全国版版高考物理一轮复习第11章电磁感应第40课时电磁感应现象楞次定律学案.docx

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全国版版高考物理一轮复习第11章电磁感应第40课时电磁感应现象楞次定律学案

第40课时　电磁感应现象、楞次定律

考点1　电磁感应现象的理解

1．磁通量

（1）定义：

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与B的乘积。

（2）公式：

。

（3）单位：

1Wb＝1_T·m2。

（4）标矢性：

磁通量是标量（填“标量”或“矢量”），但有正负。

若规定磁感线从一个方向穿过面的磁通量为正值，则从反方向穿过面的磁通量为负值。

2．电磁感应现象

（1）电磁感应现象：

当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，电路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。

（2）产生感应电流的条件：

①电路闭合；②磁通量发生变化。

（3）实质：

磁通量发生变化时，电路中产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流；如果电路不闭合，则只有感应电动势，而无感应电流。

[例1]　在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是（　　）

A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化

B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化

C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化

D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化

解析　产生感应电流的条件是：

①闭合回路；②磁通量发生变化。

磁铁和通电线圈产生稳定磁场，闭合线圈中无磁通量变化，故A、B不会产生感应电流；在插入条形磁铁的瞬间会产生磁通量变化，稳定后无感应电流，不会看到电流表变化；通、断电瞬间，连接电流表的线圈中磁通量变化，故会产生感应电流，电流表发生偏转。

故选D。

答案　D

1．（2018·河北邯郸期末）图中能产生感应电流的是（　　）

答案　B

解析　A项中线圈不是闭合的，不能产生感应电流；B项中线框的面积增大，穿过线框的磁通量增大，能够产生感应电流；C项中由于直导线在线圈所在平面的正上方，所以穿过线圈的磁通量等于0，电流增大，线圈的磁通量仍然是0，不能产生感应电流；D项中线圈整体垂直于匀强磁场方向运动，线圈的磁通量始终最大且没有发生变化，不能产生感应电流。

故选B。

2.（多选）如图所示，光滑导电圆环轨道竖直固定在匀强磁场中，磁场方向与轨道所在平面垂直，导体棒ab的两端可始终不离开轨道无摩擦地滑动，当ab由图示位置释放，直到滑到右侧虚线位置的过程中，关于ab棒中的感应电流情况，正确的是（　　）

A．因ab切割磁感线，故ab棒上有感应电流

B．尽管ab切割磁感线，但ab棒上无感应电流

C．磁场穿过圆环与ab构成的回路的磁通量没有变化

D．磁场穿过圆环与ab构成的回路的磁通量发生了变化

答案　BC

解析　棒始终在圆环轨道上运动，相当于圆的一条弦，与圆弧所围的面积不变，又处在匀强磁场中，故磁通量不变，无感应电流产生。

B、C正确。

3.（2018·甘肃天水一中月考）如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是（　　）

A．线圈中通以恒定的电流

B．通电时，使滑动变阻器的滑片P匀速移动

C．通电时，使滑动变阻器的滑片P加速移动

D．将开关突然断开的瞬间

答案　A

解析　线圈中通以恒定的电流时，线圈中产生稳恒的磁场，穿过铜环A的磁通量不变，没有感应电流产生；通电时，使滑动变阻器的滑片P匀速移动时，滑动变阻器接入电路的电阻变化，回路中电流变化，线圈中产生的磁场变化，穿过铜环A的磁通量变化，产生感应电流；通电时，使滑动变阻器的滑片P加速移动时，滑动变阻器接入电路的电阻变化，则回路中电流变化，线圈产生的磁场变化，穿过铜环A的磁通量变化，产生感应电流；将开关突然断开的瞬间，线圈产生的磁场从有到无，穿过铜环A的磁通量减小，产生感应电流。

故选A。

考点2　楞次定律的理解与应用

1．楞次定律

（1）内容：

感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

（2）适用范围：

适用于一切回路中磁通量变化的情况。

（3）“阻碍”可以理解为“增反减同”“来拒去留”。

2．右手定则

（1）使用方法：

①让磁感线穿入右手手心。

②使大拇指指向导体运动的方向。

③则其余四指指向导体中感应电流的方向。

（2）适用范围：

闭合电路中部分导体切割磁感线的情况。

3．电流方向的判断

如图，矩形线圈进入匀强磁场区域时：

（1）应用楞次定律判断：

磁场方向垂直纸面向里→磁通量增大→感应电流的磁场方向垂直纸面向外→根据安培定则可知：

感应电流沿逆时针方向。

（2）应用右手定则判断：

ab边切割磁感线，手心朝外，大拇指向右，四指沿ba方向，故电流方向从_b_到_a_。

[例2]　（2018·安徽宣城月考）如图所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈，当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是（　　）

A．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左

B．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左

C．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右

D．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右

解析　解法一：

当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，线圈中向下的磁通量先增大后减小，由楞次定律可知，线圈中先产生逆时针方向的感应电流后产生顺时针方向的感应电流，线圈四条边所受安培力的合力先向右下，后向右上，因此FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右，D正确。

解法二：

根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总要反抗产生感应电流的原因。

本题中的“原因”是线圈中磁通量先增大后减小，归根结底是磁场靠近了线圈。

“效果”是线圈要采取措施阻碍磁通量先增大后减小，即“来拒去留”，故必有向右运动的趋势。

在竖直方向上，线圈则应以先“向下躲”后“向上追”的方式阻碍磁通量先增大后减小，故FN先大于mg后小于mg。

D正确。

答案　D

应用楞次定律定性分析电磁感应现象时，需要正确区分涉及的两个磁场（一是引起感应电流的原磁场，二是感应电流产生的磁场）和两个电流（产生原磁场的原电流及感应电流）。

1.（人教版选修3－2P14·T6改编）（多选）如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象及现象分析正确的是（　　）

A．磁铁插向左环，横杆发生转动

B．磁铁插向右环，横杆发生转动

C．磁铁插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流

D．磁铁插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流

答案　BD

解析　磁铁插向左环，由于左环不闭合，不会产生感应电流，但有感应电动势，因为没有感应电流，磁场和小环没有相互作用力，横杆不会发生转动，A、C错误；B、D正确。

2.（2017·陕西西安中学期末）如图所示，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a（　　）

A．顺时针加速旋转B．顺时针减速旋转

C．逆时针加速旋转D．逆时针减速旋转

答案　B

解析　当带正电的绝缘圆环a顺时针加速旋转时，相当于顺时针方向电流在增大，根据右手螺旋定则，其内（圆环a内）有垂直纸面向里的磁场，其外（金属圆环b处）有垂直纸面向外的磁场，并且磁场的磁感应强度在增大，金属圆环b包围的面积内的磁场的总磁通量是垂直纸面向里（因为向里的磁通量比向外的多）且增大，根据楞次定律，b中产生的感应电流的磁场垂直纸面向外，磁场对电流的作用力向外，所以b中产生逆时针方向的感应电流且有扩张的趋势，同理，当带正电的绝缘圆环a顺时针减速旋转，b中产生顺时针方向的感应电流且有收缩的趋势，A错误，B正确；当带正电的绝缘圆环a逆时针加速旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，但具有扩张趋势；当a逆时针减速旋转时，b中产生逆时针方向的感应电流，具有收缩趋势，C、D错误。

3.（2017·四川成都七中诊断）如图所示是法拉第在1831年做电磁感应实验的示意图，铁环上绕有A、B两个线圈，线圈A接直流电源，线圈B接电流表G和开关S。

通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件，分析这个实验，下列说法中正确的是（　　）

A．闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流

B．闭合开关S的瞬间，电流表G中有b→a的感应电流

C．闭合开关S后，在增大滑动变阻器R接入电路的阻值的过程中，电流表G中有b→a的感应电流

D．闭合开关S后，向右移动滑动变阻器滑片，电流表G指针不偏转

答案　C

解析　闭合开关S的瞬间，穿过线圈B的磁通量不发生变化，电流表G中无感应电流，故A、B错误；闭合开关S后，在增大R接入电路的阻值的过程中，电流减小，则穿过线圈B的磁通量减小，根据右手螺旋定则可确定穿过线圈B的磁场方向，再根据楞次定律可得电流表G中有b→a的感应电流，故C正确；闭合开关S后，向右移动滑动变阻器滑片，导致穿过线圈B的磁通量变化，则电流表中有电流，因而电流表G指针会偏转，故D错误。

考点3　“三定则一定律”的综合应用

1．“三定则定律”的应用对比

2．应用的关键是抓住因果关系

（1）因电而生磁→安培定则。

（2）因动而生电→右手定则。

（3）因电而受力→左手定则。

（4）因磁而生电→楞次定律。

[例3]　如图所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且与线圈相互绝缘。

当MN中电流突然减小时，线圈所受安培力的合力方向（　　）

A．向左B．向右

C．垂直纸面向外D．垂直纸面向里

解析　解法一：

当MN中电流突然减小时，单匝矩形线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减小，根据楞次定律，线圈abcd中产生的感应电流方向为顺时针方向，由左手定则可知ab边与cd边所受安培力方向均向右，所以线圈所受安培力的合力方向向右，B正确。

解法二：

由对楞次定律中“阻碍”的理解可知，当MN中电流突然减小而导致线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减小时，线圈abcd一定会有向右运动的趋势以“阻碍”其磁通量的减小，所以其所受安培力的合力方向向右，B正确。

答案　B

当只强调感应电流产生的效果，而不涉及感应电流方向的判定时，灵活应用楞次定律和推广结论。

（1）安培力作用在线圈或导体棒上就表现为力的作用效果——改变运动状态（即“来拒去留”）或使物体发生形变的趋势（即“增缩减扩”）。

（2）感应电流产生的磁场总是阻碍闭合电路的磁通量变化，以“延缓”其增大或减小的速度。

1.（2018·江西南昌二中期末）如图所示，一闭合金属圆环用绝缘细线悬挂于O点，将圆环拉离平衡位置并释放，圆环摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界。

若不计空气阻力，则（　　）

A．圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度

B．在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流

C．圆环进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大

D．圆环最终将静止在平衡位置

答案　B

解析　圆环穿过磁场时，会产生感应电流，圆环中将产生焦耳热，根据能量守恒定律知圆环的机械能将转化为内能，所以摆不到原来的高度，故A错误。

当圆环进入或离开磁场区域时，穿过圆环的磁通量发生变化，会产生感应电流，故B正确。

整个圆环进入磁场后，穿过圆环的磁通量不发生变化，不产生感应电流，机械能守恒。

圆环进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流为零，故C错误。

在圆环不断进出磁场，机械能不断损耗过程中，圆环的最大摆角越来越小，最后整个圆环只会在磁场区域内来回摆动，因为在此区域内没有磁通量的变化，圆环中不产生感应电流