2012届高考物理第一轮导学案复习(电磁感应)教师用

2012届高三物理复习学案（期末考试重点）

电磁感应

【课题】电磁感应现象及楞次定律 【目标】

1、通过探究得出感应电流与磁通量变化的关系，并会叙述楞次定律的内容。

2、体会楞次定律内容中“阻碍”二字的含义，感受“磁通量变化”的方式和途径，并用来分析一些实际问题。 【导入】

一、电磁感应现象—感应电流产生的条件

1、内容：只要通过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生． 2、条件：①_____________；②______________________________． 3、磁通量发生变化△ф=ф2-ф1，一般存在以下几种情形： ①投影面积不变，磁感应强度变化，即△ф=△B·S；

②磁感应强度不变，投影面积发生变化，即△ф=B·△S。其中投影面积的变化又有两种形式： A．处在磁场的闭合回路面积发生变化，引起磁通量变化；

B．闭合回路面积不变，但与磁场方向的夹角发生变化，从而引起投影面积变化．

③磁感应强度和投影面积均发生变化，这种情况少见。此时，△ф=B2S2-B1S1；注意不能简单认为△ф=△B·△S。

二、感应电流方向——楞次定律

1、感应电流方向的判定：方法一：右手定则 ； 方法二：楞次定律。

2、楞次定律的内容：感应电流具有这样的方向，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。

3、楞次定律的理解：掌握楞次定律，具体从下面四个层次去理解： ①谁阻碍谁——感应电流的磁通量阻碍原磁场的磁通量．

②阻碍什么——阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身．

③如何阻碍——原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当原 磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”．

④阻碍的结果——阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少．

4、判定感应电流方向的步骤：

①首先明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向． ②确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量是如何变化的．（是增大还是减小） ③根据楞次定律确定感应电流的磁场方向——“增反减同”． ④利用安培定则确定感应电流的方向．

5、楞次定律的“阻碍”含义可以推广为下列三种表达方式： ①阻碍原磁通量（原电流）变化．（线圈的扩大或缩小的趋势）—“增反减同” ②阻碍（磁体的）相对运动，（由磁体的相对运动而引起感应电流）．—“来推去拉”

③从能量守恒角度分析：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，楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。 注意：有时应用推广含义解题比用楞次定律本身方便得多。 6、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的综合应用 （1）应用现象

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（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安）→右手定则 ③．因电而受力(I、B→F安）→左手定则

【导研】

[例1]如图，线圈L1，铁芯M，线圈L2都可自由移动，S合上后使L2中有感应电流且流过电阻R的电流方向为a→b，可采用的办法是 ( )

A．使L2迅速靠近L1 B．断开电源开关S C．将铁芯M插入 D．将铁芯M抽出

[例2]4．如图所示，Q是单匝金属线圈，MN是一个螺线管，它的绕c

． a M 线方法没有画出，Q的输出端ab和MN的输入端c、d之间用导线相． ． b 连，P是在MN的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈．若． Q N d

在Q所处的空间加上与环面垂直的变化磁场，发现在t１至t２时间段内弹簧线圈处在收缩状态，则所加磁场的磁感应强度的变化情况可P 能是（ ）

[例3] 两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环，当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时，B中产生如图所示方向的感应电流，则（ ）

A．A可能带正电且转速减小 B．A可能带正电且转速增大 C．A可能带负电且转速减小 D．A可能带负电且转速增大

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[例4]如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经表示．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,金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是（ ）

A．当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点 B．当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点为等电势 C．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点 D．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点

[例5] 如图所示，光滑固定导体M、N水平放置，两根导体捧P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路．当一条形磁铁从高处下落接近回路时（ ） A、P、Q将互相靠拢 B、P、Q将互相远离 C、磁铁的加速度仍为g D、磁铁的加速度小于g

[例6]如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t＝0时，磁感应强度为B0,此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导这种情况下B与t的关系式。

【导练】

1、如图所示，一条形磁铁从静止开始穿过采用双线绕成的闭合线圈，条形磁铁在此过程中做（ ）

A．减速运动 B．匀速运动 C．自由落体运动 D．非匀变速运动

B2、如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中，下列做法中能使圆盘中产生感应电流的是（ ）

A．圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动 B．圆盘以某一水平直径为轴匀速转动

C．圆盘在磁场中向右匀速平移 D．匀强磁场均匀增加

3、如图所示，在直导线下方有一矩形线框，当直导线中通有方向如图示且均匀增大的电流时，线框将( )

A．有顺时针方向的电流 B．有逆时针方向的电流 C．靠近直导线 D．远离直导线

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4、绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、电键

铁芯 相连，如图所示．线圈上端与电源正极相连，闭合电键的瞬间，铝环向上跳起．若

保持电键闭合，则 （ ） 铝A．铝环不断升高 电源B．铝环停留在某一高度

C．铝环跳起到某一高度后将回落 线圈 D．如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变

5、如图所示，有一通电直导线MN，其右侧有一边长为L的正方形线圈abcd，导线与线圈在同一平面内，且导线与ab边平行，距离为L。导线中通以如图方向的恒定电流，当线圈绕ab边沿逆时针方向（从上往下看）转过角度θ（θ<90°）的过程中，线圈中产生感应电流的方向为________方向（选填“abcda”或“adcba”）；当线圈绕ab边转过角度θ=________时，穿过线圈中的磁通量最小。

6、动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象．如图（a）是话筒原理图，（b）是录音机的录、放原理图，由图可知（ ）

A、话筒工作时磁铁不动线圈移动而产生感应电流．

B、录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流．

C、录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场． D、录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场．

三、电磁感应中的能量转化和图象问题 【知识要点回顾】

1．电磁感应现象实质是不同形式能量转化的过程．

(1)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，此过程中，其他形式的能量转化为电能，当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能量．

(2)“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，安培力做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．

(3)解决这类问题的基本方法是：

①用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向； ②画出等效电路，求出回路中消耗电功率的表达式；

③分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到导体做功的功率的变化与回路中电功率的变化所满足的方程．

2．物理图象是一种形象直观的“语言”，它在电磁感应中也有广泛的应用． (1)理解B-t、Φ-t、e-t、i-t等图象的意义和联系． (2)从给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象．

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(3)由给定的图象分析或求解相应的物理量． 【要点讲练】

［例１］高频焊接原理示意如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接时产生的热量较大可采用（ ）

A．增大交变电流的电压 B．增大交变电流的频率 C．增大焊接缝的接触电阻 D．减少焊接缝的接触电阻

［例２］在水平桌面上，一个面积为S的圆形金属框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图（甲）所示，0—1 s内磁场方向垂直线框平面向下．圆形金属框与两根水平的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的长为L、电阻为R，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，如图（乙）所示．若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力f随时间变化的图象是图中的（设向右的方向为静摩擦力的正方向）（ ）

［例3］如图所示，倾角θ=30°、宽度L=1 m的足够长的U形平行光滑金属导轨，固定在磁感应强度B=1 T、范围充分大的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直．用平行于导轨、功率恒为6 W的牵引力F牵引一根质量为m=0.2 kg、电阻R=1 Ω的放在导轨上的金属棒ab，由静止开始沿导轨向上移动(ab始终与导轨接触良好且垂直)．当ab棒移动2.8 m时，获得稳定速

g取10 m/s2)，度，在此过程中，克服安培力做功为5.8 J(不计导轨电阻及一切摩擦，

求：

(1)ab棒的稳定速度．

(2)ab棒从静止开始达到稳定速度所需时间．

例4．如图所示，两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面，道轨上横放着两根相同的导体棒ab、cd与导轨构成矩形回路．导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧，两棒的中间用细线绑住，它们的电阻均为R，回路上其余部分的电阻不计．在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场．开始时，导体棒处于静止状态．剪断细线后，导体棒在运动过程中

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A. 回路中有感应电动势B．两根导体棒所受安培力的方向相同 C．两根导体棒和弹簧构成的系统机械能守恒 D．两根导体棒和弹簧构成的系统机械能不守恒

例5．如图所示，A是长直密绕通电螺线管，小线圈B与电流表连接，并沿A轴线Ox从O点自左向右匀速穿过螺线管A，能正确反映通过电流表中电流I随x变化规律的是

例6．如图所示，有理想边界的两个匀强磁场，磁感应强度均为B＝0.5T，边界间距s＝0.1m．一边长Ｌ＝0.2m的正方形线框abcd由粗细均匀的电阻丝围成，总电阻R＝0.4Ω．现使线框以v＝２m/s的速度从位置Ⅰ运匀速动到位置Ⅱ．

（１）求cd边未进入右方磁场时线框所受安培力的大小． （２）求整个过程中线框所产生的焦耳热．

（３）在坐标图中画出整个过程中线框a、b两点的电势差Uab随时间t变化的图线．

B a b

B d c s Ⅱ Ⅰ

Uab

t

四、特殊例题的解决：

1．如图所示，一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁，产生一个辐射状的磁场，磁场水平向外。磁极狭缝间某点的磁感应强度与该点到圆柱形磁极中心轴的距离成反比。用横截面积一定的细金属丝制成的圆形单匝线圈，从某高度无初速释放，线圈在磁极狭缝间下落的过程中，线圈平面始终水平且保持与圆柱形磁极共轴。线圈被释放后， A．线圈中没有感应电流，线圈做自由落体运动 B．在图1俯视图中，线圈中感应电流沿逆时针方向 C．线圈有最大速度，线圈半径越大，最大速度越小 D．线圈有最大速度，线圈半径越大，最大速度越大

图2 立体图 线圈 图1俯视图 N

2．如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ，分别

用相同材料，不同粗细的导线绕制（Ⅰ为细导线）。两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后

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落到地面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈Ⅰ、Ⅱ落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2。不计空气阻力，则 A．v1 Q2 D．v1 =v2，Q1< Q2 【答案】D

【解析】由于从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度

B2l2vv，切割磁感线产生感应电流同时受到磁场的安培力FR，又

4lR（ρ

SFB2lvS为材料的电阻率，l为线圈的边长），所以安培力F，此时加速度ag，且m0S4l(0为

m4是定值，线圈Ⅰ和Ⅱ同步运动，落地速度相等v1 =v2。由能量守恒可得：

B2v材料的密度)，所以加速度ag1601Qmg(hH)mv2，(H是磁场区域的高度)，Ⅰ为细导线m小，产生的热量小，所以Q< Q。正确选项D。

21

2

24、（20分）用密度为d、电阻率为、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方形框abba。如图所示，金属方框水平放在磁极的狭缝间，方框平面与磁场方向平行。

设匀强磁场仅存在于相对磁极之间，其他地方的磁场忽略不计。可认为方框的aa边和bb边都处在磁极之间，极间磁感应强度大小为B。方框从静止开始释放，其平面在下落过程中保持水平（不计空气阻力）。

（1）求方框下落的最大速度vm（设磁场区域在数值方向足够长）； （2）当方框下落的加速度为

g2时，求方框的发热功率P；

若在求恒

（3）已知方框下落时间为t时，下落高度为h，其速度为vt（vt（1）方框质量

m4LAd

方框电阻 R4L

A方框下落速度为v时，产生的感应电动势

EB2Lv

感应电流 IEBAv R2方框下落过程，受到重力G及安培力F，

Gmg4LAdg，方向竖直向下

2 FBI2LBALv，方向竖直向下

当F=G时，方框达到最大速度，即v=vm

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2 则 BALvm4LAdg

方框下落的最大速度 v4dg

mB2（2）方框下落加速度为方框的发热功率

g2时，有mgIB2Lmg， 则 ImgAdg

24BLB24ALd2g2

PIRB2m12 （3）根据能量守恒定律，有 mgh1mv2I2Rt

2t0 解得恒定电流I0的表达式

I20Adtgh12v。 t

I0Rtgh2vt