2023年高考物理二轮复习教案：电磁感应的规律及应用 含解析

专题08电磁感应的避律及应用

【要点提炼】

L电磁问题中“三定则、一定律”的应用

(1)安培定则：判断运动电荷、电流产生的磁场方向。

(2)左手定则：判断磁场对运动电荷、电流的作用力的方向。

(3)楞次定律：判断闭合电路磁通量发生变化产生的感应电流的磁场方向。

(4)右手定则：判断闭合电路中部分导体切割磁感线产生的感应电流的方向。

2.楞次定律推论的应用技巧

⑴“增反减同”；(2)“来拒去留”；(3)“增缩减扩”；(4)“增离减靠”。

3.四种求感应电动势的方法

—A0

⑴平均感应电动势：E

(2)垂直切割：E=BLv。

(3)导体棒绕与磁场平行的轴匀速转动：E=

(4)线圈绕与磁场垂直的轴匀速转动：e=〃BS①sincato

4.感应电荷量的两种求法

(1)当回路中的磁通量发生变化时，由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应

电流。通过的电荷量的表达式为q=/0=7仄贰-^t=n—o

(2)导体棒做切割磁感线运动而产生感应电流时，通过的电荷量q满足关系式：-Bllkt

=-Blq=mAro

5.三步解决电磁感应中的电路问题

(1)确定电源：E=n—^E=Blva

(2)分析电路结构：分析内、外电路，以及外电路的串并联关系，画出等效电路图。

（3）应用闭合电路欧姆定律及串并联电路的基本规律等列方程求解。

6.电磁感应问题综合性较强，可结合电路分析、动力学分析、能量分析等综合考查，解

题所用知识点和方法涉及闭合电路欧姆定律、动力学观点、能量观点和动量观点。

【高考考向1电磁感应规律的理解及应用】

命题角度1楞次定律的理解及应用

例1.（2022,北京・高考真题）如图所示平面内，在通有图示方向电流/的长直导线右侧，固定一矩形金属

线框必cd,ad边与导线平行。调节电流/使得空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，则（）

ab

F

dc

A.线框中产生的感应电流方向为af—cfdfa

B.线框中产生的感应电流逐渐增大

C.线框以/边所受的安培力大小恒定

D.线框整体受到的安培力方向水平向右

【答案】D

【详解】A.根据安培定则可知，通电直导线右侧的磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度随时间均匀增

加，根据楞次定律可知线框中产生的感应电流方向为afdfcfbfa,A错误；

B.线框中产生的感应电流为

EA®SAB

r1=——=n----=n--------

RRzVRAz

空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，故线框中产生的感应电流不变，B错误；

C.线框〃/边感应电流保持不变，磁感应强度随时间均匀增加，根据安培力表达式％=故所受的

安培力变大，C错误；

D.线框所处空间的磁场方向垂直纸面向里，线框中产生的感应电流方向为a-dfcf6-a,根据左

手定则可知，线框〃边所受的安培力水平向右，线框6c边所受的安培力水平向左。通电直导线的磁场分

部特点可知ad边所处的磁场较大，根据安培力表达式G=3〃可知，线框整体受到的安培力方向水平向

右，D正确。

故选Do

反思归纳）楞次定律的理解

电磁感应的效果总要阻碍引起电磁感应的原因，列表举例说明如下:

内容例证

阻碍原磁通量变化——“增反减同”

B磁铁靠近线圈，3感与3原反向

续表

内容例证

8T二募；j

阻碍相对运动一“来拒去

、2'八

vI“磁铁远离，

留”C

鹏是引力

〃感7N、

二日1P、。是光滑固定导轨，

P

使回路面积有扩大或缩小的趋-J-/a、Z?是可动金属棒，磁铁下移，

QHT回路面积应减小，a、。靠近

势——“增缩减扩”

XXXxg

，近333减小，线圈扩张

XXXX

阻碍原电流的变化——“增反

减同”

S合上S,B先亮

阻碍原磁通量变化——“增离螺线管内电流增大，线圈A

向左运动；反之，螺线管内

Xqs

减靠”

1_电流减小，线圈A向右运动

R

:拓展训练】

1.(2022•浙江•高考真题)如图所示，将一通电螺线管竖直放置，螺线管内部形成方向竖直向上、磁感应

强度大小3=公的匀强磁场，在内部用绝缘轻绳悬挂一与螺线管共轴的金属薄圆管，其电阻率为夕、高度

为人、半径为八厚度为d(d«r),贝()

A.从上向下看，圆管中的感应电流为逆时针方向

B.圆管的感应电动势大小为包

h

C.圆管的热功率大小为烈”

2P

D.轻绳对圆管的拉力随时间减小

【答案】C

【详解)A.穿过圆管的磁通量向上逐渐增加，则根据楞次定律可知，从上向下看，圆管中的感应电流为

顺时针方向，选项A错误；

B.圆管的感应电动势大小为

E=.乃/=七》，

Nt

选项B错误；

C.圆管的电阻

圆管的热功率大小为

223

八E7rdhkr

P==-----

R2P

选项C正确；

D,根据左手定则可知，圆管中各段所受的受安培力方向指向圆管的轴线，则轻绳对圆管的拉力的合力始

终等于圆管的重力，不随时间变化，选项D错误。

故选Co

命题角度2法拉第电磁感应定律的应用

例2.（2022•江苏,高考真题）如图所示，半径为r的圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度8

随时间/的变化关系为3=41+a，B。、左为常量，则图中半径为R的单匝圆形线圈中产生的感应电动势

大小为（）

A.nkr1B.jtkR1

【答案】A

【详解】由题意可知磁场的变化率为

ABkt.

——=——二k

Att

根据法拉第电磁感应定律可知

「△①AB"?

E=-----=---------2

△tNt

故选Ao

反思归纳.

A0

1.公式E=n兀■与E=Blv的比较

A⑦

E=rr~-E=B比

At

研究回路中做切割磁感线运动的部分导

闭合回路

对象体

①若。为瞬时速度，则求的是瞬时

区别研究感应电动势

平均电动势

内容②若。为平均速度，则求的是平均

感应电动势

适用对电磁感应只适用于导体垂直切割磁感线的电

范围现象广泛适用磁感应现象

A0

E=3/o由E=〃兀■在一定条件下推导得到。导体做切割磁感线运动时，常用E=

联系

A0

B历求E;磁感应强度变化时，常用£=7?不求E

2.应用法拉第电磁感应定律时的两点注意

A0

(1)公式E=〃后求解的是一个回路中某段时间内的平均电动势，在磁通量均匀变化时,

瞬时值才等于平均值。

AB

(2)应用E=〃七求感应电动势时，S为回路在磁场范围内的有效面积。

:拓展训练】

2.-1.(2022・河北・高考真题)将一根绝缘硬质细导线顺次绕成如图所示的线圈，其中大圆面积为九小

圆面积均为邑，垂直线圈平面方向有一随时间f变化的磁场，磁感应强度大小8=综+公，和人均为常

量，则线圈中总的感应电动势大小为()

A.kStB.5ks2C.k(St-5S2)D,左(，+5s?)

【答案】D

【详解】由法拉第电磁感应定律可得大圆线圈产生的感应电动势

他二业

1AzAz1

每个小圆线圈产生的感应电动势

由线圈的绕线方式和楞次定律可得大、小圆线圈产生的感应电动势方向相同，故线圈中总的感应电动势

大小为

E=E1+5E2=k(Sl+5S2)

故D正确，ABC错误。

故选

Do

2-2.（2022,湖北,高考真题）近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原

理图如图所示。发射线圈的输入电压为220V、匝数为1100匝，接收线圈的匝数为50匝。若工作状态

下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%,忽略其它损耗，下列说法正确的是（）

B

A.接收线圈的输出电压约为8V

B.接收线圈与发射线圈中电流之比约为22:1

C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同

D,穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同

【答案】AC

【详解】A.根据

/_80%q

n2U2

可得接收线圈的输出电压约为L/2=8V；

B.由于存在磁漏现象，电流比不再与匝数成反比，故B错误；

C.变压器是不改变其交变电流的频率的，故C正确；

D,由于穿过发射线圈的磁通量与穿过接收线圈的磁通量大小不相同，所以穿过发射线圈的磁通量变化率

与穿过接收线圈的不相同，故D错误。

故选ACo

命题角度3动生感应电动势问题分析

例3.(2022・广东•模拟预测)如图所示，MN、P。为间距L=0.5m足够长的平行导轨，NQLMN。导轨平

面与水平面间的夹角。=37。，NQ间连接有一个R=5Q的电阻。有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感强度

为B=1T。将一根质量为〃z=Q05kg的金属棒M紧靠N。放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属

棒的电阻均不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行。已知金属棒与导

轨间的动摩擦因数“=05当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度，/距离NQ为s=lm。试解答以下

问题:(g=10m/s；sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大？

(2)金属棒达到的稳定速度是多大？

(3)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作仁0,从此时刻起，让磁感强度逐渐减小，可使金属棒中不产生

感应电流，则仁1s时磁感应强度应为多大？

【答案】(1)Z=0.2A；(2)2m/s；(3)0.25T

【详解】(1)达到稳定速度前，金属棒加速度逐渐减小，速度逐渐增大。达到稳定速度时，有

mgs\?\0-F安+〃加geos。

F后BIL

则

,mgsin0-pimgcos0

1=----------------------------

BL

解得

Z=0.2A

(2)根据

E二BLv

E=IR

得

IRc/

v=——=2m/s

BL

(3)当回路中的总磁通量不变时，金属棒中不产生感应电流。此时金属棒将沿导轨做匀加速运动。

mgsir\0-jLimgcosd=ma

所以

a=g(sin，-〃cosd)=10x(0.6-0.5x0.8)m/s2=2m/s2

设/时刻磁感应强度为B’,则

1八

BLs=BL(s+vZ+~at)

故f=ls时，解得磁感应强度

B'=0.25T

反思归纳）公式E=3Lo的应用

公式E=BLv适用于导体棒在匀强磁场中切割磁感线的情况，其中L为垂直于磁场和速

度方向的有效切割长度。对转动切割问题，公式中的。应为导体棒切割磁感线部分各点的平

均速度。

:拓展训练】

3.（2022•北京东城•三模）某铁路安装有一种电磁装置可以向控制中心传输信号，以确定火车的位置和运

动状态，其原理是将能产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢下面，如图甲所示（俯视图），当它经过

安放在两铁轨间的线圈时，线圈便产生一个电信号传输给控制中心。线圈边长分别为4和4,匝数为〃，

线圈和传输线的电阻忽略不计。若火车通过线圈时，控制中心接收到线圈两端的电压信号〃与时间f的关

系如图乙所示（必、加均为直线），打、芍、，3、%是运动过程的四个时刻，则火车