高考物理一轮复习专题111电磁感应现象楞次定律精讲深剖.docx

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高考物理一轮复习专题111电磁感应现象楞次定律精讲深剖

专题11.1电磁感应现象　楞次定律

（一）真题速递

1.（2017新课标Ⅲ15）15．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

【答案】D

2．（2014新课标Ⅰ）如图（a），线圈ab、cd绕在同一软铁芯上．在ab线圈中通以变化的电流．用示波器测得线圈cd间电压如图（b）所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是（　　）

【答案】C

3.（2012新课标）如图，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行。

已知在t=0到t=t1的时间间隔内，直导线中电流i发生某种变化，而线框中感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。

设电流i正方向与图中箭头方向相同，则i随时间t变化的图线可能是

【答案】A

【解析】

线框中电流大小相同，而左边与直线电流之间的作用力大于右边与直线电流之间的作用力，且直线电流之间同向相吸，异向相斥。

依据楞次定律，当直导线中向上且均匀减小时，线框中产生顺时针方向的电流且恒定，此时线框受力向左；当直导线中电流向下且增大时，线框中依然产生顺时针方向的电流且恒定，此时线框受力向右。

由以上分析可以判断A图正确。

（二）考纲解读

主题

内容

要求

说明

磁场

电磁感应现象

Ⅰ

在电磁感应现象里，不要求判断内电路中各点电势的高低

磁通量

Ⅰ

楞次定律

Ⅱ

本讲有一个二级考点，两个一级考点，在高考中考试的频率很高，大多时候出选择题，单独从这几个考点命题的不太多，往往会结合后面的法拉第电磁感应定律综合命题。

（三）考点精讲

考向一　电磁感应现象的判断

对感应电流产生条件的理解

1．判断产生感应电流的两种方法

（1）闭合电路的一部分导体切割磁感线；

（2）一闭合二变磁，即导体回路必须闭合，穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，二者缺一不可．

2．磁通量变化的四种情况

（1）B不变，S变化，则ΔΦ＝B·ΔS；

（2）B变化，S不变，则ΔΦ＝ΔB·S；

（3）B变化，S也变化，则ΔΦ＝B2S2－B1S1；

（4）B不变，S不变，线圈平面与磁场方向的夹角θ变化，则ΔΦ＝BS（sinθ2－sinθ1）．

【例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4所示连接．下列说法中正确的是（　　）

图4

A．开关闭合后，线圈A插入或拔出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，电流计指针才会偏转

关键词①带铁芯的线圈A；②线圈B.

【答案】A

方法总结

电磁感应现象能否发生的判断流程

1．确定研究的是否是闭合回路．

2．弄清楚回路内的磁场分布，并确定其磁通量Φ.

3.

阶梯练习

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

【答案】D

【解析】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.

2．（多选）1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”．实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图5所示．实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后．下列说法正确的是（　　）

图5

A．圆盘上产生了感应电动势

B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动

C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动

【答案】AB

考向二　楞次定律的理解和应用

判断感应电流方向的“三步走”

【例2】如图6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6

A．顺时针，向左B．逆时针，向右

C．顺时针，向右D．逆时针，向左

关键词①i随时间t的变化关系；②在0～

时间内，直导线中电流向上．

【答案】B

方法总结

楞次定律推论的应用技巧

1．线圈（回路）中磁通量变化时，阻碍原磁通量的变化——应用“增反减同”的规律；

2．导体与磁体间有相对运动时，阻碍相对运动——应用“来拒去留”的规律；

3．当回路可以形变时，感应电流可使线圈面积有扩大或缩小的趋势——应用“增缩减扩”的规律；

4．自感现象中，感应电动势阻碍原电流的变化——应用“增反减同”的规律．

阶梯练习

3.在水平面内有一固定的U型裸金属框架，框架上静止放置一根粗糙的金属杆ab，整个装置放在竖直方向的匀强磁场中，如图7所示．下列说法中正确的是（　　）

图7

A．只有当磁场方向向上且增强，ab杆才可能向左移动

B．只有当磁场方向向下且减弱，ab杆才可能向右移动

C．无论磁场方向如何，只要磁场减弱，ab杆就可能向右移动

D．当磁场变化时，ab杆中一定有电流产生，且一定会移动

【答案】C

【解析】由楞次定律可知，当闭合回路的磁通量增大时，导体棒将向左移动，阻碍磁通量的增加，当闭合回路的磁通量减小时，导体棒将向右运动，以便阻碍磁通量的减小，与磁场方向无关，故选C.

4．（多选）用如图8所示的实验装置研究电磁感应现象，下列说法正确的是（　　）

图8

A．当把磁铁N极向下插入线圈时，电流表指针发生偏转

B．当把磁铁N极从线圈中拔出时，电流表指针不发生偏转

C．保持磁铁在线圈中相对静止时，电流表指针不发生偏转

D．若磁铁和线圈一起以同一速度向上运动，电流表指针发生偏转

【答案】AC

5．如图9所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过．现将环从位置Ⅰ释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为FT1和FT2，重力加速度大小为g，则（　　）

图9

A．FT1＞mg，FT2＞mg

B．FT1＜mg，FT2＜mg

C．FT1＞mg，FT2＜mg

D．FT1＜mg，FT2＞mg

【答案】A

【解析】金属圆环从位置Ⅰ到位置Ⅱ过程中，由楞次定律知，金属圆环在磁铁上端时受力向上，在磁铁下端时受力也向上，则金属圆环对磁铁的作用始终向下，对磁铁受力分析可知FT1＞mg，FT2＞mg，A正确．

考向三　三定则一定律的综合应用

【例3】　如图10所示．金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动，则（　　）

图10

A．ab棒不受安培力作用

B．ab棒所受安培力的方向向右

C．ab棒向右运动速度v越大，所受安培力越大

D．螺线管产生的磁场，A端为N极

关键词①匀强磁场；②向右运动．

【答案】C

端，根据右手螺旋定则可知，螺线管的A端为S极，选项D错误．

方法总结

三定则一定律的应用技巧

1．应用楞次定律时，一般要用到安培定则．

2．研究感应电流受到的安培力时，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方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定．

阶梯练习

6.如图11所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下．在将磁铁的S极插入线圈的过程中（　　）

图11

A．通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥

B．通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥

C．通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互吸引

D．通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引

【答案】A

7．（多选）如图12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（　　）

图12

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

【答案】BC

（四）知识还原

第1讲　电磁感应现象　楞次定律

基础知识

一、电磁感应现象的判断

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与B的乘积．

（2）公式：

Φ＝BS.

（3）适用条件：

①匀强磁场．

②S为垂直磁场的有效面积．

（4）磁通量是标量（填“标量”或“矢量”）．

（5）磁通量的意义：

①磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数．

②同一线圈平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零．

（6）磁通量变化：

ΔΦ＝Φ2－Φ1.

2．电磁感应现象

（1）定义：

当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．

（2）产生条件：

穿过闭合回路的磁通量发生变化．

（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，该过程遵循能量守恒定律．

二、楞次定律的理解及应用

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．

3．“阻碍”的含义

→

↓

→

↓

→

当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”

↓

→

4．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，并使拇指指向导线运动的方向，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．

三、三定则一定律的比较

基本现象

应用的定则或定律

运动电荷、电流产生磁场

安培定则

磁场对运动电荷、电流的作用力

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

【深度思考】　1.右手定则与左手定则的区别：

“因电而动”——用左手定则，“因动而电”——用右手定则．

2．安培定则与楞次定律的区别：

“因电生磁”——用安培定则．

“因磁生电”——用楞次定律（或右手定则）．

基础自测

1．判断下列说法是否正确．

（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．（　√　）

（4）回路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍”作用．（　×　）

（5）感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量变化．（　√　）

（6）感应电流的方向可能与B的方向平行，但一定与v的方向垂直．（　×　）

2．如图1所示，固定于水平面上的金属架abcd处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动．t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MbcN构成一个边长为l的正方形．为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B随时间t变化的示意图为（　　）

图1

【答案】C

3．如图所示，匀强磁场中有一个矩形闭合导线框．在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是（　　）

A．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动

B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动

C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动

D．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动

【答案】C.

4．如图，在一水平、固定的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁（N极朝上，S极朝下）由静止开始下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，关于圆环中感应电流的方向（从上向下看），下列说法正确的是（　　）

A．总是顺时针

B．总是逆时针

C．先顺时针后逆时针

D．先逆时针后顺时针

【答案】C.

【解析】磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，则导体环中，先是向上的磁通量增加，磁铁过中间以后，向上的磁通量减少，根据楞次定律，产生的感应电流方向先顺时针后逆时针，选项C正确．

5．如图所示，AOC是光滑的金属导轨，电阻不计，AO沿竖直方向，OC沿水平方向；PQ是金属直杆，电阻为R，几乎竖直斜靠在导轨AO上，由静止开始在重力作用下运动，运动过程中P、Q端始终在金属导轨AOC上；空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆从开始滑动到P端滑到OC的过程中，PQ中感应电流的方向（　　）

A．始终是由P→Q

B．始终是由Q→P

C．先是由P→Q，后是由Q→P

D．先是由Q→P，后是由P→Q

【答案】C.