专题65 电磁感应现象、三定则一定律的理解和应用 2022届高中物理常考点归纳二轮复习

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常考点 电磁感应现象、三定则一定律的理解和应用
【典例1】
(多选)如图所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，线圈c中将有感应电流
产生（ ）
A．向右做匀速运动B．向左做匀速运动
C．向右做减速运动D．向右做加速运动
解：A、B导体棒ab向右做匀速运动时，ab中产生的感应电流不变，螺线管产生的磁场是稳定的，穿过c的磁通量不变，c中没有感应电流。故A错误。
B、导体棒ab向左做匀速运动时，根据右手定则判断得到，感应电流不变，螺线管产生的磁场不变，穿过c的磁通量不变；C中不会产生感应电流；故B错误；
C、导体棒ab向右做减速运动时，根据右手定则判断得到，感应电流减小，螺线管产生的磁场减弱，穿过c的磁通量减小，根据楞次定律得知，c中产生感应电流。故C正确。
D、导体棒ab向右做变加速运动时，根据右手定则判断得到，感应电流增大，螺线管产生的磁场增强，穿过c的磁通量增大，根据楞次定律得知，c中产生感应电流。故D正确。
【典例2】
(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（ ）
加速向右B．加速向左C．减速向右D．减速向左
解：圈A各处受到沿半径方向指向圆心的力可以理解为A正在具有收缩的趋势，根据楞次定律可以知道此时一定是D中的磁场正在增大，与磁场的方向无关；D中 的磁场正在增大，说明导体棒MN正在做加速运动，与方向无关。所以D可能向左加速，也可能是向右加速。所以四个选项中A和B正确，C和D错误。
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．磁通量是标量(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BS1cs 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.
二． 非匀强磁场的磁通量
磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的净条数．
①条形磁铁：
②通电直导线
③环形电流
I
a
b
Φa>Φb
三、电磁感应现象
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做电磁感应．
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．
四． 判断电磁感应现象是否发生的一般流程
五． 两类电磁感应现象
六．对楞次定律的理解及应用．
1．楞次定律中“阻碍”的含义
2．感应电流方向判断的两种方法
法一：用楞次定律判断
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、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．
七．“一定律、三定则”的综合应用
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)→左手定则；
(4)因磁而生电(S、B→I安)→楞次定律．
【变式演练1】
如图所示，两个完全相同的矩形导线框A、B在靠得很近的竖直平面内，线框的对应边相互平行．线框A
固定且通有电流I，线框B从图示位置由静止释放，在运动到A下方的过程中（ ）
A．穿过线框B的磁通量先变小后变大
B．线框B中感应电流的方向先顺时针后逆时针
C．线框B所受安培力的合力为零
D．线框B的机械能一直减小
解：A、由图可知开始时B处的磁场磁通量向外，当B从靠近A处下落时，向外的磁场减小，而向里的磁场增大，所以和磁通量向外并减小；当合磁通量等于0后，继续下落的过程中，磁通量以A中内部磁感应强度为主，内部磁感通量越来越大，即向里的磁通量增大，B与A的位置重合时，向里的磁通量达到最大；
而在离开时，由于内外磁感线相互抵消，故磁通量先减小，减小到0后，重新变成向外的磁通量，再次开始增大。故磁通量应是先减小再增大，后减小又增大；故A错误；
B、由楞次定律可得，B中的感应电流的方向是先顺时针再逆时针后顺时针，故B错误；
C、线圈B中的电流相等，但由于两边所处的磁感应强度不等，故安培力的合力不为零，故C错误；
D、在线框下落时，安培力做负功使丝框的机械能转化为线框B的动能，故D正确
【变式演练2】
如图所示，两同心圆环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，两环均可绕中
心在水平内转动，则（ ）
A．若A匀速转动，B中产生恒定的感应电流
B．若A逆时针加速转动，B中一定产生顺时针方向的感应电流
C．若A顺时针减速转动，B中感应电流的方向可能是逆时针
D．若A、B以相同的转速同方向加速转动，B中没有感应电流
解：A 若A匀速转动，相当于产生了一不变的环形电流，B中的磁通量不发生变化，不产生感应电流。故A错误
B 若A加速转动，则相当于电流增大，B中的磁通量增加，但因所带的电量的正负不知，不能确定A中的电流的方向，故不知磁场的方向，则不能由安培定则得B中会产生感觉应电流的方向。故B错误
C 因减速转动，相当于电流减小，则B中的磁通量减小，会产生感应电流，因A所带的电荷的正负不知，故方向不确定，为可能。故C正确
D 不论B是否运动，若A加速，则B中会有电流产生。故D错误
1．如图，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路，若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列说法正确的是（ ）
A．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
B．穿过线圈a的磁通量变小
C．线圈a有收缩的趋势
D．线圈a对水平桌面的压力FN将减小
解：AB、当滑动触头P向下移动时电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知通过线圈b的电流增大，从而判断出穿过线圈a的磁通量增加方向向下，根据楞次定律即可判断出线圈a中感应电流方向俯视应为逆时针，故AB错误；
C、再根据微元法将线圈a无线分割根据左手定则不难判断出线圈a应有收缩的趋势，或直接根据楞次定律的第二描述“感应电流产生的效果总是阻碍引起感应电流的原因”，因为滑动触头向下滑动导致穿过线圈a的磁通量增加，故只有线圈面积减少时才能阻碍磁通量的增加，故线圈a应有收缩的趋势，故C正确；
D、开始时线圈a对桌面的压力等于线圈a的重力，当滑动触头向下滑动时，可以用“等效法”，即将线圈a和b看做两个条形磁铁，不难判断此时两磁铁的N极相对，互相排斥，故线圈a对水平桌面的压力将增大，故D错误。
2．如图所示，质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上。当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈，沿线圈中轴线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时，线圈始终保持不动。设线圈在此过程中受到的支持力为FN，摩擦力为Ff。以下判断正确的是（ ）
A．Ff先向右，后向左
B．FN一直大于mg
C．FN先大于mg，后小于mg
D．线圈中感应电流的方向始终不变
解：ABC、当磁铁靠近线圈时，穿过线圈的磁通量增加，线中产生感应电流，线圈受到磁铁的安培力作用，根据楞次定律“来拒去留”，线圈受到的安培力斜向右下方，则线圈对桌面的压力增大，即FN大于mg；线圈相对桌面有向右运动趋势，受到桌面向左的静摩擦力；当磁铁远离线图时，穿过线图的磁通量减小，线圈中产生感应电流，线图受到磁铁的安培力作用，根据楞次定律“来拒去留”，线圈受到的安培力斜向右上方，则线圈对桌面的压力减小，即FN小于mg；线圆相对桌面有向右运动趋势，受到桌面向左的静摩擦力。选项AB错误，C正确；
D、磁铁靠近线圈的过程中穿过线圈的磁通量增大，远离线圈的过程中穿过线圈的磁通量小，磁通量的变化相反，所以产生的感应电流的方向也一定相反，选项D错误。
3．如图，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。当MN中电流突然减小时，线圈产生的感应电流I，线圈所受安培力的合力为F，则I和F的方向为（ ）
A．I顺时针，F向左B．I顺时针，F向右
C．I逆时针，F向左D．I逆时针，F向右
解：金属线框abcd放在导线MN上，导线中电流产生磁场，根据安培定则判断可知，线框abcd左右两侧磁场方向相反，线框左侧的磁通量小于线框右侧的磁通量，磁通量存在抵消的情况，总磁通量的方向与MN右侧磁场的方向相同，为垂直于纸面向里。若MN中电流突然减小时，穿过线框的磁通量将减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍磁通量的变化，则线框abcd感应电流方向为顺时针，再由左手定则可知，左边受到的安培力水平向右，而右边的安培力方向也水平向右，故安培力的合力F向右，故B正确，ACD错误。
4．在粗糙水平面上平放一根导体棒和一个金属圆环，如图甲所示（俯视图），给导体棒中通以如图乙所示的电流，导体棒和圆环始终保持静止状态，则在0～t1时间内，下列说法正确的是（ ）
A．圆环中感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向
B．圆环中感应电流先增大后减小
C．导体棒受到的静摩擦力方向先向右后向左
D．圆环先有扩张趋势后有收缩趋势
解：A、当电流的方向向上并增大时，电流产生的磁场的方向在环处为垂直于环向里并增大，由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针方向；当电流的方向向上并减小时，电流产生的磁场的方向在环处为垂直于环向里并减小，由楞次定律可知，感应电流的方向为顺时针方向，故A错误；
B、根据电流产生的磁场的与电流成正比可知，当电流增大时电流产生的磁场增大，反之则减小，可知电流产生的磁场在环内的磁感应强度变化的规律与图乙想相似的，即磁通量先增大后减小，增大时越来越慢，减小时越来越快；根据法拉第电磁感应定律：E＝可知，感应电动势的大小与磁场变化的快慢成正比，所以环内产生的感应电流先减小为零，后反向增大，故B错误；
C、当电流的方向向上并增大时，电流产生的磁场的方向在环处为垂直于环向里并增大，由楞次定律可知，环有向右运动的趋势，受到的磁场力的方向向右；根据牛顿第三定律可知，导体棒受到环的作用力的方向向左，若保持静止，则受到的静摩擦力的方向向右；当电流的方向向上并减小时，电流产生的磁场的方向在环处为垂直于环向里并减小，同理可知，导体棒受到的摩擦力的方向向左，故C正确；
D、当电流的方向向上并增大时，电流产生的磁场的方向在环处为垂直于环向里并增大，由楞次定律可知，环有面积缩小的趋势；当电流的方向向上并减小时，电流产生的磁场的方向在环处为垂直于环向里并减小，由楞次定律可知，环有面积扩大的趋势，故D错误。
5．MN、GH为光滑的水平平行金属导轨，ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆，匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，如图所示，则（ ）
A．若固定ab，使cd向右滑动，则回路中电流方向为a→b→d→c
B．若ab向左、cd向右同时运动，则回路中电流为零
C．若ab、cd以相同的速度一起向右滑动，则回路中电流方向为c→d→b→a
D．若ab、cd都向右运动，且两杆速度Vcd＞Vab，则回路中电流方向为c→d→b→a
解：A、若固定ab，使cd向右滑动，由右手定则可判断出A应产生顺时针的电流，向为a→c→d→b，故A错误；
B、若ab向左，cd向右，ab、cd所围的线圈面积增大，磁通量增大，有感应电流产生，故B错误；
C、若ab、cd以相同的速度一起向右滑动，ab、cd所围的线圈面积不变，磁通量不变，故不产生感应电流，故C错误；
D、若ab、cd向右运动，但vcd＞vab，则abdc所围面积发生增大，磁通量也发生增大，故由楞次定律可判断出产生由c→d→b→a的电流，故D正确。
6．如图所示，两个很轻的铝环a、b，环a闭合，环b不闭合，a、b环都固定在一根可以绕O点自由转动的水平细杆上，此时整个装置静止。下列选项正确的是（ ）
A．条形磁铁N极垂直环a靠近a，环a将靠近磁铁
B．条形磁铁S极垂直环a远离a，环a将不动
C．条形磁铁N极垂直环b靠近b，环b将靠近磁铁
D．条形磁铁S极垂直环a靠近a，环a将远离磁铁
解：A、当条形磁铁N极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁。故A错误。
B、使条形磁铁S极垂直a环远离a时，穿过a环的磁通量减小，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a向着磁铁运动。故B错误。
C、当条形磁铁N极垂直b环靠近b时，b环中不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动。故C错误。
D、当条形磁铁S极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故D正确。
7．在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，用灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过“插入”和“拔出”磁铁，使线圈中产生感应电流。已知在图甲中，电流计指针向左偏转，则对如图所示的实验过程，说法正确的是（ ）
A．甲图中感应电流产生的磁场方向向下
B．乙图中电流计指针向左偏转
C．乙图和丙图中磁铁受到线圈作用力的方向都向下
D．丙图和丁图中电流计指针的偏转方向不同
解：A、如图甲所示，当磁铁的N极向下运动时，穿过线圈向下的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向下，此时电流从下向上流过电流表，发现电流表指针向左偏转，可知电流表指针偏转方向与电流方向间的关系：电流从下向上流过电流表，电流表指针向左偏转，电流从上向下流过电流表，则电流表指针向右偏转，故A错误；
B、在图乙所示实验过程中，磁铁的S极向下运动时，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向上，此时电流从上向下流过电流表，电流计指针应该向右偏转，故B错误；
C、图乙中磁铁的S极向下运动靠近线圈，根据楞次定律可知，磁铁受到线圈作用力的方向向上；图丙中磁铁的N极向上运动离开线圈，根据楞次定律可知，磁铁受到线圈作用力的方向向下，故C错误；
D、在图丙所示实验过程中，磁铁的N极向上运动时，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向上，此时电流从上向下流过电流表，电流计指针应该向右偏转，同理可知图丁电流表指针向左偏转，故D正确。
8．某同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁铁，磁铁N极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对箱内人员的伤害。当轿厢坠落到图示位置时，关于该装置，以下说法正确的是（ ）
A．从下往上看，金属线圈A中的感应电流沿逆时针方向
B．从下往上看，金属线圈B中的感应电流沿顺时针方向
C．金属线圈B对轿厢下落有阻碍作用，A没有阻碍作用
D．金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势
解：AB、当电梯坠落至如图位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从下往上看是顺时针方向，B中中向上的磁场增强，感应电流的方向从下往上看是逆时针方向，故A错误，B错误；
C、结合A的分析可知，当电梯坠落至如图位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故C错误；
D、闭合线圈A中向上的磁场减弱，B中中向上的磁场增强，根据楞次定律可知，线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势，故D正确。
9．水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。把条形磁铁向水平方向移动时，金属圆环将受到水平方向的驱动力，关于这个情景，下列说法正确的是（ ）
A．驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同
B．驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相反
C．金属圆环中会产生逆时针方向的感应电流（俯视）
D．金属圆环将有收缩的趋势
解：ABD、当条形磁铁沿水平方向迅速移动时，闭合金属环内的磁通量减小，因此线圈做出的反应是面积有扩大的趋势，同时将跟随磁铁运动，金属圆环受安培力跟条形磁铁运动的方向相同，且金属圆环有跟随磁铁运动的趋势，故A正确，BD错误；
C、当条形磁铁沿水平方向迅速移动时，闭合金属环内向下的磁通量减小，由楞次定律可知，金属圆环中会产生顺时针方向的感应电流（俯视），故C错误。
10．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，下列（ ）
A．从右侧看，环中产生逆时针方向的感应电流
B．铜环受到的安培力小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，金属环能向右弹射
解：A、线圈中电流为左侧流入，磁场方向为向右，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，感应电流由左侧看为逆时针，由右侧看为顺时针，故A错误；
B、由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大；故铜环受到的安培力要大于铝环，故B错误；
C、若环放在线圈右方，根据“来拒去留”可得，环将向右运动；故C正确；
D、电池正负极调换后，金属环受力向左，故仍将向左弹出；故D错误。a
c
b
M
N
S
a
c
b
N
S
a
b
c
N
S
a
b
N
S
动生：切割磁感线而生电
本质——洛伦兹力驱动自由电荷定向移动
平动切割
转动切割
法拉第圆盘（辐条切割）
交流发电机（旋转切割）
ω
感生：磁场（或电流）变化而生电
本质——变化的磁场产生涡旋的电场，电场力驱动自由电荷定向移动
感生线圈
磁铁插入线圈
变压器（法拉第线圈）
自感
B
名称
基本现象
应用的定则或定律
电流的磁效应
运动电荷、电流产生磁场
安培定则
磁场对电流
的作用
磁场对运动电荷、电流有作用力
左手定则
电磁感应
部分导体做切
割磁感线运动
右手定则
闭合回路磁通量变化
楞次定律