一轮复习 第九章 电磁感应 --知识点、历年高考相关习题

1第九章电磁感应知识点、历年高考相关习题★★★磁通量电磁感应现象楞次定律★★★★★★法拉第电磁感应定律★★★★★★自感现象日光灯★★★★★★电磁感应的综合应用★★★点击高考电磁感应综合测试卷2006考纲电磁感应考点内容说明78、电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律，楞次定律。79、导体切割磁感线时的感应电动势.右手定则。80自感现象81、日光灯ⅡⅡⅠⅠ1、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高低)200020012002理综2003理综2004理综2005理综2005理综高考分类统计分析知识脉络考纲要求电磁感应产生感应电流的条件闭合电路的部分导体做切割磁感线的运动穿过闭合电路的磁通量发生变化右手定则楞次定律感应电流的方向感应电动势的大小自感现象.日光灯单根切割：E=BLvsinθ法拉第电磁感应定律：E=nΔφ/Δt产生条件：导体本身的电流变化应用：日光灯的工作原理2选择题4666填空题5实验题计算题1318总分5176018661、本章知识点虽然不多，但是牵涉知识面广，是高考的热点内容。题目以中档题和综合题为主。2、本章选择题的重点是楞次定律和自感现象，另外磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率等概念也是常考知识点。3、电磁感应的图像问题及动态问题的分析也是近年的热点。4、本章综合题比较喜欢考：①应用牛顿第二定律解决导体切割磁感线的动力学问题，②应用动量定理、动量守恒定律解答导体切割磁感线的运动问题，③应用能的转化和守恒定律解决电磁感应问题。(返回)★★★磁通量电磁感应现象楞次定律★★★[知识要点概览]一、磁通量1．磁通量：穿过某一面积的磁感线的条数叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通，符号是φ。2．磁通量的计算：φ＝BS由于穿过垂直于磁感强度方向的单位面积的磁感线的条数等于磁感强度B，所以在匀强磁场中垂直于磁感强度平面的面积为S的磁通量可用上式计算。若磁感强度的方向与平面不垂直，其夹角为θ，则φ＝Bssinθ3．磁通量的单位：在国际单位制中磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb(1Wb＝1T×1m2)二、电磁感应现象1.电磁感应现象:不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，电磁感应中产生的电流叫感应电流.2.感应电流的产生条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化.3.感应电动势产生的条件:穿过电路的磁通量发生变化.这里不要求闭合.无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生.这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的.但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流.产生感应电动势的那部分导体相当于电源.电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流；回路不闭合，则只产生感应电动势而不产生感应电流.4.关于磁通量变化在匀强磁场中，磁通量Φ=BSsinα（α是B与S的夹角），磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有：①S、α不变，B改变，这时ΔΦ=ΔBSsinα②B、α不变，S改变，这时ΔΦ=ΔSBsinα③B、S不变，α改变，这时ΔΦ=BS(sinα2-sinα1)当B、S、α中有两个或三个一起变化时，就要分别计算Φ1、Φ2，再求Φ2-Φ1了.高考考点分析3在非匀强磁场中，磁通量变化比较复杂.有几种情况需要特别注意：①如图所示，矩形线圈沿a→b→c在条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化？如果线圈M沿条形磁铁轴线向右移动，穿过该线圈的磁通量如何变化？（穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大）②如图所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面内。当a中的电流增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？（b、c线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大.由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大.）③如图所示，虚线圆a内有垂直于纸面向里的匀强磁场，虚线圆a外是无磁场空间.环外有两个同心导线圈b、c，与虚线圆a在同一平面内.当虚线圆a中的磁通量增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？（与②的情况不同，b、c线圈所围面积内都只有向里的磁通量，且大小相同.因此穿过它们的磁通量和磁通量变化都始终是相同的.）三、楞次定律1.内容:感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.楞次定律的另一种表达:感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因.这里的效果可以是感应电流产生的磁场，也可以是因感应电流的出现而引起的机械作用.若问题不涉及感应电流的方向，用这种表述判定比较方便.2.对楞次定律的理解楞次定律揭示了判定感应电流方向的规律，即“感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”“阻碍”两字是该定律的核心，只有深刻理解“阻碍”的含义，才能正确掌握定律的实质。①阻碍不是“阻止”，因磁通量的变化是引起感应电流的必要条件，若这种变化被阻止，也就不可能继续产生感应电流了。其实质是感应电流的磁场阻碍了原磁通量的变化速率。②阻碍不是“相反”，如果将阻碍理解成感应电流的磁场总是与原磁场方向相反，则楞次定律就违背了电磁感应现象也必须符合能量守恒定律这个自然界的基本法则。正确的是当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁通量减弱时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，可归纳为“增反减同”。③楞次定律与右手定则的应用对象不同，楞次定律的研究对象是整个回路，而右手定则却是一段做切割磁感线运动的导线。但二者是统一的。解题时应根据研究对象的不同灵活选择。④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能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。⑤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“来拒去留”。3.右手定则:对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况，右手定则和楞次定律的结论是完全一致的这时，用右手定则更方便一些.4.用楞次定律判断感应电流的步骤楞次定律的应用应该严格按以下四步进行：①确定原磁场方向；②判定原磁场如何变化（增大abcabcacbMNSbca4还是减小）；③确定感应电流的磁场方向（增反减同）；④根据安培定则判定感应电流的方向.[例题精析]例1.如图所示，有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？解:由于磁感线是闭合曲线，内环内部向里的磁感线条数和内环外部向外的所有磁感线条数相等，所以外环所围面积内（这里指包括内环圆面积在内的总面积，而不只是环形区域的面积）的总磁通向里、增大，所以外环中感应电流磁场的方向为向外，由安培定则，外环中感应电流方向为逆时针.例2.如图所示，闭合导体环固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？解:从“阻碍磁通量变化”来看，当条形磁铁的中心恰好位于线圈M所在的水平面时，磁铁内部向上的磁感线都穿过了线圈，而磁铁外部向下穿过线圈的磁通量最少，所以此时刻穿过线圈M的磁通量最大.因此全过程中原磁场方向向上，先增后减，感应电流磁场方向先下后上，感应电流先顺时针后逆时针.从“阻碍相对运动”来看，线圈对应该是先排斥（靠近阶段）后吸引（远离阶段），把条形磁铁等效为螺线管，该螺线管中的电流是从上向下看逆时针方向的，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”，感应电流方向应该是先顺时针后逆时针的，与前一种方法的结论相同.例3.如图所示，O1O2是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场.以下哪些情况下abcd中有感应电流产生？方向如何？A.将abcd向纸外平移B.将abcd向右平移C.将abcd以ab为轴转动60°D.将abcd以cd为轴转动60°解:A、C两种情况下穿过abcd的磁通量没有发生变化，无感应电流产生.B、D两种情况下原磁通向外，减少，感应电流磁场向外，感应电流方向为abcd.例4.如图所示装置中，cd杆原来静止.当ab杆做如下那些运动时，cd杆将向右移动？A.向右匀速运动B.向右加速运动C.向左加速运动D.向左减速运动解:ab匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变化，L2中无感应电流产生，cd保持静止，A不正确；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下，增大，通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理C不正确，D正确.选B、D.例5.如图所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区域内有一垂直纸面向里的磁场，螺线管下方水平桌面上有一导线圆环.导线abcd所围区域内的磁场按下图所示的哪一方式随时间变化时，导线圆环对桌面的压力小于其重力？（A）例6.如图所示，圆形线圈中串联了一个平行板电容器，圆形线圈中有磁场，磁感应强度随时间按正弦规律变化.以垂直纸面向里的磁场为正，从t=0开始，在平行板电容器中点释放一个电子，若电子运动中不会碰到极板，关于电子在一个周期内的加速度的判断正确的是（A）adbcO1O2cadbL2L1NSv0MBdcbaAOtBBOtBCOtBDOtBBt/sOT/4TT/23T/45A.第一个4T内加速度方向向上，大小越来越小B.第二个4T内加速度方向向上，大小越来越大C.第三个4T内加速度方向向下，大小越来越大D.第四个4T内加速度方向向下，大小越来越小例7.如图所示，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b.当条形磁铁如图向下移动时（不到达导轨平面），a、b将如何移动？解:若按常规用“阻碍磁通量变化”判断，则需要根据下端磁极的极性分别进行讨论，比较繁琐.而且在判定a、b所受磁场力时.应该以磁极对它们的磁场力为主，不能以a、b间的磁场力为主（因为它们的移动方向由所受的合磁场的磁场力决定，而磁铁的磁场显然是起主要作用的）.如果注意到：磁铁向下插，通过闭合回路的磁通量增大，由Φ=BS可知磁通量有增大的趋势，因此S的相应变化应该是阻碍磁通量的增加，所以a、b将互相靠近.这样判定比较起来就简便得多.例8.如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b.将条形磁铁沿它们的正中向下移动（不到达该平面），a、b将如何移动？解:根据Φ=BS，磁铁向下移动过程中，B增大，所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势，由于S不可改变，为阻碍增大，导体环应该尽量远离磁铁，所以a、b将相互远离.例9.如图所示，用丝线将一个闭合金属环悬于O点，虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场，金属环的摆动会很快停下来.试解释这一现象.若整个空间都有垂直于纸面向外的匀强磁场，会有这种现象吗？解:只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时（无论是进入还是穿出），由于磁通量发生变化，环内一定有感应电流产生.根据楞次定律，感应电流将会阻碍相对运动，所以摆动会很快停下来，这就是电磁阻尼现象.还可以用能量守恒来解释：有电流产生，就一定有机械能向电能转化，摆的机械能将不断减小.若空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量不变化，无感应电流，不会阻碍相对运动，摆动就不会很快停下来.例10.超导是当今高科技的热点之一.当一块磁体靠近超导体时，超导体中会产生强大的电流，对磁体有排斥作用.这种斥力可使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车就采用了这项技术.磁体悬浮的原理是下述中的（D）①超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相同②超导体电流的磁场与磁体的磁场相斥③超导体使磁体处于失重状态④超导体对磁体的磁力与磁体的重力相平衡A.①③B.①④C.②③D.②④分析：当磁体靠近超导体时，超导体的磁通量增加，由楞