2020年高考物理复习 考前大串讲（基础知识+查漏补缺）专题11 电磁感应（含解析）

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专题11 电磁感应
考点内容要求说明考情分析
电磁感应
现象Ⅰ
1.导体切割磁
感线时，感应电动势
的计算，只限于l垂
直于B、v的状况。

2.在电磁感应
现象里，不要求推断
内电路中各点电势
的凹凸。

3.不要求用自
感系数计算自感电
动势。

题型：本章单独考查以选择题
为主，涉及功能关系的综合题以计
算题为主。

形式：感应电流的产生、推断、
图象，电磁感应与磁场、电路、力
学综合。

策略：重视法拉第电磁感应定
律，楞次定律的理解及应用，把握
力电学问综合的处理方法。

磁通量Ⅰ
楞次定律Ⅱ
法拉第电
磁感应定律
Ⅱ
自感、涡流Ⅰ
【基础学问梳理】
一、电磁感应现象
1．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和B的乘积。

(2)公式：Φ＝BS。

(3)单位：1 Wb＝1_T·m2。

(4)物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数。

2．电磁感应现象
(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
①条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。

②特【典例】闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动。

(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，假如回路闭合则产生感应电流；假如回路不闭合，则只产生感应电动势，而不产生感应电流。

(4)能量转化
发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能。

二、楞次定律
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：适用于一切回路磁通量变化的状况。

(3)楞次定律中“阻碍”的含义
2．右手定则
(1)内容
①磁感线穿入右手手心。

②大拇指指向导体运动的方向。

③其余四指指向感应电流的方向。

(2)适用范围：适用于部分导体切割磁感线。

三、法拉第电磁感应定律的理解和应用
1．感应电动势
(1)概念：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转变，与电路是否闭合无关。

(3)方向推断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则推断。

2．法拉第电磁感应定律
(1)内容：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 ΔΦ
Δt
，其中n 为线圈匝数。

(3)感应电流与感应电动势的关系：遵守闭合电路欧姆定律，即I ＝E
R ＋r 。

3．磁通量变化通常有三种方式
(1)磁感应强度B 不变，垂直于磁场的回路面积发生变化，此时E ＝nB ΔS
Δt
；
(2)垂直于磁场的回路面积不变，磁感应强度发生变化，此时E ＝n ΔB Δt S ，其中ΔB
Δt 是B －t 图象的斜率。

(3)磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的，则依据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E ＝n
B2S2－B1S1
Δt ≠n ΔBΔS Δt。

在图象问题中磁通量的变化率ΔΦ
Δt 是Φ－t 图象上某点切线的斜率。

四、 导体切割磁感线产生感应电动势的计算 1．公式E ＝Blv 的“四性”
(1)正交性：本公式是在肯定条件下得出的，除磁场为匀强磁场外，还需B 、l 、v 三者相互垂直。

(2)瞬时性：若v 为瞬时速度，则E 为相应的瞬时感应电动势。

(3)有效性：公式中的l 为导体切割磁感线的有效长度。

如图中，棒的有效长度为a 、b 间的距离。

(4)相对性：E ＝Blv 中的速度v 是导体相对磁场的速度，若磁场也在运动，应留意速度间的相对关系。

2．导体在磁场中旋转产生的感应电动势
导体棒绕一端在匀强磁场中转动切割磁感线产生的感应电动势为E ＝12
Bωl 2。

五、自感现象 涡流
1．自感现象：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 ΔI
Δt 。

(3)自感系数L 。

①相关因素：与线圈的大小、外形、圈数以及是否有铁芯等因素有关。

②单位：亨利(H)，常用单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)。

1 mH ＝10－3
H,1 μH＝10－6
H 。

3．自感中灯泡“闪亮”与“不闪亮”的缘由
与线圈串联的灯泡
与线圈并联的灯泡
电路图
通电时
电流渐渐增大，灯泡渐渐变
亮
电流突然增大，然后渐渐减小达到稳
定
断电时
电流渐渐减小，灯泡渐渐变暗，电流方向不变
电路中稳态电流为I 1、I 2：①若I 2≤I 1，
灯泡渐渐变暗；②若I 2＞I 1，灯泡闪亮后渐渐变暗。

两种状况灯泡中电流方向均转
变
4.涡流：当线圈中的电流发生变化时，在它四周的导体中产生的像水的旋涡一样的感应电流。

(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相对运动。

(2)电磁驱动：假如磁场相对于导体转动，在导体中产生的感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来。

(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用。

【查漏补缺】
一、电磁感应现象的推断
推断电磁感应现象是否发生的一般思路 (1)明确争辩的是哪条闭合回路；
(2)理清该闭合回路内的磁场分布状况，并确定该回路中磁通量是否变化。

①若磁通量发生变化，则回路中有感应电流。

②若磁通量没有发生变化，则回路中无感应电流。

【典例】如图所示 ，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，其次次将金属框绕cd 边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
A．ΔΦ1＞ΔΦ2，两次运动中线框中均有沿adcba方向电流消灭
B．ΔΦ1＝ΔΦ2，两次运动中线框中均有沿abcda方向电流消灭
C．ΔΦ1＜ΔΦ2，两次运动中线框中均有沿adcba方向电流消灭
D．ΔΦ1＜ΔΦ2，两次运动中线框中均有沿abcda方向电流消灭
【答案】 C
二、楞次定律的理解应用
对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的缘由：
(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”；
(2)阻碍相对运动——“来拒去留”；
(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”；
(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。

【典例】(多选)(2014·上海卷)如图，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形。

则该磁场( )
A．渐渐增加，方向向外
B．渐渐增加，方向向里
C．渐渐减弱，方向向外
D．渐渐减弱，方向向里
【答案】CD
三、法拉第电磁感应定律的理解和应用
1．应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤
(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化状况；
(2)利用楞次定律确定感应电流的方向；
(3)机敏选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。

2．应留意的问题
通过回路的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与变化过程所用的时间长短无关，推导过程：q＝IΔt＝
n
ΔΦ
Δt
R Δt＝
nΔΦ
R。

【典例】如图所示，匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd，线圈平面与磁场垂直。

已知线圈的匝数N＝100，边长ab＝1.0 m、bc＝0.5 m，电阻r＝2 Ω。

磁感应强度B在0～1 s内从零均匀变化到0.2 T。

在1～5 s内从0.2 T均匀变化到－0.2 T，取垂直纸面对里为磁场的正方向。

求：
(1)0.5 s 时线圈内感应电动势的大小E 和感应电流的方向； (2)在1～5 s 内通过线圈的电荷量q ； (3)在0～5 s 内线圈产生的焦耳热Q 。

【答案】 (1)10 V ，感应电流的方向为a →d →c →b →a (2)10 C (3)100 J
(2)
同理可得E 2＝N ΔB2S Δt2，感应电流I 2＝E2
r
电荷量q ＝I 2Δt 2，解得q ＝N ΔB2S
r
，代入数据得q ＝10 C 。

(3)0～1 s 内的焦耳热Q 1＝I 21r Δt 1，且I 1＝E1
r ，1～5 s 内的焦耳热Q 2＝I 2r Δt 2
由Q ＝Q 1＋Q 2，代入数据得Q ＝100 J 。

四、电磁感应中的“杆＋导轨”模型 1．模型特点
“杆＋导轨”模型是电磁感应问题高考命题的“基本道具”，也是高考的热点。

“杆＋导轨”模型问题的物理情境变化空间大，涉及的学问点多。

2．分析思路
【典例】(2021·海南单科·13)如图，两平行金属导轨位于同一水平面上，相距l ，左端与一电阻R 相连；整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B ，方向竖直向下。

一质量为m 的导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速率v 匀速向右滑动，滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好。

已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g ，导轨和导体棒的电阻均可忽视。

求：
(1)电阻R 消耗的功率； (2)水平外力的大小。

【答案】 (1)B2l2v2R (2)B2l2v
R
＋μmg
五、
电磁感应中的图象问题 1．图象类型
图象类型
(1)随时间变化的图象如B －t 图象、Φ－t 图象、E －t 图象、
I －t 图象和F －t 图象
(2)随位移x 变化的图象如E －x 图象和I －x 图象 问题类型
(1)由给定的电磁感应过程选择图象或画出图象
(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量
应用学问
左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感
应定律、欧姆定律、牛顿定律、函数图象学问等
2.突破策略
对图象的分析，应做到“四明确一理解”，即：
(1)明确图象所描述的物理意义；明确各种“＋”、“－”的含义；明确斜率的含义；明确图象和电磁感应过程之间的对应关系。

(2)理解三个相像关系及各自的物理意义：
v ～Δv ～
Δv Δt ，B ～ΔB ～ΔB Δt ，Φ～ΔΦ～ΔΦ
Δt。

3．解决图象问题的一般步骤
(1)明确图象的种类，即是B －t 图象还是Φ－t 图象，或者E －t 图象、I －t 图象等。

(2)分析电磁感应的具体过程。

(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。

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