2019年高考物理一轮复习讲义：第10章 第1讲《电磁感应现象　楞次定律》(含解析)

第1讲　电磁感应现象　楞次定律

板块一　主干梳理·夯实基础

【知识点1】　磁通量　Ⅰ

1.磁通量

(1)定义：匀强磁场中，磁感应强度(B)与垂直磁场方向的面积(S)的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通，我们可以用穿过这一面积的磁感线条数的多少来形象地理解。

(2)公式：Φ＝BS。

(3)适用条件：①匀强磁场；②S是垂直磁场方向的有效面积。

(4)单位：韦伯(Wb)，1 Wb＝1_T·m2。

(5)标量性：磁通量是标量，但有正负之分。磁通量的正负是这样规定的，即任何一个平面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入时磁通量为正，则磁感线从反面穿入时磁通量为负。

2.磁通量的变化量

在某个过程中，穿过某个平面的磁通量的变化量等于末磁通量Φ2与初磁通量Φ1的差值，即ΔΦ＝Φ2－Φ1。

3.磁通量的变化率(磁通量的变化快慢)

磁通量的变化量与发生此变化所用时间的比值，即。

【知识点2】　电磁感应现象　Ⅰ

1.电磁感应现象：当闭合电路的磁通量发生改变时，电路中有感应电流产生的现象。

2.产生感应电流的条件

(1)电路闭合。

(2)磁通量变化。

3.电磁感应现象的两种情况

(1)闭合电路中部分导体做切割磁感线运动。

(2)穿过闭合回路的磁通量发生变化。

4.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，则只产生感应电动势，而不产生感应电流。

5.能量转化

发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能。

【知识点3】　楞次定律　Ⅱ

1.楞次定律

(1)内容：感应电流产生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：适用于一切回路磁通量变化的情况。

2.右手定则

(1)内容：①磁感线穿入右手手心。(从掌心入，手背穿出)

②大拇指指向导体运动的方向。

③其余四指指向感应电流的方向。

(2)适用范围：适用于部分导体切割磁感线。

板块二　考点细研·悟法培优

考点1电磁感应现象的判断[解题技巧]

1.磁通量变化的常见情况

2.感应电流能否产生的判断

例1　(多选)如图所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行。若要在线圈中产生感应电流，可行的做法是(　　)

A.AB中电流I逐渐增大

B.AB中电流I先增大后减小

C.以AB为轴，线圈绕AB顺时针转90°

D.线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)

(1)AB中电流变化，能否在线圈中产生感应电流？

提示：只要AB中电流变化，线圈中磁通量就变化，就有感应电流产生。

(2)能够引起线圈中磁通量变化的因素有哪些？

提示：①AB中电流强度的大小和方向；②线圈的有效面积。

尝试解答　选ABD。

只要AB中电流发生变化，可以是大小改变，也可以是方向变，也可以是大小和方向同时变，都可以使线圈的磁通量发生变化，而产生感应电流，A和B都正确；以AB为轴，线圈绕AB顺时针转90°的过程中，磁感应强度的大小和线圈的有效面积都没变，磁通量不变，不能产生感应电流，C错误；以OO′为轴逆时针转90°的过程中，线圈的有效面积发生了变化，磁通量变化，能产生感应电流，D正确。

总结升华

判断是否产生感应电流的方法

①确定所研究回路；②看Φ是否变化；③回路是否闭合；②③同时满足可产生感应电流。

　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，有一个磁感应强度为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θ角减小

B.使磁感应强度B减小，同时θ角也减小

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和夹角θ(0°<θ<90°)

答案　A

解析　设此时回路的面积为S，由题意得磁通量Φ＝BScosθ，对选项A，S增大，θ减小，cosθ增大，则Φ增大，故选项A正确；对选项B，θ减小，cosθ增大，又B减小，故Φ可能不变，选项B错误；对选项C，S减小，B增大，Φ可能不变，故选项C错误；对选项D，S增大，B增大，θ增大，cosθ减小，Φ可能不变，故选项D错误。

考点2对楞次定律的理解及应用[深化理解]

1.感应电流方向判断的两种方法

方法一　用楞次定律判断

方法二　用右手定则判断

该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向：

(1)掌心——磁感线穿入；

(2)拇指——指向导体运动的方向；

(3)四指——指向感应电流的方向。

2.楞次定律中“阻碍”的含义

例2　如图所示，磁场方向垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速度释放，在圆环从a摆向b的过程中(　　)

A.感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针

B.感应电流方向一直是逆时针

C.感应电流方向先顺时针后逆时针再顺时针

D.感应电流方向一直是顺时针

(1)圆环从a摆到虚线左侧的过程中，磁通量如何变？

提示：变大。

(2)从虚线右侧到b的过程中，磁通量如何变化？

提示：变小。

(3)从紧邻虚线左侧运动到紧邻虚线右侧的过程中磁通量如何变化？原磁场方向如何？

提示：先减小后反方向增大；方向开始垂直纸面向里，后垂直纸面向外。

尝试解答　选A。

在竖直虚线左侧，圆环向右摆时磁通量增加，由楞次定律可判断，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反，由安培定则可知感应电流方向为逆时针方向；摆过竖直虚线时，环中磁通量左减右增相当于方向向外的增大，因此感应电流方向为顺时针方向；在竖直虚线右侧向右摆动时，环中磁通量减小，感应电流的磁场与原磁场同向，可知感应电流为逆时针方向，因此只有A项正确。

总结升华

电磁感应现象中的两个磁场

(1)原磁场：引起电磁感应现象的磁场。做题时需要首先明确原磁场分布特点(大小、方向)以及穿过闭合回路的磁场变化情况。

(2)感应电流磁场：感应电流产生的磁场，阻碍原磁场的磁通量变化，根据“增反减同”可以判断出感应电流产生的磁场方向。

(3)感应电流的方向：在确定感应电流产生的磁场方向后，再由安培定则判断感应电流的方向。

　[2017·镇江模拟](多选)航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示。当固定线圈上突然通过直流电时，线圈左侧的金属环被弹射出去。现在线圈左侧同一位置，先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环，电阻率ρ铜<ρ铝。则合上开关S的瞬间(　　)

A．从右侧看，环中产生沿逆时针方向的感应电流

B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力

C.若将金属环置于线圈右侧，环将向右弹射

D.电池正、负极调换后，金属环仍能向左弹射

答案　BCD

解析　闭合开关S的瞬间，金属环中向右的磁场磁通量增大，根据楞次定律，从右侧看，环中产生沿顺时针方向的感应电流，A错误；由于电阻率ρ铜<ρ铝，先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环，铜环中产生的感应电流大于铝环中产生的感应电流，由安培力公式可知，铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力，B正确；若将金属环置于线圈右侧，则闭合开关S的瞬间，穿过圆环的磁通量增加，圆环要阻碍磁通量的增加，环将向右弹射，C正确；电池正、负极调换后，同理可以得出金属环仍能向左弹射，D正确。

考点3楞次定律、左手定则、右手定则、安培定则的综合应用[对比分析]

1.“三个定则一个定律”的比较

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安或q、B→F洛)→左手定则；

(4)因磁而生电(Φ、B→I安)→楞次定律。

例3　(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

(1)如何判断MN所在处的磁场方向？

提示：MN处的磁场由ab中电流产生，用安培定则判断。

(2)由MN的运动方向，如何确定MN中的电流方向？

提示：用左手定则确定。

(3)L1中磁场方向如何判定？

提示：与L2的磁场方向一致，L2中磁场方向由PQ切割磁感线方向决定，应用右手定则。

尝试解答　选BC。

MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流由M→NL1中感应电流的磁场方向向上；若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动。

总结升华

三定则、一规律的应用方法

(1)应用左手定则和右手定则应注意二者的区别：抓住“因果关系”才能不失误，“因动而电”——用右手；“因电而动”——用左手。

(2)应用楞次定律，必然要用到安培定则。

(3)感应电流受到安培力，有时可以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，有时也可以直接应用楞次定律的推论“来拒去留”“增缩减扩”等确定安培力的方向。

1.(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

答案　BC

解析　假设MN向右运动，由右手定则可知MN中的电流方向N→M，在D中产生磁场，由安培定则可知磁场方向垂直纸面向外，如果MN加速向右运动，则MN中电流增大，ΦA增大，由楞次定律可知，A有收缩的趋势；如果MN匀速向右运动，则MN中的电流不变，ΦA不变，由楞次定律可知，A没有收缩的趋势，故C正确，A错误。假设MN向左运动可知，MN中的电流方向M→N，由安培定则可知，D中磁场方向垂直纸面向里，若MN加速向左运动，则MN中电流增大，A有收缩的趋势；若MN减速向左运动，则MN中电流减小，A有扩张的趋势，B正确，D错误。

2．(多选)如图所示装置中，cd杆光滑且原来静止。当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(　　)

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

答案　BD

解析　cd杆向右移动，说明受向右的安培力，由左手定则可知cd杆中的电流c→d，由安培定则可知L2中感应电流产生的磁场方向竖直向上，如果与原磁场方向相同，则Φ减小，L1中的电流减小，ab杆减速，L1中磁场方向竖直向下，由安培定则可知ab杆中电流b→a，由右手定则可知ab杆向左切割磁感线，即ab杆向左减速运动。如果与原磁场方向相反，则ab杆向右加速，所以应选B、D。

1．方法概述

逆向思维法是指从事物正向发展的目标、规律的相反方向出发，运用颠倒的思维方式去思考问题的一种方法。

2．常见类型

(1)运动形式的可逆性，如将匀减速运动看作反向的匀加速运动。

(2)运用“执果索因”进行逆向思考，如通过感应电流产生的效果来推导产生的原因、感应电流的方向等。

3．解题思路

(1)分析确定研究问题的类型是否能用逆向思维法解决。

(2)确定逆向思维问题的类型。

(3)通过转换研究对象或执果索因等逆向思维的方法确定求解思路。

如图(甲)所示，一矩形金属线圈abcd垂直匀强磁场并固定于磁场中，磁场是变化的，磁感应强度B随时间t的变化关系图象如图(乙)所示，则线圈的ab边所受安培力F随时间t变化的图象是(规定向右为安培力F的正方向)(　　)

[答案]　A

[解析]　在0～1 s内由(乙)图可知磁场均匀减小，所以产生恒定电动势，恒定电流，但F安＝BIL，B均匀减小，所以F安也均匀减小，因此D选项是错误的；因为0～1 s内磁场减小，线圈的磁通量减小，线圈abcd有扩张的趋势，所以ab受向左的安培力，向左为负，所以B选项是错误的；1～2 s内磁场均匀增加，磁通量增加，线圈有收缩的趋势，ab受向右安培力，向右为正，所以C选项错误，A选项正确。

名师点睛

楞次定律的推广应用

电磁感应现象中因果相对的关系恰好反映了自然界的这种对立统一规律。对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因：

(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)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”；

(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。

1．如图所示，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a沿(　　)

A．顺时针加速旋转

B．顺时针减速旋转

C．逆时针加速旋转

D．逆时针减速旋转

答案　B

解析　根据楞次定律的推论“增反减同”，b环中产生顺时针方向的感应电流，说明a中原电流可能顺时针减少，也可能逆时针增加，但b环有收缩的趋势，说明a环中的电流应与b环中的电流同向，同向电流相互吸引，才能使b环收缩，故a环中的电流只是顺时针减少，因此带正电的a环只能沿顺时针减速旋转，B正确。

2. (多选)如图所示，“U”形金属框架固定在水平面上，金属杆ab与框架间无摩擦，整个装置处于竖直方向的磁场中。若因磁场的变化使杆ab向右运动，则磁感应强度(　　)

A．方向向下并减小 B．方向向下并增大

C．方向向上并增大 D．方向向上并减小

答案　AD

解析　由于ab杆向右运动，由逆向思维法可知，闭合回路的磁通量一定是变小，即为了阻碍磁通量变小，ab杆只能向右运动，所以只要磁感应强度变小就可以，磁场方向向上向下都可以，所以A、D正确。