新高考物理三轮冲刺知识讲练与题型归纳专题23 电磁感应基本规律及应用（含解析）

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TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc128039674" 题型一 电磁感应现象的理解和判断 PAGEREF _Tc128039674 \h 1
\l "_Tc128039675" 题型二 感应电流方向的两种判断方法 PAGEREF _Tc128039675 \h 4
\l "_Tc128039676" 题型三 楞次定律的应用 PAGEREF _Tc128039676 \h 6
\l "_Tc128039677" 题型四 三定则一定律的应用 PAGEREF _Tc128039677 \h 10
[考点分析]
题型一 电磁感应现象的理解和判断
1．磁通量
(1)定义：在匀强磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积的乘积．
(2)公式：Φ＝BS.
适用条件：①匀强磁场．
②S为垂直磁场的有效面积．
(3)磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)．
(4)磁通量的意义：
①磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数．
②同一线圈平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零．
2．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，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．
(2)产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化．
产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线圈中就有感应电动势产生．
(3)电磁感应现象中的能量转化：发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能，该过程遵循能量守恒定律．
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，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量大小分别为△Φ1和△Φ2，则（ ）
A．△Φ1＞△Φ2，两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现
B．△Φ1＝△Φ2，两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现
C．△Φ1＜△Φ2，两次运动中线框中均无感应电流出现
D．△Φ1＜△Φ2，两次运动中线框中均有感应电流出现
【解答】解：设在位置Ⅰ时磁通量大小为Φ1，位置Ⅱ时磁通量大小为Φ2。
第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ，穿过线框的磁感线方向没有改变，磁通量变化量△Φ1＝Φ1﹣Φ2，根据楞次定律判断可知，感应电流沿adcba方向；
第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ，穿过线框的磁感线的方向发生改变，磁通量变化量△Φ2＝Φ1+Φ2，根据楞次定律判断可知，感应电流沿adcba方向；
则可知，△Φ1＜△Φ2，两次运动中线框中均有感应电流出现，故D正确，ABC错误。
故选：D。
如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的变化量的大小是（ ）
A．B．C．D．
【解答】解：矩形线圈abcd如图所示放置，匀强磁场方向向左上方，平面水平放置时通过线圈的磁通量为Φ1＝BSsinθ。
当规定此时穿过线圈为正面，则当线圈绕ad轴转90°角时，穿过线圈反面，则其的磁通量Φ2＝﹣BScsθ′。
因此穿过线圈平面的磁通量的变化量为。
故选：C。
（多选）如图所示，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（ ）
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，同时减小磁感应强度B
D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角（0°＜θ＜90°）
【解答】解：感应电流产生的条件①闭合回路，②穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。即穿过闭合导体回路的磁通量发生变化闭合导体回路中就有感应电流。
A、根据磁通量的公式：Φ＝BScsθ，ab向右运动，S增大，同时使θ减小，磁通量增大。一定能产生感应电流。故A正确；
B、根据磁通量的公式：Φ＝BScsθ，磁感应强度B减小，θ角同时也减小，不能确定磁通量的变化。故B错误；
C、根据法拉第电磁感应定律，由导体棒向左运动产生的动生电流为逆时针方向，而B减小根据楞次定律感应出的电流也为逆时针方向，所以两者同向。故C正确；
D、根据磁通量的公式：Φ＝BScsθ，ab向右运动，S增大，同时增大磁感应强度B和θ角，不能确定磁通量的变化。故D错误。
故选：AC。
题型二 感应电流方向的两种判断方法
如图，长直导线MN置于三角形金属线框abc上，彼此绝缘，线框被导线分成面积相等的两部分、导线通入由M到N的电流，当电流逐渐增大时，线框中（ ）
A．磁通量变化量为零B．没有产生感应电流
C．感应电流方向为abcaD．感应电流方向为acba
【解答】解：由安培定则可知，MN中的电流在导线框上部分产生的磁场垂直于纸面向外，下部分的磁场垂直纸面向里。虽然线框被导线分成面积相等的两部分，但离导线越远，磁场越弱，所以线框磁通量变化量不为0，当电流逐渐增大时，磁感应强度向里增大，由楞次定律可知，导线框中的感应电流逆时针方向，即沿abca方向，故ABD错误，C正确；
故选：C。
（多选）高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是（ ）
A．铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场
B．铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场
C．磁铁与感应电流之间的作用力，会使铝盘减速
D．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果与实心铝盘相同
【解答】解：A、由题意可知，因圆形铝盘逆时针方向旋转，那么穿过铝盘甲区域的磁通量增大，根据楞次定律，可知，感应电流产生磁场与原来磁场方向相反，即垂直铝盘向外的磁场，故A正确；
B、同理，因圆形铝盘逆时针方向旋转，那么穿过铝盘乙区域的磁通量减小，根据楞次定律，可知，感应电流产生磁场与原来磁场方向相同，即垂直铝盘向里的磁场，故B错误；
C、依据楞次定律的”近斥远吸“，则有甲区域要靠近磁铁，则相互排斥，而乙区域要远离磁铁，则相互吸引，因此磁铁与感应电流之间的作用力，会使铝盘减速，故C正确；
D、若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘的，故D错误；
故选：AC。
如图，两金属棒ab、cd分别置于两个异名磁极之间，组成闭合回路。能使cd棒受到向下磁场力的情况是（ ）
①磁极Ⅰ为S极，磁极Ⅲ为S极，ab棒向左运动
②磁极Ⅰ为S极，磁极Ⅲ为N极，ab棒向右运动
③磁极Ⅰ为N极，磁极Ⅲ为N极，ab棒向左运动
④磁极Ⅰ为N极，磁极Ⅲ为S极，ab棒向右运动
A．①②④B．①②③④C．②④D．①③
【解答】解：①磁极Ⅰ为S极，磁极Ⅲ为S极，ab棒向左运动，根据右手定则，可得感应电流方向由b到a，则金属棒cd中的电流方向为由d到c，根据左手定则，可得cd棒受到向下磁场力；
②磁极Ⅰ为S极，磁极Ⅲ为N极，ab棒向右运动，根据右手定则，可得感应电流方向由a到b，则金属棒cd中的电流方向为由c到d，根据左手定则，可得cd棒受到向下磁场力；
③磁极Ⅰ为N极，磁极Ⅲ为N极，ab棒向左运动，根据右手定则，可得感应电流方向由a到b，则金属棒cd中的电流方向为由c到d，根据左手定则，可得cd棒受到向下磁场力；
④磁极Ⅰ为N极，磁极Ⅲ为S极，ab棒向右运动，根据右手定则，可得感应电流方向由b到a，则金属棒cd中的电流方向为由d到c，根据左手定则，可得cd棒受到向下磁场力；
所以①②③④均正确，故B正确，ACD错误。
故选：B。
如图是飞机在上海市由北往南飞行表演过程画面，当飞机从水平位置飞到竖直位置时，相对于飞行员来说，关于飞机的左右机翼电势高低的说法正确的是（ ）
A．不管水平飞行还是竖直向上飞行，都是飞机的左侧机翼电势高
B．不管水平飞行还是竖直向上飞行，都是飞机的右机翼电势高
C．水平飞行时，飞机的右侧机翼电势高，竖直向上飞行时，飞机的左侧机翼电势高
D．水平飞行时，飞机的左侧机翼电势高；竖直向上飞行时，飞机的右侧机翼电势高
【解答】解：地磁场在北半球有竖直向下和由南向北的水平分量，由北往南飞水平飞行时，飞机的两翼切割竖直向下的磁感线，根据右手定则可知，左侧机翼电势高；
竖直向上飞行时，两翼切割水平方向的磁感线，根据右手定则可知，机翼右侧电势高，故D正确，ABC错误；
故选：D。
题型三 楞次定律的应用
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)适用情况：所有的电磁感应现象．
2．楞次定律中“阻碍”的含义
eq \x(谁阻碍谁)→eq \x(感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场原磁场的磁通量的变化)
eq \x(阻碍什么)→eq \x(阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身)
eq \x(如何阻碍)→当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”
eq \x(阻碍效果)→eq \x(阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行)
如图所示，光滑的水平绝缘桌面上有一个铝制圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。若条形磁铁沿水平方向向右匀速运动，则（ ）
A．圆环和磁铁以相同的速度一起向右运动
B．圆环对桌面的压力可能为零
C．圆环对桌面的压力大于它的重力
D．磁铁对圆环做的功等于圆环中增加的内能
【解答】解：A.根据楞次定律，来拒去留，条形磁铁向右移动时，闭合圆环将跟随磁铁向右运动，但圆环的速度一定与磁铁的速度不相等，故A错误；
BC.根据楞次定律，来拒去留，金属圆环受安培力向右上方，则圆环对桌面的压力小于其重力，圆环对桌面的压力可能为零，故B正确，C错误；
D.根据功能关系，磁铁对圆环做的功等于圆环中增加的内能和圆环增加的动能，故D错误。
故选B。
某同学设计了如图所示点火装置。在一个用许多薄硅钢片叠合而成的直条形铁芯上套有两个彼此绝缘且靠近的线圈A和B，调节触点K与带有铁头的弹簧片P恰好接触，合上开关S后，就能在火花塞的两电极M、N之间产生火花。关于该设计方案，下列说法正确的是（ ）
A．不可行，因为电源是直流电
B．不可行，因为两个线圈的磁通量没有变化
C．可行，且A的匝数比B多时，点火效果更好
D．可行，且M、N做成针状时，点火效果更好
【解答】解：AB、虽然电源是直流电，但当接通开关S时，线圈A中产生磁场，从而会吸引带有铁头的弹簧片P，使开关断开，从而能使通过A线圈的电流发生变化，使穿过铁芯的磁通量发生变化，进而使B线圈当中发生电磁感应，在M、N间产生较大电压，产生火花放电，故AB错误；
C、在相同的磁通量变化情况下，线圈的匝数越多，则对应的感应电动势越大，因此当B的匝数比A多时，即B线圈产生的电压就越高，那么点火效果更好，故C错误；
D、若M、N做成针状时，那么这两点的电场强度越强，点火效果更好，故D正确。
故选：D。
如图所示，M为水平放置的橡胶圆盘，在其外侧面均匀地带有负电荷。在M正上方用丝线悬挂一个闭合铝环N，铝环也处于水平面中，且M盘和N环的中心在同一条竖直线O1O2上，现让橡胶盘由静止开始绕O1O2轴按图示方向逆时针加速转动，下列说法正确的是（ ）
A．铝环N有沿顺时针方向的感应电流
B．铝环N有扩大的趋势
C．橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向下
D．橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向上
【解答】解：A、因橡胶圆盘M带有负电荷，则加速转动时产生顺时针电流（从上向下看），依据楞次定律，可知，穿过环N的磁通量，向下且增大，因此环N有沿逆时针方向的感应电流，故A错误；
BCD、胶木盘M由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大；橡胶圆盘，在其外侧面均匀地带有负电荷，根据右手螺旋定则知，通过铝环N的磁通量向下，且增大，根据楞次定律的另一种表述，引起的机械效果阻碍磁通量的增大，知铝环N的面积有缩小的趋势，且有向上的运动趋势，所以，橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向上，且铝环N有收缩的趋势，故D正确，B、C错误。
故选：D。
航空母舰上飞机弹射起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动原理如图所示，当固定线圈上突然通入直流电流时，靠近线圈左端放置的金属环被弹射出去，如果在线圈左侧同一位置先后分别放置用铜和铝导线制成的形状完全相同的两个闭合导线环，且电阻率ρ铜＜ρ铝，闭合开关S瞬间，下列判断正确的是（ ）
A．从左侧看环中感应电流沿逆时针方向
B．铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力
C．电池正负极调换后，导线环将不能向左弹射
D．若将铜环放在线圈右侧，铜环将向左运动
【解答】解：A、由固定线圈的绕线方向和电流方向可以判断出螺线管的左端是N极，当闭合开关S瞬间，磁场增大，穿过左侧线圈的磁通量在增大，根据楞次定律，线圈中产生与原磁场方向相反的感应磁场，再由右手定则可以判断出，左侧线圈中产生从左侧看顺时针方向的感应电流，故A错误；
B、由于电阻率ρ铜＜ρ铝，则铜环的电阻要小一些，在感应电压相同的情况下，产生的感应电流大一些，故安培力也会大一些，故B正确；
C、当电池正负极调换后，固定线圈在左侧变成了S极，根据楞次定律也可以判断出固定线圈与环间产生的斥力，也可以通过“来拒去留”的方法判断，这闭合开关，磁场增大相当于“来”，所以会产生“拒”，即排斥力，所以也可以向左弹射，故C错误；
D、若将铜环放在线圈右侧，同理，铜环与线圈间也会产生排斥力，所以铜环将向右运动，故D错误。
故选：B。
题型四 三定则一定律的应用
1．三定则一定律的比较
2.应用技巧
无论是“安培力”还是“洛伦兹力”，只要是“力”都用左手判断．
“电生磁”或“磁生电”均用右手判断．
如图，C、D是两条竖直且足够长的固定导轨（电阻不计），导轨间存在垂直纸面向里的匀强磁场，EF是一个固定螺线管，C、D的输出端a、b分别连接EF的输入端c、d，P是在EF的正下方水平放置在地面上的铝圆环。现对金属棒AB施加一竖直向上的力使金属棒由静止开始向上做匀加速运动，在运动过程中棒始终与C、D导轨良好接触，可认为通电螺线管在圆环中产生的磁感应强度与通过螺线管的电流成正比，则（ ）
A．金属棒中的感应电流方向由A到B
B．P环有收缩的趋势
C．P环对地面的压力逐渐减小
D．P环中感应电流逐渐变大
【解答】解：A、依据右手定则可知，金属棒中的感应电流方向由B到A，故A错误；
B、当金属棒AB由静止开始向上做匀加速运动中，AB产生的感应电流均匀增大，由于通电螺线管在圆环中产生的磁感应强度与通过螺线管的电流成正比，则穿过A环的磁通量也均匀增大，根据楞次定律可知，P环的面积有收缩的趋势，故B正确；
C、根据楞次定律分析可知，当AB回路中电流均匀增大时，螺线管与P环之间存在斥力，导致P环对地面的压力逐渐增大，故C错误；
D、由上分析可知，因穿过A环的磁通量均匀增大，那么环中感应电流不变，故D错误。
故选：B。
如图所示，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的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ在一外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是（ ）
A．向右加速运动B．向左匀速运动
C．向左减速运动D．向右减速运动
【解答】解：根据安培定则可知，MN处于ab产生的垂直纸面向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的安培力向右，由左手定则可知电流由M指向N，L1中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，线圈中产生感应电流的磁场应该是向上减小，或向下增加；再由右手定则可知PQ可能是向左加速运动或向右减速运动。故ABC错误，D正确。
故选：D。
（多选）如图所示的电路中，有界匀强磁场方向垂直水平光滑金属导轨所在平面，方向如图所示，若放在导轨上的ab棒突然向右移动，这可能发生在（ ）
A．闭合开关S的瞬间
B．断开开关S的瞬间
C．闭合开关S后，减小滑动变阻器R接入电路的阻值时
D．闭合开关S后，增大滑动变阻器R接入电路的阻值时
【解答】解：金属杆向右运动说明金属杆受到向右的安培力，由左手定则可知，金属杆中的电流由a到b；
右侧线框中感应电流产生的磁通量向上；则由楞次定律可知，左侧线框中的磁场可能向下减小，也可能向上增加；
左侧电流由上方进入，由安培定则可知，内部磁场方向向上；故产生以上现象只能是磁通量突然增加；故只能为A或C；故AC正确，BD错误
故选：AC。
（多选）如图所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引（ ）
A．向右做匀速运动B．向左做减速运动
C．向右做减速运动D．向右做加速运动
【解答】解：A、导体棒ab向右或向左做匀速运动时，ab中产生的感应电流不变，螺线管产生的磁场是稳定的，穿过c的磁通量不变，c中没有感应电流，线圈c不受安培力作用，不会被螺线管吸引。故A错误。
B、导体棒ab向左做减速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从b→a，感应电流减小，螺线管产生的磁场减弱，穿过c的磁通量减小，根据楞次定律得知，c中产生逆时针方向（从左向右看）的感应电流，与线圈中的电流的方向相同，则线圈c被螺线管吸引。故B正确。
C、导体棒ab向右做减速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从a→b，感应电流减小，螺线管产生的磁场减弱，穿过c的磁通量减小，根据楞次定律得知，c中产生顺时针方向（从左向右看）的感应电流，与线圈中的电流的方向相同，则线圈c被螺线管吸引。故C正确。
D、导体棒ab向右做加速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从a→b，感应电流增大，螺线管产生的磁场增强，穿过c的磁通量增大，根据楞次定律得知，c中产生逆时针方向（从左向右看）的感应电流，与线圈中的电流的方向相同反，则线圈c被螺线管排斥。故D错误。
故选：BC。
（多选）如图所示装置中，cd杆原来静止。当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动？（ ）
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
【解答】解：A、ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动。故A错误。
B、ab杆向右加速运动，根据右手定则，知在ab杆上产生增大的a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生向上增强的磁场，该磁场向下通过L2，根据楞次定律，在cd杆上产生c到d的电流，根据左手定则，受到向右的安培力，向右运动。故B正确。
C、ab杆向左加速运动，根据右手定则，知在ab杆上产生增大的b到a的电流，根据安培定则，在L1中产生向下增强的磁场，该磁场向上通过L2，根据楞次定律，在cd杆上产生d到c的电流，根据左手定则，受到向左的安培力，向左运动。故C错误。
D、ab杆向左减速运动，根据右手定则，知在ab杆上产生减小的b到a的电流，根据安培定则，在L1中产生向下减弱的磁场，该磁场向上通过L2，根据楞次定律，在cd杆上产生c到d的电流，根据左手定则，受到向右的安培力，向右运动。故D正确。
故选：BD。
（多选）如图甲所示，等离子气流由左方连续以v0射入P1和P2两板间的匀强磁场中，ab直导线与P1、P2相连接，线圈A与直导线cd连接．线圈A内有随图乙所示的变化磁场，且磁场B的正方向规定为向左，如图甲所示，则下列说法正确的是（ ）
A．0～1 s内ab、cd导线互相排斥
B．1～2 s内ab、cd导线互相排斥
C．2～3 s内ab、cd导线互相排斥
D．3～4 s内ab、cd导线互相排斥
【解答】解：AB、由左侧电路可以判断ab中电流方向由a到b；由右侧电路及图乙可以判断，0～2 s内cd中电流为由c到d，跟ab中电流同向，因此ab、cd相互吸引，选项A、B错误；
CD、2～4 s内cd中电流为由d到c，跟ab中电流反向，因此ab、cd相互排斥，选项C、D正确；
故选：CD。
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