2021高考物理（选择性考试）人教版一轮学案：10.1电磁感应　楞次定律

第十章  电磁感应

第一节　电磁感应　楞次定律

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．

(2)S为垂直磁场的有效面积．

4．磁通量

磁通量是标量(选填“标量”或“矢量”)．

5．物理意义

相当于穿过某一面积的磁感线的条数．如图所示，矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则

(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos θ或BS3．

(2)通过矩形a′b′cd的磁通量为BS3．

(3)通过矩形abb′a′的磁通量为0．

6．磁通量变化

ΔΦ＝Φ2－Φ1.

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作电磁感应．

2．条件

(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．

(2)例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动．

3．实质

产生感应电动势，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．

1．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生

B．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

C．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

D．当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势

答案：CD

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：如图，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：导线切割磁感线产生感应电流．

2.如图所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A点作切线OO′，OO′与线圈在同一平面上．在线圈以OO′为轴翻转180°的过程中，线圈中电流流向(　　)

A．始终为A→B→C→A

B．始终为A→C→B→A

C．先为A→C→B→A，再为A→B→C→A

D．先为A→B→C→A，再为A→C→B→A

答案：A

考点一  电磁感应现象的理解和判断

常见的产生感应电流的三种情况

　如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是(　　)

A．ab向右运动，同时使θ减小

B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小

C．ab向左运动，同时增大磁感应强度B

D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)

解析：设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScos θ，对选项A，S增大，θ减小，cos θ增大，则Φ增大，A正确；对选项B，B减小，θ减小，cos θ增大，Φ可能不变，B错误；对选项C，S减小，B增大，Φ可能不变，C错误；对选项D，S增大，B增大，θ增大，cos θ减小，Φ可能不变，D错误．

答案：A

闭合电路的磁通量发生变化，有三种情况：B发生变化，S变化；B不变，S改变；B与S都发生变化．

考点二  楞次定律的理解和应用

1.楞次定律中“阻碍”的含义

2．楞次定律的推广应用

楞次定律中“阻碍”的主要表现形式：

(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”；

(2)阻碍相对运动——“来拒去留”；

(3)线圈面积变化趋势——“增缩减扩”；

(4)阻碍原电流的变化——“增反减同”．

　大小不等的两导电圆环P、Q均固定于水平桌面，Q环位于P环内．在两环间的范围内存在方向竖直向下、大小随时间均匀增强的匀强磁场B，则(　　)

A．Q环内有顺时针方向的感应电流

B．Q环内有逆时针方向的感应电流

C．P环内有顺时针方向的感应电流

D．P环内有逆时针方向的感应电流

解析：回路中有没有感应电流，要看回路中磁通量是否变化，从题中可知，P环回路范围内磁场增强，故磁通量增加，根据楞次定律可知P环中有逆时针的感应电流，故C错误，D正确；在Q环回路范围内，无磁场，始终磁通量为零，即磁通量无变化，故Q环中无电流，故A、B错误．

答案：D

用楞次定律判断(“四步法”)

考点三  “三定则一定律”的综合应用

1.“三定则一定律”的应用对比

2.“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．

　(多选)如图所示，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(　　)

A．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．棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势

C．棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于d点

D．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，产生恒定感应电动势，由右手定则判断电流由a→b，b点电势高于a点，c、d端不产生感应电动势，c点与d点等电势，故A错误，B正确；当金属棒向右加速运动时，b点电势仍高于a点，感应电流增大，穿过右边线圈的磁通量增大，所以右线圈中也产生感应电流，由楞次定律可判断电流从d流出，在外电路d点电势高于c点，故C错误，D正确．

答案：BD

电磁感应电路中任意两点电势高低的判断

在比较电磁感应电路中任意两点电势高低时，一定要明确是“电源”还是“外电路”的两点，对于电源，其电流方向从电源负极流向正极，“正电荷”移向哪点，哪点电势高．

1.(多选)如图所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系．四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图中所示，当两直导线中的电流都增大时，四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是(　　)

A．线圈a中有感应电流　　B．线圈b中有感应电流

C．线圈c中无感应电流  D．线圈d中无感应电流

答案：AD

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(　　)

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

3．如图所示，是用导线做成的圆形回路与一直导线构成的几种位置组合，下列组合中，切断直导线中的电流时，穿过闭合回路中磁通量变化的是(图①②③中直导线与圆形线圈在同一平面内，O点为线圈的圆心，图④中直导线与圆形线圈平面垂直，并与其中心轴重合)(　　)

　　　①　 　　②　　　③　 　　④

A．①②  B．②③

C．③④     D．②④

答案：B

4．(2019·湖南长郡中学月考)如图所示，A为水平放置的橡胶圆盘，在其侧面均匀带有负电荷，在A正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B(丝线未画出)，使B的环面与圆盘A平行，其轴线与圆盘A的轴线重合．现使圆盘A由静止开始绕其轴线按图中箭头方向加速转动，则(　　)

 A．金属圆环B有扩张的趋势，丝线受到的拉力增大

B．金属圆环B有收缩的趋势，丝线受到的拉力减小

C．金属圆环B有扩张的趋势，丝线受到的拉力减小

D．金属圆环B有收缩的趋势，丝线受到的拉力增大

解析：带电圆盘加速转动时，形成顺时针方向(从上往下看)的电流，根据右手螺旋定则可知，在圆盘上方形成的磁场方向向下，由于加速转动，所以电流增大，磁场增强，穿过金属圆环B的磁通量增大，根据楞次定律，可知金属圆环B有缩小的趋势，且金属圆环B有向上的运动趋势，所以丝线受到的拉力减小，故选项B正确．

答案：B

5.如图，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平铝质圆环中穿过．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T1和T2，重力加速度大小为g，则(　　)

A．T1>mg，T2>mg  B．T1<mg，T2<mg

C．T1>mg，T2<mg  D．T1<mg，T2>mg

解析：磁铁和铝环之间的作用效果，都是阻碍铝环回路中磁通量的变化．在铝环下落过程中Ⅰ、Ⅱ位置通过铝环的磁通量变化情况分别是增大、减小．由楞次定律可判断出Ⅰ位置时磁铁对铝环有阻碍作用，Ⅱ位置时磁铁对铝环也有阻碍作用．即阻碍铝环的靠近和远离，再由牛顿第三定律得，T1、T2始终大于mg，故A正确．

答案：A

6．(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

答案：BC

7．(多选)如图所示，在匀强磁场中，放有一与线圈D相连接的平行导轨，要使放在线圈D中的线圈A(A、D两线圈同心共面)各处受到沿半径方向指向圆心的力，金属棒MN的运动情况可能是(　　)

A．匀速向右      B．加速向左

C．加速向右      D．减速向左

解析：若金属棒MN匀速向右运动，则线圈D与MN组成回路中的电流恒定，故穿过线圈A的磁通量不变，线圈A不受安培力作用，选项A错误；若金属棒MN加速向左运动，则线圈D与MN组成回路中的电流不断增强，故穿过线圈A的磁通量不断增强，根据楞次定律，为阻碍磁通量的增强，线圈A有收缩的趋势，受到沿半径方向指向圆心的安培力，选项B正确：同理可得，当金属棒MN加速向右运动时，线圈A有收缩的趋势，受到沿半径方向指向圆心的安培力，选项C正确；当金属棒MN减速向左运动时，线圈A有扩张的趋势，受到沿半径方向背离圆心的安培力，选项D错误．

答案：BC