高考物理一轮复习题及答案解析第九章电磁感应.doc

第九章　电 磁 感 应 　 (1)从近三年高考试题考点分布可以看 出，高考对本章内容的考查重点有感应电流的产生、感应电动势方向的判断、感应电动势大小的计算、自感现象和涡流现象等。 (2)高考对本章知识的考查多以选择题和计算题形式出现，常以选择题形式考查基础知识、基本规律的理解和应用；计算题主要是以综合性的题目出现，考查本章知识与其他相关知识综合，如与运动、力学、能量、电路、图像等，题目综合性强，分值较重。 2015高考考向前瞻预计在2015年的高考中，本章热点仍是滑轨类问题，线框穿越有界匀强磁场问题，电磁感应图像问题，电磁感应的能量问题，其涉及的知识多，考查学生的分析综合能力及运用数学知识解决物理问题的能力，命题仍会倾向于上述热点内容，侧重于本章知识与相关知识的综合应用，以大型综合题出现的可能性非常大。 第1节电磁感应现象__楞次定律 磁通量 [想一想] 如图9－1－1所示，在条形磁铁外套有A、B两个大小不同的圆环，穿过A环的磁通量ΦA和穿过B环的磁通量ΦB大小关系是什么？ 图9－1－1 提示：ΦA>ΦB [记一记] 1．定义 磁场中穿过磁场某一面积S的磁感线条数定义为穿过该面积的磁通量。 2．公式 Φ＝BS。 3．单位 1 Wb＝1_T·m2。 [试一试] 1.如图9－1－2所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　) 图9－1－2 A．ΔΦ1>ΔΦ2　　　　　 　B．ΔΦ1＝ΔΦ2 C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．不能判断 解析：选C　导体MN周围的磁场并非匀强磁场，靠近MN处的磁场强些，磁感线密一些，远离MN处的磁感线疏一些，当线框在Ⅰ位置时，穿过平面的磁通量为ΦI，当线框平移到Ⅱ位置时，磁通量为ΦⅡ，则磁通量的变化量为ΔΦ1＝|ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ－ΦⅡ。当线框翻转至Ⅱ位置时，磁感线相当于从“反面”穿过平面，则磁通量为－ΦⅡ，则磁通量的变化量是ΔΦ2＝|－ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ＋ΦⅡ，所以ΔΦ1<ΔΦ2。 电磁感应现象 [想一想]　 法拉第圆盘发电机中，似乎穿过闭合电路的磁通量没有变化，怎么能产生感应电流？ 图9－1－3 提示：随着圆盘的转动，定向运动电子受到洛伦兹力作用，造成正、负电荷分别向圆盘中心和边缘累积，产生电动势，进而产生感应电流。也可把圆盘看成由许多根“辐条”并联，圆盘转动，每根“辐条”做切割磁感线运动产生电动势，进而产生感应电流。 [记一记] 1．电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象。 2．产生感应电流的条件 表述1 闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动。 表述2 穿过闭合电路的磁通量发生变化。 3．产生电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合则产生感应电流；如果回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。 [试一试] 2．(多选)如图9－1－4所示，一个矩形线框从匀强磁场的上方自由落下，进入匀强磁场中，然后再从磁场中穿出。已知匀强磁场区域的宽度L大于线框的高度h，下列说法正确的是(　　) 图9－1－4 A．线框只在进入和穿出磁场的过程中，才有感应电流产生 B．线框从进入到穿出磁场的整个过程中，都有感应电流产生 C．线框在进入和穿出磁场的过程中，都是机械能转化成电能 D．整个线框都在磁场中运动时，机械能转化成电能 解析：选AC　产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，线框全部在磁场中时，磁通量不变，不产生感应电流，故选项B、D错误。线框进入和穿出磁场的过程中磁通量发生变化，产生了感应电流，故选项A正确。在产生感应电流的过程中线框消耗了机械能，故选项C正确。 楞次定律　右手定则 [想一想]　 用如图9－1－5所示的实验装置来验证楞次定律，当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流方向是怎样的。 图9－1－5 提示：磁铁磁感线的方向是从上到下，磁铁穿过的过程中，磁通量向下先增加后减少，由楞次定律判断知，磁通量向下增加时，感应电流的磁场阻碍增加，方向向上，根据安培定则知感应电流的方向为a→G→b；磁通量向下减少时，感应电流的磁场应该向下，感应电流方向为b→G→a。 [记一记] 1．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。 (2)适用范围：一切电磁感应现象。 2．右手定则 (1)内容：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：导体切割磁感线产生感应电流。 —————————————————————————————————————— 物理学史链接……………………………………………………………………背背就能捞分 1．英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。 2．俄国物理学家楞次发表了确定感应电流方向的定律——楞次定律 —————————————————————————————————————— [试一试] 3．如图9－1－6所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转)，则以下说法正确的是(　　) 图9－1－6 A．三者同时落地 B．甲、乙同时落地，丙后落地 C．甲、丙同时落地，乙后落地 D．乙、丙同时落地，甲后落地 解析：选D　甲是铜线框，在下落过程中产生感应电流，所受的安培力阻碍它的下落，故所需的时间长；乙没有闭合回路，丙是塑料线框，故都不会产生感应电流，它们做自由落体运动，故D正确。 考点一电磁感应现象的判断 [例1]　(多选)(2014·德州模拟)线圈在长直导线电流的磁场中，做如图9－1－7所示的运动：A向右平动，B向下平动，C绕轴转动(ad边向外转动角度θ≤90°)，D向上平动(D线圈有个缺口)，判断线圈中有感应电流的是(　　) 图9－1－7 [解析]　选BC　A中线圈向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故A线圈中没有感应电流；B中线圈向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电动势和感应电流；C中线圈绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化(开始时减小)，必产生感应电动势和感应电流；D中线圈由于有个缺口不会产生感应电流。故B、C正确。 [例2]　如图9－1－8所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是(　　) 图9－1－8 A．ab向右运动，同时使θ减小 B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小 C．ab向左运动，同时增大磁感应强度B D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°) [解析]　选A　设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScos θ，对A，S增大，θ减小，cos θ增大，则Φ增大，A正确；对B，B减小，θ减小，cos θ增大，Φ可能不变，B错误；对C，S减小，B增大，Φ可能不变，C错误；对D，S增大，B增大，θ增大，cos θ减小，Φ可能不变，D错误。 判断电磁感应现象是否发生的一般流程 考点二楞次定律的理解和应用 [例3]　(2014·盐城模拟)某同学设计了一个电磁冲击钻，其原理示意图如图9－1－9所示，若发现钻头M突然向右运动，则可能是(　　) 图9－1－9 A．开关S由断开到闭合的瞬间 B．开关S由闭合到断开的瞬间 C．保持开关S闭合，变阻器滑片P加速向右滑动 D．保持开关S闭合，变阻器滑片P匀速向右滑动 [解析]　选A　若发现钻头M突然向右运动，则两螺线管互相排斥，根据楞次定律，可能是开关S由断开到闭合的瞬间，选项A正确。 [例4]　(2014·南京质检)长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图9－1－10所示。在0～时间内，直导线中电流向上。则在～T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力情况是(　　) 图9－1－10 A．感应电流方向为顺时针，线框受安培力的合力方向向左 B．感应电流方向为顺时针，线框受安培力的合力方向向右 C．感应电流方向为逆时针，线框受安培力的合力方向向右 D．感应电流方向为逆时针，线框受安培力的合力方向向左 [解析]　选B　在～T时间内，由楞次定律可知，线框中感应电流的方向为顺时针，由左手定则可判断线框受安培力的合力方向向右，选项B正确。 [例5]　(多选)如图9－1－11所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速释放，在圆环从a摆向b的过程中(　　) 图9－1－11 A．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针 B．感应电流的方向一直是逆时针 C．安培力方向始终与速度方向相反 D．安培力方向始终沿水平方向 [解析]　选AD　圆环从位置a无初速释放，在到达磁场分界线之前，穿过圆环向里的磁感线条数增加，根据楞次定律可知，圆环内感应电流的方向为逆时针，圆环经过磁场分界线之时，穿过圆环向里的磁感线条数减少，根据楞次定律可知，圆环内感应电流的方向为顺时针；圆环通过磁场分界线之后，穿过圆环向外的磁感线条数减少，根据楞次定律可知，圆环内感应电流的方向为逆时针；因磁场在竖直方向分布均匀，圆环所受竖直方向的安培力平衡，故总的安培力沿水平方向。综上所述，正确选项为A、D。 1．楞次定律中“阻碍”的含义 2．感应电流方向判断的两种方法 方法一　用楞次定律判断 方法二　用右手定则判断 该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向： (1)掌心——磁感线垂直穿入； (2)拇指——指向导体运动的方向； (3)四指——指向感应电流的方向。 考点三楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的综合应用 1．规律比较 基本现象 应用的定则或定律 运动电荷、电流产生磁场 安培定则 磁场对运动电荷、电流的作用力 左手定则 电磁感应 部分导体切割磁感线运动 右手定则 闭合回路磁通量的变化 楞次定律 2．应用区别 关键是抓住因果关系： (1)因电而生磁(I→B)→安培定则； (2)因动而生电(v、B→I)→右手定则； (3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则。 3．相互联系 (1)应用楞次定律，一般要用到安培定则； (2)研究感应电流受到的安培力，一般先用右手定则确定电流方向，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确定。 [例6]　(多选)如图9－1－12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的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是(　　) 图9－1－12 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 [思路点拨] (1)如何判断MN所在处的磁场方向？由MN的运动方向，如何进一步判断MN中的电流方向？ 提示：根据安培定则判断ab中电流产生的磁场方向，进而确定MN处的磁场方向为垂直纸面向里，再由左手定则判断MN中电流的方向，应为由M到N。 (2)如何判断线圈L1中的磁场方向和L2中磁场的方向及变化情况？ 提示：根据安培定则判断L1中的磁场方向，再由楞次定律判断L2中磁场的方向及变化。 (3)如何判断PQ的运动情况？ 提示：已知L2中的磁场方向及变化情况，可根据安培定则和右手定则判断PQ的运动情况。 [解析]　选BC　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MN中的感应电流由M→NL1中感应电流的磁场方向向上；若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动。 应用左手定则和右手定则的注意事项 (1)右手定则与左手定则的区别：抓住“因果关系”才能无误，“因动而电”——用右手；“因电而动”——用左手。 (2)使用中左手定则和右手定则很容易混淆，为了便于区分，可把两个定则简单地总结为“通电受力用左手，运动生电用右手”。“力”的最后一笔“丿”方向向左，用左手；“电”的最后一笔“乚”方向向右，用右手。 (多选)如图9－1－13所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经标出。左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法中正确的是(　　) 图9－1－13 A．当金属棒ab向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点 B．当金属棒ab向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势 C．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点 D．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点 解析：选BD　当金属棒向右匀速运动而切割磁感线时，金属棒产生恒定感应电动势，由右手定则判断电流方向由a→b。根据电流从电源(ab相当于电源)正极流出沿外电路回到电源负极的特点，可以判断b点电势高于a点。又左线圈中的感应电动势恒定，则感应电流也恒定，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流。 当ab向右做加速运动时，由右手定则可推断φb＞φa，电流沿逆时针方向。又由E＝BLv可知ab导体两端的E不断增大，那么左边电路中的感应电流也不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的，并且场强不断增强，所以右边电路的线圈中的向上的磁通量不断增加。由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针，而在右线圈组成的电路中，感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上。把这个线圈看作电源，由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d，所以d点电势高于c点。 [典例]　(多选)如图9－1－14所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时(　　) 图9－1－14 A．P、Q将相互靠拢 B．P、Q将相互远离 C．磁铁的加速度仍为g D．磁铁的加速度小于g [解析]　法一：设磁铁下端为N极，如图9－1－15所示，根据楞次定律可判断出P、Q中的感应电流方向，根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向。可见，P、Q将互相靠拢。由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律，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果，所以，本题应选A、D。 图9－1－15 法二：根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果，总要反抗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将互相靠近且磁铁的加速度小于g，应选A、D。 [答案]　AD [题后悟道] 应用楞次定律及其推论时，要注意“阻碍”的具体含义 (1)从阻碍磁通量的变化理解为：当磁通量增大时，会阻碍磁通量增大，当磁通量减小时，会阻碍磁通量减小。 (2)从阻碍相对运动理解为：阻碍相对运动是“阻碍”的又一种体现，表现在“近斥远吸，来拒去留”。 (3)从阻碍电流的变化(自感现象)理解为：阻碍电流的变化，增则反，减则同。 如图9－1－16所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里，当导线MN在导轨上向右加速滑动时，正对电磁铁A的圆形金属环B中(　　) 图9－1－16 A．有感应电流，且B被A吸引 B．无感应电流 C．可能有，也可能没有感应电流 D．有感应电流，且B被A排斥 解析：选D　MN向右加速滑动，根据右手定则，MN中的电流方向从N→M，且大小在逐渐变大，根据安培定则知，电磁铁A的左端为N极，且磁场强度逐渐增强，根据楞次定律知，B环中的感应电流产生的内部磁场方向向右，B被A排斥。故D正确。 [随堂对点训练] 1．(2014·宁波期末)如图9－1－17所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是(　　) 图9－1－17 解析：选B　根据产生感应电流的条件，闭合回路内磁通量变化产生感应电流，能够产生感应电流的是图B。 2．(2014·荆门调研)老师让学生观察一个物理小实验：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师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，同学们看到的现象是(　　) 图9－1－18 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．把磁铁从左环中拔出，左环会跟着磁铁运动 D．把磁铁从右环中拔出，右环不会跟着磁铁运动 解析：选B　磁铁插向右环，横杆发生转动；磁铁插向左环，由于左环不闭合，没有感应电流产生，横杆不发生转动，选项A错误B正确；把磁铁从左环中拔出，左环不会跟着磁铁运动，把磁铁从右环中拔出，右环会跟着磁铁运动，选项C、D错误。 3．(2014·连云港摸底)如图9－1－19所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直。若要在线圈中产生abcda方向的感应电流，可行的做法是(　　) 图9－1－19 A．AB中电流I逐渐增大 B．AB中电流I先增大后减小 C．AB正对OO′，逐渐靠近线圈 D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视) 解析：选D　若要在线圈中产生abcda方向的感应电流，可行的做法是线圈绕OO′轴逆时针转动90°，选项D正确。 4.(多选)(2014·苏州模拟)如图9－1－20所示，在一个水平放置的闭合线圈上方有一条形磁铁，现要在线圈中产生顺时针方向的电流(从上向下看)，那么下列选项中可以做到的是(　　) 图9－1－20 A．磁铁下端为N极，磁铁向上运动 B．磁铁上端为N极，磁铁向上运动 C．磁铁下端为N极，磁铁向下运动 D．磁铁上端为N极，磁铁向下运动 解析：选AD　由安培定则可知，感应电流的磁场方向向下；当磁铁向上运动时，穿过线圈的磁通量变小，由楞次定律可知，原磁场方向向下，因此磁铁的下端是N极，上端是S极，故A正确，B错误；由安培定则可知，感应电流的磁场方向向下，当磁铁向下运动时，穿过线圈的磁通量变大，由楞次定律可知，原磁场方向向上，因此磁铁的下端是S极，上端是N极，故C错误，D正确。 5.如图9－1－21所示，在两个沿竖直方向的匀强磁场中，分别放入两个完全一样的水平金属圆盘a和b。它们可以绕竖直轴自由转动，用导线通过电刷把它们相连。当圆盘a转动时(　　) 图9－1－21 A．圆盘b总是与a沿相同方向转动 B．圆盘b总是与a沿相反方向转动 C．若B1、B2同向，则a、b转向相同 D．若B1、B2反向，则a、b转向相同 解析：选D　当圆盘a转动时，由于切割磁感线而产生感应电流，该电流流入b盘中，在磁场中由于受安培力b盘会转动。但若不知B1、B2的方向关系则b盘与a盘的转向关系将无法确定。故A、B错。设B1、B2同向且向上。a盘逆时针转动，则由右手定则可知a盘中的感应电流由a→a′，b盘受力将顺时针转动，故C错，同理可判定D项正确。 [课时跟踪检测] 一、单项选择题 1．(2014·苏北联考)如图1所示，一条形磁铁从左向右匀速穿过线圈，当磁铁经过A、B两位置时，线圈中(　　) 图1 A．感应电流方向相同，感应电流所受作用力的方向相同 B．感应电流方向相反，感应电流所受作用力的方向相反 C．感应电流方向相反，感应电流所受作用力的方向相同 D．感应电流方向相同，感应电流所受作用力的方向相反 解析：选C　当磁铁经过A位置时，线圈中磁通量增大，由楞次定律可知，线圈中感应电流从左向右看为顺时针方向；当磁铁经过B位置时，线圈中磁通量减小，由楞次定律可知，线圈中感应电流从左向右看为逆时针方向，感应电流所受作用力的方向相同，选项A、B、D错误，C正确。 2．(2012·海南高考)如图2，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属环中穿过。现将环从位置Ⅰ释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ。设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为T1和T2，重力加速度大小为g，则(　　) 图2 A．T1>mg，T2>mg B．T1<mg，T2<mg C．T1>mg，T2<mg D．T1<mg，T2>mg 解析：选A　环从位置Ⅰ释放下落，环经过磁铁上端和下端附近时，环中磁通量都变化，都产生感应电流，由楞次定律可知，磁铁阻碍环下落，磁铁对圆环有向上的作用力。根据牛顿第三定律，圆环对磁铁有向下的作用力，所以T1>mg，T2>mg，选项A正确。 3．(2012·北京高考)物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图3，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是(　　) 图3 A．线圈接在了直流电源上 B．电源电压过高 C．所选线圈的匝数过多 D．所用套环的材料与老师的不同 解析：选D　金属套环跳起的原因是开关S闭合时，套环上产生的感应电流与通电线圈上的电流相互作用而引起的。无论实验用交流电还是直流电，闭合开关S瞬间，金属套环都会跳起。如果套环是塑料材料做的，则不能产生感应电流，也就不会受安培力作用而跳起。所以答案是D。 4．(2014·北京丰台期末)如图4是一种焊接方法的原理示意图。将圆形待焊接金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以某种电流，待焊接工件中会产生感应电流，感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化，待焊工件就焊接在一起。我国生产的自行车车轮圈就是用这种办法焊接的。下列说法中正确的是(　　) 图4 A．线圈中的电流是很强的恒定电流 B．线圈中的电流是交变电流，且频率很高 C．待焊工件焊缝处的接触电阻比非焊接部分电阻小 D．焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反 解析：选B　线圈中的电流是交变电流，且频率很高，选项B正确A错误；待焊工件焊缝处的接触电阻比非焊接部分电阻大，选项C错误；根据楞次定律，当线圈中的电流增大时，焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向相反；当线圈中的电流减小时，焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向相同，选项D错误。 5.如图5所示，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a(　　) 图5 A．顺时针加速旋转 B．顺时针减速旋转 C．逆时针加速旋转 D．逆时针减速旋转 解析：选B　由楞次定律，欲使b中产生顺时针电流，则a环内磁场应向里减弱或向外增强，a环的旋转情况应该是顺时针减速或逆时针加速，由于b环又有收缩趋势，说明a环外部磁场向外，内部向里，故选B。 6．(2014·无锡检测)如图6所示，一个金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中，能使圆环中产生感应电流的做法是(　　) 图6 A．使匀强磁场均匀减少 B．保持圆环水平并在磁场中上下移动 C．保持圆环水平并在磁场中左右移动 D．保持圆环水平并使圆环绕过圆心的竖直轴转动 解析：选A　根据闭合回路中磁通量变化产生感应电流这一条件，能使圆环中产生感应电流的做法是使匀强磁场均匀减少，选项A正确。 二、多项选择题 7．带电圆环绕圆心在圆环所在平面内旋转，在环的中心处有一闭合小线圈，小线圈和圆环在同一平面内，则(　　) A．只要圆环在转动，小线圈内就一定有感应电流 B．不管圆环怎样转动，小线圈内都没有感应电流 C．圆环做变速转动时，小线圈内一定有感应电流 D．圆环做匀速转动时，小线圈内没有感应电流 解析：选CD　带电圆环旋转时，与环形电流相当，若匀速旋转，电流恒定，周围磁场不变，穿过小线圈的磁通量不变，不产生感应电流，A错D对；若带电圆环变速转动，相当于电流变化，周围产生变化的磁场，穿过小线圈的磁通量变化，产生感应电流，B错C对。 8．(2014·淮安模拟)如图7所示，“U”形金属框架固定在水平面上，金属杆ab与框架间无摩擦，整个装置处于竖直方向的磁场中。若因磁场的变化，使杆ab向右运动，则磁感应强度(　　) 图7 A．方向向下并减小　　　 　B．方向向下并增大 C．方向向上并增大 D．方向向上并减小 解析：选AD　因磁场变化，发生电磁感应现象，杆ab中有感应电流产生，而使杆ab受到磁场力的作用，并发生向右运动。ab向右运动，使得闭合回路中磁通量有增加的趋势，说明原磁场的磁通量必定减弱，即磁感应强度正在减小，与方向向上、向下无关。故A、D正确，B、C错误。 9.(2014·唐山摸底)如图8甲所示，水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器C和电阻R，导体棒MN放在导轨上且接触良好，整个装置放于垂直导轨平面的磁场中，磁感应强度B的变化情况如图乙所示(图示磁感应强度方向为正)，MN始终保持静止，则0～t2时间(　　) 图8 A．电容器C的电荷量大小始终没变 B．电容器C的a板先带正电后带负电 C．MN所受安培力的大小始终没变 D．MN所受安培力的方向先向右后向左 解析：选AD　磁感应强度均匀变化，产生恒定电动势，电容器C的电荷量大小始终没变，选项A正确B错误；由于磁感应强度变化，MN所受安培力的大小变化，MN所受安培力的方向先向右后向左，选项C错误D正确。 10．(2014·泰州期末)如图9甲所示，螺线管内有一平行于轴线的磁场，规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向，螺线管与U型导线框cdef相连，导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导线框cdef在同一平面内，当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时，下列选项中正确的是(　　) 图9 A．在t1时刻，金属圆环L内的磁通量最大 B．在t2时刻，金属圆环L内的磁通量最大 C．在t1～t2时间内， 金属圆环L内有逆时针方向的感应电流 D．在t1～t2时间内，金属圆环L有收缩的趋势 解析：选BD　当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时，在导线框cdef内产生感应电动势和感应电流，在t1时刻，感应电流为零，金属圆环L内的磁通量为零，选项A错误；在t2时刻，感应电流最大，金属圆环L内的磁通量最大，选项B正确；由楞次定律，在t1～t2时间内，导线框cdef内产生逆时针方向感应电流，感应电流逐渐增大，金属圆环L内磁通量增大，根据楞次定律，金属圆环L内有顺时针方向的感应电流，选项C错误；在t1～t2时间内，金属圆环L有收缩的趋势，选项D正确。 三、非选择题 11．(2012·上海高考)为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图10所示。已知线圈由a端开始绕至b端，当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。 图10 (1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为________(填：“顺时针”或“逆时针”)。 (2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时，指针向右偏转。俯视线圈，其绕向为________(填：“顺时针”或“逆时针”)。 解析：(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转，说明L中电流从b到a。根据楞次定律，L中应该产生竖直向上的磁场。由安培定则可知，俯视线圈，电流为逆时针方向，线圈其绕向为顺时针。 (2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时，指针向右偏转，说明L中电流从a到b。根据楞次定律，L中应该产生竖直向上的磁场。由安培定则可知，俯视线圈，电流为逆时针方向，俯视线圈，其绕向为逆时针。 答案：(1)顺时针　(2)逆时针 12.磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内，有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd，沿垂直于磁感线方向，以速度v匀速通过磁场，如图11所示，从ab进入磁场时开始计时，到线框离开磁场为止。 图11 (1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图像； (2)判断线框中有无感应电流。若有，答出感应电流的方向。 解析：(1)进入磁场的过程中磁通量均匀地增加，完全进入以后磁通量不变，之后磁通量均匀减小，如图所示。 (2)线框进入磁场阶段，磁通量增加，由楞次定律得电流方向为逆时针方向；线框在磁场中运动阶段，磁通量不变，无感应电流；线框离开磁场阶段，磁通量减小，由楞次定律得电流方向为顺时针方向。 答案：见解析 第2节法拉第电磁感应定律__自感和涡流 法拉第电磁感应定律 [想一想] 将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，如图9－2－1所示，感应电动势的大小与什么有关？感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系怎样？ 图9－2－1 提示：感应电动势的大小与线圈匝数和磁通量的变化快慢有关；感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，即“增反减同”。 [记一记] 1．感应电动势 (1)定义：在电磁感应现象中产生的电动势。 (2)产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关。 (3)方向判断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。 2．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＝n，其中n为线圈匝数。 [试一试] 1.穿过某线圈的磁通量随时间的变化的关系如图9－2－2所示，在线圈内产生感应电动势最大值的时间是(　　) 图9－2－2 A．0～2 s　　　 　B．2～4 s C．4～6 s　　　 　D．6～8 s 解析：选C　Φ－t图像中，图像斜率越大，越大，感应电动势就越大。 导体切割磁感线时的感应电动势 [想一想]　 如图9－2－3所示，当导体棒在垂直于磁场的平面内，其一端为轴， 以角速度ω匀速转动时，产生的感应电动势为多少？ 图9－2－3 提示：棒在时间t内转过的角度θ＝ωt， 扫过的面积S＝l·lθ＝l2ωt， 对应的磁通量Φ＝BS＝Bl2ωt， 则棒产生的感应电动势E＝＝Bl2ω。 另外：由E＝Bl，又＝ωl, 可得E＝Bl2ω。 [记一记] 切割方式 电动势表达式 说明 垂直切割 E＝Blv ①导体棒与磁场方向垂直 ②磁场为匀强磁场 倾斜切割 E＝Blvsin_θ其中θ为v与B的夹角 旋转切割(以一端为轴) E＝Bl2ω [试一试] 2．如图9－2－4所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平速度v0抛出。设在整个过程中，棒的取向不变且不计空气阻力，则在金属棒运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是(　　) 图9－2－4 A．越来越大　　　　　 　B．越来越小 C．保持不变　　　　　 　D．无法判断 解析：选C　金属棒水平抛出后，在垂直于磁场方向上的速度不变，由E＝BLv可知，感应电动势也不变。C项正确。 自感　涡流 [想一想]　 如图9－2－5所示，开关S闭合且回路中电流达到稳定时，小灯泡A能正常发光，L为自感线圈，则当开关S闭合或断开时，小灯泡的亮暗变化情况是怎样的？ 图9－2－5 提示：开关闭合时，自感电动势阻碍电流的增大，所以灯慢慢变亮；开关断开时，自感线圈的电流从有变为零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L与灯A不能构成闭合回路，所以灯立即熄灭。 [记一记] 1．互感现象 两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象。 2．自感现象 (1)定义：由于通过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 (2)自感电动势： ①定义：在自感现象中产生的感应电动势。 ②表达式：E＝L。 ③自感系数L： 相关因素：与线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯有关。 单位：亨利(H)，1 mH＝10－3 H,1 μH＝10－6 H。 3．涡流 当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水的旋涡，所以叫涡流。 (1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动。 (2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来。 交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。 [试一试] 3．在图9－2－6所示的电路中，两个灵敏电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央，当电流从“＋”接线柱流入时，指针向右摆；电流从“－”接线柱流入时，指针向左摆。在电路接通后再断开的瞬间，下列说法中符合实际情况的是(　　) 图9－2－6 A．G1表指针向左摆，G2表指针向右摆 B．G1表指针向右摆，G2表指针向左摆 C．G1、G2表的指针都向左摆 D．G1、G2表的指针都向右摆 解析：选B　电路接通后线圈中电流方向向右，当电路断开时，线圈中电流减小，产生与原方向相同的自感电动势，与G2和电阻组成闭合回路，所以G1中电流方向向右，G2中电流方向向左，即G1指针向右摆，G2指针向左摆。B项正确。 考点一法拉第电磁感应定律的应用 1．感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率和线圈的匝数共同决定，而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然联系。 2．法拉第电磁感应定律应用的三种情况： (1)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则E＝n； (2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则E＝n； (3)磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝n≠n。 3．在图像问题中磁通量的变化率是Φ­t图像上某点切线的斜率，利用斜率和线圈匝数可以确定感应电动势的大小。 [例1]　如图9－2－7甲所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。线圈的半径为r1。在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0，导线的电阻不计。求0至t1时间内 图9－2－7 (1)通过电阻R1上的电流大小和方向； (2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量。 [思维流程]　 [解析]　(1)根据楞次定律可知，通过R1的电流方向为由b到a。 根据法拉第电磁感应定律得线圈中的电动势为 E＝n＝ 根据闭合电路欧姆定律得通过R1的电流为 I＝＝。 (2)通过R1的电荷量q＝It1＝， R1上产生的热量Q＝I2R1t1＝。 [答案]　(1)　方向由b到a (2)　 应用电磁感应定律应注意的三个问题 (1)公式E＝n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。 (2)利用公式E＝nS求感应电动势时，S为线圈在磁场范围内的有效面积。 (3)通过回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与时间长短无关。推导如下：q＝