2024届高考物理一轮复习第十章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律课件

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二、电磁感应现象1．电磁感应现象当穿过闭合导体回路的_______发生变化时，闭合导体回路中有__________产生的现象。2．产生感应电流的条件(1)______ 导体回路；(2)_________ 发生变化。三、感应电流的方向判断1．楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总要______引起感应电流的________的变化。(2)适用范围：一切电磁感应现象。
2．右手定则(1) 内容：如图所示，伸开右手，使拇指与其余四个手指_____，并且都与手掌在同一个平面内；让_______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__________的方向。(2)适用情况：判断导线____________产生的感应电流方向。
情境创设　1．如图甲所示，是法拉第圆盘发电机模型2．如图乙所示，线圈与电流表相连，把磁体的某一个磁极向线圈中插入、从线圈中抽出时，电流表的指针发生了偏转。
微点判断　(1)图甲中圆盘转动过程中，圆盘磁通量不变，不会有电流通过R。( )(2)图甲中圆盘转动过程中，圆盘半径做切割磁感线运动，有电流流过R。( )(3)图乙中线圈中两次产生的感应电流方向是相反的。( )(4)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。 ( )(5)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量的变化。( )
(一) 电磁感应现象的理解(固基点) [题点全练通]1．[电磁感应现象的认识]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
解析：只形成闭合回路，回路中的磁通量不变化，不会产生感应电流，A、B错误；线圈中插入条形磁铁瞬间回路中磁通量有变化，电流表有变化，磁铁不动后电流表无变化，C错误；给线圈通电或断电瞬间，通过闭合回路的磁通量变化，会产生感应电流，能观察到电流表的变化，D正确。答案：D　
2．[磁通量的大小]如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(　 )A．1∶1 B．1∶2C．1∶4 D．4∶1解析：由题图可知，穿过a、b两个线圈的磁通量均为Φ＝B·πr2，因此磁通量之比为1∶1，A正确。答案：A
3．[磁通量的变化]磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的直导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设前后两次通过线框的磁通量变化大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　 )A．ΔΦ1＞ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1＜ΔΦ2 D．无法确定
解析：第一次将线框由位置1平移到位置2，磁感线从线框的同一侧穿入，ΔΦ1为前后两位置磁通量的绝对值之差。第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线从线框的不同侧穿入，ΔΦ2为前后两位置磁通量的绝对值之和。故ΔΦ1 ＜ΔΦ2，C正确。答案：C
4．[感应电流有无的判断]下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是(　 )
解析：开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流；铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的无数辐条切割磁感线，与外电路构成闭合回路，产生感应电流。故选A。答案：A　
[要点自悟明]1．磁通量大小及其变化分析(1)定量计算：通过公式Φ＝BS来定量计算，计算磁通量时应注意的问题：①明确磁场是否为匀强磁场，知道磁感应强度的大小。②平面的面积S应为磁感线通过的有效面积。当平面与磁场方向不垂直时，应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角，准确求出有效面积。③穿过线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关，即磁通量的大小不受线圈匝数的影响。(2)定性判断：磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”，当有不同方向的磁场同时穿过该面积时，此时的磁通量为各磁场穿过该面积磁通量的代数和。
2．判断感应电流有无的方法
3.常见的三种产生感应电流的情况
(二) 感应电流方向的判断(精研点)研清微点1　楞次定律的理解　1．(多选)下列说法正确的是 (　 )A．感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反B．感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反C．楞次定律只能判断闭合电路中感应电流的方向D．楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的原因相对抗解析：根据楞次定律的表述，感应电流的效果总是与引起感应电流的原因相对抗，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反，故A错误，B、D正确；楞次定律除了可判断闭合电路中电流方向外，还可判断闭合电路中磁通量的变化情况，故C错误。
一点一过楞次定律中“阻碍”的含义
研清微点2　楞次定律判断感应电流的方向　2．如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　)A．同时增大B1减小B2B．同时减小B1增大B2C．同时以相同的变化率增大B1和B2D．同时以相同的变化率减小B1和B2
解析：当同时增大B1减小B2时，通过金属圆环的总磁通量增加，且方向垂直纸面向里，根据楞次定律知，感应电流产生的磁场方向应为垂直纸面向外，根据右手螺旋定则知，此时金属圆环中产生逆时针方向的感应电流，A项错误；同理当同时减小B1增大B2时，金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，B项正确；当同时以相同的变化率增大或减小B1和B2时，金属圆环中的总磁通量没有变化，仍然为0，金属圆环中无感应电流产生，C、D项均错误。答案：B　
3．(2022·浙江杭州模拟)线圈绕制在圆柱形铁芯上，通过导线与电流计连接组成闭合回路。条形磁铁的轴线和铁芯的轴线及连接线圈和电流计的导线在同一平面内，铁芯、线圈及条形磁铁的几何中心均在与铁芯垂直的PQ连线上。条形磁铁分别与线圈相互平行或相互垂直放置，使其沿QP方向靠近线圈。若电流从电流计“＋”接线柱流入时电流计指针向右偏转，在如下情形中能观察到明显的电磁感应现象，且图中标出的电流计指针偏转方向正确的是 (　 )
解析：该题图A、B中当磁铁向线圈靠近时，穿过线圈的磁通量向下增加，根据楞次定律可知，线圈中产生的感应电流从“＋”接线柱流入电流计，则电流计指针向右偏转，A正确，B错误；当磁铁按如题图C、D所示的方式靠近线圈时，由对称性可知，穿过线圈的磁通量总是零，线圈中不会有感应电流，C、D错误。答案：A
一点一过“四步法”判断感应电流方向
研清微点3　应用右手定则判断感应电流的方向　4．下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是 (　 )
解析：ab棒顺时针转动，运用右手定则：磁感线穿过手心，拇指指向顺时针方向，则导体ab上的感应电流方向为a→b，故A正确；ab向纸外运动，运用右手定则时，磁感线穿过手心，拇指指向纸外，则知导体ab上的感应电流方向为b→a，故B错误；穿过回路的磁通量减小，由楞次定律知，回路中感应电流方向由b→a→d→c，则导体ab上的感应电流方向为b→a，故C错误；ab棒沿导轨向下运动，由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a，故D错误。答案：A　
一点一过右手定则的理解和应用(1)右手定则适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。(2)右手定则是楞次定律的一种特殊形式，用右手定则能解决的问题，用楞次定律均可代替解决。(3)右手定则应用“三注意”：①磁感线必须垂直穿入掌心。②拇指指向导体运动的方向。③四指所指的方向为感应电流的方向。
(三) 楞次定律的推广应用(培优点)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。具体表现常见如下几种形式：
[考法全析]考法(一)　阻碍原磁通量的变化——“增反减同”[例1]　电磁弹射的装置是航空母舰上的一种舰载机起飞装置。如图所示的装置也能进行电磁弹射，线圈固定在光滑绝缘杆MN上、导体圆环套在绝缘杆的左端。则下列说法正确的是 (　 )A．开关闭合，圆环将从M端离开绝缘杆B．圆环的位置不变，将滑动变阻器的滑片P向左滑动少许，与滑片滑动前相比，闭合开关瞬间，圆环所受的安培力相同C．如果将电源反接，闭合开关，圆环将向右运动D．如果将圆环放在线圈的右侧，闭合开关，圆环不会离开绝缘杆
[解析]　闭合开关，线圈中有电流通过，周围产生磁场，穿过圆环的磁通量增加，则由楞次定律可知，圆环将向左运动，从绝缘杆的M端离开，A正确；圆环的位置不变，将P向左滑动少许，电路中的总电阻减小，闭合开关瞬间，线圈中的电流增大，则圆环所受的安培力增大，B错误；如果将电源反接，闭合开关后穿过圆环的磁通量仍增加，则由楞次定律可知，圆环仍从绝缘杆的M端离开，即圆环仍将向左运动，C错误；如果将圆环放在线圈的右侧，闭合开关，由以上分析可知圆环将从绝缘杆的N端离开，D错误。[答案]　A
考法(二)　阻碍相对运动——“来拒去留”[例2]　 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。如果在磁铁下端的水平桌面上放一个固定的闭合线圈，并使磁铁上下振动。磁铁在向下运动的过程中，下列说法正确的是 (　 )A．线圈给磁铁的磁场力始终向上B．线圈给磁铁的磁场力先向上再向下C．线圈给磁铁的磁场力始终向下D．线圈给磁铁的磁场力先向下再向上[解析]　根据楞次定律的“来拒去留”，磁铁向闭合线圈靠近，要受阻力作用，即磁场力向上，故A正确。[答案]　A
考法(三)　使回路面积有变化趋势——“增缩减扩”[例3]　(多选)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将阻碍其磁通量的增大，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和t4时刻FN＝G，P没有收缩的趋势，故B正确，D错误；t3时刻螺线管中电流为零，但是线圈P中磁通量是变化的，因此此时线圈P中有感应电流，但此时刻二者之间没有相互作用力，即FN＝G，故C正确。[答案]　ABC
(四) “三定则、一定律”的应用(融通点)1．“三定则、一定律”的比较
2．“三定则、一定律”的联系(1)应用楞次定律时，一般要用到安培定则。(2)判断感应电流所受安培力方向的“两法”：①先用右手定则确定电流的方向，再用左手定则确定安培力的方向；②直接应用楞次定律的推论确定——“来拒去留”“增斥减吸”等。
[考法全析]考法(一)　楞次定律、安培定则及左手定则的综合应用[例1]　 (多选)如图是创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上，与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路，两个磁性很强的条形磁铁如图放置，当用手左右摆动线圈P时，线圈Q也会跟着摆动，仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是 (　 )A．P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)B．P向右摆动的过程中，Q也会向右摆动C．P向右摆动的过程中，Q会向左摆动D．若用手左右摆动Q，P会始终保持静止
[解析]　P向右摆动的过程中，线框中的磁通量减少，根据楞次定律，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)，A正确。P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)，Q中的电流方向也为顺时针方向(从右向左看)，Q线圈下侧将受到向右的安培力作用，所以Q也会向右摆动，B正确，C错误。若用手左右摆动Q，切割磁感线产生感应电动势，在P线圈中将产生感应电流，受到安培力作用，P将摆动，不会保持静止，D错误。[答案]　AB
[针对训练]1．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棒和cd棒的运动情况是(　 )A．ab棒向左运动，cd向右运动B．ab棒向右运动，cd向左运动C．ab棒和cd棒都向右运动D．ab棒和cd棒保持静止
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所在处的磁感线方向均向下，当滑动变阻器的滑片向左滑动时，螺线管中电流增大，因此磁场变强，即磁感应强度变大，穿过回路的磁通量增大，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棒所受安培力方向向左，cd棒所受安培力方向向右，故ab棒向左运动，cd棒向右运动，故A正确。答案：A
考法(二)　“二次感应”问题[例2]　(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的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ在一外力的作用下运动时，MN由静止开始向右运动，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
[规律方法]在二次感应现象中，“程序法”和“逆向推理法”的选择：(1)如果要判断二次感应后的现象或结果，选择程序法。(2)如果已知二次感应后的结果，要判断导体棒的运动情况或磁场的变化，需选择逆向推理法。