第十章 第一节 电磁感应现象楞次定律-2022高考物理【导学教程】新编大一轮总复习（word）人教版学案

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第一节　电磁感应现象　楞次定律　一、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．单位：1 Wb＝__1_T·m2__。4．公式的适用条件(1)匀强磁场。(2)磁感线的方向与平面垂直，即B⊥S。5．磁通量的意义磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数。二、电磁感应现象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__感应电流__产生的现象。2．产生感应电流的条件(1)条件：穿过闭合电路的磁通量__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。3．产生电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生__感应电动势__，如果回路闭合，则产生__感应电流__，如果回路不闭合，那么只有__感应电动势__，而无__感应电流__。三、感应电流的方向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)适用范围：一切电磁感应现象。2．右手定则(1)内容：如右图，伸开右手，让拇指与其余四指在同一个平面内，使拇指与并拢的四指垂直；让__磁感线__垂直穿入手心，使拇指指向__导体运动__的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。(2)适用情况：导线__切割磁感线__产生感应电流。[自我诊断]判断下列说法的正误。(1)1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。(√)(2)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生。(×)(3)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。(√)(4)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。(√)(5)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势。(√)(6)由楞次定律知，感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。(×)(7)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(√) 考点一　电磁感应现象的理解与判断1．判断感应电流有无的流程(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)2．常见的产生感应电流的三种情况(如图)[题组突破][磁场变化引起感应电流的分析]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所示连接。下列说法中正确的是(　　)A．开关闭合后，线圈A插入或拔出线圈B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，电流计指针才能偏转[解析]　开关闭合后，线圈A插入或拔出线圈B都会引起穿过线圈B的磁通量的变化，从而使电流计指针偏转，选项A正确；线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，线圈B的磁通量会发生变化，电流计指针会偏转，选项B错误；开关闭合后，滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动，都会导致线圈A的电流变化，使线圈B的磁通量变化，电流计指针都会发生偏转，选项C、D错误。[答案]　A[磁通量及其变化量的计算]2．(2020·广州联考)如图所示，闭合线圈abcd水平放置，其面积为S，匝数为n，线圈与匀强磁场B夹角为θ＝45°。现将线圈以ab边为轴顺时针转动90°，则线圈在初、末位置磁通量的改变量的大小为(　　)A．0　　　　　　　 B.BSC.nBS  D．无法计算[解析]　设初位置时穿过线圈的磁通量为正，则初位置时Φ1＝BSsin θ＝BS，末位置时Φ2＝－BScos θ＝－BS，则初、末位置磁通量的改变量的大小为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝BS，故B正确。[答案]　B 考点二　楞次定律的理解与应用1．楞次定律中“阻碍”的含义 2．判断感应电流方向的两种方法方法一　用楞次定律判断(“四步法”)方法二　用右手定则判断该方法适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生的感应电流。判断时注意掌心、拇指、四指的方向：(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。[例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[审题指导]　解此题的关键是找到磁通量变化的原因：(1)金属杆PQ突然向右运动引起PQRS回路面积变化，PQRS中磁通量变化产生感应电流，而感应电流又影响T中磁通量变化，故采用楞次定律判断感应电流方向。(2)金属棒PQ的运动切割磁感线，也可以应用右手定则判断感应电流的方向。[解析]　金属杆PQ向右运动，穿过PQRS的磁通量增加，由楞次定律可知，PQRS中产生逆时针方向的电流。这时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，故金属框T中的磁通量减少，依据楞次定律可知，T中产生顺时针方向的感应电流。故只有D项正确。[答案]　D[跟踪训练][楞次定律的应用]1．(2020·全国卷Ⅲ)如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到(　　)A．拨至M端或N端，圆环都向左运动B．拨至M端或N端，圆环都向右运动C．拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D．拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动[解析]　将开关S由断开状态拨至M端或N端，都会使线圈中的电流突然增大，穿过右边圆环的磁通量突然增大，由楞次定律可知，圆环都会向右运动以阻碍磁通量的增大，选项B正确，A、C、D均错误。[答案]　B[右手定则的应用]2．(多选)(2020·海南“七校联盟”联考)如图所示，在一竖直平面内的三条平行导线上串有两个电阻R1和R2，导体棒PQ与三条导线均接触良好，匀强磁场的方向垂直纸面向里，导体棒的电阻可忽略。若导体棒向左加速运动，则(　　)A．流经R1的电流方向向上B．流经R2的电流方向向下C．流经R1的电流方向向下D．流经R2的电流方向向上[解析]　导体棒PQ向左切割磁感线运动时，由右手定则可判断出导体棒与R1组成的回路中产生的感应电流是顺时针方向，即流经R1的电流方向向上，选项A正确；导体棒与电阻R2组成的回路中产生的感应电流是逆时针方向，即流经R2的电流方向向上，选项D正确。[答案]　AD考点三　“三定则一定律”的综合应用1．“三个定则”“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.“三个定则”和“一个定律”的因果关系(1)因电而生磁(I→B)→安培定则。(2)因动而生电(v、B→I安)→右手定则。(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则。(4)因磁而生电(S、B→I安)→楞次定律。[例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[解析]　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，直导线在铁芯中产生向右的磁场，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，BC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。[答案]　AD◆方法技巧1．应用楞次定律时，一般要用到安培定则来分析原来磁场的分布情况。2．研究感应电流受到的安培力，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的方向，或者直接应用楞次定律的推论确定。3．“一定律、三定则”中只要是涉及力的判断都用左手判断，涉及“电生磁”或“磁生电”的判断均用右手判断，即“左力右电”。[跟踪训练][“因动生电”现象的判断]3．(2020·武汉市高三联考)如图所示，金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上，导轨左端接一定值电阻R，在ef右侧存在有界匀强磁场B，磁场方向垂直导轨平面向下，在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导轨在同一平面内。金属棒ab在水平恒力F的作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动，导轨电阻不计，在金属棒匀速运动前，下列有关圆环的说法正确的是(　　)A．圆环内产生变大的感应电流，圆环有收缩的趋势B．圆环内产生变小的感应电流，圆环有收缩的趋势C．圆环内产生变大的感应电流，圆环有扩张的趋势D．圆环内产生变小的感应电流，圆环有扩张的趋势[解析]　金属棒ab在水平恒力F的作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动，金属棒ab切割磁感线产生感应电动势和感应电流，由于受到与速度成正比的安培力作用，金属棒ab的速度逐渐增大，加速度逐渐减小，左侧金属圆环内的磁通量逐渐增大，但磁通量变化率逐渐变小，根据法拉第电磁感应定律可知，圆环内产生逐渐变小的感应电流；根据楞次定律可知，圆环有收缩的趋势，选项B正确，A、C、D错误。[答案]　B[“因电而动”现象的判断]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动触头向左滑动，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[解析]　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，当滑动触头向左滑动时，螺线管中电流增大，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。[答案]　A楞次定律推论的应用楞次定律中“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”阻碍相对运动——“来拒去留”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是可动金属棒，磁铁下移，面积应减小，a、b靠近B减小，线圈扩张阻碍原电流的变化——“增反减同”合上S，B灯先亮 [典例]　(2020·重庆一中模拟)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mgB．FN一直大于mgC．Ff先向左，后向右D．线圈中的电流方向始终不变[解析]　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，同理，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。综上可知，FN先大于mg，后小于mg，Ff始终向左，故选项B、C错误，A正确；当磁铁靠近线圈时，穿过线圈向下的磁通量增加，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，穿过线圈向下的磁通量减小，线圈中产生感应电流从上向下看是顺时针方向，故选项D错误。[答案]　A[跟踪训练][增反减同]1．如图甲所示，在同一平面内有两个圆环A、B，圆环A将圆环B分为面积相等的两部分，以图甲中A环电流沿顺时针方向为正，当圆环A中的电流如图乙所示变化时，下列说法正确的是(　　)A．B中始终没有感应电流B．B中有顺时针方向的感应电流C．B中有逆时针方向的感应电流D．B中的感应电流先沿顺时针方向，后沿逆时针方向[解析]　由于圆环A中的电流发生了变化，故圆环B中一定有感应电流产生，由楞次定律判定B中有顺时针方向的感应电流，故B选项正确。[答案]　B[增缩减扩]2．(多选)(2020·湖南娄底市下学期质量检测)如图甲所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方固定一螺线管Q，P和Q共轴，Q中的电流i随时间t变化的规律如图乙所示，取甲图中电流方向为正方向，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为FN，则(　　)A．在t1时刻，FN＞G，P有收缩的趋势B．在t2时刻，FN＝G，穿过P的磁通量不变C．在t3时刻，FN＝G，P中有感应电流D．在t4时刻，FN＞G，P有收缩的趋势[解析]　当螺线管中电流增大时，其形成的磁场不断增强，因此线圈P中的磁通量增大，根据楞次定律可知线圈P将阻碍其磁能量的增大，故线圈有远离和面积收缩的趋势，即FN＞G，P有收缩的趋势，故A正确；当螺线管中电流不变时，其形成磁场不变，线圈P中的磁通量不变，因此线圈P中无感应电流产生，则t2时刻FN＝G，故B正确；t3时刻螺线管中电流为零，但是线圈P磁通量是变化的，因此此时线圈P中有感应电流，但此时刻二者间没有相互作用力，即FN＝G，故C正确；当螺线管中电流不变时，其形成的磁场不变，线圈P中的磁通量不变，因此磁铁线圈中无感应电流产生，故t4时刻FN＝G，此时P没有收缩的趋势，故D错误。[答案]　ABC