16 专题四 第16课时 电磁感应定律及其应用（教师用书Word版）-【高考快车道】2026年高考物理大二轮专题复习与策略（江苏专版）

第16课时　电磁感应定律及其应用 [建体系·知关联](教师用书独具) [析考情·明策略] 真题呈现 2025江苏T15(动生电动势及电热的求解) 2024江苏T10(楞次定律的应用) 2023江苏T8(导体棒转动切割磁感线产生的动生电动势) 2022江苏T5(已知磁感应强度随时间变化的关系式求电动势) 考情分析 本讲的考查集中在楞次定律、法拉第电磁感应定律的应用、电磁感应中的图像问题、电路问题、动力学和能量问题，题型以选择题为主；计算题常以“导体棒”切割磁感线为背景，还可能会涉及动量的问题。 考点1| 楞次定律和法拉第电磁感应定律 1．判定感应电流方向的两种方法 (1)楞次定律：一般用于线圈面积不变，磁感应强度发生变化的情形。 (2)右手定则：一般用于导体棒切割磁感线的情形。 2．求感应电动势的方法 (1)感生电动势： E＝n (2)动生电动势： [案例1]　在三角形ABC区域中存在着磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，三边电阻均为R的三角形导线框abc沿AB方向从A点以速度v匀速穿过磁场区域。如图所示，ab＝L，AB＝2L，∠abc＝∠ABC＝90°，∠acb＝∠ACB＝30°。线框穿过磁场的过程中(　　) A．感应电流先沿顺时针方向，后沿逆时针方向 B．感应电流先增大，后减小 C．通过线框的电荷量为 D．通过线框的电荷量为零 [题眼点拨]　①“三角形导线框”表明线框进入磁场过程中有效长度发生变化。 ②“穿过磁场区域”表明通过线框的磁通量先增大，后减少。 D　[线框穿过磁场的过程中，磁通量先增加后减少，则根据楞次定律可知，感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向，选项A错误；线框穿过磁场的过程中，切割磁感线的有效长度先增大、后减小、再增大，则感应电流先增大、后减小、再增大，选项B错误；根据q＝，因线框进入和穿出磁场时磁通量的变化量大小相同，且感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向，可知通过线框的电荷量为零，选项C错误，D正确。] [案例2]　(2024·江苏卷T10)如图所示，在绝缘的水平面上，有闭合的两个线圈a、b，线圈a处在垂直纸面向里的匀强磁场中，线圈b位于右侧无磁场区域，现将线圈a从磁场中匀速拉出，线圈a、b中产生的感应电流方向分别是(　　) A．顺时针，顺时针 B．顺时针，逆时针 C．逆时针，顺时针 D．逆时针，逆时针 A　[将线圈a从磁场中匀速拉出的过程中，穿过线圈a的磁通量在减小，则根据楞次定律可知线圈a产生的电流方向为顺时针，由于将线圈a从磁场中匀速拉出，则线圈a中产生的电流为恒定电流，则线圈a靠近线圈b的过程中，线圈b的磁通量在向外增大，同理可得线圈b产生的电流方向为顺时针。故选A。] [案例3]　(2022·江苏卷T5)如图所示，半径为r的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化关系为B＝B0＋kt，B0、k为常量且k＞0，则图中半径为R的单匝圆形线圈中产生的感应电动势大小为(　　) A．πkr2 B．πkR2 C．πB0r2 D．πB0R2 A　[由题意可知磁感应强度的变化率为＝k，根据法拉第电磁感应定律可知E＝＝＝πkr2，故选A。] 反思感悟： (1)“找、判、定”三步确定电势的高低 (2)电磁感应中电荷量的求解方法 q＝t＝n(n：匝数，ΔΦ：磁通量变化量，R＋r：闭合电路的总电阻) 【教师备选资源】 某直升机在我国某地上空悬停，长度为L的螺旋桨叶片在水平面内顺时针匀速转动(俯视)，转动角速度为ω。该处地磁场的水平分量为Bx，竖直分量为By。叶片的近轴端为a，远轴端为b。忽略转轴的尺寸，则叶片中感应电动势为(　　) A．BxLω，a端电势高于b端电势 B．BxL2ω，a端电势低于b端电势 C．ByL2ω，a端电势高于b端电势 D．ByL2ω，a端电势低于b端电势 D　[我国某地上空地磁场有竖直向下的分量，大小为By，当螺旋桨叶片在水平面内顺时针匀速转动(俯视)时，根据右手定则可知，a端电势低于b端电势；大小为E＝ByL＝ByL2ω，故选D。] 考点2| 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 1．可以产生涡流的两种情况 (1)把块状金属放在变化的磁场中。 (2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。 2．电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系 电磁阻尼 电磁驱动 区别 产生电流的原因 由于导体在磁场中运动，导体中产生感应电流 由于磁场相对于导体运动，导体中产生感应电流 安培力方向 导体所受安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动 导体所受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动 本质联系 都属于电磁感应现象，安培力的作用效果都是阻碍导体与磁场间发生相对运动 [案例4]　(2025·江苏扬州模拟)有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁体的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，如图所示，铜盘就能在较短的时间内停止。关于该实验现象，下列说法正确的是(　　) A．铜盘被磁化后，与磁体相互作用导致明显减速 B．铜盘的磁通量不变，因此不会产生感应电流 C．对调蹄形磁体磁极的位置，实验现象也相同 D．将铜盘全部放在足够大的匀强磁场中，实验现象更明显 C　[铜不会被磁化，故A错误；虽然穿过整个铜盘的磁通量不变，但由于铜盘是导体，在铜盘内部可以看作形成了无数个闭合回路，当铜盘转动时，位于铜盘不同位置的闭合回路的磁通量会发生变化，从而产生感应电流，故B错误；对调蹄形磁体磁极的位置，只是磁场方向变为反向，铜盘中同样会产生感应电流阻碍其运动，实验现象也相同，故C正确；将铜盘全部放在足够大的匀强磁场中，铜盘各个位置的磁感应强度相同，当铜盘转动时，位于铜盘不同位置的闭合回路的磁通量不会发生变化，无法产生感应电流阻碍其运动，不会有明显减速现象，故D错误。] [案例5]　(2024·江苏盐城二模)如图所示是汽车上使用的电磁制动装置示意图。电磁制动是一种非接触的制动方式，其原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是(　　) A．制动过程中，导体不会产生热量 B．如果导体反向转动，此装置将不起制动作用 C．制动力的大小与线圈中电流的大小无关 D．线圈电流一定时，导体运动的速度越大，制动力就越大 D　[电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量，A错误；无论正转还是反转，导体都会产生感应电流，而导体受到的安培力均会阻碍导体与磁场的相对运动，B错误；线圈中电流越大，则产生的磁场越强，则转盘转动产生的涡流越强，则制动器对转盘的制动力越大，C错误；线圈电流一定时，导体运动的速度越大，转盘转动产生的涡流越强，制动力就越大，D正确。] 【教师备选资源】 一弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，让磁铁上下振动，若要使磁铁很快停下，下列铝框放置方式效果最明显的是(　　) A　　　 B　　　　C　 　　　D A　[当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈，这样磁铁振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来。故铝框放置方式效果最明显的是A。故选A。] 考点3| 互感和自感 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 电流I逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流I1突然变大，然后逐渐减小，若RL＝0，灯泡最后不亮 断电时 电流I逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗 ②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗 两种情况灯泡电流方向均改变 [案例6]　(2024·江苏南京金陵中学高三校考)如图所示的电路中，L1、L2、L3是三个相同的灯泡，电感L的电阻和电源的内阻可忽略，D为理想二极管。下列判断正确的是(　　) A．开关S从断开状态突然闭合时，L1逐渐变亮，L2一直不亮，L3立即变亮 B．开关S从断开状态突然闭合时，L1、L2逐渐变亮，L3立即变亮再熄灭 C．开关S从闭合状态突然断开时，L1逐渐熄灭，L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，L3立即熄灭 D．开关S从闭合状态突然断开时，L1、L2逐渐熄灭，L3突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 C　[由于二极管具有单向导电性，所以开关S从断开状态突然闭合时，二极管不能导通，L2一直不亮，此时L1、L3和L串联在同一回路中，L产生自感电动势阻碍通过其电流的增大，所以通过L1和L3的电流逐渐增大，L1和L3均逐渐变亮，故A、B错误；开关S从闭合状态突然断开时，通过L3的电流立即变为零，所以L3立即熄灭，L产生自感电动势阻碍通过其电流的减小，此时自感电动势的方向满足二极管导通的条件，所以L1、L2和L串联在同一回路中，通过L1的电流逐渐减小，L1逐渐熄灭，而由于L2开始时不亮，所以L2突然变亮，然后逐渐变暗熄灭，故C正确，D错误。] 【教师备选资源】 一种叫“焦耳小偷”的电路，可以“榨干”一颗旧电池的能量，其原理如图所示。一颗废旧的5号电池开路电压约为 1 V，直接点亮一个需要1.6 V电压驱动的发光二极管是不可能的，这时可以反复快速接通和断开开关，发光二极管就会闪烁起来。下列说法正确的是(　　) A．发光二极管的正极应接在C端 B．只有开关接通的瞬间，发光二极管才会闪亮发光 C．只有开关断开的瞬间，发光二极管才会闪亮发光 D．开关断开及接通的瞬间，A端的电势均高于B端的电势 C　[由题图可知，发光二极管的正极应接在B端，故A错误；开关接通瞬间，发光二极管被短路，发光二极管不会闪亮发光，此时B端电势低于A端电势，故B错误；开关断开的瞬间，流过电感线圈的电流减小，电感线圈产生与原电流同向的自感电动势，发光二极管会闪亮发光，此时B端电势高于A端电势，故C正确，D错误。] 考点4| 电磁感应中的力电综合问题 1． 2． 3．求解焦耳热Q的三种方法 (1)焦耳定律：Q＝I2Rt。 (2)功能关系：Q＝W安。 (3)能量转化：Q＝ΔE其他。 [案例7]　如图所示，光滑导轨MN和PQ固定在竖直平面内，导轨间距为L，两端分别接有阻值均为R的定值电阻R1和R2。两导轨间有一边长为的正方形区域abcd，该区域内有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。一质量为m的金属杆与导轨相互垂直且接触良好，从ab处由静止释放，若金属杆离开磁场前已做匀速运动，其余电阻均不计，重力加速度为g。求： (1)金属杆离开磁场前的瞬间流过R1的电流大小和方向； (2)金属杆离开磁场时速度的大小； (3)金属杆穿过整个磁场的过程中，电阻R1上产生的焦耳热。 [解析]　(1)设流过金属杆的电流为I 由平衡条件得mg＝BI· 解得I＝ 所以R1中的电流大小I1＝＝，方向从P到M。 (2)设金属杆匀速运动时的速度为v 由E＝B·v E＝I· 解得v＝。 (3)由能量守恒定律得mg·＝Q＋mv2 解得Q＝ R1上产生的焦耳热为 QR1＝Q＝。 [答案]　(1)，从P到M　(2)　(3) [案例8]　(2025·江苏卷T15)圆筒式磁力耦合器由内转子、外转子两部分组成。工作原理如图甲所示。内、外转子可绕中心轴OO′转动。外转子半径为r1，由四个相同的单匝线圈紧密围成，每个线圈的电阻均为R，直边的长度均为L，与轴线平行。内转子半径为r2，由四个形状相同的永磁体组成，磁体产生径向磁场，线圈处的磁感应强度大小均为B。外转子始终以角速度ω0匀速转动，某时刻线圈abcd的直边ab与cd处的磁场方向如图乙所示。 (1)若内转子固定，求ab边产生感应电动势的大小E； (2)若内转子固定，求外转子转动一周，线圈abcd产生的焦耳热Q； (3)若内转子不固定，外转子带动内转子匀速转动，此时线圈中感应电流为I，求线圈abcd中电流的周期T。 [解析]　(1)根据题意可知，ab转动时的线速度为v＝ω0r1 则ab产生的感应电动势E1＝BLv＝BLω0r1。 (2)根据题意，由题图乙可知，若内转子固定，外转子转动过程中，ab、cd均切割磁感线，且产生的感应电流方向相反，则转动过程中感应电动势为E2＝2BLv＝2BLω0r1 感应电流为I＝ 转子转动的周期为T＝ 则abcd转一圈产生的热量Q＝I2RT＝。 (3)转子转动T时电流方向改变，大小不变，若内转子不固定，跟着外转子一起转，且abcd中的电流为I，则感应电动势为E′＝IR 又有E′＝2BLΔv 解得Δv＝ 则电流改变方向的时间为t＝＝ 则电流的周期为T＝2t＝。 [答案]　(1)BLω0r1　(2)　 (3) 反思感悟：力电综合问题的分析思路 【教师备选资源】 如图所示，一边长为L、电阻为R的正方形金属线框abcd可绕其水平边ad转动。线框处在竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中，已知bc边质量为m，其余质量不计。现给bc边一个瞬时冲量，使bc边获得水平速度v，线框恰能摆至水平位置。重力加速度为g。求： (1)线框刚开始运动瞬间bc边所受安培力大小F； (2)线框开始运动到水平位置过程中产生的焦耳热Q。 [解析]　(1)由法拉第电磁感应定律有E＝BLv 由欧姆定律有I＝ 根据安培力公式有F＝BIL，解得F＝。 (2)由能量守恒定律，可得Q＝mv2－mgL。 [答案]　(1)　(2)mv2－mgL 16/16 学科网（北京）股份有限公司 $