新高考物理一轮复习考点练习考向20 电磁感应定律（含解析）

这是一份新高考物理一轮复习考点练习考向20 电磁感应定律（含解析），共15页。试卷主要包含了感应电流的有无、方向，楞次定律推论，感应、楞次、受力运动，电动势的计算，1 m、总电阻为0，【答案】B等内容，欢迎下载使用。
1.感应电流的有无、方向
2.楞次定律推论
3.感应、楞次、受力运动
4.电动势的计算
【例题1】置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线，与套在铁芯上部的线圈A相连.套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平光滑导轨上，如图16所示.导轨上有一根金属棒ab静止处在垂直于纸面向外的匀强磁场中.下列说法正确的是( )
A.圆盘顺时针加速转动时，ab棒将向右运动
B.圆盘顺时针匀速转动时，ab棒将向右运动
C.圆盘顺时针减速转动时，ab棒将向右运动
D.圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向左运动
【答案】C
【例题2】(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图6所示.铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触.圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中.圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是( )
A.若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定
B.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动
C.若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化
D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍
【答案】AB
【解析】将圆盘看成无数幅条组成，它们都在切割磁感线从而产生感应电动势和感应电流，则当圆盘顺时针(俯视)转动时，根据右手定则可知圆盘上感应电流从边缘流向中心，流过电阻的电流方向从a到b，B对；由法拉第电磁感应定律得感应电动势E＝BLeq \x\t(v)＝eq \f(1,2)BL2ω，I＝eq \f(E,R＋r)，ω恒定时，I大小恒定，ω大小变化时，I大小变化，方向不变，故A对，C错；由P＝I2R＝eq \f(B2L4ω2R,4R＋r2)知，当ω变为原来的2倍时，P变为原来的4倍，D错.

一、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。Φ变化的方式有多种，如导体切割磁感线、闭合线圈的B变化、闭合线圈的S变化等。
3.注意
当闭合导体回路的磁通量发生变化的时候，导体就产生感应电动势。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。并不是磁通量变化就有感应电流。
二、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.
辅助理解：这里涉及两个磁场。一个是导体外在磁场1，另一个是导体自身产生的磁场2。楞次定律的内容可以理解为因磁场1的变化，导致磁场2的产生，而磁场2永远是“阻碍”磁场1的“变化”的。
2.右手定则
图2
(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.
(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流.
楞次定律的判断跟右手定则的判断是相同的，只是对于不同的情况，使用的便利性不同而已。
对于导体而言，用右手定则更方便；对于闭合线圈，则是用楞次定律更方便。
三、法拉第电磁感应定律
1.法拉第电磁感应定律
(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.
(2)公式：E＝neq \f(ΔΦ,Δt)，其中n为线圈匝数.
(3)感应电流与感应电动势的关系：遵循闭合电路的欧姆定律，即I＝eq \f(E,R＋r).
(4)说明：①当ΔΦ仅由B的变化引起时，则E＝neq \f(ΔB·S,Δt)；当ΔΦ仅由S的变化引起时，则E＝neq \f(B·ΔS,Δt)；当ΔΦ由B、S的变化同时引起时，则E＝neq \f(B2S2－B1S1,Δt)≠neq \f(ΔB·ΔS,Δt).②磁通量的变化率eq \f(ΔΦ,Δt)是Φ－t图象上某点切线的斜率.
E＝neq \f(ΔΦ,Δt)这个式子一般用于求线圈产生的电动势。此时线圈相当于整个电路的“电源”。
2.导体切割磁感线时的感应电动势
(1)导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用E＝Blv求出，式中l为导体切割磁感线的有效长度；
有效长度：导体与v垂直方向上的投影长度。图中有效长度分别为：
甲， SKIPIF 1 < 0 ；乙，沿v1方向运动时为 SKIPIF 1 < 0 ，沿v2方向运动时为0；
丙，沿v1方向运动时为 SKIPIF 1 < 0 ，沿v2方向运动时为0，沿v3方向运动时为R。
(2)导体棒在磁场中转动时，导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E＝Bleq \x\t(v)＝eq \f(1,2)Bl2ω(平均速度等于中点位置的线速度eq \f(1,2)lω).
考点: 感应电流的有无、方向
【例题3】(多选)如图所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系.四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图中所示，当两直导线中的电流都增大时，四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是( )
A.线圈a中有感应电流
B.线圈b中有感应电流
C.线圈c中无感应电流
D.线圈d中无感应电流
【例题3】【答案】AD
【例题4】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
【例题4】【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.
考点: 楞次定律推论
【例题5】如图所示，光滑平行导轨M、N固定在同一水平面上，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时( )
P、Q将互相靠拢
P、Q将互相远离
磁铁的加速度仍为g
磁铁的加速度大于g
【例题5】【答案】A
【解析】
解法一 根据楞次定律的另一表述“感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因”，本题中“原因”是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近.所以，P、Q将互相靠拢且磁铁的加速度小于g，选项A正确.
解法二 设磁铁下端为N极，根据楞次定律可判断出P、Q中的感应电流方向，如图所示，根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向，可见，P、Q将相互靠拢.由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律知，磁铁将受到向上的反作用力，从而加速度小于g.当磁铁下端为S极时，根据类似的分析可得到相同的结论，选项A正确.
【例题6】在水平面内有一固定的U型裸金属框架，框架上静止放置一根粗糙的金属杆ab，整个装置放在竖直方向的匀强磁场中，如图13所示.下列说法中正确的是( )
A.只有当磁场方向向上且增强，ab杆才可能向左移动
B.只有当磁场方向向下且减弱，ab杆才可能向右移动
C.无论磁场方向如何，只要磁场减弱，ab杆就可能向右移动
D.当磁场变化时，ab杆中一定有电流产生，且一定会移动
【例题6】【答案】C
【解析】由楞次定律可知，当闭合回路的磁通量增大时，导体棒将向左移动，阻碍磁通量的增加，当闭合回路的磁通量减小时，导体棒将向右运动，以便阻碍磁通量的减小，与磁场方向无关，故选C.
考点: 感应、楞次、受力运动
【例题7】(多选)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
【例题7】【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，无感应电流出现，A错；当导体棒向左做减速运动时，由右手定则可判定回路中出现了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中出现顺时针方向的感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引，B对；同理可判定C对，D错.
【例题8】(多选)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的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ在一外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是( )
向右加速运动
向左加速运动
向右减速运动
向左减速运动
【例题8】【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))MN中的感应电流方向为M→Neq \(―――→,\s\up7(安培定则))L1中感应电流的磁场方向向上eq \(―――→,\s\up7(楞次定律))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))PQ中电流方向为Q→P且减小eq \(―――→,\s\up7(右手定则))向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强eq \(―――→,\s\up7(安培定则))PQ中电流方向为P→Q且增大eq \(―――→,\s\up7(右手定则))向左加速运动.
考点：电动势的计算
【例题9】(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直.边长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图5甲所示.已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场.线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正).下列说法正确的是( )
A.磁感应强度的大小为0.5 T
B.导线框运动的速度的大小为0.5 m/s
C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外
D.在t＝0.4 s至t＝0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1 N
【例题9】【答案】BC
【解析】由Et图象可知，导线框经过0.2 s全部进入磁场，则速度v＝eq \f(l,t)＝eq \f(0.1,0.2) m/s＝0.5 m/s，选项B正确；由题图乙可知，E＝0.01 V，根据E＝Blv得，B＝eq \f(E,lv)＝eq \f(0.01,0.1×0.5) T＝0.2 T，选项A错误；根据右手定则及正方向的规定可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，选项C正确；在t＝0.4 s至t＝0.6 s这段时间内，导线框中的感应电流I＝eq \f(E,R)＝eq \f(0.01,0.005) A＝2 A, 所受的安培力大小为F＝BIl＝0.2×2×0.1 N＝0.04 N，
【例题10】(2015·安徽理综·19)如图7所示，abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计.已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成θ角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好).则( ）
A.电路中感应电动势的大小为eq \f(Blv,sin θ)
B.电路中感应电流的大小为eq \f(Bvsin θ,r)
C.金属杆所受安培力的大小为eq \f(B2lvsin θ,r)
D.金属杆的发热功率为eq \f(B2lv2,rsin θ)
【答案】B
【解析】电路中的感应电动势E＝Blv，感应电流I＝eq \f(E,R)＝eq \f(E,\f(l,sin θ) r)＝eq \f(Bvsin θ,r)，故A错误，B正确；金属杆所受安培力大小F＝BIeq \f(l,sin θ)＝eq \f(B2lv,r)，故C错误；金属杆的发热功率P＝I2R＝I2eq \f(l,sin θ) r＝eq \f(B2lv2sin θ,r)，故D错误.

1.下列图中能产生感应电流的是( )


2.如图所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线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( )
A.通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥
B.通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥
C.通过电阻的感应电流的方向由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由b到a，线圈与磁铁相互吸引

3.如图所示的金属圆环放在匀强磁场中，将它从磁场中匀速拉出来，下列说法正确的是( )
A.向左拉出和向右拉出，其感应电流方向相反
B.不管从什么方向拉出，金属圆环中的感应电流方向总是顺时针
C.不管从什么方向拉出，环中的感应电流方向总是逆时针
D.在此过程中感应电流大小不变

4.(多选)如图5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，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，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
5.如图所示，金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动，则( )
A.ab棒不受安培力作用
B.ab棒所受安培力的方向向右
C.ab棒向右运动速度v越大，所受安培力越大
D.螺线管产生的磁场，A端为N极

6.如图4所示，两根相距为l的平行直导轨ab、cd，b、d间连有一固定电阻R，导轨电阻可忽略不计.MN为放在ab和cd上的一导体杆，与ab垂直，其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于导轨所在平面(垂直纸面向里).现对MN施力使它沿导轨方向以速度v水平向右做匀速运动.令U表示MN两端电压的大小，下列说法正确的是( )
A.U＝eq \f(1,2)Blv，流过固定电阻R的感应电流由b经R到d
B.U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由d经R到b
C.MN受到的安培力大小FA＝eq \f(B2l2v,2R)，方向水平向右
D.MN受到的安培力大小FA＝eq \f(B2l2v,R)，方向水平向左
7.(多选)如图，两同心圆环A、B置于同一水平面上，其中B为均匀带负电绝缘环，A为导体环.当B绕轴心顺时针转动且转速增大时，下列说法正确的是( )
A.A中产生逆时针的感应电流
B.A中产生顺时针的感应电流
C.A具有收缩的趋势
D.A具有扩张的趋势

8.如图所示，金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上，在ef右侧存在有界匀强磁场B，磁场方向垂直导轨平面向下，在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导轨在同一平面内.当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后，下列有关圆环的说法正确的是( )
A.圆环内产生变大的感应电流，圆环有收缩的趋势
B.圆环内产生变大的感应电流，圆环有扩张的趋势
C.圆环内产生变小的感应电流，圆环有收缩的趋势
D.圆环内产生变小的感应电流，圆环有扩张的趋势

如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，PQMN所围的面积为S，PQ之间有阻值为R的电阻，不计导轨和导体棒的电阻.导轨所在区域内存在沿竖直方向的匀强磁场，规定磁场方向竖直向上为正方向，在0～2t0时间内磁感应强度随时间的变化情况如图乙所示，导体棒MN始终处于静止状态.下列说法正确的是( )



A.在0～t0和t0～2t0时间内，导体棒受到的导轨的摩擦力方向相同
B.在0～t0时间内，通过导体棒的电流方向为N到M
C.在t0～2t0时间内，通过电阻R的电流大小为eq \f(SB0,Rt0)
D.在0～2t0时间内，通过电阻R的电荷量为eq \f(SB0,2R)
10.如图所示，MN、PQ是两根足够长的光滑平行金属导轨，导轨间距为d，导轨所在平面与水平面成θ角，M、P间接阻值为R的电阻.匀强磁场的方向与导轨所在平面垂直，磁感应强度大小为B.质量为m、阻值为r、长度为d的金属棒放在两导轨上，在平行于导轨的拉力作用下，以速度v匀速向上运动.已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触，重力加速度为g.求：
(1)金属棒产生的感应电动势E；
(2)通过电阻R的电流I；
(3)拉力F的大小.





1.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