2023年高考物理第十二章第一课时电磁感应练习.docx

第十二章电磁感应 高考调研 考 纲 导 航 内容 要求 说明 78. 79. 80.自感现象 81.日光灯 Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅰ 1.导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于L垂直于B、v的情况 2.在电磁感应现象里，不要求判断电路中各点电势的上下 3.不要求用自感系数计算自感电动势 命 题 取 向 1.近几年高考中对本章的考查，命题频率较高的是感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算，这局部是高考的热点. 2.电磁感应现象与磁场、电路、力学等知识相联系的综合题仍然为考查学生综合能力的好题，预计今后几年高考会出现有关题目. 3.电磁感应与实际相结合的问题：录音原理、话筒工作原理、继电器控制电路的工作原理、日光灯工作原理等在复习备考中也要引起足够的重视. 本章高考命题集中在以下四个方面： 〔1〕产生感应电流的条件，运用楞次定律和右手定那么判定E感和I感的方向； 〔2〕运用和E=BLv分析和计算感应电动势的大小以及通电和断电过程中自感现象的分析； 〔3〕电磁感应现象与磁场、电路、力学、能量等知识相联系的综合题的分析与计算; 〔4〕电磁感应图象问题. 今后的命题依然集中在这四个方面，尤其是电磁感应与受力分析，能量转化综合的方面. 备 考 方 略 本章要重点掌握产生感应电流的条件——穿过闭合线圈的磁通量发生变化；掌握判断感应电流方向的重要方法——楞次定律；掌握确定感应电动势大小的一般规律——法拉第电磁感应定律. 在解题时要审清题意，如果是求Δt时间内的平均感应电动势，要考虑用 计算；如果求瞬时感应电动势或者是求导体切割磁感线方面的平均感应电动势，应考虑用公式 要严格区别磁通量Φ和磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率等重要概念. 学好本章知识是学好“交流电〞一章的根底. 要重视本章内容与其他知识的综合问题. 第一课时电磁感应现象楞次定律 第一关：根底关展望高考 基 础 知 识 一、磁通量 知识讲解 〔1〕定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通. 〔2〕公式：Φ=BS(条件B⊥S) 如果B与S的夹角为α，那么Φ=BSsinα. 〔3〕单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符合是Wb. 二、磁通量的变化 知识讲解 磁通量是标量,但有正负之分.假设规定从某一方向穿过平面的磁通量为正,那么反向穿过的磁通量为负,求合磁通量时应注意相反方向抵消后所剩余的净磁通量. (1)磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1 (2)几种常见引起磁通变化的情形 ①投影面积不变,磁感应强度变化,即 ΔΦ=ΔB\5S ②磁感应强度不变,投影面积发生变化,即ΔΦ=B\5ΔS,其中投影面积的变化又有两种形式: a.处在磁场中的闭合回路面积发生变化. b.闭合回路面积不变,但与磁场方向的夹角发生变化,从而引起投影面积变化. ③磁感应强度和投影面积均发生变化,但此时不能简单地认为,而采用公式 ΔΦ=Φ2-Φ1. 活学活用 1. 面积为S的矩形导线框abcd处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面为θ角〔如以下图〕.当线框以ab为轴顺时针转过90°的过程中，穿过abcd的磁通量的变化量ΔΦ=_____________. 2. 解析：磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框平面方向上的分量决定.选平面法线n的方向为正，开始时B与线框平面成θ角，磁通量Φ1=B·S·sinθ;线框平面按题意方向转动时，磁通量减少，当转过90°时，磁通量变为Φ2=-B·S·cosθ.可见，磁通量的变化量为Δ Φ=Φ2-Φ1=-BScosθ-BS·sinθ=-BS(cosθ+sinθ)，即穿过线框的正向磁通量减少了BS〔cosθ+sinθ〕.实际上，在线框转过90°的过程中，穿过线框的磁通量是由正向BS·sinθ减小到零，再由零增大到负向BS·cosθ. 答案：-BS(cosθ+sinθ) 三、电磁感应 知识讲解 因磁通量变化而产生电流的现象叫做电磁感应，所产生的电流叫做感应电流. 法拉第把引起电流的原因概括为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁场、在磁场中运动的导体. 四、产生感应电流的条件 知识讲解 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路就有感应电流产生，即产生感应电流的条件有两个： 〔1〕电路为闭合回路； 〔2〕回路中磁通量发生变化，ΔΦ≠0. 活学活用 2. 如以下图，在无限长的直线电流的磁场中，有一个闭合的金属线框abcd,线框平面与直导线在同一个平面内，要使线框中产生感应电流，那么() A.增大导线中的电流 B.金属框水平向左平动 C.金属框竖直向下平动 D.垂直纸面向外平动 解析：增大导线中的电流，线框内任一点的磁感应强度都增大，那么穿过线圈的磁通量增大；离导线越远，磁感应强度越小，与导线距离相等的点，磁感应强度大小相等，那么金属框水平向左平动，磁通量不变；竖直向下平动，磁通量变小；垂直纸面向外平动，磁通量也变小，由感应电流产生的条件可知，选项A、C、D的方法可使线框中产生感应电流，故应选A、C、D. 答案：ACD 第二关：技法关解读高考 解 题 技 法 一、关于磁通量的理解及计算 技法讲解 1.对磁通量的理解 (1)磁通量Φ表示穿过某一面积磁感线的条数(这是在人为规定画磁感线时要使穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度值之后的一种形象说法)，对于匀强磁场，Φ=BS，其中S是垂直于磁场方向上的面积，假设平面与磁场不垂直，那么需求出它在垂直于磁场方向上投影平面的面积，才能用上式计算． (2)磁通量是标量，但有正负，假设磁感线从某一方向穿过S规定为正时，那么从相反方向穿过S时那么为负． 2.关于磁通量的计算 (1)磁通量为穿过某一面积的磁感线的条数． 如果穿过某一面积的磁感线由两局部组成时，应注意：①两局部磁感线同向时，Φ＝Φ1+Φ2；②两局部磁感线反向时，Φ＝|Φ1-Φ2|. (2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量的大小不受线圈匝数的影响，同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ末-Φ初，也不受线圈匝数的影响． (3)根据磁通量的计算式知，引起磁通量变化的原因可能是S未变，B发生变化；也可能是B未变，S发生变化；或者B和S均未变，而它们之间夹角有变化等，要具体问题具体分析．求磁通量的变化用公式ΔΦ＝Φ末-Φ初，公式应用时先规定一个正面，然后根据从正面穿过为正，从反面穿过为负，把初、末磁通量代入计算. 典例剖析 例1 如以下图，大圆导线环A中通有电流I，方向如图.另在导线环所在的平面画了一个圆B，它的一半面积在A环内，一半面积在A环外，试判断圆B内的磁通量的方向. 解析：在A环内磁场方向垂直纸面向里，A环外部磁场方向垂直纸面向外，由于磁感线是闭合曲线，所以在A的内部及外部磁感线条数相等，由于A外部的面积比内部面积大得多，那么B内>B外，B圆面一半在A内一半在A外，可得Φ内=B内S>Φ外=B外 S，由于穿过的方向不同，抵消后，剩余的是垂直于纸面向里穿的磁感线，故B圆面内总的磁通量是垂直于纸面向里的. 答案：垂直纸面向里 例2 与磁感应强度B=0.8 T的匀强磁场垂直的单匝线圈，面积S为0.05 m2，求穿过线圈的磁通量多大？假设线圈的匝数为N=50匝，磁通量又是多少？当线圈绕一垂直于磁场的轴转过120°后，磁通量的变化量多大？〔线圈始终处在匀强磁场中〕 解析：磁通量是穿过某一面积磁感线的“条数〞，它与线圈的匝数无关.磁通量尽管是标量，但也有“方向〞Φ=BS=4.0×10-2 Wb；由于与线圈的匝数无关，所以Φ2=Φ1=BS=4.0×10-2 Wb，由以上分析知Φ3=BScosα=-2.0×10-2 Wb,故ΔΦ=|Φ3-Φ1|=6.0×10-2 Wb. ×10-2Wb4.0×10-2 Wb6.0×10-2 Wb 二、如何理解并能正确应用楞次定律 技法讲解 楞次定律指出：感应电流的方向总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流 的磁通量的变化．“阻碍〞两字是定律的核 心．从以下几方面正确理解这一定律． (1)“阻碍〞两字的含义 “阻碍〞是指阻碍原磁场的磁通量的变 化．由于这种阻碍作用使原磁场缓变，而不是 指感应电流的磁场一定与原磁场方向相反． 假设穿过闭合回路的磁通量增加，那么感 应电流的磁场就要阻碍这一增加，其方向 与原磁场方向相反；假设穿过闭合回路的磁 通量减少，那么感应电流的磁场就要阻碍这 一减少，其方向与原磁场方向相同．以上 规律可简单概括为“增反减同〞四个字． (2)从能量角度理解 能量守恒是自然界的普遍规律，能量 的转化是通过做功来量度的，这一点正是 楞次定律的根据所在，实际上楞次定律是 能量转化和守恒定律在电磁感应现象中 的具体表达． (3)从力的角度理解 由能量观点可以推论出产生磁场的 物体与闭合线圈之间的相互作用力，可概 括为四个字“近斥远拉〞，即感应电流受到 的安培力指向减弱原磁通量变化的方向． (4)从两个磁通量的关系理解 当原磁通量增加时，闭合回路本身要 “设法〞制约原磁通量的增加；当原磁通量减 少时，那么闭合回路本身要“设法〞增加磁通量 来补充原磁通，也就是说，原磁通量与感应 电流的磁通量是互相制约和补充的． 典例剖析 例3 如以下图，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器的滑片P自左向右滑动时，从纸外向纸内看，线框ab将〔〕 A.保持静止不动 B.逆时针转动 C.顺时针转动 D.发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向 解析： 无论电源的极性如何，在两电磁铁中间的区域内应产生水平的某一方向磁场，当滑片P向右滑动时，电流减小，两电磁铁之间的磁场减弱，即穿过ab线框的磁通量减小．虽然不知ab中的感应电流方向，但由楞次定律中的“阻碍〞可直接判定线框ab应顺时针方向转 动(即向穿过线框的磁通量增大的位置——竖直位置转动)．所以应选C. 答案：C 例4 如以下图，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒 PQ、MN，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，那么PQ所 做的运动可能是〔〕 A．向右匀加速运动 B．向左匀加速运动 C．向右匀减速运动 D．向左匀减速运动 解析：设PQ向右运动，用右手定那么和安 培定那么判定可知穿过L1的磁感线方向向 上，假设PQ向右加速运动，那么穿过L1的磁 通量增加，用楞次定律判定可知通过MN 的感应电流方向是N→M，对MN用左手 定那么判定可知MN向左运动，可见A选项 不正确．假设PQ向右减速运动，那么穿过L1 的磁通量减少，用楞次定律判定可知通过 MN的感应电流方向是M→N，用左手定 那么判定可知MN是向右运动，可见C正 确.同理设PQ向左运动，用上述类似方法 可判定B正确而D错误.此题应选BC. 答案：BC 第三关：训练关笑对高考 随 堂 训 练 1.水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化是 () A.先减小后增大 B.始终减小 C.始终增大 D.先增大后减小 Φ=B·S定性判断出穿过闭合线圈的磁通量先增大后减小，选D项. 答案：D 2如以下图为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的竖直分量向下.飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞机高度不变，由于地磁场的作用， φ1，右方机翼末端处的电势为φ2，那么 〔〕 A.假设飞机从西往东飞，φ1比φ2高 B.假设飞机从东往西飞，φ2比φ1高 C.假设飞机从南往北飞，φ1比φ2高 D.假设飞机从北往南