物理高考一轮复习 第10章 第1节 电磁感应现象 楞次定律.docx

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物理高考一轮复习第10章第1节电磁感应现象楞次定律

第

章　电磁感应

[全国卷三年考点考情]

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．

第一节　电磁感应现象　楞次定律

（对应学生用书第183页）

[教材知识速填]

知识点1　磁通量　电磁感应现象

1．磁通量

（1）概念：

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.

适用条件：

（1）匀强磁场；

（2）S为垂直磁场的有效面积．

（3）单位：

1Wb＝1T·m2

（4）矢标性：

磁通量的正、负号不表示方向，磁通量是标量．

2．电磁感应现象

当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象．

3．产生感应电流的条件

（1）条件：

①电路闭合；②磁通量发生变化．

（2）特例：

闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．

4．电磁感应现象的实质：

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．

易错判断

（1）穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生．（×）

（2）线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生．（√）

（3）当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势．（√）

知识点2　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场的磁通量的变化．

（2）适用范围：

一切电磁感应现象．

图1011

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则其余四指指向感应电流的方向．

（2）适用情况：

部分导体切割磁感线的情况．

易错判断

（1）感应电流的磁场总是与原磁场方向相反．（×）

（2）楞次定律和右手定则都可以判断感应电流的方向，二者没什么区别．（×）

（3）感应电流的磁场一定阻止引起感应电流的磁场的磁通量的变化．（×）

[教材习题回访]

考查点：

判断感应电流的产生

1．（鲁科版选修3－2P8T3）如图1012所示，条形磁铁以速度v向螺线管靠近，下面几种说法中正确的是（　　）

图1012

A．螺线管中不会产生感应电流

B．螺线管中会产生感应电流

C．只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流

D．只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流

[答案]　B　

考查点：

判断感应电流的方向

2．（粤教版选修3－2P12T2改编）一矩形线框abcd与长直通电导线处于同一平面内，ad边与导线平行，如图1013所示，当线框在此平面内向右运动到导线的右边的过程中，则线框内感应电流方向为（　　）

图1013

A．一直沿顺时针方向

B．一直沿逆时针方向

C．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向

D．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向，最后沿顺时针方向

[答案]　D　

考查点：

楞次定律的理解

3．（人教版选修3－2P14T6改编）（多选）如图1014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（　　）

图1014

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　

考查点：

判断感应电流的方向

4．（粤教版选修3－2P13T4改编）如图1015所示，两个线圈A、B套在一起，线圈A中通有电流，方向如图所示．当线圈A中的电流突然增强时，线圈B中的感应电流方向为（　　）

图1015

A．沿顺时针方向

B．沿逆时针方向

C．无感应电流

D．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向

[答案]　A　

（对应学生用书第184页）

电磁感应现象的判断

1．磁通量发生变化的三种常见情况

（1）磁场强弱不变，回路面积改变；

（2）回路面积不变，磁场强弱改变；

（3）回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变．

2．判断磁通量是否变化的两种方法

（1）根据公式判断．

（2）根据穿过线圈的磁感线的条数变化判断．

3．判断电磁感应现象是否发生的一般流程

（1）确定研究的回路．

（2）弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ.

（3）

[题组通关]

1．（2018·佛山高三质检）如图1016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（　　）

【导学号：

84370432】

图1016

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

D　[在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．]

2.将一圆形导线环水平放置，在圆环所在的空间加上一水平向右的匀强磁场，mn、pq为圆环上两条互相垂直的直径，mn为水平方向，pq为竖直方向．则下列选项中能使圆环中产生感应电流的是（　　）

图1017

A．让圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动

B．让圆环在水平面内向右平动

C．让圆环以mn为轴转动

D．让圆环以pq为轴转动

D　[圆环在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，根据ΔΦ＝B·ΔS知：

只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定改变，回路中一定有感应电流产生．当圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动时，圆环相对磁场的正对面积始终为零，因为ΔS＝0，因而无感应电流产生，A错误；当圆环水平向右平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错误；当圆环以mn为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当圆环以pq为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积发生了改变，回路中产生了感应电流，D正确．]

对楞次定律和右手定则的理解及应用

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

（1）用楞次定律判断

（2）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、四指、拇指的方向：

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．

[多维探究]

考向1　线圈类感应电流方向的判断

1．如图1018甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示．在0～

时间内，直导线中电流向上，则在

～T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是（　　）

图1018

A．顺时针，向左　　　　　B．逆时针，向右

C．顺时针，向右D．逆时针，向左

B　[在0～

时间内，直导线中电流向上，由题图乙知，在

～T时间内，直导线电流方向也向上，根据安培定则知，导线右侧磁场的方向垂直纸面向里，电流逐渐增大，则磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生逆时针方向的感应电流．根据左手定则，金属线框左边受到的安培力方向向右，右边受到的安培力向左，离导线越近，磁场越强，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属线框所受安培力的合力方向向右，故B正确，A、C、D错误．]

（2017·杭州模拟）如图所示，匀强磁场垂直圆形线圈指向纸内，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力在上述四点将线圈拉成正方形，且线圈仍处在原先所在平面内，则在线圈发生形变的过程中（　　）

A．线圈中将产生abcda方向的感应电流

B．线圈中将产生adcba方向的感应电流

C．线圈中感应电流方向无法判断

D．线圈中无感应电流

A　[周长一定时，圆形的面积最大．本题线圈面积变小，磁通量变小，有感应电流产生．由楞次定律可知线圈中将产生顺时针方向的感应电流．故A正确．]

考向2　平动切割类

2．如图1019所示，Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极，ab为放在其间的金属棒．ab和cd用导线连成一个闭合回路．当ab棒向右运动时，cd金属棒受到向下的安培力．下列说法正确的是（　　）

【导学号：

84370433】

图1019

A．由此可知d端电势高于c端电势

B．由此可知Ⅰ是S极

C．由此可知Ⅰ是N极

D．当cd棒向下运动时，ab导线受到向左的安培力

C　[根据题意可知：

cd中电流的方向由c→d，c端电势高于d端，A错误；ab中电流的方向由b→a，对ab应用右手定则可知Ⅰ是N极，Ⅱ是S极，B错误，C正确．当cd棒向下运动时，回路中会产生由d→c的电流，则ab中电流的方向由a→b，根据左手定则可知，ab受的安培力向右，D错误．]

考向3　转动切割类

3．（多选）如图10110所示，在直线电流附近有一根金属棒ab，当金属棒以b端为圆心，以ab为半径，在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时（　　）

图10110

A．a端聚积电子

B．b端聚积电子

C．金属棒内电场强度等于零

D．棒ab两端的电势φa>φb

BD　[根据右手定则可确定棒b端聚积电子，A错，B对；由于a、b两端存在电势差，φa>φb，故金属棒中电场强度不等于零，C错，D对．]

[反思总结]　应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤

（1）确定原磁场方向.

（2）明确闭合回路中磁通量变化的情况.

（3）应用楞次定律的“增反减同”，确定感应电流的磁场的方向.,（4）应用安培定则，确定感应电流的方向.,应用楞次定律的步骤可概括为：

一原二变三感四螺旋.

“三定则、一定律”的综合应用

“三个定则、一个定律”的应用对比

名称

基本现象

因果关系

应用的定则或定律

电流的磁效应

运动电荷、电流产生磁场

因电生磁

安培定则

洛伦兹力、安培力

磁场对运动电荷、电流有作用力

因电受力

左手定则

电磁感应

部分导体做切割磁感线运动

因动生电

右手定则

闭合回路磁通量变化

因磁生电

楞次定律

[母题]（多选）如图10111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（　　）

图10111

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

【自主思考】

（1）如何判断MN所在处的磁场方向？

由MN的运动方向，如何进一步判断MN中的电流方向？

[提示]　根据安培定则、左手定则．

（2）如何判断线圈L1中的磁场方向和L2中磁场的方向及变化情况？

[提示]　根据安培定则判断L1中的磁场方向，再由楞次定律判断L2中磁场的方向及变化．

（3）如何判断PQ的运动情况？

[提示]　已知L2中的磁场方向及变化情况，可根据安培定则和右手定则判断PQ的运动情况．

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→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．]

[母题迁移]

（多选）两根相互平行的金属导轨水平放置于如图10112所示的匀强磁场中，在导轨上接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动．当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是（　　）

图10112

A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→C

B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→D

C．磁场对导体棒CD的作用力向左

D．磁场对导体棒AB的作用力向左

BD　[两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路，分析出磁通量增加，结合安培定则判断回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B.以此为基础，再根据左手定则进一步判断CD、AB的受力方向，经过比较可得B、D正确．]

（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

BD　[ab匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变，L2中无感应电流产生，cd保持静止，A错误；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下增大，通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C错误，D正确．]

楞次定律推论的综合应用

[母题]　如图10113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（　　）

图10113

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N将增大

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中的磁通量应变大，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．]

如图所示装置，在cdef区域内存在垂直纸面向里的变化的匀强磁场，要求线圈a对桌面的压力大于本身重力，则cdef内的磁感应强度随时间变化的关系可能是（　　）

B　[若a对桌面的压力大于本身重力，则b中的感应电流应增加，由I＝N

知

增大，所以只有B图正确．]

[母题迁移]

迁移1　磁体靠近两自由移动的金属环

1．如图10114所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是（　　）

图10114

A．同时向左运动，间距增大

B．同时向左运动，间距减小

C．同时向右运动，间距减小

D．同时向右运动，间距增大

B　[根据“来拒去留”可知，两环同时向左运动，又因两环中产生同向的感应电流，相互吸引，故两环间距又减小，B正确．]

迁移2　磁体靠近面积可变的金属线圈

2.（多选）如图10115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（　　）

【导学号：

84370434】

图10115

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

AD　[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将互相靠近且磁铁的加速度小于g，应选A、D.]

迁移3　磁体先靠近又远离金属线圈

3.如图10116所示，质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上．当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈，沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时，线圈始终保持不动．则关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力Ff的情况，以下判断正确的是（　　）

图10116

A．FN先大于mg，后小于mg

B．FN一直大于mg

C．Ff先向左，后向右

D．线圈中的电流方向始终不变

A　[条形磁铁向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增加后减小，为阻碍磁通量的变化，线圈先有向下的运动趋势，后有向上的运动趋势，故FN先大于mg，后小于mg，A项正确，B项错误；条形磁铁相对线圈一直向右运动，为阻碍相对运动，线圈有向右运动的趋势，故摩擦力Ff一直向左，C项错误；线圈中的磁通量先增加后减小，据楞次定律可知，感应电流的方向（俯视）先逆时针后顺时针，D项错误．]

[反思总结]　四个常用推论,对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的“效果”总是阻碍产生感应电流的原因，可由以下四种方式呈现：

（1）阻碍原磁通量的变化，即“增反减同”.

（2）阻碍相对运动，即“来拒去留”.

（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势，即“增缩减扩”.

（4）阻碍原电流的变化（自感现象），即“增反减同”.