2023年高考物理总复习名师学案电磁感应58页WORD147368doc高中物理.docx

2023高考物理总复习名师学案--电磁感应（58页WORD）  ●考点指要 知识点 要求程度 1.磁通量.电磁感应现象.感应电流的方向.右手定那么.法拉第电磁感应定律.楞次定律 Ⅱ 2.自感现象 Ⅰ 3.日光灯 Ⅰ 【说明】 (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，不要求判断内电路中各点电势的上下. ●复习导航 本章以电场及磁场等知识为根底，研究了电磁感应的一系列现象，通过实验总结出了产生感应电流的条件和判定感应电流方向的一般方法——楞次定律，给出了确定感应电动势大小的一般规律——法拉第电磁感应定律.楞次定律和法拉第电磁感应定律是解决电磁感应问题的重要依据，复习中必须深入理解和熟练掌握；同时由于电磁感应的实际问题与磁场、直流电路等知识联系密切，因而在复习中还应注意培养综合应用这些知识分析解决实际问题的能力. 近几年高考中对本章内容的考查，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.电磁感应现象与磁场、电路、力和运动、能量等知识相联系的综合题及感应电流(或感应电动势)的图象问题在近几年高考中也时有出现，复习中应引起重视. 本章内容可分以下三个单元组织复习：(Ⅰ)电磁感应现象·楞次定律.(Ⅱ)法拉第电磁感应定律·自感.(Ⅲ)电磁感应规律的应用. 第Ⅰ单元 电磁感应现象·楞次定律 ●知识聚焦 1.磁通量：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量.定义式为：Φ=BS.如果面积S与B不垂直，如图12—1—1所示，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即Φ=BS′=BScosα=BSsinβ. (图中abcd面积为S；ab′c′d的面积为S′) 图12—1—1 2.产生感应电动势、感应电流的条件：导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势；穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈里就产生感应电动势.如果导体是闭合电路的一局部，或者线圈是闭合的，就产生感应电流 .局部导体做切割磁感线的运动必然引起穿过闭合电路的磁通量的变化，所以产生感应电流的条件可以归结为：穿过闭合电路的磁通量发生变化. 3.感应电动势和感应电流的方向 （1)楞次定律 楞次定律的内容：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化. 应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤：①明确原磁场的方向及磁通量的变化情况；②根据楞次定律中的“阻碍〞，确定感应电流产生的磁场方向；③利用安培定那么判断出感应电流的方向. 楞次定律是判断感应电流，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. （2)右手定那么：让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体切割磁感线的运动方向，四指的指向就是导体内部所产生的感应电流（电动势)的方向. 右手定那么仅适用于导体切割磁感线产生感应电动势（电流)的情况，对于这种情况用右手定那么判断方向较为方便. ●疑难辨析 1.导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定感应电流方向的右手定那么也是楞次定律的特例.用右手定那么能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是不少情况下，不如用右手定那么判定来得方便简单.反过来，用楞次定律能判定的，并不是用右手定那么都能判断出来.例如图12—1—2中，闭合圆形导线中的磁场逐渐增强，用右手定那么就难以判定感应电流方向(因为并不切割)；相反，用楞次定律就很容易判定出来. 图12—1—2 2.正确理解楞次定律中“感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化〞.这句话的关键是“阻碍〞二字，具体地说有四层意思需要搞清楚：①谁阻碍谁是感应电流的磁通量阻碍原磁场的磁通量.②阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身.③如何阻碍当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同〞.④结果如何阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化快慢.结果是增加的还是增加；减少的继续减少. 3.楞次定律也可以理解为： (1)阻碍相对运动，即“来拒去留〞. (2)使线圈面积有扩大或缩小的趋势. (3)阻碍原电流的变化(自感现象). 利用上述规律分析问题可以独辟蹊径，到达快速准确的效果. 图12—1—3 ●典例剖析 ［例1］如图12—1—3所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，假设要使线框中产生感应电流，以下方法中可行的是 ①将线框向左拉出磁场 ②以ab边为轴转动(小于90°) ③以ad边为轴转动(小于60°) ④以bc边为轴转动(小于60°) 以上判断正确的选项是 A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①②③④ 【解析】 将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc局部做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中产生感应电流，应选项①正确. 当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流，应选项②正确. 当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流，应选项③正确.如果转过的角度超过60°，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流(60°～300°). 当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，那么穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形面积的一半的乘积)，应选项④是错的.应选A. 【思考】 为使线圈从图示的位置开始运动产生沿adcba方向的感应电流，线圈应如何运动？ 【思考提示】 线圈中感应电流方向沿adcba时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，引起感应电流的磁通量应是增加的，故线圈应以图示的位置向右移动. 【说明】 判断电路中是否产生感应电动势（电流)，关键是判断穿过电路的磁通量是否变化. 【设计意图】 通过本例说明应用产生感应电流的条件进行分析判断的方法. ［例2］如图12—1—4所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是 图12—1—4 A.向右摆动 B.向左摆动 C.静止 D.不能判定 【解析】 方法1(电流元受力分析法)：画出磁铁磁感线分布如图12—1—5所示，当磁铁向环运动时，由楞次定律判断出铜环的感应电流方向如图12—1—5所示，把铜环的电流等效为多段直线电流元，取上、下两小段电流研究，由左手定那么判出两段电流受力如图示，由图可联想到整个铜环所受合力向右，那么A选项正确. 图12—1—5 图12—1—6 方法2(躲闪法)：磁铁向右运动，使铜环的磁通量增加而产生感应电流，由楞次定律可知，铜环为阻碍原磁通量的增大，必向磁感线较疏的右方运动，即往躲开磁通量增加的方向运动.那么A正确. 方法3(等效法)：磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为图12—1—6所示的条形磁铁，那么两磁铁有排斥作用，故A正确. 方法4(阻碍相对运动法)：磁铁向右运动时，由楞次定律的另一种表述得知铜环产生的感应电流总是阻碍导体间的相对运动，那么磁铁和铜环间有排斥作用，故A正确. 【说明】 从以上的分析可以看出：虽然方法不同，但本质还是楞次定律，只有领会其精髓，才能运用它进行正确的判断.深刻理解楞次定律中“阻碍〞的含义是灵活运用楞次定律进行分析判断的前提. 【设计意图】 通过本例说明判断感应电流受力及其运动方向的方法，并进一步说明如何从多个角度深刻理解楞次定律中阻碍的含义，从而灵活运用楞次定律进行分析判断. ［例3］如图12—1—7所示，发现放在光滑金属导轨上的ab导体向右移动，其可能的原因是 图12—1—7 ①闭合S的瞬间 ②断开S的瞬间 ③闭合S后，减少电阻R时 ④闭合S后，增大电阻R时 以上判断正确的选项是 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 【解析】 此题中线圈L1和L2绕在同一个铁芯上，因此二者的磁通量始终相等.只要L1中的电流发生变化，L2中的磁通量就发生变化，L2中就有感应电流，ab棒就受安培力的作用，而导轨又光滑，那么ab将发生移动. 假设ab在安培力作用下向右移动，ab中的电流方向应为a→b，那么在L2中产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，说明引起感应电流的磁通量在增加，即L1中的电流在增大，相应的情况应是闭合S的瞬间或闭合S后减少电阻R，①③正确，选A. 【思考】 如图12—1—8所示，假设将跟L1线圈相连的电源换成放在磁场中的导轨和可沿导轨移动的导体棒cd,cd如何移动可使ab向右移动？ 图12—1—8 【思考提示】 根据例题分析知，ab在安培力作用下向右运动时，ab中的电流方向沿a→b，L2中感应电流的磁场方向向上，假设在L2中引起感应电流的磁通量增加，那么L2中原磁场方向应向下，由此判断出cd应向右做加速运动.假设在L2中引起感应电流的磁通量减少，那么L2中原磁场的方向应向上，那么cd应向左做减速运动. 【设计意图】 通过本例说明应用楞次定律分析判断较复杂情况下感应电流方向的方法.●反响练习 ★夯实根底 1.如图12—1—9所示，两同心圆环a和b，处在同一平面内，a的半径小于b的半径，条形磁铁的轴线与圆环平面垂直.那么穿过两圆环的磁通量Φa与Φb的大小关系为 图 12—1—9 A.Φa＞Φb B.Φa＜Φb C.Φa=Φb D.无法比较 【解析】 圆环b的半径大于环a的半径，由于Φ=Φ内-Φ外（其中Φ内为磁铁内部的磁通量，Φ外为磁铁外部穿过线圈的磁通量)，故其包含磁铁的外磁场范围越大，那么合磁通量越小.(磁铁内部、外部的磁通量方向相反，可抵消). 【答案】 A 2.如图12—1—10所示，闭合矩形铜框的两条长边与一闭合圆环相切，环可沿矩形框的长边滑动，整个装置处于匀强磁场中，当环沿框的长边向右做匀速运动时，那么 图12—1—10 A.因铜框所围面积的磁通量不变化，铜框上无电流 B.因圆环所围面积的磁通量不变化，圆环上无电流 C.各局部导线内均有电流 D.各局部导线内均无电流 【解析】 由于闭合圆环向右移动，egf和ehf等效为两个并联的电源，而eadf和ebcf为两段并联的电阻作为外电路，所以各局部都有电流. 【答案】 C 3.在匀强磁场中，a、b是两条平行金属导轨，而c、d为串有电流表、电压表的两金属棒，如图12—1—11所示，两棒以相同的速度向右匀速运动，那么以下结论正确的选项是 图12—1—11 A.电压表有读数，电流表没有读数 B.电压表有读数，电流表也有读数 C.电压表无读数，电流表有读数 D.电压表无读数，电流表也无读数 【解析】 由于c、d以相同的速度向右运动，穿过闭合电路的磁通量不变，在闭合电路中没有感应电流产生，所以，没有电流通过电流表和电压表，故电流表和电压表均无示数. 【答案】 D 4.1931年英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子——磁单极子.1982年美国物理学家卡布莱拉设计了一个寻找磁单极子的实验.设想一个只有N极的磁单极子从上向下穿过一个超导线圈，那么从上向下看 ①超导线圈中将出现先逆时针后顺时针方向的感应电流 ②超导线圈中将出现总是逆时针方向的感应电流 ③超导线圈中产生的感应电动势一定恒定不变 ④超导线圈中产生的感应电流将长期维持下去 以上判断正确的选项是 A.①③ B.②④ C.①② D.③④ 【解析】 由楞次定律可判知：出现逆时针电流，