人教版物理一轮第10章 第1节 电磁感应现象 楞次定律.docx

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人教版物理一轮第10章第1节电磁感应现象楞次定律

第1节　电磁感应现象　楞次定律

知识点一|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，与磁场方向垂直的平面的面积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，闭合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。

（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。

（√）

考法1　对磁通量的理解

1．如图所示，两个同心圆形线圈a、b在同一平面内，其半径大小关系为ra>rb，条形磁铁穿过圆心并与圆面垂直，则穿过两线圈的磁通量Φa、Φb间的大小关系为（　　）

A．Φa>Φb　　　　B．Φa＝Φb

C．Φa<ΦbD．条件不足，无法判断

C　[条形磁铁内部的磁感线全部穿过a、b两个线圈，而外部磁感线穿过线圈a的比穿过线圈b的要多，线圈a中磁感线条数的代数和要小，故选项C正确。

]

2.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则（　　）

A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2

C．ΔΦ1<ΔΦ2D．无法确定

C　[设闭合线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在位置1处比在位置2处要强，故Φ1>Φ2。

将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以ΔΦ2＝|（－Φ2）－Φ1|＝Φ1＋Φ2（以原来穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向）。

故正确选项为C。

]

[考法指导]　磁通量虽然是标量，但有正、负。

上题中闭合线框由位置1平移到位置2和绕cd边翻转到位置2时，在位置2的磁通量大小相等，但磁感线穿入的方向相反。

考法2　电磁感应现象的判断

3．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

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。

]

4．如图所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直，如要在线圈中形成方向为abcda的感应电流，可行的做法是（　　）

A．AB中电流I逐渐增大

B．AB中电流I先增大后减小

C．AB正对OO′，逐渐靠近线圈

D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°（俯视）

D　[由于通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直。

AB中无论电流如何变化，或AB正对OO′靠近线圈或远离线圈，线圈中磁通量均为零，不能在线圈中产生感应电流，选项A、B、C错误；线圈绕OO′轴逆时针转动90°（俯视），由楞次定律可知，在线圈中形成方向为abcda的感应电流，选项D正确。

]

[考法指导]　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，主要有下列三种形式：

（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）。

知识点二|感应电流方向的判断

1．楞次定律

（1）内容：

感应电流具有这样的方向，即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）适用范围：

一切电磁感应现象。

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。

（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。

（×）

考法1　楞次定律的理解及应用

1．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，当圆环a绕O点在其所在平面内旋转时，圆环b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩的趋势，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

B　[由楞次定律，欲使b中产生顺时针方向的电流，则a环内磁场应向里减弱或向外增强，a环的旋转情况应该是顺时针减速或逆时针加速；由于b环又有收缩的趋势，说明a环外部磁场向外，内部向里。

故选B。

]

2.（多选）（2018·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

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，铁芯中产生水平向右的磁场，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。

]

[考法指导]　楞次定律中“阻碍”的含义

考法2　楞次定律推论的应用

3.（增反减同）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后无初速度释放，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．感应电流方向先顺时针后逆时针再顺时针

D．感应电流方向一直是顺时针

A　[在竖直虚线左侧，圆环向右摆时磁通量向里增加，由楞次定律可判断，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反，由安培定则可知感应电流方向为逆时针方向；摆过竖直虚线时，环中磁通量左减右增相当于方向向外的增大，因此感应电流方向为顺时针方向；在竖直虚线右侧向右摆动时，环中磁通量向外减小，感应电流的磁场与原磁场同向，可知感应电流为逆时针方向，因此只有选项A正确。

]

4．（来拒去留）（2019·重庆模拟）如图所示，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（　　）

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　[当磁铁靠近线圈时，穿过线圈的磁通量增加，线圈中产生感应电流，线圈受到磁铁的安培力作用，根据楞次定律可知，线圈受到的安培力斜向右下方，则线圈对桌面的压力增大，即FN大于mg。

线圈相对桌面有向右运动趋势，受到桌面向左的静摩擦力。

当磁铁远离线圈时，穿过线圈的磁通量减小，线圈中产生感应电流，线圈受到磁铁的安培力作用，根据楞次定律可知，线圈受到的安培力斜向右上方，则线圈对桌面的压力减小，即FN小于mg。

线圈相对桌面有向右运动趋势，受到桌面向左的静摩擦力。

综上FN先大于mg，后小于mg，Ff始终向左，故B、C错误，选项A正确。

当磁铁靠近线圈时，穿过线圈的磁通量增加，线圈中产生感应电流从上向下看是逆时针方向；当磁铁远离线圈时，穿过线圈的磁通量减小，线圈中产生感应电流从上向下看是顺时针方向，故D错误。

]

5．（增缩减扩）如图所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木盘A的轴线OO′重合。

现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，则（　　）

A．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大

B．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小

C．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小

D．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大

B　[使胶木圆盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，通过金属环B内的磁通量增大，根据楞次定律，金属环B的面积有缩小的趋势，且B有向上升的趋势，丝线受到的拉力减小，B正确。

]

[考法指导]　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引起感应电流的原因。

列表说明如下：

内容

例证

阻碍原磁通量变化——“增反减同”

磁铁靠近线圈，B感与B原反向

阻碍相对运动——“来拒去留”

磁铁靠近线圈时，是斥力

磁铁远离线圈时，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是可移动金属棒，磁铁下移，面积应减小，a、b靠近

B减小时，线圈扩张

阻碍原电流的变化——“增反减同”

闭合S，B先亮

考法3　右手定则的应用

6.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

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，故A项错。

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，故B项错。

若ab向左，cd向右，则abdc回路中有顺时针方向的电流，故C项错。

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，故D项对。

]

7．如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里。

导体棒的电阻可忽略。

当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是（　　）

A．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a

B．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a

C．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b

D．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b

B　[根据右手定则，可判断PQ作为电源，Q端电势高，在PQcd回路中，电流为逆时针方向，即流过R的电流为由c到d，在电阻r的回路中，电流为顺时针方向，即流过r的电流为由b到a。

当然也可以用楞次定律，通过回路的磁通量的变化，判断电流方向。

故选项B正确。

]

知识点三|“一定律、三定则”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

[典例]　（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

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。

]

考法1　“因动生电”现象的判断

1.（2017·全国卷Ⅲ）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

D　[金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，闭合回路PQRS中磁场方向垂直纸面向里，磁通量增大，由楞次定律可判断，闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外，由安培定则可判断感应电流方向沿逆时针方向；由于闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，与原磁场方向相反，则T中磁通量减小，由楞次定律可判断，T中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则可知T中感应电流方向为顺时针，选项D正确。

]

2．（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

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；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对；同理可判定C对，D错。

]

考法2　“因电而动”现象的判断

3．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。

不计铁芯和铜环A之间的摩擦。

则下列情况中铜环A会向右运动的是（　　）

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向右匀速移动

C．通电时，使滑动变阻器的滑片P向左加速移动

D．开关突然断开的瞬间

C　[铜环A向右运动，说明穿过A的磁通量在增加，绕在铁芯上的线圈中的电流在增大，故选项C正确。

]

4．如图所示，通电螺线管置于水平放置的光滑平行金属导轨MN和PQ之间，ab和cd是放在导轨上的两根金属棒，它们分别静止在螺线管的左右两侧，现使滑动变阻器的滑片向左滑动，则ab和cd棒的运动情况是（　　）

A．ab向左运动，cd向右运动

B．ab向右运动，cd向左运动

C．ab、cd都向右运动

D．ab、cd保持静止

A　[由安培定则可知螺线管中磁感线方向向上，金属棒ab、cd处的磁感线方向均向下，当滑片向左滑动时，螺线管中电流大小增大，因此磁场变强，即磁感应强度变大，回路中的磁通量增大，由楞次定律知，感应电流方向为a→c→d→b→a，由左手定则知ab受安培力方向向左，cd受安培力方向向右，故ab向左运动，cd向右运动。

只有A正确。

]