高考物理大一輪復習第10章電磁感應（課件試題教學案）（打包10套）.zip,高考,物理,一輪,復習,10,電磁感應,課件,試題,教學,打包
第10章 電磁感應
第1節(jié) 電磁感應現象 楞次定律
一、磁通量
1．概念：磁感應強度B與面積S的乘積．
2．計算
(1)公式：Φ＝BS.
(2)適用條件：①勻強磁場；②S是垂直磁場的有效面積．
(3)單位：韋伯(Wb)，1 Wb＝1_T·m2.
3．意義：穿過某一面積的磁感線的條數．
4．標矢性：磁通量是標量，但有正、負．
二、電磁感應
1．電磁感應現象
當穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，電路中有電流產生，這種現象稱為電磁感應現象．
2．產生感應電動勢和感應電流的條件
(1)產生感應電動勢的條件
無論回路是否閉合，只要穿過線圈平面的磁通量發(fā)生變化，回路中就有感應電動勢．產生感應電動勢的那部分導體相當于電源．
(2)產生感應電流的條件
①電路閉合．②磁通量變化．
三、感應電流方向的判斷
1．右手定則：伸開右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內；讓磁感線從掌心垂直進入，并使拇指指向導線運動的方向，這時四指所指的方向就是感應電流的方向．如右圖所示．
2．楞次定律
內容：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化．
[自我診斷]
1．判斷正誤
(1)磁通量雖然是標量，但有正、負之分．(√)
(2)當導體切割磁感線運動時，導體中一定產生感應電流．(×)
(3)穿過線圈的磁通量與線圈的匝數無關．(√)
(4)電路中磁通量發(fā)生變化時，就一定會產生感應電流．(×)
(5)感應電流的磁場總是與原磁場方向相反．(×)
(6)楞次定律和右手定則都可以判斷感應電流的方向，二者沒什么區(qū)別．(×)
(7)回路不閉合時，穿過回路的磁通量發(fā)生變化也會產生“阻礙”作用．(×)
2．如圖所示，勻強磁場中有一個矩形閉合導線框．在下列四種情況下，線框中會產生感應電流的是( )
A．如圖甲所示，保持線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中左右運動
B．如圖乙所示，保持線框平面始終與磁感線平行，線框在 磁場中上下運動
C．如圖丙所示，線框繞位于線框平面內且與磁感線垂直的軸線AB轉動
D．如圖丁所示，線框繞位于線框平面內且與磁感線平行的軸線CD轉動
解析：選C.保持線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中左右運動，磁通量一直為零，故磁通量不變，無感應電流，選項A錯誤；保持線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中上下運動，磁通量一直為零，故磁通量不變，無感應電流，選項B錯誤；線框繞位于線框平面內且與磁感線垂直的軸線AB轉動，磁通量周期性地改變，故一定有感應電流，故選項C正確；線框繞位于線框平面內且與磁感線平行的軸線CD轉動，磁通量一直為零，故磁通量不變，無感應電流，選項D錯誤．
3．如圖，在一水平、固定的閉合導體圓環(huán)上方，有一條形磁鐵(N極朝上，S極朝下)由靜止開始下落，磁鐵從圓環(huán)中穿過且不與圓環(huán)接觸，關于圓環(huán)中感應電流的方向(從上向下看)，下列說法正確的是( )
A．總是順時針
B．總是逆時針
C．先順時針后逆時針
D．先逆時針后順時針
解析：選C.磁鐵從圓環(huán)中穿過且不與圓環(huán)接觸，則導體環(huán)中，先是向上的磁通量增加，磁鐵過中間以后，向上的磁通量減少，根據楞次定律，產生的感應電流方向先順時針后逆時針，選項C正確．
4．如圖所示，AOC是光滑的金屬導軌，電阻不計，AO沿豎直方向，OC沿水平方向；PQ是金屬直桿，電阻為R，幾乎豎直斜靠在導軌AO上，由靜止開始在重力作用下運動，運動過程中P、Q端始終在金屬導軌AOC上；空間存在著垂直紙面向外的勻強磁場，則在PQ桿從開始滑動到P端滑到OC的過程中，PQ中感應電流的方向( )
A．始終是由P→Q
B．始終是由Q →P
C．先是由P→Q，后是由Q →P
D．先是由Q →P，后是由P→Q
解析：選C.在PQ桿滑動的過程中，△POQ的面積先增大后減小，穿過△POQ的磁通量先增加后減少，根據楞次定律可知，感應電流的方向先是由P →Q，后是由Q →P，C正確．
考點一 電磁感應現象的判斷
1．穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化的四種情況
(1)磁感應強度B不變，線圈面積S發(fā)生變化．
(2)線圈面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化．
(3)線圈面積S變化，磁感應強度B也變化，它們的乘積BS發(fā)生變化．
(4)線圈面積S不變，磁感應強度B也不變，但二者之間夾角發(fā)生變化．
2．判斷電磁感應現象能否發(fā)生的一般流程：
1. 如圖所示，一個U形金屬導軌水平放置，其上放有一個金屬導體棒ab，有一個磁感應強度為B的勻強磁場斜向上穿過軌道平面，且與豎直方向的夾角為θ.在下列各過程中，一定能在軌道回路里產生感應電流的是( )
A．ab向右運動，同時使θ減小
B．使磁感應強度B減小，θ角同時也減小
C．ab向左運動，同時增大磁感應強度B
D．ab向右運動，同時增大磁感應強度B和θ角(0°<θ<90°)
解析：選A.本題中引起磁通量變化都有兩個方面，面積的變化和夾角改變，向右運動的同時θ減小都會使磁通量變大，所以A項正確．
2．現將電池組、滑動變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電流計及開關按如圖所示連接．下列說法中正確的是( )
A．開關閉合后，線圈A插入或拔出都會引起電流計指針偏轉
B．線圈A插入線圈B中后，開關閉合和斷開的瞬間電流計指針均不會偏轉
C．開關閉合后，滑動變阻器的滑片P勻速滑動，會使電流計指針靜止在中央零刻度
D．開關閉合后，只有滑動變阻器的滑片P加速滑動，電流計指針才能偏轉
解析：選A.只要閉合回路磁通量發(fā)生變化就會產生感應電流，故A正確，B錯誤；開關閉合后，只要滑片P滑動就會產生感應電流，故C、D錯誤．
3．(多選)1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”．實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖所示．實驗中發(fā)現，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來，但略有滯后．下列說法正確的是( )
A．圓盤上產生了感應電動勢
B．圓盤內的渦電流產生的磁場導致磁針轉動
C．在圓盤轉動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化
D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產生的磁場導致磁針轉動
解析：選AB.A.當圓盤轉動時，圓盤的半徑切割磁針產生的磁場的磁感線，產生感應電動勢，選項A正確；
B．如圖所示，銅圓盤上存在許多小的閉合回路，當圓盤轉動時，穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中產生感應電流，根據楞次定律，感應電流阻礙其相對運動，但抗拒不了相對運動，故磁針會隨圓盤一起轉動，但略有滯后，選項B正確；
C．在圓盤轉動過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量始終為零，選項C錯誤；
D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成的電流的磁場方向沿圓盤軸線方向，會使磁針沿軸線方向偏轉，選項D錯誤．
確定磁通量變化的兩種方法
(1)通過對穿過回路磁感線條數的分析和計算，可以確定磁通量是否變化．
(2)依據公式Φ＝BSsin θ(θ是B與S的夾角)確定磁通量與哪些因素有關．
考點二 楞次定律的理解及應用
1．判斷感應電流方向的兩種方法
方法一 用楞次定律判斷
方法二 用右手定則判斷
該方法適用于切割磁感線產生的感應電流．判斷時注意掌心、拇指、四指的方向：
(1)掌心——磁感線垂直穿入；
(2)拇指——指向導體運動的方向；
(3)四指——指向感應電流的方向．
2．楞次定律推論的應用
楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為：感應電流的效果總是阻礙引起感應電流的原因，列表說明如下：
內容
例證
阻礙原磁通量變化——“增反減同”
阻礙相對運動——“來拒去留”
使回路面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴”
B減小，線圈擴張
阻礙原電流的變化——“增反減同”
考向1：應用楞次定律判感應電流方向
[典例1] 如圖所示，在磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質細桿懸掛在O點，并可繞O點擺動．金屬線框從右側某一位置靜止開始釋放，在擺動到左側最高點的過程中，細桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面．則線框中感應電流的方向是( )
A．a→b→c→d→a
B．d→c→b→a→d
C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a
D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d
解析 由楞次定律可知，在線框從右側擺動到O點正下方的過程中，向上的磁通量在減小，故感應電流的方向沿d→c→b→a→d；同理，線框從O點正下方向左側擺動的過程中，電流方向沿d→c→b→a→d，B正確．
答案 B
考向2：右手定則判感應電流的方向
[典例2] 如圖所示，MN、GH為光滑的水平平行金屬導軌，ab、cd為跨在導軌上的兩根金屬桿，垂直紙面向外的勻強磁場垂直穿過MN、GH所在的平面，則( )
A．若固定ab，使cd向右滑動，則abdc回路有電流，電流方向為a→b→d→c→a
B．若ab、cd以相同的速度一起向右滑動，則abdc回路有電流，電流方向為a→c→d→b→a
C．若ab向左、cd向右同時運動，則abdc回路中的電流為零
D．若ab、cd都向右運動，且兩桿速度vcd＞vab，則abdc回路有電流，電流方向為a→c→d→b→a
解析 由右手定則可判斷出A項做法使回路產生順時針方向的電流，故A項錯．若ab、cd同向運動且速度大小相同，ab、cd所圍面積不變，磁通量不變，故不產生感應電流，故B項錯．若ab向左，cd向右，則abdc回路中有順時針方向的電流，故C項錯．若ab、cd都向右運動，且兩桿速度vcd＞vab，則ab、cd所圍面積發(fā)生變化，磁通量也發(fā)生變化，由楞次定律可判斷出，abdc回路中產生順時針方向的電流，故D項正確．
答案 D
考向3：“阻礙法”的應用
[典例3] (2017·東北三省五校聯考)如圖，圓環(huán)形導體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動變阻器連接成如圖所示的電路．若將滑動變阻器的滑片P向下滑動，下列表述正確的是( )
A．線圈a中將產生俯視順時針方向的感應電流
B．穿過線圈a的磁通量減少
C．線圈a有擴張的趨勢
D．線圈a對水平桌面的壓力FN將增大
解析 當滑片P向下移動時滑動變阻器連入電路的電阻減小，由閉合電路歐姆定律可知通過b的電流增大，從而判斷出穿過線圈a的磁通量增加，方向向下，選項B錯誤；根據楞次定律即可判斷出線圈a中感應電流方向俯視應為逆時針，選項A錯誤；再根據楞次定律“阻礙”含義的推廣，線圈a應有收縮或遠離b的趨勢來阻礙磁通量的增加，所以C錯誤，D正確．
答案 D
感應電流方向判斷的兩點注意
(1)楞次定律可應用于磁通量變化引起感應電流的各種情況(包括一部分導體切割磁感線運動的情況)．
(2)右手定則只適用于一段導體在磁場中做切割磁感線運動的情景，是楞次定律的一種特殊情況．
考點三 “三定則、一定律”的理解及應用
1．“三個定則、一個定律”的應用對比：
名稱
基本現象
因果關系
應用的定則或定律
電流的磁效應
運動電荷、電流產生磁場
因電生磁
安培定則
洛倫茲力、安培力
磁場對運動電荷、電流有作用力
因電受力
左手定則
電磁感應
部分導體做切割磁感線運動
因動生電
右手定則
閉合回路磁通量變化
因磁生電
楞次定律
2.三個定則、一個定律”的相互聯系：
(1)應用楞次定律時，一般要用到安培定則．
(2)研究感應電流受到的安培力，一般先用右手定則確定電流方向，再用左手定則確定安培力的方向，有時也可以直接應用楞次定律的推論確定．
1．(多選)如圖所示，在勻強磁場中放有平行金屬導軌，它與大線圈M相連接，要使小導線圈N獲得順時針方向的感應電流，則放在金屬導軌上的金屬棒ab的運動情況是(兩線圈共面放置)( )
A．向右勻速運動 B．向左加速運動
C．向右減速運動 D．向右加速運動
解析：選BC.欲使N產生順時針方向的感應電流，感應電流的磁場方向垂直紙面向里，由楞次定律可知有兩種情況：一是M中有沿順時針方向逐漸減小的電流，使其在N中的磁場方向向里，且磁通量在減?。欢荕中有逆時針方向逐漸增大的電流，使其在N中的磁場方向向外，且磁通量在增大．因此對前者應使ab向右減速運動；對于后者，則應使ab向左加速運動．
2．(多選)如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，MN的左邊有一如圖所示的閉合電路，當PQ在一外力的作用下運動時，MN向右運動，則PQ所做的運動可能是( )
A．向右加速運動
B．向左加速運動
C．向右減速運動
D．向左減速運動
解析：選BC.MN向右運動，說明MN受到向右的安培力，因為ab在MN處的磁場垂直紙面向里MN中的感應電流由M→NL1中感應電流的磁場方向向上.若L2中磁場方向向上減弱PQ中電流為Q→P且減小向右減速運動；若L2中磁場方向向下增強PQ中電流為P→Q且增大向左加速運動．
3．(多選)如圖所示，兩個線圈套在同一個鐵芯上，線圈的繞向在圖中已經標出．左線圈連著平行導軌M和N，導軌電阻不計，在導軌垂直方向上放著金屬棒ab，金屬棒處在垂直于紙面向外的勻強磁場中．下列說法中正確的是( )
A．當金屬棒ab向右勻速運動時，a點電勢高于b點，c點電勢高于d點
B．當金屬棒ab向右勻速運動時，b點電勢高于a點，c點與d點等電勢
C．當金屬棒ab向右加速運動時，b點電勢高于a點，c點電勢高于d點
D．當金屬棒ab向右加速運動時，b點電勢高于a點，d點電勢高于c點
解析：選BD.當金屬棒向右勻速運動而切割磁感線時，金屬棒產生恒定感應電動勢，由右手定則判斷電流方向由a→b.根據電流從電源(ab相當于電源)正極流出沿外電路回到電源負極的特點，可以判斷b點電勢高于a點．又左線圈中的感應電動勢恒定，則感應電流也恒定，所以穿過右線圈的磁通量保持不變，不產生感應電流，A錯誤，B正確．當ab向右做加速運動時，由右手定則可推斷φb>φa，電流沿逆時針方向．
又由E＝BLv可知ab導體兩端的E不斷增大，那么左邊電路中的感應電流也不斷增大，由安培定則可判斷它在鐵芯中的磁感線方向是沿逆時針方向的，并且場強不斷增強，所以右邊電路的線圈中的向上的磁通量不斷增加．由楞次定律可判斷右邊電路的感應電流方向應沿逆時針，而在右線圈組成的電路中，感應電動勢僅產生在繞在鐵芯上的那部分線圈上．把這個線圈看作電源，由于電流是從c沿內電路(即右線圈)流向d，所以d點電勢高于c點，C錯誤，D正確．
左、右手定則區(qū)分技巧
(1)抓住“因果關系”：“因動而電”——用右手；“因電而動”——用左手．
(2)形象記憶：把兩個定則簡單地總結為“通電受力用左手，運動生電用右手”．“力”的最后一筆“丿”方向向左，用左手；“電”的最后一筆“乚”方向向右，用右手．
課時規(guī)范訓練
[基礎鞏固題組]
1．在法拉第時代，下列驗證“由磁產生電”設想的實驗中，能觀察到感應電流的是( )
A．將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化
B．在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化
C．將一房間內的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化
D．繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化
解析：選D.產生感應電流的條件為：閉合回路內磁通量發(fā)生變化．A項中，線圈繞在磁鐵上，磁通量未變，不會產生感應電流，A錯誤．同理B錯誤．C項中，往線圈中插入條形磁鐵的瞬間，線圈中磁通量發(fā)生變化，此時線圈中將產生感應電流，但插入后磁通量不再變化，無感應電流，故到相鄰房間觀察時無示數，C錯誤．D項中，在線圈通電或斷電的瞬間，磁通量發(fā)生變化，產生感應電流，D正確．
2．如圖所示，一個金屬圓環(huán)水平放置在豎直向上的勻強磁場中，若要使圓環(huán)中產生圖中箭頭方向的瞬時感應電流，下列方法可行的是( )
A．使勻強磁場均勻增大
B．使圓環(huán)繞水平軸ab如圖轉動30°
C．使圓環(huán)繞水平軸cd如圖轉動30°
D．保持圓環(huán)水平并使其繞過圓心的豎直軸轉動
解析：選A.根據右手定則，圓環(huán)中感應電流產生的磁場豎直向下與原磁場方向相反，根據楞次定律，說明圓環(huán)磁通量在增大．磁場增強則磁通量增大，A正確．使圓環(huán)繞水平軸ab或cd轉動30°，圓環(huán)在垂直磁場方向上的投影面積減小，磁通量減小，只會產生與圖示方向相反的感應電流，B、C錯誤．保持圓環(huán)水平并使其繞過圓心的豎直軸轉動，圓環(huán)仍與磁場垂直，磁通量不變，不會產生感應電流，D錯誤．
3．如圖甲所示，在同一平面內有兩個相互絕緣的金屬圓環(huán)A、B，圓環(huán)A平分圓環(huán)B為面積相等的兩部分，當圓環(huán)A中的電流如圖乙所示變化時，甲圖中A環(huán)所示的電流方向為正，下列說法正確的是( )
A．B中始終沒有感應電流
B．B中有順時針方向的感應電流
C．B中有逆時針方向的感應電流
D．B中先有順時針方向的感應電流，后有逆時針方向的感應電流
解析：選B.由于圓環(huán)A中的電流發(fā)生了變化，故圓環(huán)B中一定有感應電流產生，由楞次定律判定B中有順時針方向的感應電流，故選項B正確．
4．(多選)如圖，兩同心圓環(huán)A、B置于同一水平面上，其中B為均勻帶負電絕緣環(huán)，A為導體環(huán)．當B繞軸心順時針轉動且轉速增大時，下列說法正確的是( )
A．A中產生逆時針的感應電流
B．A中產生順時針的感應電流
C．A具有收縮的趨勢
D．A具有擴展的趨勢
解析：選BD.由圖可知，B為均勻帶負電絕緣環(huán)，B中電流為逆時針方向，由右手螺旋定則可知，電流的磁場垂直紙面向外且逐漸增大；由楞次定律可知，磁場增大時，感應電流的磁場與原磁場的方向相反，所以感應電流的磁場的方向垂直紙面向里，A中感應電流的方向為順時針方向，故A錯誤，B正確；B環(huán)外的磁場的方向與B環(huán)內的磁場的方向相反，當B環(huán)內的磁場增強時，A環(huán)具有面積擴展的趨勢，故C錯誤，D正確．
5．(多選)航母上飛機彈射起飛是利用電磁驅動來實現的．電磁驅動原理如圖所示，當固定線圈上突然通過直流電流時，線圈端點的金屬環(huán)被彈射出去．現在固定線圈左側同一位置，先后放有分別用橫截面積相等的銅和鋁導線制成形狀、大小相同的兩個閉合環(huán)，且電阻率ρ銅<ρ鋁．閉合開關S的瞬間( )
A．從左側看環(huán)中感應電流沿順時針方向
B．銅環(huán)受到的安培力大于鋁環(huán)受到的安培力
C．若將環(huán)放置在線圈右方，環(huán)將向左運動
D．電池正負極調換后，金屬環(huán)不能向左彈射
解析：選AB.線圈中電流為右側流入，磁場方向為向左，在閉合開關的過程中，磁場變強，則由楞次定律可知，環(huán)中感應電流由左側看為順時針，A正確．由于銅環(huán)的電阻較小，故銅環(huán)中感應電流較大，故銅環(huán)受到的安培力要大于鋁環(huán)的，B正確．若將環(huán)放在線圈右方，根據“來拒去留”可得，環(huán)將向右運動，C錯誤．電池正負極調換后，金屬環(huán)受力仍向左，故仍將向左彈出，D錯誤．
6．多年來物理學家一直設想用實驗證實自然界中存在“磁單極子”．磁單極子是指只有S極或只有N極的磁性物質，其磁感線分布類似于點電荷的電場線分布．如圖所示的實驗就是用于檢測磁單極子的實驗之一，abcd為用超導材料圍成的閉合回路．設想有一個N極磁單極子沿abcd軸線從左向右穿過超導回路，那么在回路中可能發(fā)生的現象是( )
A．回路中無感應電流
B．回路中形成持續(xù)的abcda流向的感應電流
C．回路中形成持續(xù)的adcba流向的感應電流
D．回路中形成先abcda流向后adcba流向的感應電流
解析：選C.N極磁單極子的磁感線分布類似于正點電荷的電場線分布，由楞次定律知，回路中形成方向沿adcba流向的感應電流，由于回路為超導材料做成的，電阻為零，故感應電流不會消失，C項正確．
[綜合應用題組]
7．(多選)如圖所示，一接有電壓表的矩形閉合線圈ABCD向右勻速穿過勻強磁場的過程中，下列說法正確的是( )
A．線圈中有感應電動勢，有感應電流
B．線圈中有感應電動勢，無感應電流
C．AB邊兩端有電壓，且電壓表有示數
D．AB邊兩端有電壓，但電壓表無示數
解析：選BD.由于通過回路的磁通量不變，故回路中無感應電流產生，A項錯；由歐姆定律知電壓表示數U＝IRV＝0，C項錯；由于AB棒切割磁感線AB兩端有電壓，B、D項正確．
8．如圖所示，在載流直導線近旁固定有兩平行光滑導軌A、B，導軌與直導線平行且在同一水平面內，在導軌上有兩條可自由滑動的導體棒ab和cd，當載流直導線中的電流逐漸增強時，導體棒ab和cd的運動情況是( )
A．一起向左運動
B．一起向右運動
C．ab和cd相向運動，相互靠近
D．ab和cd相背運動，相互遠離
解析：選C.電流增強時，電流在abdc回路中產生的垂直紙面向里的磁場增強，回路中磁通量增大，根據楞次定律可知回路要減小面積以阻礙磁通量的增加，因此，兩導體棒要相向運動，相互靠近．選項C正確．
9．如圖所示，在水平地面下有一條沿東西方向鋪設的水平直導線，導線中通有自東向西穩(wěn)定、強度較大的直流電流．現用一閉合的檢測線圈(線圈中串有靈敏電流計，圖中未畫出)檢測此通電直導線的位置，若不考慮地磁場的影響，在檢測線圈位于水平面內，從距直導線很遠處由北向南沿水平地面通過導線的上方并移至距直導線很遠處的過程中，俯視檢測線圈，其中感應電流的方向是( )
A．先順時針后逆時針
B．先逆時針后順時針
C．先順時針后逆時針，然后再順時針
D．先逆時針后順時針，然后再逆時針
解析：選D.如圖為地下通電直導線產生的磁場的正視圖，當線圈在通電直導線正上方的左側時由楞次定律知，線圈中感應電流方向為逆時針，同理在右側也為逆時針，當線圈一部分在左側一部分在右側時為順時針，故D正確．
10．(多選)如圖，一均勻金屬圓盤繞通過其圓心且與盤面垂直的軸逆時針勻速轉動．現施加一垂直穿過圓盤的有界勻強磁場，圓盤開始減速．在圓盤減速過程中，以下說法正確的是( )
A．處于磁場中的圓盤部分，靠近圓心處電勢高
B．所加磁場越強越易使圓盤停止轉動
C．若所加磁場反向，圓盤將加速轉動
D．若所加磁場穿過整個圓盤，圓盤將勻速轉動
解析：選ABD.設想把金屬圓盤切割成無數根導體棒，導體棒切割磁感線產生感應電動勢、感應電流，根據右手定則可知，靠近圓心處的電勢高，選項A正確；根據E＝BLv可知，所加磁場B越強，感應電動勢E越大，感應電流越大，因F＝BIL，所以安培力也越大，安培力對圓盤的轉動阻礙作用越強，選項B正確；若所加磁場反向，根據楞次定律可知安培力阻礙圓盤的轉動，故圓盤仍將減速運動，選項C錯誤；若所加磁場穿過整個圓盤，圓盤的半徑切割磁感線，產生感應電動勢，但圓盤內沒有渦流，故沒有安培力，不消耗機械能，所以圓盤勻速轉動，選項D正確．
11．(多選)如圖所示，鐵芯上有兩個線圈A和B.線圈A跟電源相連，LED(發(fā)光二極管，具有單向導電性)M和N并聯后接在線圈B兩端．圖中所有元件均正常，則( )
A．S閉合瞬間，A中有感應電動勢
B．S斷開瞬間，A中有感應電動勢
C．S閉合瞬間，M亮一下，N不亮
D．S斷開瞬間，M和N二者均不亮
解析：選ABC.閉合開關的瞬間，穿過線圈A的磁通量增加，線圈A中將產生自感電動勢，故A正確．開關斷開的瞬間，穿過線圈A的磁通量減小，線圈A中將產生自感電動勢，故B正確．閉合開關的瞬間，穿過線圈A的磁通量增加，根據安培定則可知，A中產生的磁場的方向向上，穿過B的磁通量向上增大時，根據楞次定律可知，B中感應電流的磁場的方向向下，根據安培定則可知B中感應電流的方向向下，所以線圈下端的電勢高，電流能通過二極管M，不能通過二極管N，故C正確．結合C的分析可知，S斷開瞬間，穿過線圈B的磁通量減小，產生感應電流的方向與C中感應電流的方向相反，所以感應電流能通過二極管N，不能通過二極管M，故D錯誤．
12．經過不懈的努力，法拉第終于在1831年8月29日發(fā)現了“磁生電”的現象，他把兩個線圈繞在同一個軟鐵環(huán)上(如圖所示)，一個線圈A連接電池與開關，另一線圈B閉合并在其中一段直導線附近平行放置小磁針．法拉第可觀察到的現象有( )
A．當合上開關，A線圈接通電流瞬間，小磁針偏轉一下，隨即復原
B．只要A線圈中有電流，小磁針就會發(fā)生偏轉
C．A線圈接通后其電流越大，小磁針偏轉角度也越大
D．當開關打開，A線圈電流中斷瞬間，小磁針會出現與A線圈接通電流瞬間完全相同的偏轉
解析：選A.當合上開關，A線圈接通電流瞬間，穿過A的磁通量發(fā)生變化，使得穿過B的磁通量也變化，所以在B中產生感生電流，電流穩(wěn)定后穿過A、B的磁通量不再變化，所以B中不再有感應電流，即小磁針偏轉一下，隨即復原，選項A正確；A線圈中有電流，但是如果電流大小不變，則在B中不會產生感應電流，即小磁針就不會發(fā)生偏轉，選項B錯誤；B線圈中的感應電流大小與A中電流的變化率有關，與A中電流大小無關，故C錯誤；當開關打開，A線圈電流中斷瞬間，由于穿過B的磁通量減小，則在B中產生的電流方向與A線圈接通電流瞬間產生的電流方向相反，所以小磁針會出現與A線圈接通電流瞬間完全相反的偏轉，選項D錯誤．
13．(多選)某同學將一條形磁鐵放在水平轉盤上，如圖甲所示，磁鐵可隨轉盤轉動，另將一磁感應強度傳感器固定在轉盤旁邊．當轉盤(及磁鐵)轉動時，引起磁感應強度測量值周期性地變化，該變化的周期與轉盤轉動周期一致．經過操作，該同學在計算機上得到了如圖乙所示的圖象．該同學猜測磁感應強度傳感器內有一線圈，當測得磁感應強度最大時就是穿過線圈的磁通量最大時．按照這種猜測( )
A．在t＝0.1 s時刻，線圈內產生的感應電流的方向發(fā)生了變化
B．在t＝0.15 s時刻，線圈內產生的感應電流的方向發(fā)生了變化
C．在t＝0.1 s時刻，線圈內產生的感應電流的大小達到了最大值
D．在t＝0.15 s時刻，線圈內產生的感應電流的大小達到了最大值
解析：選AC.題圖乙中斜率既能反映線圈內產生的感應電流的方向變化，又能反映感應電流的大小變化．t＝0.1 s時刻，圖線斜率最大，意味著磁通量的變化率最大，感應電動勢最大，線圈內產生的感應電流的大小達到了最大值，t＝0.1 s時刻前后的圖線斜率一正一負，說明產生的感應電流的方向發(fā)生了變化，所以A、C正確；同理可知t＝0.15 s時刻，圖線斜率不是最大值，且該時刻前后圖線斜率全為負值，說明線圈內產生的感應電流的方向沒有變化，而且大小并未達到最大值，選項B、D錯誤．
14．磁感應強度為B的勻強磁場僅存在于邊長為2l的正方形范圍內，有一個電阻為R、邊長為l的正方形導線框abcd，沿垂直于磁感線方向，以速度v勻速通過磁場，如圖所示，從ab進入磁場時開始計時，到線框離開磁場為止．
(1)畫出穿過線框的磁通量隨時間變化的圖象；
(2)判斷線框中有無感應電流．若有，說明感應電流的方向．
解析：(1)當ab邊進入磁場時，穿過線框的磁通量均勻增加，在t1＝時線框全部進入磁場，磁通量Φ＝Bl2不變化；當在t2＝時，ab邊離開磁場，穿過線框的磁通量均勻減少到零，所以該過程的Φ －t圖象如圖所示．
(2)ab邊進入磁場時有感應電流，根據右手定則可判知感應電流方向為逆時針；ab邊離開磁場時有感應電流，根據右手定則可判知感應電流方向為順時針；中間過程t1～t2磁通量不變化，沒有感應電流．
答案：見解析
第2節(jié) 法拉第電磁感應定律 自感和渦流
一、法拉第電磁感應定律
1．法拉第電磁感應定律
(1)內容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比．
(2)公式：E＝n，n為線圈匝數．
2．導體切割磁感線的情形
(1)若B、l、v相互垂直，則E＝Blv.
(2)E＝Blvsin θ，θ為運動方向與磁感線方向的夾角．
(3)導體棒在磁場中轉動：導體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉動產生感應電動勢E＝Bl＝Bl2ω.
二、自感和渦流
1．自感現象：當導體中電流發(fā)生變化時，導體本身就產生感應電動勢，這個電動勢總是阻礙導體中原來電流的變化，這種由于導體本身電流發(fā)生變化而產生的電磁感應現象叫自感現象．
2．自感電動勢：在自感現象中產生的感應電動勢E＝L，其中L叫自感系數，它與線圈的大小、形狀、圈數以及是否有鐵芯有關，自感系數的單位是亨利(H)，1 mH＝10－3H,1 μH＝10－6H.
3．渦流
當線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導體中都會產生像水的漩渦狀的感應電流．
(1)電磁阻尼：當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導體的運動．
(2)電磁驅動：如果磁場相對于導體轉動，在導體中會產生感應電流，使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來．交流感應電動機就是利用電磁驅動的原理工作的．
[自我診斷]
1．判斷正誤
(1)線圈中磁通量越大，產生的感應電動勢越大．(×)
(2)線圈中磁通量變化越大，產生的感應電動勢越大．(×)
(3)線圈中磁通量變化越快，產生的感應電動勢越大．(√)
(4)線圈中的電流越大，自感系數也越大．(×)
(5)磁場相對導體棒運動時，導體棒中也能產生感應電動勢．(√)
(6)對于同一線圈，電流變化越快，線圈中的自感電動勢越大．(√)
2．如圖所示，勻強磁場中有兩個導體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直．磁感應強度B隨時間均勻增大．兩圓環(huán)半徑之比為2∶1，圓環(huán)中產生的感應電動勢分別為Ea和Eb.不考慮兩圓環(huán)間的相互影響．下列說法正確的是( )
A．Ea∶Eb＝4∶1，感應電流均沿逆時針方向
B．Ea∶Eb＝4∶1，感應電流均沿順時針方向
C．Ea∶Eb＝2∶1，感應電流均沿逆時針方向
D．Ea∶Eb＝2∶1，感應電流均沿順時針方向
解析：選B.由題意可知＝k，導體圓環(huán)中產生的感應電動勢E＝＝·S＝·πr2，因ra∶rb＝2∶1，故Ea∶Eb＝4∶1；由楞次定律知感應電流的方向均沿順時針方向，選項B正確．
3．如圖所示，空間有一勻強磁場，一直金屬棒與磁感應強度方向垂直，當它以速度v沿與棒和磁感應強度都垂直的方向運動時，棒兩端的感應電動勢大小為E；將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折線，置于與磁感應強度相垂直的平面內，當它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運動時，棒兩端的感應電動勢大小為E′，則等于( )
A. B．
C．1 D.
解析：選B.設金屬棒長度為l，勻強磁場的磁感應強度為B，根據電磁感應定律得E＝Blv.金屬棒彎折后，切割磁感線運動的有效長度變?yōu)閘，故E′＝Blv.因此＝，B正確．
4．(2017·江蘇鹽城中學學情檢測)(多選)如圖所示，L是自感系數很大的線圈，但其自身的電阻幾乎為零．A和B是兩個完全相同的燈泡，則下列說法中正確的有( )
A．當開關S閉合瞬間，A、B兩燈同時亮，最后B燈熄滅
B．當開關S斷開瞬間，A、B兩燈同時熄滅
C．當開關S斷開瞬間，a點電勢比b點電勢低
D．當開關S斷開瞬間，流經燈泡B的電流是由a到b
解析：選AD.開關S閉合瞬間，線圈L對電流有阻礙作用，則相當于燈泡A與B串聯，因此同時亮，且亮度相同，穩(wěn)定后B被短路熄滅，選項A正確；穩(wěn)定后當開關S斷開后，A馬上熄滅，由于自感，線圈中的電流只能慢慢減小，其相當于電源，左端電勢高，與燈泡B構成閉合回路放電，流經燈泡B的電流是由a到b，B閃一下再熄滅，選項D正確，B、C錯誤．
考點一 法拉第電磁感應定律的理解及應用
1．感應電動勢大小的決定因素
(1)感應電動勢的大小由穿過閉合電路的磁通量的變化率和線圈的匝數共同決定，而與磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ的大小沒有必然聯系．
(2)當ΔΦ僅由B引起時，則E＝n；當ΔΦ僅由S引起時，則E＝n；當ΔΦ由B、S的變化同時引起，則E＝n≠n.
2．磁通量的變化率是Φ－t圖象上某點切線的斜率．
3．應用E＝n時應注意的幾個問題
(1)由于磁通量有正負之分，計算磁通量的變化時一定要規(guī)定磁通量的正方向．正向的磁通量增加與反向的磁通量減少產生的感應電流的方向相同．
(2)公式E＝n是求解回路某段時間內平均電動勢的最佳選擇．若為恒量，則平均電動勢等于瞬時電動勢．
(3)用公式E＝nS求感應電動勢時，S為線圈在磁場范圍內垂直磁場方向的有效面積．
1．圖為無線充電技術中使用的受電線圈示意圖，線圈匝數為n，面積為S.若在t1到t2時間內，勻強磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈，其磁感應強度大小由B1均勻增加到B2，則該段時間線圈兩端a和b之間的電勢差φa－φb( )
A．恒為
B．從0均勻變化到
C．恒為－
D．從0均勻變化到－
解析：選C.根據法拉第電磁感應定律得，感應電動勢E＝n＝n，由楞次定律和右手螺旋定則可判斷b點電勢高于a點電勢，因磁場均勻變化，所以感應電動勢恒定，因此a、b兩點電勢差恒為φa－φb＝－n，選項C正確．
2．(2016·湖南衡陽聯考)用均勻導線做成的正方形線圈邊長為l，如圖所示，正方形的一半放在垂直于紙面向里的勻強磁場中，當磁場以的變化率增強時，不考慮磁場的變化對虛線右側的影響，則( )
A．線圈中感應電流方向為adbca
B．線圈中產生的電動勢E＝·l2
C．線圈中a點電勢高于b點電勢
D．線圈中b、a兩點間的電勢差為
解析：選D.處于磁場中的線圈面積不變，增大時，通過線圈的磁通量增大，由楞次定律可知，感應電流的方向為acbda方向，A項錯；產生感應電動勢的acb部分等效為電源，b端為等效電源的正極，電勢高于a端，C項錯；由法拉第電磁感應定律E＝＝·，知B項錯；adb部分等效為外電路，b、a兩點間電勢差為等效電路的路端電壓，U＝·R＝＝，D項正確．
3．A、B兩閉合圓形導線環(huán)用相同規(guī)格的導線制成，它們的半徑之比rA∶rB＝2∶1，在兩導線環(huán)包圍的空間內存在一正方形邊界的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于兩導線環(huán)所在的平面，如圖所示．在磁場的磁感應強度隨時間均勻增大的過程中，下列說法正確的是( )
A．兩導線環(huán)內所產生的感應電動勢相等
B．A環(huán)內所產生的感應電動勢大于B環(huán)內所產生的感應電動勢
C．流過A、B兩導線環(huán)的感應電流的大小之比為1∶4
D．流過A、B兩導線環(huán)的感應電流的大小之比為1∶1
解析：選A.某一時刻穿過A、B兩導線環(huán)的磁通量均為穿過磁場所在區(qū)域面積上的磁通量，設磁場區(qū)域的面積為S，則Φ＝BS，由E＝＝S(S為磁場區(qū)域面積)，對A、B兩導線環(huán)，有＝1，所以A正確，B錯誤；I＝，R＝ρ(S1為導線的橫截面積)，l＝2πr，所以＝＝，C、D錯誤．
4．(2017·連云港質檢)如圖所示，勻強磁場中有一矩形閉合線圈abcd，線圈平面與磁場垂直．已知線圈的匝數N＝100，邊長ab＝1.0 m、bc＝0.5 m，電阻r＝2 Ω.磁感應強度B在0～1 s 內從零均勻變化到0.2 T．在1 s～5 s內從0.2 T均勻變化到－0.2 T，取垂直紙面向里為磁場的正方向．求：
(1)0.5 s時線圈內感應電動勢的大小E和感應電流的方向；
(2)在1 s～5 s內通過線圈的電荷量q；
解析：(1)感應電動勢E1＝
磁通量的變化量ΔΦ1＝ΔB1S
解得E1＝
代入數據得E1＝10 V
由楞次定律得，感應電流的方向為a→d→c→b→a.
(2)同理可得在1 s～5 s內產生的感應電動勢
E2＝N
感應電流I2＝
電荷量q＝I2Δt2
解得q＝N
代入數據得q＝10 C
答案：(1)10 V a→d→c→b→a (2)10 C
應用法拉第電磁感應定律的兩點注意
(1)一般步驟：
①分析穿過閉合電路的磁場方向及磁通量的變化情況；
②利用楞次定律確定感應電流的方向；
③靈活選擇法拉第電磁感應定律的不同表達形式列方程求解．
(2)一個結論：通過回路截面的電荷量q僅與n、ΔΦ和回路總電阻R總有關，與時間長短無關．推導如下：q＝Δt＝·Δt＝.
考點二 導體棒切割類電動勢的計算
1．導體平動切割磁感線
(1)一般情況：運動速度v和磁感線方向夾角為θ，則E＝Blvsin θ.
(2)常用情況：運動速度v和磁感線方向垂直，則E＝Blv.
(3)若導體棒不是直的，則E＝Blv中的l為切割磁感線的導體棒的有效長度．下圖中，棒的有效長度均為ab間的距離．
2．導體轉動切割磁感線
導體棒以端點為軸，在垂直于磁感線的平面內以角速度ω勻速轉動產生的感應電動勢E＝Bωl2(導體棒的長度為l)．
1. 如圖，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于ab邊向上，當金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是( )
A．Ua>Uc，金屬框中無電流
B．Ub>Uc，金屬框中的電流方向沿a-b-c-a
C．Ubc＝－Bl2ω，金屬框中無電流
D．Uac＝Bl2ω，金屬框中電流方向沿a-c-b-a
解析：選C.金屬框abc平面與磁場平行，轉動過程中磁通量始終為零，所以無感應電流產生，選項B、D錯誤．轉動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線，產生感應電動勢，由右手定則判斷Ua
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