2027届高三物理一轮复习课件第12章 第1讲 电磁感应现象 实验14：探究影响感应电流方向的因素 楞次定律

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第1讲　电磁感应现象　实验14:探究影响感应电流方向的因素　楞次定律
考点一　电磁感应现象的理解和判断
考点二　实验:探究影响感应电流方向的因素
目 录 索 引
考点三　感应电流方向的判断
考点四　“三定则、一定律”的综合应用
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　　　　的平面,其面积S与B的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。2.公式:Φ=BS,单位符号是Wb。　　　 适用于匀强磁场,S为垂直于磁场的有效面积3.物理意义:相当于穿过某一面积的　　　　　的条数。4.标矢性:磁通量是　　　　,但有正负。5.磁通量的变化量:ΔΦ=Φ2-Φ1=B2S2-B1S1。　 计算磁通量的变化量时,需要规定磁通量的正方向
二、电磁感应现象1.定义:当穿过闭合导体回路的　　　　　　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作电磁感应。2.感应电流的产生条件:(1)闭合电路的一部分导体在磁场内做　　　　 　的运动;(2)穿过闭合电路的磁通量发生变化。3.实质:产生　　　　　　　　　,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。
考向二　感应电流有无的判断典题2 (2025北京卷)下列图示情况,金属圆环中不能产生感应电流的是(　　)A.图甲中,圆环在匀强磁场中向左平移B.图乙中,圆环在匀强磁场中绕轴转动C.图丙中,圆环在通有恒定电流的长直导线旁向右平移D.图丁中,圆环向条形磁体N极平移
解析 圆环在匀强磁场中向左平移,穿过圆环的磁通量不会发生变化,金属圆环中不能产生感应电流,故A正确;圆环在匀强磁场中绕轴转动,穿过圆环的磁通量会发生变化,金属圆环中能产生感应电流,故B错误;离通有恒定电流的长直导线越远,导线产生的磁感应强度越弱,圆环在通有恒定电流的长直导线旁向右平移,穿过圆环的磁通量会发生变化,金属圆环中能产生感应电流,故C错误;根据条形磁体的特征可知,圆环向条形磁体N极平移,穿过圆环的磁通量会发生变化,金属圆环中能产生感应电流,故D错误。
以下面四种情况为例,将实验结果记录在表格中。
线圈内磁通量增加时的情况(表1)
线圈内磁通量减少时的情况(表2)
典题3 (2025江西南昌模拟)某同学做探究电磁感应现象规律的实验,实验中他选择了一个电流表G,在没有电流通过电流表的情况下,电流表的指针恰好指在刻度盘中央。(1)该同学先将电流表G连接在电路中,电路图和电流表的指针如图甲所示,由此可知电流从电流表的　　　　(选填“左”或“右”)接线柱流入,指针往左偏;若电流从电流表的另一接线柱流入,则指针往右偏。
(2)为了探究电磁感应规律,该同学将电流表G与一螺线管串联,如图乙所示。通过分析可知,图乙中的条形磁体的运动情况是　　　　　　(选填“向上拔出”或“向下插入”)。(3)该同学将电流表G接入图丙所示的电路。此时电路已经连接好,A线圈已插入B线圈中,她合上开关后,电流表的指针向左偏了一下,若要使电流表的指针向右偏转,可采取的操作是　　　　。A.在A线圈中插入铁芯B.拔出A线圈C.将滑动变阻器的滑片向右滑动D.将滑动变阻器的滑片向左滑动(4)通过本实验可以得出:感应电流产生的磁场,总是　　　　　　　　　　　 　　　。
阻碍引起感应电流的磁通量的变化
解析 (1)根据题图甲可知,电流从电流表的左接线柱流入,指针往左偏。(2)由题图乙可知,螺线管中的电流方向为顺时针方向(从上往下看),根据安培定则,螺线管中感应电流的磁场方向竖直向下;条形磁体在螺线管中的磁场方向(原磁场方向)竖直向下,与感应电流的磁场方向相同,根据楞次定律可知穿过线圈的原磁通量减小,所以条形磁体向上拔出线圈。
(3)合上开关后,电流表的指针向左偏了一下,说明B线圈中磁通量增加时,电流表指针向左偏,现在要使电流表的指针向右偏转,因此穿过B线圈的磁通量应该减小,在A线圈中插入铁芯,穿过B线圈的磁通量增大,电流表指针会左偏,故A错误;拔出A线圈,则穿过B线圈的磁通量减小,电流表指针会右偏,故B正确;由题图丙可知,将滑动变阻器的滑片向右滑动,电路中的电流减小,线圈A产生的磁感应强度减小,穿过线圈B的磁通量减小,电流表指针会右偏,故C正确;同理,将滑动变阻器的滑片向左滑动,电流表指针会左偏,故D错误。故选B、C。(4)通过本实验可以得出:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
考向一　楞次定律的理解和应用1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.用楞次定律判断感应电流的方向
典题4 (2025陕晋青宁卷)电磁压缩法是当前产生超强磁场的主要方法之一,其原理如图所示,在钢制线圈内同轴放置可压缩的铜环,其内已“注入”一个初级磁场,当钢制线圈与电容器组接通时,在极短时间内钢制线圈中的电流从零增加到几兆安培,铜环迅速向内压缩,使初级磁场的磁感线被“浓缩”,在直径为几毫米的铜环区域内磁感应强度可达几百特斯拉。此过程,铜环中的感应电流(　　)A.与钢制线圈中的电流大小几乎相等且方向相同B.与钢制线圈中的电流大小几乎相等且方向相反C.远小于钢制线圈中的电流大小且方向相同D.远小于钢制线圈中的电流大小且方向相反
解析 当钢制线圈与电容器组连通时,钢制线圈中产生迅速增大的电流,线圈所围区域产生迅速增强的磁场,根据楞次定律,可知铜环中产生的感应电流的磁场会阻碍引起感应电流的磁通量的变化,故铜环中的感应电流与钢制线圈中的电流方向相反,为阻碍铜环中磁通量变化,铜环上感应的电流与钢制线圈的电流大小几乎相等,因此两个方向相反的大电流之间的作用力使圆环被急速向内侧压缩,故选B。
考向二　应用右手定则判断感应电流的方向用右手定则判断感应电流的方向适用于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。
典题5 (2026内蒙古呼和浩特开学考试)汽车测速利用了电磁感应现象,汽车可简化为一个矩形线圈abcd,埋在地下的线圈通上逆时针(俯视)方向恒定电流,当汽车经过地下线圈上方时(　　)A.地下线圈产生的磁场方向竖直向下B.汽车进入地下线圈过程中,产生的感应电流方向为abcdC.汽车离开地下线圈过程中产生的感应电流方向为abcdD.汽车进入地下线圈过程受到的安培力方向与速度方向相同
解析 由右手螺旋定则可知,俯视电流方向为逆时针,则产生的磁场方向应竖直向上,A错误;汽车进入地下线圈过程中,穿过汽车线圈的磁通量增大,根据楞次定律,感应电流应产生的磁场方向向下,由右手螺旋定则,感应电流方向俯视看为顺时针方向,对应线圈标记为abcd,B正确;汽车线圈离开时,磁通量减小,根据楞次定律,感应电流产生向上的磁场,即俯视看为逆时针方向,与abcd(顺时针)相反,C错误;由楞次定律,线圈受到的安培力总是阻碍汽车进入或离开,即与运动方向相反,D错误。
考向三　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:
典题6 (多选)(2025安徽A10联盟模拟改编)两圆环A、B置于同一水平面上,其中A为均匀带电绝缘环,B为导体环。当A以如图所示的方向绕其中心转动的角速度发生变化时,B中产生如图所示方向的感应电流,下列说法正确的是(　　)A.A可能带正电且转速增大B.A可能带负电且转速减小C.若A带正电且转速增大,B有收缩的趋势D.若A带负电且转速减小,B有扩张的趋势
解析 若A带正电,逆时针转动产生逆时针方向的电流,A内磁场方向垂直于纸面向外,A外磁场方向垂直于纸面向里,当转速增大时,穿过B的磁通量向外增大,根据楞次定律(增反减同)可知,B中产生顺时针方向的电流,A正确;若A带负电,逆时针转动产生顺时针方向的电流,A内磁场方向垂直于纸面向里,A外磁场方向垂直于纸面向外,当转速减小时,穿过B的磁通量向里减小,根据楞次定律(增反减同)可知,B中产生顺时针方向的电流,B正确;若A带正电且转速增大,逆时针转动产生逆时针方向的电流,与图示B中电流方向相反,异向电流相互排斥,B环有扩张的趋势,C错误;若A带负电且转速减小,逆时针转动产生顺时针方向的电流,与图示B中电流方向相同,同向电流相互吸引,B环有收缩的趋势,D错误。
易错提醒　本题判断选项C、D时“增缩减扩”的结论不再成立,应该利用“同向电流相互吸引、异向电流相互排斥”的结论,或者先判断出A环电流在B环处产生的磁场方向,然后用左手定则直接判断B环受力方向,最后再判断B环面积的变化趋势。
1.“三定则、一定律”的比较
2.相互联系(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,一般先用右手定则确定感应电流的方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。
典题7 (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