高中物理二轮复习——电磁感应

1、一、 感应电动势的几种表达式1. 穿过回路的磁通量发生变化时E=n，一般用来计算t时间内的感应电动势的平均值.2. 导体棒垂直切割磁感线运动时E=BLv .3. 导体棒在磁场中以其中一端为圆心转动垂直切割磁感线时E=BL2.二、 感应电动势方向(感应电流方向)的判断1. 右手定则:适用于导体切割磁感线产生感应电流的方向的判断.2. 楞次定律: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原磁通量的变化.3. 三种阻碍:(1) 阻碍原磁通量的变化增反减同.(2) 阻碍物体间的相对运动来拒去留.(3) 阻碍自身电流的变化增反减同.三、 自感现象与涡流自感电动势与导体中的电流变化率成

2、正比，比例系数称为导体的自感系数L.线圈的自感系数L跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系.线圈的横截面积越大，线圈越大，匝数越多，它的自感系数就越大.带有铁芯的线圈其自感系数比没有铁芯的大得多.能力提升楞次定律和右手定则的应用楞次定律和右手定则用于判断感应电流的方向.楞次定律的应用步骤概括为“一原、二感、三电流”.右手定则是楞次定律的特例，用于判断导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况.楞次定律的应用拓展为:(1) 阻碍原磁通量的变化“增反减同”;(2) 阻碍相对运动“来拒去留”;(3) 使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”;(4) 阻碍原电流的变化(自感现象)“增反减同”.例1(多选)

3、(2014·启东中学)如图所示，水平放置的金属圆环沿着条形磁铁的竖直轴线自由下落.则它在穿过条形磁铁的过程中()A. 圆环的感应电流方向改变一次B. 圆环的感应电流方向没有改变C. 圆环所受的安培力始终为阻力D. 圆环所受的安培力先为阻力，后为动力思维轨迹:解析:由图示可知，在圆环下落过程中，穿过圆环的磁场方向向上，在圆环靠近磁铁时，穿过圆环的磁通量变大，在圆环远离磁铁时穿过圆环的磁通量减小，由楞次定律根据“来拒去留”的特点可知，圆环先受到向上的排斥力后受到向上的吸引力;从上向下看，圆环中的感应电流先沿顺时针方向，后沿逆时针方向，故A正确，B错误;在圆环下落过程中，圆环中产生感应电流

4、，根据“来拒去留”的特点可知，圆环在整个下落过程中所受的安培力始终为阻力，故C正确，D错误.答案:AC变式训练1(2014·广东)如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块()A. 在P和Q中都做自由落体运动B. 两个下落过程中的机械能都守恒C. 在P中的下落时间比在Q中的长D. 落至底部时在P中的速度比在Q中的大解析:磁块在铜管中运动时，铜管中产生感应电流，根据楞次定律，磁块会受到向上的磁场力，因此磁块下落的加速度小于重力加速度，且机械能不守恒，选项A、B错误;磁块在塑料管中运动时，只受重力的作用，做自由落

5、体运动，机械能守恒，磁块落至底部时，根据直线运动规律和功能关系，磁块在P中的下落时间比在Q中的长，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项C正确，选项D错误.答案:CE=n的应用因穿过电路的磁通量变化而发生电磁感应现象时，通常用法拉第电磁感应定律E=n计算感应电动势.若为恒定，则感应电动势恒定.若为变化量，则E=n计算的是t时间内的平均感应电动势，当t0时，E=n的极限值等于瞬时感应电动势.例2(多选)(2014·四川)如图所示，在电阻不计的水平光滑U形金属框上固定两个光滑竖直玻璃挡板H、P，且H、P的间距很小.质量为0.2 kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框良好

6、接触并围成边长为1 m的正方形，其等效电阻为0.1 .此时在整个空间加上方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化的规律是B=(0.4-0.2t) T，图示磁场方向为正方向.框、挡板和杆不计形变.则()A. t=1 s时，金属杆中感应电流方向从C到DB. t=3 s时，金属杆中感应电流方向从D到CC. t=1 s时，金属杆对挡板P的压力大小为0.1 ND. t=3 s时，金属杆对挡板H的压力大小为 0.2 N思维轨迹:解析:由于B=(0.4-0.2t) T，在t=1 s时穿过平面的磁通量向下并减少，则根据楞次定律可以判断，金属杆中感应电流方向从C到D，A正确

7、;在t=3 s时穿过平面的磁通量向上并增加，则根据楞次定律可以判断，金属杆中感应电流方向仍然是从C到D，B错误;由法拉第电磁感应定律得E=Ssin 30°=0.1 V，由闭合电路的欧姆定律得电路电流I=1 A，在t=1 s时，B=0.2 T，方向斜向下，电流方向从C到D，金属杆对挡板P的压力水平向右，大小为FP=BILsin 30°=0.1 N，C正确;同理，在t=3 s时，金属杆对挡板H的压力水平向左，大小为FH=BILsin 30°=0.1 N，D错误.答案:AC变式训练2(2014·安徽)英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场.如

8、图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为+q的小球.已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()A. 0B. r2qk C. 2r2qkD. r2qk解析:由法拉第电磁感应定律可知，沿圆环一周的感生电动势E感=·S=k·r2，电荷环绕一周，受环形电场的加速作用，应用动能定理可得W=qE感=r2qk.选项D正确.答案:DE=Blv的应用1. E=Blv是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式，不具有普遍适用性，仅适用于计算一段导体因切割磁感线而产生的感应电动势，且在匀

9、强磁场中B、l、v三者必须互相垂直.2. 当v是切割运动的瞬时速度时，算出的是瞬时电动势;当v是切割运动的平均速度时，算出的是一段时间内的平均电动势.3. 若切割磁感线的导体是弯曲的，l应理解为有效切割长度，即导体在垂直于速度方向上的投影长度.例3(2014·苏北四市二模)如图所示，相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ与水平面的夹角为， N、Q两点间接有阻值为R的电阻.整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下.将质量为m、阻值也为R的金属杆ab垂直放在导轨上，杆ab由静止释放，下滑距离x时达到最大速度.重力加速度为g，导轨电阻不计，杆与导轨接触良好

10、.求:(1) 杆ab下滑的最大加速度.(2) 杆ab下滑的最大速度.(3) 上述过程中，杆上产生的热量.思维轨迹:解析:(1) 设ab杆下滑到某位置时速度为v，则此时杆产生的感应电动势E=BLv.回路中的感应电流I=.杆所受的安培力F=BIL.根据牛顿第二定律有mgsin -=ma.当速度v=0时，杆的加速度最大，最大加速度am=gsin ，方向沿导轨平面向下.(2) 由(1)问知，当杆的加速度a=0时，速度最大，最大速度vm=，方向沿导轨平面向下.(3) ab杆从静止开始到最大速度过程中，根据能量守恒定律有mgxsin =Q总+m，又Q杆=Q总，所以Q杆=mgxsin -.答案:(1) gs

11、in 方向沿导轨平面向下(2) 方向沿导轨平面向下(3) mgxsin -变式训练3(2014·淮安调研)如图所示，宽度为L=0.4 m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，其一端与阻值R=0.15 的电阻相连，导轨处于磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面.将质量m=0.1 kg、电阻r=0.05 的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直.t=0时起棒在水平外力F的作用下向右做初速度v0=2 m/s、加速度a=1 m/s2的匀加速运动.求:(1) t=1 s时回路中的电流.(2) t=1 s时外力F的大小.(3) 第1 s内通过棒的电荷量.解析:(1) t=1 s时，

12、棒的速度为v1=v0+at=3 m/s.此时由于棒切割磁感线产生的电动势为E=BLv1=0.6 V.根据闭合电路欧姆定律可知，此时回路中的感应电流为I=3 A.(2) 对棒，根据牛顿第二定律有F-ILB=ma.解得t=1 s时外力F的大小为F=ILB+ma=0.7 N.(3) 在t=1 s时间内，棒的位移为x=v0t+at2.根据法拉第电磁感应定律可知，在这段时间内，棒的平均感应电动势为=.根据闭合电路欧姆定律可知，在这段时间内，回路中的平均感应电流为=.则在第1 s时间内，通过棒的电荷量为q=t.联立以上各式解得q=2.5 C.答案:(1) 3 A(2) 0.7 N(3) 2.5 C自感、涡

13、流问题分析解决自感现象问题的关键在于认真分析电路，在开关闭合瞬间，线圈可认为是断路，通过线圈的电流由零逐渐增大;在电流稳定时，理想线圈(无电阻)可认为是短路，有电阻的线圈可认为是定值电阻;在断开开关时，如果能构成回路，则线圈等效为一个电源，回路中的电流由电路稳定时线圈中的电流值逐渐减小.例4(多选)(2014·南通二模)低频电涡流传感器可用来测量自动化生产线上金属板的厚度.如图所示，在线圈L1中通以低频交变电流，它周围会产生交变磁场，其正下方有一个与电表连接的线圈L2，金属板置于L1、L2之间.当线圈L1产生的变化磁场透过金属板，L2中会产生感应电流.由于金属板厚度不同，吸收电磁能量

14、的强弱不同，导致L2中感应电流的强弱不同，则()A. 金属板吸收电磁能量，是由于穿过金属板的磁场发生变化，板中产生涡流B. 金属板越厚，涡流越弱C. L2中产生的是直流电D. L2中产生的是与L1中同频率的交变电流思维轨迹:根据变化的电流产生变化的磁场，导致金属板有变化的电场，从而出现涡流，使电磁能量转化为内能，板越厚，产生内能越多，由电磁感应可知，L2中产生的是与L1中同频率的交变电流，从而即可求解.解析:变化的磁场会产生电场，将金属板放在变化的磁场中，金属板中的电子在电场力的作用下定向移动，形成涡流，产生热量，该热量由电磁能转化而来，选项A正确;根据电阻定律R=，金属板越厚，横截面积越大，

15、电阻越小，涡流越强，选项B错误;L1中通以交变电流，在其周围产生的是交变磁场，该交变磁场决定了线圈L2中磁感应强度的变化率，所以线圈L2中产生的是与L1同频率的交变电流，选项C错误，选项D正确.答案:AD变式训练4(多选)(2014·江苏模拟)涡流电导仪利用涡流原理工作，当通有交变电流的检测线圈靠近被检工件时，工件表面出现电磁涡流，该涡流同时产生一个磁场，作用于检测线圈.若金属工件存在缺陷，就会改变涡流磁场的强度及分布，导致检测线圈电流发生变化，通过检测这个变化就可发现材料有无缺陷.关于涡流电导仪，下列说法中正确的是()A. 涡流电导仪也可以用于绝缘体的检测B. 导体中产生的涡流，其

16、频率与检测线圈中的交变电流频率相同C. 若金属工件存在裂缝，涡流磁场的强度会增大D. 涡流产生磁场的同时，材料中也会产生电热解析:绝缘体中没有涡流产生，涡流电导仪不能用于绝缘体的检测，故A错误;根据法拉第电磁感应定律可知，导体中产生的涡流，其频率与检测线圈中交变电流的频率相同，故B正确;若金属工件存在裂缝，电阻增加，涡流磁场的强度会减小，故C错误;涡流产生磁场的同时，根据焦耳定律，材料中也会产生电热，故D正确.答案:BD变式训练5(2014·南通二模)如图所示的电路中，A1、A2是两个指示灯，L是自感系数很大的线圈，电阻R的阻值较小，开始时开关S1断开、S2闭合.现闭合S1，一段时间

17、后电路稳定，下列说法中正确的是()A. 闭合S1，通过电阻R的电流先增大后减小B. 闭合S1，A1亮后逐渐变暗C. 闭合S1，A2逐渐变亮，然后亮度不变D. 断开电路时，为保护负载，应先断开S2，再断开S1解析:闭合S1，自感线圈L立刻产生感应电动势，阻碍电流的增加，阻碍不等于阻止，所以通过电阻R的电流逐渐增大，然后不变，选项A错误;电路右侧两条支路并联，自感线圈L的感抗逐渐减小，则并联总阻值不断减小，所以干路电流逐渐增大，灯泡A1逐渐变亮，选项B错误;因并联总阻值不断减小，并联电路两端的电压不断减小，灯泡A2逐渐变暗，选项C错误;断开电路时，若先不断开开关S2，自感系数很大的线圈L产生很大的

18、断电自感电动势，自感线圈L、电阻R、灯泡A2与负载构成闭合回路，有很大的电流通过负载，为保护负载，断电前应先断开S2，选项D正确.答案:D能力呈现【考情分析】 201220132014电磁感应基本问题分析T12:电磁感应定律T13:电磁感应定律T1:电磁感应定律、楞次定律T7:涡流【备考策略】电磁感应是电磁学中最为重要的内容，也是高考命题频率最高的内容之一.题型多为选择题、计算题.主要考查电磁感应、楞次定律、法拉第电磁感应定律、自感等知识.复习中要熟练掌握感应电流的产生条件、感应电流的方向判断、感应电动势的计算、自感现象的分析等.1. (2014·新课标)在法拉第时代，下列验证“由磁

19、产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A. 将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B. 在一通电线圈旁放置一个连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C. 将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D. 绕在同一铁环上的两个线圈，分别接上电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化解析:产生感应电流的条件是:只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电流.本题中的A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化，不满足产生感应电流的条件，故A、B不正确;C选项虽然在插入条形磁铁瞬间电路中的磁

20、通量发生变化，但是当人到相邻房间时，电路已达到稳定状态，电路中的磁通量不再发生变化，故观察不到感应电流;在给线圈通电、断电瞬间，会引起闭合回路磁通量的变化，产生感应电流，因此D选项正确.答案:D2. (2014·盐城三模)金属探测器已经广泛应用于安检场所，关于金属探测器，下列说法中正确的是()A. 金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中B. 金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流C. 金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流D. 探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动探测效果相同解析:金属探测器只能探测金属，不能用于食品中细小砂石颗粒的探测，故A错误

21、;金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，故B错误、C正确;探测过程中金属探测器应与被测物体有相对运动，相对静止时无法得出探测效果，故D错误.答案:C3. (多选)(2014·扬州中学)一环形线圈放在匀强磁场中，设第1 s内磁感线垂直线圈平面向里，如图甲所示.若磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，则下列说法中正确的是()A. 第1 s内线圈中感应电流的大小逐渐增加B. 第2 s内线圈中感应电流的大小恒定C. 第3 s内线圈中感应电流的方向为顺时针方向D. 第4 s内线圈中感应电流的方向为逆时针方向解析:由图象分析可知，磁场在每1 s内为均匀变化，斜率恒定，线圈中产生的感应电

22、流大小恒定，因此A错误、B正确;由楞次定律可判断出第3 s和第4 s内线圈中感应电流的方向均为逆时针方向，则C错误、D正确.答案:BD4. (2014·江苏)如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中.在t时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为()A. B. C. D. 解析:根据法拉第电磁感应定律知E=n=n，这里的S指的是线圈在磁场中的有效面积，即S=，故E=n=，因此B项正确.答案:B专题十电磁感应基本问题分析1. (2014·全国)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成

23、一个很长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落，则条形磁铁在圆筒中的运动速率()A. 均匀增大B. 先增大，后减小C. 逐渐增大，最后趋于不变D. 先增大，再减小，最后不变2. (多选)(2014·上海)如图所示，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形.则磁场()A. 逐渐增强，方向向外B. 逐渐增强，方向向里C. 逐渐减弱，方向向外D. 逐渐减弱，方向向里3. (多选)(2014·山东)如图所示，一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内，通有恒定电流的长直绝缘导线垂直固定并紧靠轨道，导体棒

24、与轨道垂直且接触良好，在向右匀速通过M、N两区域的过程中，导体棒所受的安培力分别用FM、FN表示.不计轨道电阻.下列说法中正确的是()A. FM向右B. FN向左C. FM逐渐增大D. FN逐渐减小4. (多选)(2014·江苏) 如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来.若要缩短上述的加热时间，下列措施可行的是()A. 增加线圈的匝数B. 提高交流电源的频率C. 将金属杯换为瓷杯D. 取走线圈中的铁芯5. (多选)(2014·海安中学)如图所示的两个电路中，A、B是两个完全相同的电灯泡，两个电源的电动势相等，内阻都是r，C为电容器，L为电感线圈，电阻为RL，RL小于灯泡电阻R，下列说法中正确的是()A. 闭合开关，A先亮后再熄灭B. 闭合开关，电路稳定后A比B亮C. 断开开关，A中电流立即为零D. 断开开关，B