新高考物理一轮复习学案 10.1 电磁感应&楞次定律（含解析）

这是一份新高考物理一轮复习学案 10.1 电磁感应&楞次定律（含解析），共15页。学案主要包含了磁通量，电磁感应现象，感应电流方向的判断等内容，欢迎下载使用。

知识框架
一、磁通量
1．定义：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和B的乘积．
2．公式：Φ＝BS.
适用条件：(1)匀强磁场．
(2)S为垂直磁场的有效面积．
3． 磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)．
4． 磁通量的意义：
(1)磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数．
(2)同一平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零．
二、电磁感应现象
1． 电磁感应现象：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做电磁感应．
2． 产生感应电流的条件：
表述1：闭合回路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动．
表述2：穿过闭合回路的磁通量发生变化．
3． 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．
深化拓展 当回路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象，且产生感应电动势的那部分导体或线圈相当于电源．
三、感应电流方向的判断
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)适用情况：所有的电磁感应现象．
2． 右手定则
(1)内容：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个平面内，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．
(2
)适用情况：导体棒切割磁感线产生感应电流．
核心素养
核心素养一 电磁感应现象能否发生的判断
1． 磁通量发生变化的三种常见情况
(1)磁场强弱不变，回路面积改变；
(2)回路面积不变，磁场强弱改变；
(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变．
2． 判断流程：(1)确定研究的闭合回路．
(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ.
(3)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Φ不变→无感应电流,Φ变化→\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(回路闭合，有感应电流,不闭合，无感应电流，但有感应电动势))))

典例精讲
1．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：产生感应电流的条件为：闭合回路内磁通量发生变化．线圈绕在磁铁上，磁通量未变，不会产生感应电流，A、B错误．往线圈中插入条形磁铁的瞬间，线圈中磁通量发生变化，此时线圈中将产生感应电流，但插入后磁通量不再变化，无感应电流，故到相邻房间观察时无示数，C错误．在线圈通电或断电的瞬间，磁通量发生变化，产生感应电流，D正确．
答案：D
2．(2017·高考江苏卷)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∶2
C．1∶4 D．4∶1
解析：两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场区域的半径一样，则穿过两线圈的磁通量相同，故选项A正确．
答案：A
过关训练
一、单选题
1．如图所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷-Q，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木盘A的轴线OO′重合．现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，则（ ）
A．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小
B．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大
C．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小
D．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大
2．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
3．电阻R、电容器C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁位于线圈的正上方，N极朝下，如图所示。现使磁铁N极远离线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是（ ）
A．从b到a，下极板带正电B．从a到b，下极板带正电
C．从b到a，上极板带正电D．从a到b，上极板带正电
4．如图所示，闭合线圈abcd水平放置，其面积为S，匝数为n，线圈与磁感应强度为B的匀强磁场的夹角θ＝45°。现将线圈以ab边为轴沿顺时针方向转动90°，则在此过程中线圈磁通量的改变量大小为（ ）
A．0B． SKIPIF 1 < 0 BSC． SKIPIF 1 < 0 nBSD．nBS
5．如图所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的矩形金属线圈。当一竖直放置的、磁极不明的条形磁铁从线圈中线AB正上方快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及其在水平方向运动趋势的正确判断是（ ）
A．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右
B．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左
C．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右
D．由于磁铁磁极极性不明，无法判断
6．如图，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内，环的圆心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距．两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流．若( )
A．金属环向上运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向
B．金属环向下运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向
C．金属环向左侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向
D．金属环向右侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向
7．如图所示，一根长1m左右的空心铝管竖直放置（图甲），同样竖直放置一根长度相同但有竖直裂缝的铝管（图乙）和一根长度相同的空心塑料管（图丙）。把一枚小磁铁从上端管口放入管中后，小磁铁最终从下端管口落出。小磁铁在管内运动时，均没有跟管内壁发生摩擦。设小磁铁在甲、乙、丙三条管中下落的时间分别为t1、t2、t3，则下列关于小磁铁在三管中下落的说法正确的是（ ）
A．甲管、乙管和丙管都会产生感应电流
B．小磁铁完全进入甲管后，甲管中没有感应电流产生
C．t1最大
D．t2＝t3
8．如图所示，在同一水平面内有两根光滑平行金属导轨MN和PQ，在两导轨之间竖直放置通电螺线管，ab和cd是放在导轨上的两根金属棒，它们分别放在螺线管的左右两侧，保持开关闭合，最初两金属棒处于静止状态．当滑动变阻器的滑动触头向左滑动时，两根金属棒与导轨构成的回路中感应电流方向（俯视图）及ab、cd两棒的运动情况是（ ）
A．感应电流为顺时针方向，两棒相互靠近
B．感应电流为顺时针方向，两棒相互远离
C．感应电流为逆时针方向，两棒相互靠近
D．感应电流为逆时针方向，两棒相互远离
9．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
10．如图所示，一个N极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框，则( )
A．磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置②时，线框中感应电流沿adcb方向
B．磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置②时，线圈中感应电流沿abcd方向
C．磁铁经过位置①和②时，线框中的感应电流都沿abcd方向
D．磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿adcb方向
11．如图所示，两匀强磁场的磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 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 SKIPIF 1 < 0 减小 SKIPIF 1 < 0
B．同时减小 SKIPIF 1 < 0 增大 SKIPIF 1 < 0
C．同时以相同的变化率增大 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0
D．同时以相同的变化率减小 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0
12．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°)
13．水平桌面上放一闭合铝环，在铝环轴线上方有一条形磁铁，当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速靠近铝环时，下列判断正确的是（ ）
A．铝环有收缩的趋势，对桌面的压力减小
B．铝环有扩张的趋势，对桌面的压力增大
C．铝环有收缩的趋势，对桌面的压力增大
D．铝环有扩张的趋势，对桌面的压力减小
14．为了测量列车运行的速度和加速度大小，可采用如图甲所示的装置，它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成（测量记录仪未画出）．当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，P、Q为接测量仪器的端口，若俯视轨道平面磁场垂直地面向下，如图乙所示．则在列车经过测量线圈的过程中，流经线圈I的电流方向为
A．始终逆时针方向
B．始终顺时针方向
C．先逆时针，再顺时针方向
D．先顺时针，再逆时针方向
二、多选题
15．如图，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．向右减速运动C．向左加速运动D．向左减速运动
16．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
1．两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，在导轨上接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动．当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是( )
A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→C
B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→D
C．磁场对导体棒CD的作用力向左
D．磁场对导体棒AB的作用力向左
2．如图所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若使线框中产生感应电流，则线框的运动情况应该是( )
A．向右平动(ad边还没有进入磁场)
B．向上平动(ab边还没有离开磁场)
C．以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)
D．以ab边为轴转动(转角不超过90°)
考题预测 参考答案
1解析：导体棒AB切割磁感线，由右手定则可知回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B，由左手定则知，磁场对导体棒CD的作用力向右，磁场对导体棒AB的作用力向左，故B、D正确．
答案：BD
2解析：选项A和D所描述的情况中，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大，D情况下S减小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流．而选项B、C所描述的情况中，线框中的磁通量均不改变，不会产生感应电流，故A、D正确．
答案：AD
过关训练 参考答案
1．A
【详解】
胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大，根据右手螺旋定则知，通过B线圈的磁通量向下，且增大，根据楞次定律的另一种表述，引起的机械效果阻碍磁通量的增大，可知金属环的面积有缩小的趋势，且有向上的运动趋势，所以丝线的拉力减小，A正确。
故选A。
【点睛】
胶木盘A由静止开始绕其轴线 SKIPIF 1 < 0 按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大，穿过线圈B的磁通量变化，根据楞次定律的另一种表述，感应电流引起的机械效果阻碍磁通量的变化进行判断．
2．D
【详解】
因为PQ突然向右运动，由右手定则可知，PQRS中有沿逆时针方向的感应电流，穿过T中的磁通量减小，由楞次定律可知，T中有沿顺时针方向的感应电流，D正确，ABC错误．
3．D
【详解】
当磁铁开始由图示位置向上运动时，N极远离线圈，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律可知，感应电流磁场方向与原磁场方向相同，即向下，再由安培定则可得感应电流的方向沿线圈盘旋而上，所以通过电阻R的电流从a到b，a点电势高于b点，所以电容器上极板带正电，故ABC错误，D正确。
故选D。
4．B
【详解】
由题意可知，线圈旋转过程中，磁通量先减小至零后再反向增大，所以初、末状态时线圈的磁通量方向相反，根据磁通量的定义可知初、末状态时线圈磁通量大小均为
SKIPIF 1 < 0
所以将线圈以ab边为轴沿顺时针方向转动90°的过程中线圈磁通量的改变量大小为
SKIPIF 1 < 0
故选B。
5．C
【详解】
条形磁铁从线圈中线AB正上方快速经过时，穿过线圈的磁通量先增大后减小，根据楞次定律可知，线圈中的感应电流会阻碍穿过其磁通量发生变化，这种阻碍作用表现在线圈先有远离磁铁的运动趋势，后有靠近磁铁的运动趋势，所以竖直方向上线圈对桌面的压力先大于mg后小于mg，根据牛顿第三定律可知FN先大于mg后小于mg，而水平方向上线圈始终有向右运动的趋势，综上所述可知C正确。
故选C。
6．D
【详解】
当金属环上下移动时，穿过环的磁通量不发生变化，根据楞次定律，没有感应电流产生，选项AB错误；当金属环向左移动时，穿过环的磁通量垂直纸面向外且增强，根据楞次定律可知，产生顺时针方向的感应电流，故选项C错误；当金属环向右移动时，穿过环的磁通量垂直纸面向里且增强，根据楞次定律可知，产生逆时针方向的感应电流，故选项D正确．
【考点定位】楞次定律
【名师点睛】解决本题的关键会用安培定则判断电流周围磁场的方向，以及学会根据楞次定律来确定感应电流的方向．
7．C
【详解】
AB．甲管的横截面为闭合圆环，当小磁铁在管中运动时，穿过这些圆环的磁通量发生变化，会产生感应电流；乙管的横截面虽然不是闭合圆环，但当小磁铁在管中运动时，在管壁上闭合区域内仍会产生涡流，但是其电流强度要比甲管的弱；因为丙管由绝缘体制成，所以不会产生感应电流，综上所述可知AB错误；
CD．根据楞次定律可知，甲、乙管中感应电流会阻碍小磁铁的下落，但甲管的阻碍作用比乙管强，而小磁铁在丙管中做自由落体运动，根据运动学规律可推知t1＞t2＞t3，故C正确，D错误。
故选C。
8．D
【详解】
当变阻器滑片向左滑动时，电路的电流变大，线圈的磁场增加；根据安培定则由电流方向可确定线圈的磁场方向垂直于导轨向下．由于线圈处于两棒中间，所以穿过两棒所围成的磁通量变大，由楞次定律：增反减同可得，线框abdc 产生逆时针方向感应电流．最后根据左手定则可确定安培力的方向：ab棒处于垂直向上的磁场，且电流方向ab，则安培力方向向左．cd棒处于垂直向上的磁场，且电流方向dc，则安培力方向向右，两棒相互远离，故选项D正确，ABC错误；故选D.
点睛：两棒将线圈围在中间，则穿过两棒所围成的面积的磁场方向是竖直向下．原因是线圈内部磁场方向向下，而外部磁场方向向上，且向下强于向上.
9．B
【详解】
无论开关S拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律（增反减同），右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。
故选B。
10．A
【详解】
当磁铁经过位置①时，穿过线框的磁通量向下且不断增加，由楞次定律可确定感应电流的磁场方向向上，阻碍磁通量的增加，根据右手螺旋定则可判定感应电流应沿abcd方向.同理可判断当磁铁经过位置②时，感应电流沿adcb方向，故A正确BCD错误．
11．B
【详解】
AB．产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，圆环中的净磁通量变化为向里磁通量减少或者向外的磁通量增多，A错误，B正确。
CD．同时以相同的变化率增大B1和B2，或同时以相同的变化率减小B1和B2，两个磁场的磁通量总保持大小相同，所以总磁通量为0，不会产生感应电流，CD 错误。
故选B。
12．A
【详解】
A．设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScs θ，S增大，θ减小，cs θ增大，则Φ增大，A正确；
B．B减小，θ减小，cs θ增大，Φ可能不变，B错误；
C．S减小，B增大，Φ可能不变，C错误；
D．S增大，B增大，θ增大，cs θ减小，Φ可能不变，D错误.
13．C
【详解】
当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速靠近铝环时，通过铝环的磁通量增加，根据楞次定律，铝环中产生的感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，阻碍磁铁的靠近，所以铝环对桌面的压力会增大，铝环还有收缩的趋势，以缩小面积来阻碍磁通量的增加．所以选项C正确，ABD错误
14．C
【详解】
在列车经过线圈的上方时，由于列车上的磁场的方向向下，所以线圈内的磁通量方向向下，先增大后减小，根据楞次定律可知，线圈中的感应电流的方向为先逆时针，再顺时针方向．
故选C．
15．BC
【详解】
根据安培定则可知，MN处于ab产生的垂直向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由M指向N，L1中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，线圈中产生感应电流的磁场应该是向上减小，或向下增加；再由右手定则可知PQ可能是向右减速运动或向左加速运动，故BC正确，AD错误。
故选BC。
16．ABC
【详解】
A．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；
B．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；
C．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，但此时刻原电流为零，即原磁感应强度为零，二者之间没有相互作用力，即FN=G，故C正确；
D．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。
故选ABC。