版高考物理一轮复习第十章电磁感应1第一节电磁感应现象楞次定律学案Word格式文档下载.docx
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选D.无论实验用的是交流电还是直流电,闭合开关S的瞬间,穿过套环的磁通量均增加,只要套环的材料是导体,套环中就能产生感应电流,套环就会跳起.如果套环是用绝缘材料做的,则不能产生感应电流,也就不会受安培力作用而跳起,D正确.
(2)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
选D.产生感应电流必须满足的条件:
①电路闭合;
②穿过闭合电路的磁通量要发生变化.选项A、B电路闭合,但磁通量不变,不能产生感应电流,故选项A、B不能观察到电流表的变化;
选项C满足产生感应电流的条件,也能产生感应电流,但是等我们从一个房间到另一个房间后,电流表中已没有电流,故选项C也不能观察到电流表的变化;
选项D满足产生感应电流的条件,能产生感应电流,可以观察到电流表的变化,所以选D.
对电磁感应现象的理解[学生用书P214]
【知识提炼】
1.常见的产生感应电流的三种情况
2.判断电路中能否产生感应电流的一般流程
【跟进题组】
1.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接.下列说法中正确的是( )
A.开关闭合后,线圈A插入或拔出线圈B都会引起电流计指针偏转
B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转
C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度
D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才能偏转
解析:
选A.开关闭合后,线圈A插入或拔出线圈B都会引起穿过线圈B的磁通量的变化,从而使电流计指针偏转,A正确;
线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,穿过线圈B的磁通量会发生变化,电流计指针会偏转,B错误;
开关闭合后,滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动,都会导致线圈A的电流变化,使穿过线圈B的磁通量变化,电流计指针都会发生偏转,C、D错误.
2.
(多选)(2018·
高考全国卷Ⅰ)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路.将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态.下列说法正确的是( )
A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
选AD.由电路可知,开关闭合瞬间,右侧线圈环绕部分的电流向下,由安培定则可知,直导线在铁芯中产生向右的磁场,由楞次定律可知,左侧线圈环绕部分产生向上的电流,则直导线中的电流方向由南向北,由安培定则可知,直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里的磁场,则小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,A正确;
开关闭合并保持一段时间后,穿过左侧线圈的磁通量不变,则左侧线圈中的感应电流为零,直导线不产生磁场,则小磁针静止不动,B、C错误;
开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,穿过左侧线圈向右的磁通量减少,则由楞次定律可知,左侧线圈环绕部分产生向下的感应电流,则流过直导线的电流方向由北向南,直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外的磁场,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,D正确.
对楞次定律的理解及应用[学生用书P215]
1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.感应电流方向判断的两种方法
法一:
用楞次定律判断
法二:
用右手定则判断
该方法适用于部分导体切割磁感线.判断时注意掌心、拇指、四指的方向:
(1)掌心——磁感线垂直穿入;
(2)拇指——指向导体运动的方向;
(3)四指——指向感应电流的方向.
【典题例析】
如图所示,ab为一金属杆,它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中,可绕a点在纸面内转动;
S为以a为圆心位于纸面内的金属环;
在杆转动过程中,杆的b端与金属环保持良好接触;
A为电流表,其一端与金属环相连,一端与a点良好接触.当杆沿顺时针方向转动时,某时刻ab杆的位置如图所示,则此时刻( )
A.有电流通过电流表,方向由c向d,作用于ab的安培力向右
B.有电流通过电流表,方向由c向d,作用于ab的安培力向左
C.有电流通过电流表,方向由d向c,作用于ab的安培力向右
D.无电流通过电流表,作用于ab的安培力为零
[解析] 当金属杆ab顺时针方向转动时,切割磁感线,由法拉第电磁感应定律知产生感应电动势,由右手定则可知将产生由a到b的感应电流,电流表的d端与a端相连,c端通过金属环与b端相连,则通过电流表的电流是由c到d,而金属杆在磁场中会受到安培力的作用,由左手定则可判断出安培力的方向为水平向右,阻碍金属杆的运动,A正确.
[答案] A
【迁移题组】
迁移1 “增反减同”现象
1.(多选)
如图所示,磁场垂直于纸面,磁感应强度在竖直方向均匀分布,水平方向非均匀分布.一铜制圆环用丝线悬挂于O点,将圆环拉至位置a后无初速释放,在圆环从a摆向b的过程中( )
A.感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针
B.感应电流方向一直是逆时针
C.安培力方向始终与速度方向相反
D.安培力方向始终沿水平方向
选AD.从磁场分布可看出:
左侧向里的磁场从左向右越来越强,右侧向外的磁场从左向右越来越弱.所以,圆环从位置a运动到磁场分界线前,磁通量向里增大,由楞次定律知,感应电流的磁场与原磁场方向相反即向外,由安培定则知,感应电流沿逆时针方向;
同理,跨越分界线过程中,磁通量由向里最大变为向外最大,感应电流沿顺时针方向;
继续摆到b的过程中,磁通量向外减小,感应电流沿逆时针方向,A正确,B错误;
由于圆环所在处的磁场上下对称,圆环等效水平部分所受安培力使圆环在竖直方向平衡,所以总的安培力沿水平方向,D正确,C错误.
迁移2 “来拒去留”现象
(2020·
四川绵阳模拟)两个闭合的金属环,穿在一根光滑的绝缘杆上,如图所示,当条形磁铁的S极自右向左插向圆环时,环的运动情况是( )
A.两环同时向左移动,间距增大
B.两环同时向左移动,间距变小
C.两环同时向右移动,间距变小
D.两环同时向左移动,间距不变
选B.当磁铁的S极靠近时,穿过两圆环的磁通量变大,由楞次定律可得两圆环的感应电流方向都是顺时针方向(从右向左看),根据左手定则可知两圆环受到磁铁向左的安培力,远离磁铁,即向左移.由于两圆环的电流方向相同,所以两圆环相互吸引,即相互合拢,间距变小,B正确,A、C、D错误.
迁移3 “增缩减扩”现象
3.(多选)如图所示,固定的光滑金属导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭合回路,一条形磁铁从高处下落接近回路时( )
A.P、Q将相互靠拢
B.P、Q将相互远离
C.磁铁的加速度仍为g
D.磁铁的加速度小于g
选AD.
设磁铁下端为N极,如图所示,根据楞次定律可判断出P、Q中的感应电流方向如图所示,根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向.可见,P、Q将相互靠拢.由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律知,磁铁将受到向上的反作用力,因而加速度小于g.当磁铁下端为S极时,根据类似的分析可得到相同的结果,所以,本题应选A、D.
根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因.本题中“原因”是回路中磁通量的增加,归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近.所以,P、Q将相互靠拢且磁铁的加速度小于g,应选A、D.
迁移4 右手定则的应用
4.
如图所示,MN、GH为光滑的水平平行金属导轨,ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆,垂直纸面向外的匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面,则( )
A.若固定ab,使cd向右滑动,则abdc回路有电流,电流方向为a→b→d→c→a
B.若ab、cd以相同的速度一起向右滑动,则abdc回路有电流,电流方向为a→c→d→b→a
C.若ab向左、cd向右同时运动,则abdc回路中的电流为零
D.若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcd>
vab,则abdc回路有电流,电流方向为a→c→d→b→a
选D.由右手定则可判断出A项做法使回路产生顺时针方向的电流,A错误;
若ab、cd同向运动且速度大小相同,ab、cd所围面积不变,磁通量不变,故不产生感应电流,B错误;
若ab向左,cd向右,则abdc回路中有顺时针方向的电流,C错误;
若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcd>
vab,则ab、cd所围面积发生变化,磁通量也发生变化,由楞次定律可判断出,abdc回路中产生顺时针方向的电流,D正确.
内容
例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同”
阻碍相对运动——“来拒去留”
磁铁靠近,是斥力;
磁铁远离,是引力
使回路面积
有扩大或缩小
的趋势——
“增缩减扩”
P、Q是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒,磁铁下移,面积应减小,a、b靠近
B减小,线圈扩张
阻碍原电流的变化——“增反减同”
合上S,B先亮
“一定律、三定则”的综合应用
1.“三个定则”“一个定律”的比较
名称
基本现象
应用的定则或定律
电流的磁效应
运动电荷、电流产生磁场
安培定则
磁场对电流
的作用
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
2.“三个定则”和“一个定律”的因果关系
(1)因电而生磁(I→B)→安培定则;
(2)因动而生电(v、B→I安)→右手定则;
(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则;
(4)因磁而生电(S、B→I安)→楞次定律.
(多选)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的左边有一闭合电路,当PQ在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.向左加速运动
C.向右减速运动D.向左减速运动
[解析] MN向右运动,说明MN受到向右的安培力,因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里
MN中的感应电流由M→N
L1中感应电流的磁场方向向上
;
若L2中磁场方向向上减弱
PQ中电流为Q→P且减小
向右减速运动;
若L2中磁场方向向下增强
PQ中电流为P→Q且增大
向左加速运动.B、C正确.
[答案] BC
迁移1 “因动生电”现象的判断
1.(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
选BC.当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定不变,无感应电流出现,A错误;
当导体棒向左减速运动时,由右手定则可判定回路中出现从b→a的感应电流且减小,由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左在减弱,由楞次定律知c中出现顺时针感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引,B正确;
同理C正确,D错误.
迁移2 “因电而动”现象的判断
2.如图所示,ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈,当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中,线圈ab将( )
A.静止不动B.顺时针转动,
C.逆时针转动D.发生转动,但电源的极性不明,无法确定转动方向
选B.题图中的两个通电的电磁铁之间的磁场方向总是水平的,当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中,电路的电流是增大的,两个电磁铁之间的磁场的磁感应强度也是增大的,穿过闭合导体线圈的磁通量是增大的,线圈在原磁场中所受的磁场力肯定使线圈向磁通量减小的方向运动,显然只有顺时针方向的运动才能使线圈中的磁通量减小.
(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则来分析原来磁场的分布情况.
(2)研究感应电流受到的安培力,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向,或者直接应用楞次定律的推论确定.
(3)“一定律、三定则”中只要是涉及力的判断都用左手判断,涉及“电生磁”或“磁生电”的判断均用右手判断,即“左力右电”.
[学生用书P217]
楞次定律的综合应用
【对点训练】
1.(多选)(2020·
山东聊城模拟)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的.电磁驱动原理如图所示,当固定线圈上突然通过直流电流时,线圈端点的金属环被弹射出去.现在固定线圈左侧同一位置,先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的两个闭合环,且电阻率ρ铜<
ρ铝.闭合开关S的瞬间( )
A.从左侧看环中感应电流沿顺时针方向
B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力
C.若将环放置在线圈右方,环将向左运动
D.电池正负极调换后,金属环不能向左弹射
选AB.线圈中电流为右侧流入,磁场方向为向左,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,电流由左侧看为顺时针,A正确;
由于铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大,故铜环受到的安培力要大于铝环的,B正确;
若将环放在线圈右方,根据楞次定律可得,环将向右运动,C错误;
电池正负极调换后,金属环受力仍向左,故仍将向左弹出,D错误.
2.(多选)法拉第在1831年发现了“磁生电”现象.如图所示,他把两个线圈绕在同一个软铁环上,线圈A和电池连接,线圈B用导线连通,导线下面平行放置一个小磁针.实验中可能观察到的现象是( )
A.用一节电池作电源小磁针不偏转,用十节电池作电源小磁针会偏转
B.线圈B匝数较少时小磁针不偏转,匝数足够多时小磁针会偏转
C.线圈A和电池连接瞬间,小磁针会偏转
D.线圈A和电池断开瞬间,小磁针会偏转
选CD.根据电磁感应现象的产生条件可知,只有线圈B中磁通量变化时才能在线圈B中产生感应电流,因此无论线圈B匝数多少,线圈A中电池多少,都不能在线圈B中产生感应电流,A、B错误;
只有在线圈A和电池连接或断开的瞬间,线圈B中才能产生感应电流,电流产生磁场,使导线下面平行放置的小磁针发生偏转,C、D正确.
[学生用书P371(单独成册)]
(建议用时:
40分钟)
一、单项选择题
1.(2019·
高考全国卷Ⅲ)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现?
( )
A.电阻定律 B.库仑定律
C.欧姆定律D.能量守恒定律
选D.楞次定律中的“阻碍”作用,是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现,在克服这种“阻碍”的过程中,其他形式的能转化为电能,D正确.
2.如图所示,绝缘光滑水平面上有两个离得很近的导体环a、b.将条形磁铁沿它们的正中向下移动(不到达该平面),a、b将如何移动( )
A.a、b将相互远离
B.a、b将相互靠近
C.a、b将不动
D.无法判断
选A.根据Φ=BS,磁铁向下移动过程中B增大,所以穿过每个环中的磁通量都增大,a、b中产生同方向的感应电流,两环间有斥力作用,所以a、b将相互远离.A正确.
3.如图所示,一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内,螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合.要使线圈a中产生感应电流,可采用的方法有( )
A.使通电螺线管中的电流发生变化
B.使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C.使线圈a以MN为轴转动
D.使线圈绕垂直于MN的直径转动
选D.在选项A、B、C三种情况下,穿过线圈a的磁通量始终为零,因此不产生感应电流,A、B、C错误;
选项D中,当线圈绕垂直于MN的直径转动时,穿过线圈的磁通量发生变化,会产生感应电流,故D正确.
4.如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为( )
A.1∶1B.1∶2
C.1∶4D.4∶1
选A.磁通量Φ=B·
S,其中B为磁感应强度,S为与B垂直的有效面积.因为是同一磁场,B相同,且有效面积相同,Sa=Sb,故Φa=Φb.A正确.
5.如图,光滑平行金属导轨固定在水平面上,左端由导线相连,导体棒垂直静置于导轨上构成回路.在外力F作用下,回路上方的条形磁铁竖直向上做匀速运动.在匀速运动过程中外力F做功WF,磁场力对导体棒做功W1,磁铁克服磁场力做功W2,重力对磁铁做功WG,回路中产生的焦耳热为Q,导体棒获得的动能为Ek.则下列说法不正确的是( )
A.W1=Q B.W2-W1=Q
C.W1=EkD.WF+WG=Ek+Q
选A.由能量守恒定律可知:
磁铁克服磁场力做功W2,等于回路的电能,电能一部分转化为内能,另一部分转化为导体棒的机械能,所以W2-W1=Q,A错误,B正确;
以导体棒为对象,由动能定理可知,磁场力对导体棒做功W1=Ek,C正确;
外力对磁铁做功与重力对磁铁做功之和为回路中的电能,也等于焦耳热和导体棒的动能,D正确.
6.如图所示,圆环形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者轴线重合,螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路.若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列表述正确的是( )
A.线圈a中将产生俯视时顺时针方向的感应电流
B.穿过线圈a的磁通量变小
C.线圈a有扩张的趋势
D.线圈a对水平桌面的压力将增大
选D.通过螺线管b的电流如图所示,根据右手螺旋定则判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下,滑片P向下滑动,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路电流增大,所产生的磁场的磁感应强度增强,根据楞次定律可知,线圈a中所产生的感应电流的磁场方向竖直向上,再由右手定则可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向,A错误;
由于螺线管b中的电流增大,所产生的磁感应强度增强,线圈a中的磁通量变大,B错误;
根据楞次定律可知,线圈a将阻碍磁通量的增大,因此,线圈a有缩小且远离螺线管的趋势,线圈a对水平桌面的压力将增大,C错误,D正确.
7.如图,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直面内,环的圆心与两导线距离相等,环的直径小于两导线间距.两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流.若( )
A.金属环向上运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向
B.金属环向下运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向
C.金属环向左侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向
D.金属环向右侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向
选D.根据楞次定律,当金属圆环上、下移动时,穿过圆环的磁通量不发生变化,没有感应电流产生,故A、B错误;
当金属圆环向左移动时,则穿过圆环的磁场垂直纸面向外并且增强,根据楞次定律可以知道,产生的感应电流为顺时针,故C错误;
当金属圆环向右移动时,则穿过圆环的磁场垂直纸面向里并且增强,根据楞次定律可以知道,产生的感应电流为逆时针,故D正确.
8.如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是 ( )
A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向
B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向
C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向
D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向
选D.金属杆PQ向右切割磁感线,根据右手定则可知PQRS中感应电流沿逆时针方向;
原来T中的磁场方向垂直于纸面向里,金属杆PQ中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外,使得穿过T的磁通量减小,根据楞次定律可知T中产生顺时针方向的感应电流,综上所述,A、B、C错误,D正确.
9.近来,无线充电成为应用于我们日常生活中的一项新科技,其中利用电磁感应原理来实现无线充电是比较成熟的一种方式,电动汽车无线充电方式的基本原理如图所示:
路面下依次铺设圆形线圈,相邻两个线圈由供电装置通以反向电流,车身底部固定感应线圈,通过充电装置与蓄电池相连,汽车在此路面上行驶时,就可以进行充电.在汽车匀速行驶的过程中,下列说法正确的是( )
A.感应线圈中电流的磁场方向一定与路面线圈中电流的磁场方向相反
B.感应线圈中产生的是方向改变、大小不变的电流
C.感应线圈一定受到路面线圈磁场的安培力,会阻碍汽车运动
D.给路面下的线圈通以同向电流,不会影响充电效果
答案:
C
10.
浙江长兴中学高三模拟)1831年,法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机(图甲).它是利用电磁感应原理制成的,是人类历史上第一台发电机.图乙是这个圆盘发电机的示意图:
铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触.使铜盘转动,电阻R中就有电流通过.若所加磁场为匀强磁场,回路的总电阻恒定,从左往右看,铜盘沿顺时针方向匀速转动,CRD平面与铜盘平面垂直,下列说法正确的是( )
A.电阻R中没有电流流过
B.铜片C的电势高于铜片D的电势
C.保持铜盘不动,磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场,则铜盘中有电流产生
D.保持铜盘不动,磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场,则CRD回路中有电流产生
选C.根据右手定则可知,电流从D点流出,流向C点,因此在圆盘中电流方向为从C向D,