第九章第一节电磁感应现象 楞次定律.docx

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第九章第一节电磁感应现象楞次定律

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考纲展示

1．电磁感应现象Ⅰ

2．磁通量Ⅰ

3．法拉第电磁感应定律Ⅱ

4．楞次定律Ⅱ

5．自感、涡流Ⅰ

说明：

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的情况．

2．在电磁感应现象里，不要求判断内电路中各点

电势的高低．

3．不要求用自感系数计算自感电动势．

热点视角

1．感应电流的产生条件、方向判断和电动势的简单计算，磁感应强度、磁通量、电动势、电压、电流随时间变化的图象，以及感应电动势、感应电流随线框位移变化的图象，是高频考点，以选择题为主．

2．滑轨类问题、线框穿越有界匀强磁场、电磁感应中的能量转化等综合问题，能很好地考查考生的能力，备受命题专家的青睐．

第一节　电磁感应现象　楞次定律

一、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和B的乘积．

2．公式：

Φ＝B·S.

3．单位：

1Wb＝1_T·m2.

4．标矢性：

磁通量是标量，但有正、负．

　1.（多选）如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，cd为平行于ab的弦，在过ab的竖直平面内有一通电导线ef，且ef平行于ab，下列情况下，穿过圆的磁通量发生变化的是（　　）

A．导线中电流变大

B．ef竖直向上平移

C．以ab为轴转过90°

D．ef水平移动到弦cd上方

答案：

CD

二、电磁感应

1．电磁感应现象

当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象．

2．产生感应电流的条件

（1）电路闭合；

（2）磁通量变化．

3．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．

特别提醒：

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．

　2.（多选）下列情形中金属框或线圈中能产生感应电流的是（　　）

答案：

BCD

三、感应电流方向的判断

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．右手定则

（1）内容：

伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．

（2）适用情况：

导体切割磁感线产生感应电流．

　3.（多选）下列各图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，由线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流．各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中正确的是（　　）

答案：

CD

考点一　电磁感应现象的判断

判断电路中能否产生感应电流的一般流程：

　（单选）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，有一个磁感应强度为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，同时增大磁感应强度B

D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角（0°<θ<90°）

[解析]　ab向右运动，回路面积增大，θ减小，cosθ增大，由Φ＝BScosθ知，Φ增大，故A正确．同理可判断B、C、D中Φ不一定变化，不一定产生感应电流．

[答案]　A

[总结提升]　判断能否产生电磁感应现象，关键是看回路的磁通量是否发生了变化．磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1有多种形式，主要有：

（1）S、θ不变，B改变，这时ΔΦ＝ΔB·Ssinθ；

（2）B、θ不变，S改变，这时ΔΦ＝ΔS·Bsinθ；

（3）B、S不变，θ改变，这时ΔΦ＝BS（sinθ2－sinθ1）．

　1.（单选）如图所示的条形磁铁的上方放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁铁平行，则线框在由N端匀速平移到S端的过程中，线框中的感应电流的情况是（　　）

A．线框中始终无感应电流

B．线框中始终有感应电流

C．线框中开始有感应电流，当线框运动到磁铁中部上方时无感应电流，以后又有了感应电流

D．开始无感应电流，当运动到磁铁中部上方时有感应电流，后来又没有感应电流

答案：

B

考点二　楞次定律的理解及应用　[学生用书P175]

1．楞次定律中“阻碍”的含义

2．应用楞次定律判断感应电流方向的步骤

　（多选）（2015·南京模拟）匀强磁场方向垂直纸面，规定垂直纸面向里的方向为正，磁感应强度B随时间t变化的规律如图甲所示．在磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内，如图乙所示．令I1、I2、I3分别表示Oa、ab、bc段的感应电流，f1、f2、f3分别表示电流为I1、I2、I3时，金属环上很小一段受到的安培力．则（　　）

A．I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向

B．I2沿逆时针方向，I3沿顺时针方向

C．f1方向指向圆心，f2方向指向圆心

D．f2方向背离圆心向外，f3方向指向圆心

[解析]　在Oa段，磁场垂直纸面向里且均匀增强，根据楞次定律可判断产生的感应电流的方向是逆时针的，同理，ab、bc段产生的感应电流的方向是顺时针的，A正确，B错；根据左手定则可判断Oa、ab、bc段对应金属圆环上很小一段受到的安培力的方向，f1、f3方向指向圆心，而f2背离圆心向外，C错，D正确.

[答案]　AD

　2.（单选）（2015·南昌模拟）1931年英国物理学家狄拉克从理论上预言：

存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”.1982年，美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验，他设想，如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图所示的超导线圈，那么，从上向下看，超导线圈上将出现（　　）

A．先是逆时针方向的感应电流，然后是顺时针方向的感应电流

B．先是顺时针方向的感应电流，然后是逆时针方向的感应电流

C．顺时针方向持续流动的感应电流

D．逆时针方向持续流动的感应电流

解析：

选D.当磁单极子从上向下靠近超导线圈时，线圈中的磁通量增加，且磁场方向从上向下，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向从下向上，再由安培定则可确定感应电流方向为逆时针；当磁单极子远离超导线圈时，超导线圈中的磁通量减少，且磁场方向从下向上，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向从下向上，再由安培定则可确定感应电流方向为逆时针，因此线圈中产生的感应电流方向不变，又由于超导线圈没有电阻，不消耗电能，所以超导线圈中的电流不会消失，选项D正确，A、B、C均错误．

考点三　“一定律三定则”的综合应用

1．“三个定则与一个定律”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.应用技巧

无论是“安培力”还是“洛伦兹力”，只要是涉及磁力都用左手判断．

“电生磁”或“磁生电”均用右手判断．

　（单选）置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线，与套在铁芯上部的线圈A相连．套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上，如图所示．导轨上有一根金属棒ab处在垂直于纸面向外的匀强磁场中．下列说法正确的是（　　）

A．圆盘顺时针加速转动时，ab棒将向右运动

B．圆盘顺时针匀速转动时，ab棒将向右运动

C．圆盘顺时针减速转动时，ab棒将向右运动

D．圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向左运动

[解析]　由右手定则知，圆盘顺时针加速转动时，感应电流从圆心流向边缘，线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强．由楞次定律知，线圈B中的感应磁场方向向上，由右手螺旋定则知，ab棒中感应电流方向由a→b.由左手定则知，ab棒受的安培力方向向左，将向左运动．故A错；同理B、D错，C对．

[答案]　C

　3.（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：

选BC.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→NL1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．

方法技巧——楞次定律推论的应用

楞次定律中“阻碍”的含义可以理解为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因，推论如下：

（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”．

　（多选）如图所示，光滑固定的金属导轨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

[解析]　法一：

设磁铁下端为N极，如图所示，根据楞决定律可判断出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；

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“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.

[答案]　AD

　4.（单选）（2014·高考广东卷）如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块（　　）

A．在P和Q中都做自由落体运动

B．在两个下落过程中的机械能都守恒

C．在P中的下落时间比在Q中的长

D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大

解析：

选C.小磁块在铜管中下落，产生电磁感应现象，根据楞次定律的推论——阻碍相对运动可知，小磁块下落过程中受到向上的电磁阻力，而在塑料管中下落，没有电磁感应现象，小磁块做自由落体运动，故C正确．

1．（单选）（2015·惠州调研）如图所示，甲、乙两个矩形线圈同处在纸面内，甲的ab边与乙的cd边平行且靠得较近，甲、乙两线圈分别处在垂直纸面方向的匀强磁场中，穿过甲的磁场的磁感应强度为B1，方向指向纸面内，穿过乙的磁场的磁感应强度为B2，方向指向纸面外，两个磁场可同时变化，当发现ab边和cd边之间有排斥力时，磁场的变化情况可能是（　　）

A．B1变小，B2变大

B．B1变大，B2变大

C．B1变小，B2变小

D．B1不变，B2变小

解析：

选A.ab边与cd边有斥力，则两边通过的电流方向一定相反，由楞次定律可知，当B1变小，B2变大时，ab边与cd边中的电流方向相反．

2．（单选）（2015·北京朝阳模拟）某同学设计了一个电磁冲击钻，其原理示意图如图所示，若发现钻头M突然向右运动，则可能是（　　）

A．开关S由断开到闭合的瞬间

B．开关S由闭合到断开的瞬间

C．保持开关S闭合，变阻器滑片P加速向右滑动

D．保持开关S闭合，变阻器滑片P匀速向右滑动

解析：

选A.若发现钻头M突然向右运动，则两螺线管互相排斥，根据