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第十单元　电磁感应
一、考情分析
1．高考着重考查的知识点有：电磁感应现象、产生感应电流的条件、楞次定律、法拉第电磁感应定律．
2．从近年来高考命题趋势看，结合图象综合考查楞次定律和电磁感应定律的应用为选择题的命题热点；以导轨＋导体棒模型为载体，以近代科技、生活实际为背景，考查电磁感应规律与力学、电路知识的综合应用，是计算题(或选择题)的命题热点．
二、知识特点
本单元知识上连磁场、下连交变电流，起到承上启下的作用，其主要特点有：
1．本单元涉及的概念较抽象，比如：磁通量、感应电动势、自感等；楞次定律、法拉第电磁感应定律是求解电磁感应问题的两个基本规律．
2．电磁感应常通过“导体棒＋导轨”模型、“线圈穿过有界磁场”模型与电路、力学、能量、动量等内容相结合形成综合性问题，考查学生的分析综合能力．
三、复习方法
1．深刻理解基本概念和基本规律，领会它们之间的区别与联系，比如：Φ、ΔΦ与，E＝n与E＝Blv.
2．透彻理解两个基本定律(楞次定律、法拉第电磁感应定律)，熟练掌握三个定则(安培定则、左手定则、右手定则)，能应用它们解决电磁感应与电路、力学、能量、动量等知识的综合问题．
第1讲　电磁感应现象　楞次定律
考纲考情 核心素养
?电磁感应现象Ⅰ ?磁通量Ⅰ
?楞次定律Ⅱ ?磁通量、电磁感应现象. 物理观念
全国卷5年6考 高考指数★★★★★ ?应用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向. 科学思维
　　　　　　　　　　　　　　　　
知识点一 磁通量
1．概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积．
2．公式：Φ＝BS.
3．适用条件：
(1)匀强磁场．
(2)S为垂直磁场的有效面积．
4．磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)．
5．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：Φ＝BS3.
知识点二 电磁感应现象
1．电磁感应现象
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的现象．
2．产生感应电流的条件
(1)闭合导体回路；(2)磁通量发生变化．
知识点三 感应电流的方向
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．
2．右手定则
(1)内容：如图，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个平面内；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．
1．思考判断
(1)1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．(　√　)
(2)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生．(　×　)
(3)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关．(　√　)
(4)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生．(　√　)
(5)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势．(　√　)
(6)由楞次定律知，感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反．(　×　)
2．如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(　A　)
A．1?1　　　　　　　　 B．1?2
C．1?4 D．4?1
解析：根据Φ＝BS，S为有磁场的部分且与磁场垂直的有效面积，因此a、b两线圈的有效面积相等，故磁通量之比Φa?Φb＝1?1，选项A正确．
3．(多选)如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动．拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，看到的现象及现象分析正确的是(　BD　)
A．磁铁插向左环，横杆发生转动
B．磁铁插向右环，横杆发生转动
C．磁铁插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流
D．磁铁插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流
解析：左环不闭合，磁铁插向左环时，产生感应电动势，不产生感应电流，环不受力，横杆不转动，故A、C错误；右环闭合，磁铁插向右环时，环内产生感应电流，环受到磁场的作用，横杆转动，故B、D正确．
4.如图所示，两个线圈A、B套在一起，线圈A中通有电流，方向如图所示．当线圈A中的电流突然增强时，线圈B中的感应电流方向为(　A　)
A．沿顺时针方向
B．沿逆时针方向
C．无感应电流
D．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向
解析：由安培定则可判断，线圈A中电流在线圈内产生的磁场向外，在线圈外产生的磁场向里，穿过线圈B的合磁通量向外．当线圈A中的电流增大时，产生的磁场增强，通过线圈B的磁通量增加，由楞次定律可知线圈B中的感应电流方向为顺时针方向，故A正确．
5．如图所示是法拉第在1831年做电磁感应实验的示意图，铁环上绕有A、B两个线圈，线圈A接直流电源，线圈B接电流表和开关S.通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件，分析这个实验，下列说法中正确的是(　C　)
A．闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流
B．闭合开关S的瞬间，电流表G中有b→a的感应电流
C．闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流表G中有b→a的感应电流
D．闭合开关S后，向右滑动变阻器滑动触头，电流表G指针不偏转
解析：闭合开关S的瞬间，穿过线圈B的磁通量不发生变化，电流表G中无感应电流，故A、B错误；闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流减小，则通过线圈B的磁通量减小了，根据右手螺旋定则可确定穿过线圈B的磁场方向，再根据楞次定律可得：电流表G中有b→a的感应电流，故C正确；闭合开关S后，向右滑动变阻器滑动触头，导致穿过线圈B的磁通量变化，则电流表中有电流，因而电流表G指针会偏转，故D错误．
　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　
考点1　电磁感应现象的理解与判断
1．磁通量发生变化的三种常见情况
(1)磁场强弱不变，回路面积改变．
(2)回路面积不变，磁场强弱改变．
(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变．
2．判断是否产生感应电流的流程
(1)确定研究的回路．
(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定穿过该回路的磁通量Φ.
(3)Φ不变→无感应电流．
Φ变化→
1．(多选)如图所示，将带铁芯的线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连接到灵敏电流计上，把线圈A放进线圈B的里面．下面几种情况，灵敏电流计指针可能有偏转的是(　ACD　)
A．闭合开关瞬间
B．开关闭合且电路稳定后
C．开关闭合，拔出线圈A的过程
D．开关闭合，将滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程
解析：感应电流产生的条件是闭合回路中通过线圈的磁通量发生变化，闭合开关瞬间有磁通量变化，有感应电流，A正确；开关闭合且电路稳定后，电流不再发生变化，通过线圈B的磁通量无变化，无感应电流，B错误；拔出线圈A，则通过线圈B的磁通量减小，有感应电流，C正确；滑片P滑动，滑动变阻器接入电路的电阻发生变化，电流发生变化，线圈A产生的磁场发生变化，则通过线圈B的磁通量发生变化，有感应电流，D正确．
2．有人根据条形磁铁的磁场分布情况用塑料制作了一个模具，模具的侧边界刚好与该条形磁铁的磁感线重合，如图所示．另取一个柔软的弹性导体线圈套在模具上方某位置，线圈贴着模具上下移动的过程中，下列说法正确的是(地磁场很弱，可以忽略)(　B　)
A．线圈切割磁感线，线圈中产生感应电流
B．线圈紧密套在模具移动过程中，线圈中没有感应电流产生
C．由于线圈所在处的磁场是不均匀的，故而不能判断线圈中是否有感应电流产生
D．若线圈平面放置不水平，则移动过程中会产生感应电流
解析：本题考查电磁感应现象．根据题述可知，模具的侧边界刚好与该条形磁铁的磁感线重合，柔软的弹性导体线圈套在模具上方某位置，线圈贴着模具上下移动的过程中，线圈中磁通量不变，所以线圈紧密套在模具上移动的过程中线圈中没有感应电流产生，选项B正确，A、C、D错误．
3．如图所示，条形磁铁以速度v向螺线管靠近，下面几种说法中正确的是(　B　)
A．螺线管中不会产生感应电流
B．螺线管中会产生感应电流
C．只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流
D．只有在磁铁在磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流
解析：当条形磁铁以速度v向螺线管靠近，穿过螺线管的磁通量增大，则螺线管中会产生感应电流，与磁铁的速度、磁铁的磁性强弱无关，故B正确．
考点2　楞次定律的理解与应用
楞次定律中“阻碍”的含义
如图所示，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
【分析】　金属杆PQ突然向右切割磁感线，应用右手定则可判断感应电流的方向．PQRS中感应电流产生的磁场会使T中的磁通量变化，又会使T中产生感应电流，根据楞次定律判定T中感应电流的方向．
【解析】　金属杆PQ突然向右运动，则其速度v方向向右，由右手定则可得，金属杆PQ中的感应电流方向由Q到P，则PQRS中感应电流方向为逆时针方向．PQRS中感应电流产生垂直纸面向外的磁场，故环形金属线框T中为阻碍此变化，会产生垂直纸面向里的磁场，则T中感应电流方向为顺时针方向，D正确．
【答案】　D
高分技法
　　应用楞次定律判断感应电流方向的“四步法”
1.如图所示，导线框abcd与直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I，在线框由左向右匀速通过直导线过程中，线框中感应电流的方向(　D　)
A．先为abcd，后为dcba，再为abcd
B．先为abcd，后为dcba
C．始终为dcba
D．先为dcba，后为abcd，再为dcba
解析：通电直导线周围磁场分布如图所示，根据楞次定律和安培定则判断，选项D正确．
2. (多选)如图所示，在两根竖直放置的平行长直导线M、N中通入大小、方向均相同的恒定电流，圆形导线框在图示位置，线框和两导线在同一竖直平面(纸面)内．下列说法正确的是(　AC　)
A．若线框从图示位置由静止释放，则线框做直线运动
B．若线框从图示位置由静止释放，则线框做曲线运动
C．若线框沿着水平方向从右向左在两导线间匀速移动，则线框中感应电流一直沿逆时针方向
D．若线框沿着水平方向从右向左在两导线间匀速移动，则线框中感应电流先沿逆时针、后沿顺时针方向
解析：线框从图示位置释放后，先在重力作用下向下运动，穿过线框的磁通量不变，故不产生感应电流，一直只受到重力，因此线框做直线运动，A正确，B错误；线框自右向左移动时，穿过线框的磁通量先向外减小再向里增加，根据楞次定律和安培定则可判断，线框中感应电流一直沿逆时针方向，C正确，D错误．
考点3　“三则一律”的综合应用
1．“三个定则、一个定律”的应用对比：
名称 基本现象 应用的定则
或定律
电流的 磁效应 运动电荷、
电流产生磁场 安培定则
续表
名称 基本现象 应用的定则
或定律
洛伦兹力、 安培力 磁场对运动电荷、
电流有作用力 左手定则
电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 右手定则
闭合回路磁通量变化 楞次定律
2.三个定则一个定律的应用技巧：
(1)应用楞次定律时，一般要用到安培定则．
(2)研究感应电流受到的安培力时，一般先用右手定则确定感应电流方向，再用左手定则确定安培力方向，有时也可以直接用楞次定律的推广应用确定．
(多选)如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路．将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态．下列说法正确的是(　　)
A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
【分析】　①同一根铁芯，意味着左右两侧线圈中磁通量变化率相同；②远处，说明此处小磁针不再受线圈中磁通量变化的影响；③小磁针悬挂在直导线正上方，说明小磁针的偏转受到直导线中电流产生的磁场的影响．
【解析】　开关闭合瞬间，根据楞次定律，左侧线圈产生的感应电流从南向北流过直导线，根据安培定则，直导线在小磁针位置产生的磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动，A正确；同理，断开开关瞬间，小磁针N极朝垂直纸面向外的方向转动，D正确；开关闭合一段时间之后，感应电动势消失，直导线中没有电流流过，小磁针保持图中的方向，B、C错误．
【答案】　AD
高分技法
三定则、一规律的应用技巧
(1)应用左手定则和右手定则应注意二者的区别：抓住“因果关系”才能不失误，“因动而电”——用右手；“因电而动”——用左手.
(2)应用楞次定律，必然要用到安培定则.
(3)感应电流受到安培力，有时可以先用右手螺旋定则确定电流的方向，再用左手定则确定安培力的方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论“来拒去留”“增缩减扩”等确定安培力的方向.
3．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(　C　)
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
解析：金属棒ab向右运动切割磁感线，根据右手定则判断感应电流方向由b→a，再根据左手定则判断棒所受安培力水平向左，故A、B错误；ab的速度越大，感应电流越大，所受安培力就越大，C正确；根据安培定则可判定螺线管的B端为N极，A端为S极，D错误．
4．(多选)如图所示装置中，金属杆cd原来静止．要使金属杆cd将向右运动，可以使金属杆ab(　BD　)
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
解析：ab匀速运动时，ab中感应电流恒定，穿过L1的磁通量不变，穿过L2的磁通量不变，L2中无感应电流产生，cd保持静止，A错误；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下增大，根据楞次定律，通过cd的电流方向由c到d，cd受到向右的安培力，向右移动，B正确；同理可得C错误，D正确．

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