方磁場為垂直紙面向里,則磁針n極朝垂直紙面向里的方向轉動,故a項正確。開關閉合并保持一段時間后電路穩定,線圈中無磁通量變化,則直導線中無電流,小磁針恢復南北指向,故b、c項錯誤;如圖乙所示,開關閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間,左邊線圈磁通量減小,由增反減同得其感應磁場方向向右。由右手螺旋定則可得直導線中電流由北到南,直導線上方磁場為垂直紙面向外,則小磁針的n極朝垂直紙面向外的方向轉動,故d項正確。甲乙對點演練5.b依據右手螺旋定則,長直絕緣導線m、n在環中產生磁場相互疊加,導致穿過環的磁通量為零,當m向右移動時,導致穿過環的磁通量向里,且