学年高中物理 第一章 电磁感应 微专题培优一电磁感应中的一定律三定则问题.docx

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学年高中物理第一章电磁感应微专题培优一电磁感应中的一定律三定则问题

电磁感应中的“一定律三定则”问题

来拒去留法

导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动，简称口诀“来拒去留”。

[例1]　如图1所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是（　　）

图1

A．向右摆动　　　　　B．向左摆动

C．静止D．无法判定

[思路点拨]　

[解析]　当磁铁靠近铜环时，铜环中磁通量增加，产生感应电流，根据“来拒去留”原则，知铜环将受斥力作用远离磁铁向右摆动，A正确。

[答案]　A

增缩减扩法

电磁感应致使回路面积有变化趋势时，则收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化，即磁通量增大时，面积有收缩趋势，磁通量减少时，面积有增大趋势。

[特别提醒]　本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况。

[例2]　如图2所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd。

当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体ab和cd的运动情况是（　　）

图2

A．一起向左运动

B．一起向右运动

C．ab和cd相向运动，相互靠近

D．ab和cd相背运动，相互远离

[思路点拨]

思路1：

思路2：

―→

―→

[解析]　直导线中电流增强时，回路abcd中磁通量增大产生感应电流，根据“增缩减扩”原则知，回路abcd的面积减小，即C正确。

[答案]　C

增离减靠法

发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定。

可能是阻碍导体的相对运动，也可能是改变线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化。

即：

（1）若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用。

（2）若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用。

[例3]　一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动，M连接在如图3所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关，下列情况中，可观测到N向左运动的是（　　）

图3

A．在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间

B．在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间

C．在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向c端移动时

D．在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向d端移动时

[思路点拨]　

―→

―→

[解析]　根据题意知，圆环N向左运动，根据“增离减靠”原则知，线圈M上的磁场在减弱，流过M的电流在减小，故C正确。

[答案]　C

“一定律三定则”的综合应用

1.右手定则是楞次定律的特殊情况

（1）楞次定律的研究对象为整个闭合导体回路，适用于磁通量变化引起感应电流的各种

情况。

（2）右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分，适用于一段导线在磁场中做切割磁感线运动。

2．区别安培定则、左手定则、右手定则的关键是抓住因果关系

（1）因电而生磁（I→B）→安培定则。

（判断电流周围磁感线的方向）

（2）因动而生电（v、B→I感）→右手定则。

（导体切割磁感线产生感应电流）

（3）因电而受力（I、B→F安）→左手定则。

（磁场对电流有作用力）

[例4]　如图4所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图。

左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是（　　）

图4

A．当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点

B．当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点

C．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点

D．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点

[解析]　当金属棒向右匀速运动时产生恒定感应电流，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流，A、B错误；当金属棒向右做加速运动时，由右手定则可推断φb＞φa，电流沿逆时针方向且不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线沿逆时针方向且不断增加，所以右线圈中的磁通量向上且不断增加。

由楞次定律可知右线圈的感应磁场向下，则右边电路的感应电流方向应沿逆时针，所以d点电势高于c点，C错误、D正确。

[答案]　D

1.如图1所示，两个相同的铝环穿在一根光滑杆上，将一根条形磁铁向左插入铝环的过程中，两环的运动情况是（　　）

图1

A．同时向左运动，间距增大

B．同时向左运动，间距不变

C．同时向左运动，间距变小

D．同时向右运动，间距增大

解析：

选C　将一根条形磁铁向左插入铝环的过程中，两个环中均产生感应电流。

根据楞次定律，感应电流将阻碍与磁体间的相对运动，所以两环均向左运动。

靠近磁铁的环所受的安培力大于另一个，又可判断两环在靠近。

选项C正确。

2.如图2所示，闭合螺线管固定在置于光滑水平面上的小车上，现将一条形磁铁从左向右插入螺线管中的过程中，则（　　）

图2

A．小车将向右运动

B．使条形磁铁向右插入时外力所做的功全部转变为电能，最终转化为螺线管的内能

C．条形磁铁会受到向右的力

D．小车会受到向左的力

解析：

选A　磁铁向右插入螺线管中，根据楞次定律的扩展含义“来拒去留”，磁铁与小车相互排斥，小车在光滑水平面上受力向右运动，所以选项A正确，选项C、D错误。

电磁感应现象中满足能量守恒，由于小车动能增加，外力做的功转化为小车的动能和螺线管中的内能，所以选项B错误。

3.如图3所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。

当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是（　　）

图3

A．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左

B．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左

C．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右

D．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右

解析：

选D　根据楞次定律的另一种表述判断，磁铁靠近线圈时两者排斥，FN大于mg，磁铁远离线圈时两者吸引，FN小于mg，由于安培力阻碍两者间的相对运动，所以线圈一直有向右运动的趋势。

故选D。

4.（多选）如图4所示，光滑固定导轨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（　　）

图4

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gD．磁铁的加速度小于g

解析：

选AD　本题考查用楞次定律判断物体的运动情况。

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，本题的“原因”是回路中磁通量增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”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。

5.如图5所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器R的滑片自左向右滑动时，线框ab的运动情况是（　　）

图5

A．保持静止不动

B．逆时针转动

C．顺时针转动

D．发生转动，但电源极性不明，无法确定转动的方向

解析：

选C　本题考查了楞次定律的另一种表述，关键是分析出穿过闭合导线框的磁通量如何变化。

由图示电路，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电流减弱，则穿过闭合导线框ab的磁通量将减少，根据楞次定律，感应电流磁场将阻碍原磁通量的变化，线框ab只有顺时针转动，才能使穿过线框的磁通量增加。

6.如图6所示，一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，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，发生的现象是（　　）

图6

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．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动

D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动

解析：

选B　本题考查电磁感应现象、安培力的简单应用。

磁铁插向左环，横杆不发生转动，因为左环不闭合，不能产生感应电流，不受安培力的作用；磁铁插向右环，横杆发生转动，因为右环闭合，能产生感应电流，在磁场中受到安培力的作用，选项B正确。

7.如图7所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈始终静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是（　　）

图7

A．先向左、后向右B．先向左、后向右、再向左

C．一直向右D．一直向左

解析：

选D　根据楞次定律的“阻碍变化”和“来拒去留”，当两磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动的趋势，受木板的摩擦力向左，当磁铁远离时，线圈要阻碍其远离，仍有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故选项D正确。

8.如图8所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，至落地用时t1，落地时速度为v1；S闭合时，至落地用时t2，落地时速度为v2。

则它们的大小关系正确的是（　　）

图8

A．t1>t2，v1>v2　B．t1＝t2，v1＝v2

C．t1v2

解析：

选D　开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故a

所以t1v2。

9.如图9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9

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

解析：

选B　磁铁的S极朝下，在将磁铁的S极插入线圈的过程中，通过线圈的磁场向上，且增加，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁场的增加，则感应电流方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥，选项B正确。

10.如图10所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，在下落过程中，下列判断正确的是（　　）

图10

A．金属环在下落过程中的机械能守恒

B．金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量

C．金属环的机械能先减小后增大

D．磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力

解析：

选B　金属环在下落过程中，磁通量发生变化产生感应电流，金属环受到磁场力的作用，机械能不守恒，A错。

由能量守恒，金属环重力势能的减少量等于其动能的增加量和在金属环中产生的电能之和，B对。

金属环下落的过程中，机械能不停地转变为电能，机械能一直减少，C错误。

当金属环下落到磁铁中央位置时，金属环中的磁通量不变，无感应电流，环和磁铁间无作用力，磁铁对桌面的压力大小等于磁铁的重力，D错误。

11．（多选）如图11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（　　）

图11

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

解析：

选BD　ab杆匀速运动时，ab杆中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变化，L2中无感应电流产生，cd杆保持静止，A错误；ab杆向右加速运动时，L2中的磁通量向下，且增大，根据楞次定律可知，通过cd杆的电流方向向下，cd杆向右移动，B正确；同理可得C错误，D正确。

12.（多选）如图12所示，在匀强磁场中放有平行金属导轨，它与大线圈M相连接，要使小线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的祼金属棒ab的运动情况是（两线圈共面）（　　）

图12

A．向右匀速运动B．向左加速运动

C．向右减速运动D．向右加速运动

解析：

选BC　当ab匀速运动时，在M中产生的感应电流是稳定的，穿过小线圈N的磁通量不变，N中无感应电流，A错误；当ab向左加速运动时，M中的感应电流沿逆时针方向且增大，穿过N的磁通量向外且增大，则N中感应电流的磁场向里，感应电流的方向沿顺时针，B正确；同理可得C正确，D错误。

13.（多选）AOC是光滑的直角金属导轨，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，ab是一根靠立在导轨上的金属直棒（开始时b离O点很近），如图13所示。

它从静止开始在重力作用下运动，运动过程中a端始终在AO上，b端始终在OC上，直到ab完全落在OC上，整个装置放在一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，则ab棒在运动过程中（　　）

图13

A．感应电流方向始终是b→a

B．感应电流方向先是b→a，后变为a→b

C．所受安培力方向垂直于ab向上

D．所受安培力方向先垂直于ab向下，后垂直于ab向上

解析：

选BD　ab棒下滑过程中，穿过闭合回路的磁通量先增大后减小，由楞次定律可知，感应电流方向先由b→a，后变为a→b，B正确；由左手定则可知，ab棒所受安培力方向先垂直ab向下，后垂直于ab向上，D正确。

14.如图14所示，线圈A处在匀强磁场中，磁场的方向垂直线圈平面向里，磁感应强度均匀减小，开关S闭合时流过电阻R的电流方向如何？

图14

解析：

本题应用楞次定律进行分析。

当开关S闭合时磁感应强度均匀减小，通过线圈A的磁通量向里且减少，回路中产生的感应电流的磁场阻碍磁通量的减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，再根据右手螺旋定则知线圈A中产生顺时针方向的感应电流，故流过电阻R的电流方向为a→R→b。

答案：

流过电阻R的电流方向从a通过R到b。

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