高考物理一轮复习专题11.1电磁感应--电磁感应现象和楞次定律(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习专题11.1电磁感应--电磁感应现象和楞次定律(原卷版+解析)，共46页。试卷主要包含了电磁感应现象，楞次定律，楞次定律推广应用等内容，欢迎下载使用。

考向一 电磁感应现象
考向二 楞次定律
考向三 楞次定律推广应用
考向四 二次感应现象
考向一 电磁感应现象
1．磁通量
(1)定义：匀强磁场中，磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通。我们可以用穿过这一面积的磁感线条数的多少来形象地理解。
(2)公式：Φ＝BS。
(3)公式的适用条件：①匀强磁场；②S是垂直磁场方向的有效面积。
(4)单位：韦伯(Wb)，1 Wb＝1T·m2。
(5)标量性：磁通量是标量，但有正负之分。磁通量的正负是这样规定的：任何一个平面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿出时磁通量为正，则磁感线从反面穿出时磁通量为负。
（6）物理意义：
相当于穿过某一面积的磁感线的条数．如图所示，矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则：
①通过矩形abcd的磁通量为BS1cs θ或BS3.
②通过矩形a′b′cd的磁通量为BS3.
③通过矩形abb′a′的磁通量为0.
2．磁通量的变化量
（1）在某个过程中，穿过某个平面的磁通量的变化量等于末磁通量Φ2与初磁通量Φ1的差值，即ΔΦ＝Φ2－Φ1。
（2）磁通量变化的常见情况
（3）磁通量的变化率(磁通量的变化快慢)
磁通量的变化量与发生此变化所用时间的比值，即eq \f(ΔΦ,Δt)。
（4）电磁感应现象与感应电流
“磁生电”的现象叫电磁感应，产生的电流叫作感应电流。
3．产生感应电流的条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。
判断感应电流能否产生的思维导图：
4．电磁感应现象的两种典型情况
(1)闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动。
(2)穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。
5．电磁感应现象的实质
电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果导体回路闭合则产生感应电流；如果导体回路不闭合，则只产生感应电动势，而不产生感应电流。
6．能量转化
发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能。
【典例1】(2023·北京市朝阳区高三一模)如图所示为感应式发电机，a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是电流表的接线端，现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是( )
A．将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置
B．将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置
C．将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置
D．将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置
答案:B
解析：将铜盘看成无数个轴向铜条组成，当铜盘转动时，其切割磁感线产生感应电动势，此时铜条相当于电源，铜盘边缘和中心相当于电源的两个极，则想要观察到感应电流，M、N应分别接电源的两个极，故B正确。
【典例2】(2023·山东省日照市二模)
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所示连接．下列说法
正确的( )
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：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处的磁通量变化，产生感应电流，故选项A正确；开关闭合和断开均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流，故选项B错误；开关闭合后，只要移动滑片P，线圈B中磁通变化而产生感应电流，故选项C、D错误．
练习1、(2023·广东省汕头市高三二模)如图所示，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θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电
流的是（ ）
A．ab向右运动，同时使θ减小 B．使磁感应强度B减小，θ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，同时增大磁感应强度B和θ角(0°G，P有收缩的趋势，故A正确；当螺线管中电流不变时，其形成磁场不变，线圈P中的磁通量不变，因此线圈P中无感应电流产生，则t2时刻FN＝G，故B正确；t3时刻螺线管中电流为零，但是线圈P中磁通量是变化的，因此此时线圈P中有感应电流，但此时刻二者之间没有相互作用力，即FN＝G，故C正确；当螺线管中电流不变时，其形成的磁场不变，线圈P中的磁通量不变，因此磁铁线圈中无感应电流产生，故t4时刻FN＝G，此时P没有收缩的趋势，故D错误．
练习6、(2023·自贡一诊)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的变化关系如图所示。在0～eq \f(T,2)时间内，直导线中电流向上。则在eq \f(T,2)～T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力情况是( )
A．感应电流方向为顺时针，线框受安培力的合力方向向左
B．感应电流方向为顺时针，线框受安培力的合力方向向右
C．感应电流方向为逆时针，线框受安培力的合力方向向右
D．感应电流方向为逆时针，线框受安培力的合力方向向左
答案:B
解析：在eq \f(T,2)～T时间内，由楞次定律可知，线框中感应电流的方向为顺时针，由左手定则可判断线框受安培力的合力方向向右，选项B正确。
【巧学妙记】
阻碍磁通量变化的方式
(1)“增反减同”：当原磁通量增加时，感应电流所产生的磁场方向与原磁场方向相反，当原磁通量减小时，感应电流所产生的磁场方向与原磁场方向相同．)
考向四 二次感应现象
【典例7】(2023·山东省青岛市高三质量调研检测一)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是( )
A．向右加速运动 B．向左加速运动
C．向右减速运动 D．向左减速运动
答案:BC
解析：MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里eq \(――→,\s\up7(左手定则),\s\d5( ))MN中的感应电流由M→Neq \(――→,\s\up7(安培定则),\s\d5( ))L1中感应电流的磁场方向向上eq \(――→,\s\up7(楞次定律),\s\d5( ))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(L2中磁场方向向上减弱,L2中磁场方向向下增强))；若L2中磁场方向向上减弱eq \(――→,\s\up7(安培定则),\s\d5( ))PQ中电流为Q→P且减小eq \(――→,\s\up7(右手定则),\s\d5( ))向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强eq \(――→,\s\up7(安培定则),\s\d5( ))PQ中电流为P→Q且增大eq \(――→,\s\up7(右手定则),\s\d5( ))向左加速运动。
【典例8】(2023·湖北省武汉市第二中学高三上模拟)如图，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，关于感应电流的方向，下列说法正确的是( )
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向右切割磁感线，根据右手定则可知PQRS中感应电流沿逆时针方向；原来T中的磁场方向垂直于纸面向里，闭合回路PQRS中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外，使得穿过T的磁通量减小，根据楞次定律可知T中产生顺时针方向的感应电流，综上所述，可知A、B、C项错误，D项正确。
练习7、(多选)(2023·安徽省合肥市高三上开学考试)如图所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引( )
A.向右做匀速运动 B.向左做减速运动
C.向右做减速运动 D.向右做加速运动
答案:BC
解析：当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流，线圈中的磁通量恒定不变，无感应电流出现，选项A错误；当导体棒向左减速运动时，由右手定则可判定回路中出现从b―→a的感应电流且减小，由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左在减弱，由楞次定律知c中出现顺时针感应电流，(从右向左看)且被螺线管吸引，选项B正确；同理可判定选项C正确，D错误。
练习8、(多选)(2023·河北省张家口市高三下三模)如图，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路。当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是( )
A．向右加速运动 B.向右减速运动
C．向左加速运动 D.向左减速运动
答案:BC
解析：根据安培定则可知，MN处于ab产生的垂直向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由M指向N，L1中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，L2中感应电流产生的磁场应该是向上减弱，或向下增强；再由右手定则可知PQ可能是向右减速运动或向左加速运动。故B、C正确，A、D错误。
【巧学妙记】
在二次感应现象中,“程序法”和“逆向推理法”的选择
(1)如果要判断二次感应后的现象或结果,选择程序法(按下图顺时针方向所示步骤解题)。
(2)如果已知二次感应后的结果,要判断导体棒的运动情况或磁场的变化,需选择逆向推理法(按下图逆时针方向所示步骤解题)
1. (2023·北京市丰台区高三上期末)如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是( )
A．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动
C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
2. (2023·北京市朝阳区校际联考) 如图甲所示，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～eq \f(T,2)时间内，直导线中电流向上，则在eq \f(T,2)～T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( )
A．顺时针，向左 B．逆时针，向右
C．顺时针，向右 D．逆时针，向左
3. (多选)(2023·北京市西城区高三下统一测试)如图(a)，螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一小金属圆环L，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时( )
A．在t1～t2时间内，L有收缩趋势
B．在t2～t3时间内，L有扩张趋势
C．在t2～t3时间内，L内有逆时针方向的感应电流
D．在t3～t4时间内，L内有顺时针方向的感应电流
4. (多选)(2023·山东省滨州市高三下二模)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，在导轨上接触良好的导体棒ab和cd可以自由滑动。当导体棒ab在外力F的作用下向右运动时，下列说法中正确的是( )
A．导体棒cd内有电流通过，方向是d→c
B．导体棒cd内有电流通过，方向是c→d
C．磁场对导体棒cd的作用力向左
D．磁场对导体棒ab的作用力向左
5. （多选）(2023·贵州五校联考)如图所示，在匀强磁场中，放有一与线圈D相连接的平行导轨，要使放在线圈D中的线圈A(A、D两线圈同心共面)各处受到沿半径方向指向圆心的力，金属棒MN的运动情况可能是( )
A．匀速向右 B．加速向左
C．加速向右 D．减速向左
6. (2023·广东广州名校联考)如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖
直螺线管b，二者轴线重合，螺线管b与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路．若将滑动变阻器的滑片
P向下滑动，下列表述正确的是( )
A．线圈a中将产生沿顺时针方向(俯视)的感应电流 B．穿过线圈a的磁通量减小
C．线圈a有扩张的趋势 D．线圈a对水平桌面的压力FN将增大
7.(2023·河南焦作质检)如图所示，在一有界匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，虚线为有界磁场的左边界，导轨跟圆形线圈M相接，图中线圈N与线圈M共面、彼此绝缘，且两线圈的圆心重合，半径RM