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最新高考物理二轮复习课件：选修3-2 第1讲 电磁感应现象 楞次定律
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这是一份最新高考物理二轮复习课件：选修3-2 第1讲 电磁感应现象 楞次定律，共60页。PPT课件主要包含了T·m2，磁感线，有效面积，BScosθ，磁通量，部分导体，切割磁感线，感应电流，感应电动势，导线运动等内容，欢迎下载使用。
【知识梳理自查】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与B的乘积。2.公式:Φ=___。3.单位:1 Wb=______。 4.标矢性:磁通量是_____,但有正负。5.物理意义:相当于穿过某一面积的_______的条数。
6.适用条件:(1)匀强磁场。(2)S为垂直磁场的_________。7.示例: 8.磁通量变化:ΔΦ=Φ2-Φ1。
【情境转换矩形abcd面积为S,平面abb′a′与磁场方向平行,匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直,平面abcd与平面a′b′cd的夹角为θ。 (1)通过矩形abcd的磁通量为________。 (2)通过矩形a′b′cd的磁通量为________。 (3)通过矩形abb′a′的磁通量为__。
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_____的现象叫作电磁感应。2.条件(1)闭合电路_______发生变化。(2)闭合电路的_________在磁场内___________。3.实质:磁通量发生变化时,产生感应电动势。如果电路闭合,则有_________;如果电路不闭合,则只有___________而无感应电流。4.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_____。
三、楞次定律1.内容:感应电流的磁场总要_____引起感应电流的_______的变化。2.适用条件:一切回路中_______变化的情况。3.对“阻碍”的理解:阻碍不是_____,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行。
四、右手定则1.内容:伸开_____,使拇指与其余四个手指_____并且都与手掌在同一平面内,让磁感线从_____进入,并使拇指指向_________的方向,这时_____所指的方向就是感应电流的方向。 2.使用条件:导体_____磁感线产生感应电流。
【情境转换】法拉第圆盘发电机中圆盘的磁通量不发生变化,是如何发电的?提示:接触点CD间圆盘半径切割磁感线。
【小题速诊速纠】1.判一判(1)磁通量大小与线圈匝数有关。( )(2)磁通量是标量,但有正负,正负只表示磁感线从闭合回路的哪个面穿过。( )(3)只要磁通量发生变化就一定有感应电流。( )(4)感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。( )(5)由楞次定律知,感应电流的磁场只起到阻碍作用不能阻止。( )(6)当闭合回路里有导线切割磁感线,则电路中就一定有感应电流。( )提示:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.练一练(1)下列现象中,属于电磁感应现象的是 ( )A.磁场对电流产生力的作用B.电流的周围能产生磁场C.软铁棒可被磁场磁化而带磁性D.变化的磁场使闭合电路中产生电流【解析】选D。 电磁感应指闭合回路中部分导体做切割磁感线运动或者穿过闭合线圈的磁通量变化使回路中产生感应电流的现象,D正确。
(2)(多选)带负电的圆环绕圆心旋转,在环的圆心处有一闭合小线圈,小线圈和圆环在同一平面内,则( )A.只要圆环在转动,小线圈内部一定有感应电流产生B.圆环不管怎样转动,小线圈内都没有感应电流产生C.圆环在做变速转动时,小线圈内就一定有感应电流产生D.圆环做匀速转动时,小线圈内没有感应电流产生
【解析】选C、D。带负电的圆环在绕圆心转动过程中,相当于负电荷在转动,在圆环处产生垂直圆环平面的磁场。当圆环匀速转动,则产生的电流恒定,即产生的磁场强度恒定,所以小线圈中的磁通量不发生变化;当圆环变速转动时,产生的电流在变化,产生的磁场强度在变化,穿过小线圈的磁通量在变化,故小线圈中有感应电流产生,C、D正确。
考点1 电磁感应现象发生的条件(b)【要点融会贯通】1.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况:(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ1-Φ0计算并判断磁通量是否变化。(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。
2.判断电磁感应现象能否发生的一般流程:
【精练题组通关】1.(2020·杭州模拟)如图所示实验装置中用于研究电磁感应现象的是( )
【解析】选A。导体ab在磁场中做切割磁感线运动时,电流表的指针发生偏转,说明电路中产生了电流,这是电磁感应现象,故A正确;导体中通过电流时,原来静止在南北方向的小磁针的指向发生了偏转,说明它受到了磁力的作用,从而说明电流的周围存在磁场,故B错误;开关闭合后,原来静止在磁场中的导体运动起来,说明通电导体在磁场中受到力的作用,故C错误;开关闭合后,原来静止在磁场中的线圈运动起来,说明通电导体在磁场中受到力的作用,故D错误。
2.法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图所示,他把两个线圈绕在同一个软铁环上,线圈A和电池连接,线圈B用导线连通,导线下面平行放置一个小磁针。实验中可能观察到的现象是( ) A.用一节电池作电源小磁针不偏转,用十节电池作电源小磁针会偏转B.线圈B匝数较少时小磁针不偏转,匝数足够多时小磁针会偏转C.线圈A和电池连接瞬间,小磁针会偏转D.线圈A和电池断开瞬间,小磁针不偏转
【解析】选C。根据“磁生电”即电磁感应现象的产生条件,只有线圈B中磁通量变化时才能在线圈B中产生感应电流,因此无论线圈B匝数多少,线圈A中电池多少,都不能在线圈B中产生感应电流,选项A、B错误。只有在线圈A和电池连接或断开的瞬间,线圈B中才能产生感应电流,电流产生磁场,使导线下面平行放置的小磁针发生偏转,选项C正确,D错误。
3.(2020·宁波模拟)如图所示,线圈A通过滑动变阻器和开关连接到直流电源上,线圈B两端连接到电流表上,把线圈A装在线圈B的里面,合上开关。当滑动变阻器的滑片保持不动时电流表的指针__________(选填“偏转”或“不偏转”);当滑动变阻器的滑片快速滑动时电流表的指针__________(选填“偏转”或“不偏转”)。
【解析】开关闭合稳定后,当滑动变阻器的滑片保持不动时,线圈B内的磁通量不发生变化,从而不产生感应电流,电流表指针不发生偏转。开关闭合后,快速移动滑动变阻器的滑片P时,线圈B内的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转。答案:不偏转 偏转
【加固训练】用如图装置做“探究感应电流的产生条件”实验,线圈A连接滑动变阻器、开关和学生电源,插在线圈B中;线圈B与电流表连接在一起。为了使电流表发生偏转,请提供一种操作方案_________________________________________。
【解析】为了使电流表发生偏转,即在线圈中产生感应电流,只需使线圈A中磁通量发生变化,即通过线圈A的电流发生变化,采用的方法是:闭合开关,滑动滑动变阻器。(闭合开关,拔出线圈A;闭合开关等)答案:闭合开关,滑动滑动变阻器(闭合开关,拔出线圈A;闭合开关等)
考点2 楞次定律的理解和应用(c)【要点融会贯通】1.楞次定律中“阻碍”的含义:(1)谁阻碍谁:感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量变化。(2)阻碍什么:阻碍的是磁通量变化,而不是阻碍磁通量本身。(3)如何阻碍:当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”。(4)阻碍效果:阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行。
2.应用楞次定律判断感应电流方向的分析步骤:(1)明确研究对象:确定研究的是哪一个闭合回路。(2)分析原因:分析该回路中原磁通量的变化情况。(3)增反减同:根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场的方向。(4)方向判定:根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向。
【典例考题研析】【典例1】如图所示,两个闭合正方形线框A、B的中心重合,放在同一水平面内。当小线框A中通有不断增大的顺时针方向的电流时,对于线框B,下列说法中正确的是( )A.有顺时针方向的电流且有收缩的趋势B.有顺时针方向的电流且有扩张的趋势C.有逆时针方向的电流且有收缩的趋势D.有逆时针方向的电流且有扩张的趋势
【解析】选D。根据安培定则可得,线框A中电流的磁场向里且逐渐增大,根据楞次定律可得,线框B中感应电流的磁场的方向向外,感应电流的方向为逆时针方向,线框A外侧与线框B内侧处产生的磁场方向向外,由左手定则可知线框B有扩张的趋势,故D正确。
【精练题组通关】1.如图所示,螺线管与灵敏电流计相连,磁铁从螺线管的正上方由静止释放,向下穿过螺线管。下列说法正确的是( )A.电流计中的电流先由a到b,后由b到aB.a点的电势始终低于b点的电势C.磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量D.磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度
【解析】选D。电流计中的电流先由b到a,后由a到b,A错误;a点的电势先比b点低,后比b点高,B错误;磁铁减少的机械能等于回路中产生的热量与磁铁的动能之和,C错误;根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍磁铁与闭合回路间的相对运动,磁铁刚离开螺线管时,受到向上的磁场力,加速度小于重力加速度,D正确。
2.(多选)如图所示,一根长导线弯成“n”形,通以直流电流I,正中间用不计长度的一段绝缘线悬挂一金属环C,环与导线处于同一竖直平面内,在电流I增大的过程中,下列叙述正确的是( )A.金属环C中无感应电流产生B.金属环C中有沿逆时针方向的感应电流C.悬挂金属环C的竖直线拉力变大D.金属环C仍能保持静止状态
【解析】选B、C、D。根据右手螺旋定则可以判断出导线之间的区域磁场方向垂直纸面向里,即金属环中的磁场方向垂直纸面向里,当电流I增大时,通过金属环的磁通量增大,根据楞次定律可知金属环中有感应电流产生,方向为逆时针方向,选项A错误,B正确;因为金属环靠近导线上部,所以金属环上部的磁感应强度大于金属环下部的磁感应强度,根据左手定则可以判断出金属环受到的安培力的合力方向向下,根据共点力的平衡条件可得悬挂金属环C的竖直线拉力变大,选项C正确;金属环C不会旋转,仍能保持静止状态,选项D正确。
3.(2020·温州模拟)如图所示,圆筒形铝管竖直置于水平桌面上,一磁块从铝管的正上方由静止开始下落,穿过铝管落到水平桌面上,下落过程中磁块不与管壁接触。忽略空气阻力,则在下落过程中( )A.磁块做自由落体运动B.磁块的机械能守恒C.铝管对桌面的压力大于铝管的重力D.铝管中无感应电流产生
【解析】选C。磁块在铝管中运动的过程,虽不计空气阻力,但在过程中,出现安培力做负功现象,从而磁块不会做自由落体运动,故A错误;磁块在整个下落过程中,除重力做功外,还有产生感应电流对应的安培力做功,导致减小的重力势能部分转化为动能外,还产生内能,故机械能不守恒,同时增加的动能小于重力势能的减小量,故B、D错误;磁块在整个下落过程中,由楞次定律中来拒去留规律可知,铝管受向下的作用力,故铝管对桌面的压力一定大于铝管的重力,故C正确。
【加固训练】(多选)如图所示,两个闭合铝环A、B与一个螺线管套在同一铁芯上,A、B可以左右摆动,则( )A.在S闭合的瞬间,A、B必相吸B.在S闭合的瞬间,A、B必相斥C.在S断开的瞬间,A、B必相吸D.在S断开的瞬间,A、B必相斥
【解析】选A、C。在S闭合瞬间,穿过两个线圈的磁通量变化相同,线圈中产生同方向的感应电流,同向电流相吸,则A、B相吸,A正确,B错误;在S断开瞬间,穿过两个线圈的磁通量变化相同,线圈中产生同方向的感应电流,同向电流相吸,则A、B 相吸,C正确,D错误。
考点3 “三定则一定律”的对比(c)【要点融会贯通】1.“三个定则、一个定律”的应用对比:
2.“三个定则、一个定律”的相互联系:(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电流方向,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。
【典例考题研析】【典例2】 (多选)如图所示,两根固定的硬质平行直导线及虚线AB在同一平面内,两导线关于AB对称,导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I,将与两平行直导线位于同一平面内的硬质矩形金属线框,从图中实线位置向右平移到虚线位置的过程中,下列说法正确的是( )A.线框中的感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向B.线框中的感应电流一直沿顺时针方向C.线框受到的安培力方向先向左后向右D.线框受到的安培力方向一直向左
【解析】选B、D。根据安培定则和磁场的叠加原理判断得知,在AB右侧磁场方向垂直纸面向外,左侧磁场方向垂直纸面向里。当导线框位于AB左侧向右运动时,导线框中的磁场方向垂直纸面向里,磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流方向为顺时针方向;当导线框经过AB时,导线框中的磁场方向先垂直纸面向里,后垂直纸面向外,磁通量先减小,后增大,根据楞次定律,可知感应电流方向为顺时针方向;当导线框在AB右侧并向右运动时,导线框中的磁场方向垂直纸面向外,磁通量增加,根据楞次定律可知,感应电流方向为顺时针方向,则可知电流方向一直为顺时针方向,B正确,A错误;根据楞次定律可知,线框受到的安培力的方向一定与线框的运动方向相反,故安培力一直向左,C错误,D正确。
【精练题组通关】1.如图所示,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。当矩形线圈突然向右运动时,线圈所受安培力的合力方向( )A.向左 B.向右C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里
【解析】选A。当矩形线圈突然向右运动时,线圈中会产生逆时针方向的电流,根据左手定则可知,ab边受的安培力向左,cd边受的安培力向左,合力的方向向左,A正确。或根据楞次定律规律“来拒去留”,感应电流的效果总是阻碍相对运动,所以线圈向右运动则所受安培力向左。
2.如图所示,Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极,ab为放在其间的金属棒。ab和cd用导线连成一个闭合回路。当ab棒向右运动时,cd金属棒受到向下的安培力。下列说法正确的是( )A.由此可知d端电势高于c端电势B.由此可知Ⅰ是S极C.由此可知Ⅰ是N极D.当cd棒向下运动时,ab导线受到向左的安培力
【解析】选C。根据题意及左手定则可知,cd中电流的方向由c→d,c端电势高于d端,A错误;ab中电流的方向由b→a,对ab应用右手定则可知Ⅰ是N极,Ⅱ是S极,B错误,C正确;当cd棒向下运动时,回路中会产生由d→c的电流,则ab中电流的方向由a→b,根据左手定则可知,ab受的安培力向右,D错误。
【加固训练】(多选)如图,线圈L1,铁芯M,线圈L2都可自由移动,S合上后使L2中有感应电流且流过电阻R的电流方向为a→b,可采用的办法是( )A.使L2迅速靠近L1 B.断开电源开关SC.将铁芯M插入D.将铁芯M抽出
【解析】选A、C。由题意可知,流过电阻R的电流方向为a→b,根据楞次定律,则有:穿过线圈L2的感应磁场方向是水平向左,因此要产生这样的感应磁场,要么原磁场水平向左减小,要么原磁场方向水平向右增大;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当使L2迅速靠近L1时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且增大,因此会产生的感应电流方向为a→b,故A正确;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当断开电源开关时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且减小,因此会产生的感应电流方向为b→a,故B错误;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当铁芯M插入时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且增加,因此会产生的感应电流方向为a→b,故C正确,D错误。
二十六 电磁感应现象 楞次定律(建议用时40分钟)【基础练】1. (2020·绍兴模拟)如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框,在下列四种情况下,线框中会产生感应电流的是( )A.线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中左右运动B.线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中上下运动C.线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D.线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
【解析】选C。四种情况中初始位置线框均与磁感线平行,磁通量为零,按A、B、D三种情况线框运动后,线框仍与磁感线平行,磁通量保持为零不变,线框中不产生感应电流,C中线框转动后,穿过线框的磁通量不断发生变化,所以产生感应电流,C项正确。
【加固训练】(多选)现将电池组,滑动变阻器,带铁芯的线圈A、线圈B,电流计及开关如图连接。某同学如下操作中均发现电流表的指针发生偏转,用法拉第总结的五种引起感应电流的方法,对产生的原因描述正确的是( )
A.闭合与打开开关均发现指针偏转,是变化的电流引起的B.闭合开关,线圈A向上拔出与向下插入,指针偏转,是运动的恒定电流引起的C.闭合开关,线圈A中的铁芯拔出与插入,指针偏转是变化的电流引起的D.闭合开关,移动滑动变阻器滑片,指针偏转的原因是运动的恒定电流引起的
【解析】选A、B。开关闭合或断开瞬间,线圈A内的变化电流,导致线圈B内的磁通量在变化,导致闭合线圈B中产生感应电动势,从而产生感应电流,电流表指针发生偏转,故A正确;闭合开关,线圈A向上拔出与向下插入,线圈A中的电流虽恒定,但因运动导致线圈B内的磁通量在变化,导致闭合线圈中产生感应电动势,从而产生感应电流,电流表指针发生偏转,故B正确,C错误;开关闭合后,移动滑动变阻器的滑片P时,线圈A中的电流变化,从而导致线圈B内的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转,故D错误。
2.(多选)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°)
【解析】选A、D。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。
3.(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
【解析】选A、D。因磁场变化,发生电磁感应现象,杆ab中的感应电流受磁场力的作用向右运动,使得回路的磁通量有增加的趋势,说明原磁场必定减弱,即磁感应强度正在减小,与方向无关,因此选A、D。
4.(2020·湖州模拟)如图所示,一对大磁极,中间处可视为匀强磁场,上、下边缘处为非匀强磁场,一矩形导线框abcd保持水平,从两磁极间中心上方某处开始下落,并穿过磁场,则( )A.线框中有感应电流,方向是先a→b→c→d→a后d→c→b→a→dB.线框中有感应电流,方向是先d→c→b→a→d后a→b→c→d→aC.受磁场的作用,线框要发生转动D.线框中始终没有感应电流
【解析】选D。由于线框从两极间中心上方某处开始下落,根据对称性知,下落过程中穿过线框abcd的磁通量始终是零,没有变化,所以始终没有感应电流,因此不会受磁场的作用,故选项D正确。
5.如图,两上下平行的圆形线圈同轴放置,先闭合开关S,然后再打开。在闭合与打开的两个瞬间,由上向下观察,上方线圈中产生的感应电流( )A.都沿逆时针方向B.都沿顺时针方向C.闭合时沿逆时针方向,打开时沿顺时针方向D.闭合时沿顺时针方向,打开时沿逆时针方向
【解析】选C。闭合时,下方线圈中电流为顺时针方向,根据安培定则穿过上方线圈的磁场方向向下,磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场方向反向,由安培定则判断感应电流为逆时针方向;打开时,穿过上方线圈的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,由安培定则得上方线圈中的感应电流沿顺时针方向;故C项正确,A、B、D项错误。
【加固训练】(多选)如图是创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上,与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路,两个磁性很强的条形磁铁如图放置,当用手左右摆动线圈P时,线圈Q也会跟着摆动,仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是（ ）
A.P向右摆动的过程中,P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)B.P向右摆动的过程中,Q也会向右摆动C.P向右摆动的过程中,Q会向左摆动D.若用手左右摆动Q,P会始终保持静止
【解析】选A、B。P向右摆动的过程中,线圈平面内从右往左的磁通量减小,根据楞次定律可以得出电流方向为顺时针方向(从右向左看),所以A项正确;根据P中产生的感应电流流过Q线圈方向也是顺时针(从右向左看),根据左手定则判断Q下边受安培力向右摆动,所以B项正确,C项错误;若用手左右摆动Q,线圈Q的下边切割磁感线会产生感应电流,线圈P中会有电流通过,在磁场中,会受到安培力而运动,所以D项错误。
6. (2020·嘉兴模拟)如图所示,一水平放置的通以恒定电流的圆形线圈1固定,另一较小的圆形线圈2从线圈1的正上方下落,在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴,则线圈2从线圈1的正上方下落至线圈的正下方的过程中,从上往下看,线圈2中( )
A.无感应电流B.有顺时针方向的感应电流C.有先是顺时针方向、后是逆时针方向的感应电流D.有先是逆时针方向、后是顺时针方向的感应电流
【解析】选C。线圈1中恒定电流形成的磁场分布情况如图所示。当线圈2从线圈1的正上方下落,并处于线圈1的上方时,磁感线向上,且磁通量增大,根据楞次定律知,线圈2中产生的感应电流的磁场方向向下,由右手螺旋定则知,俯视线圈2中感应电流方向应为顺时针方向;同理,线圈2落至线圈1的正下方时,磁通量向上且是减小的,由楞次定律和右手螺旋定则知,俯视线圈2中感应电流方向应为逆时针方向。
7.某教室墙上有一朝南的钢窗,当把钢窗左侧向外推开时,下列说法项正确的是( )A.穿过窗框的地磁场的磁通量变大B.穿过窗框的地磁场的磁通量不变C.从推窗人的角度看,窗框中的感应电流方向是逆时针D.从推窗人的角度看,窗框中的感应电流方向是顺时针
【解析】选C。地磁场由南向北,当朝南的钢窗向外推开后,窗框平面与磁场平行,没有磁感线穿过窗框平面,穿过窗框的磁通量为0。根据楞次定律,穿过窗框的磁通量减小时,产生的感应电流的方向为逆时针,故选项A、B、D项错误,C项正确。
8.(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【解析】选B、C、D。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,感应电流由右侧看为顺时针,A错误;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,B正确;若环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动,C正确;电池正负极调换后,金属环受力向左,故仍将向左弹出,D正确。
【提升练】9.(2020·金华模拟)如图所示,圆形金属环放在水平桌面上,有一带正电的微粒以水平速度v贴近环的上表面距环心d处飞过,则带电微粒在飞过环的过程中,环中感应电流方向是( ) A.始终是沿顺时针方向B.始终是沿逆时针方向C.先沿顺时针方向,再沿逆时针方向D.先沿逆时针方向,再沿顺时针方向
【解析】选D。带电微粒靠近圆环的过程中,穿过圆环的磁通量方向垂直纸面向里并增加,由楞次定律知,圆环中将产生逆时针方向的感应电流,当微粒远离圆环时,圆环中产生顺时针方向的感应电流,故选D。
10.(多选)如图所示,一根长导线弯成如图abcd的形状,在导线框中通以直流电,在框的正中间用绝缘的橡皮筋悬挂一个金属环P,环与导线框处于同一竖直平面内,当电流I增大时,下列说法中正确的是( )A.金属环P中产生逆时针方向的电流B.橡皮筋的长度增大C.橡皮筋的长度不变D.橡皮筋的长度减小
【解析】选A、B。导线框中的电流所产生的磁场在金属环P内的磁通量方向垂直于纸面向里,当电流I增大时,金属环P中的磁通量向里且增大,由楞次定律和安培定则可知金属环P中产生逆时针方向的感应电流,故A正确;根据对称性及左手定则可知金属环P所受安培力的合力方向向下,并且随电流I的增大而增大,所以橡皮筋会被拉长,故B正确,C、D错误。
11.(多选)如图所示,螺线管内有一平行于轴线的磁场,规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向,螺线管与“U”形导线框cdef相连,导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导线框cdef在同一平面内,当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时,下列说法正确的是( )
A.在t1时刻,金属圆环L内的磁通量最大B.在t2时刻,金属圆环L内的磁通量最大C.在t1～t2时间内,金属圆环L内有逆时针方向的感应电流D.在t1～t2时间内,金属圆环L有收缩的趋势
【解析】选B、D。当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时,在导线框cdef内产生感应电动势和感应电流。在t1时刻,感应电流为零,金属圆环L内的磁通量为零,A项错误;在t2时刻,感应电流最大,金属圆环L内的磁通量最大,B项正确;由楞次定律知在t1～t2时间内,导线框cdef内产生逆时针方向的感应电流,感应电流逐渐增大,金属圆环L内的磁通量增大,根据楞次定律知金属圆环L内有顺时针方向的感应电流,C项错误;在t1～t2时间内,金属圆环L有收缩的趋势,D项正确。
12.如图所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向,其中L1为原线圈,L2为副线圈。 (1)在给出的实物图中,将实验仪器连成完整的实验电路。(2)在实验过程中,除了查清流入检流计电流的方向与指针偏转方向之间的关系之外,还应查清________________(选填“L1”“L2”或“L1和L2”)的绕制方向。
(3)闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑动头P处于最________(选填“左”或“右”)端。
【解析】(1)电源,线圈L1,开关,滑动变阻器组成一个闭合回路,电流表和线圈L2组成一个闭合回路,如图所示: (2)还应查清“L1和L2” 绕制方向。(3)闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑动头P处于右端,此时滑动变阻器接入电路的阻值最大。答案:(1)见解析图 (2)L1和L2(3)右
13.(2020·衢州模拟)磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内,有一个电阻为R,边长为l的正方形导线框abcd,沿垂直于磁感线方向,以速度v匀速通过磁场区域,如图所示,从ab进入磁场开始计时。(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象。(2)判断线框中有无感应电流。
【解析】线框穿过磁场的过程可分为三个阶段:进入磁场阶段(只有ab边切割磁场)、在磁场中运动阶段(ab、cd两边均切割磁场)、离开磁场阶段(只有cd边切割磁场)。(1)①线框进入磁场阶段:t为0～ ,线框进入磁场中的面积与时间成正比,即S=lvΔt1,故Φ=BS=BlvΔt1,Δt1= 时,Φ=Bl2。②线框在磁场中运动阶段:t为 ～ ,线框中的磁通量为Φ=Bl2,保持不变,此过程Δt2= 。
③线框离开磁场阶段:t为 ,线框中的磁通量均匀减小,即Φ=Bl(l-vΔt3)=Bl2-BlvΔt3,当t= 时,Δt3= ,Φ=0。因此,穿过线框的磁通量随时间变化的图象如图所示。
(2)线框进入磁场阶段,穿过线框的磁通量增加,线框中产生感应电流。线框在磁场中运动阶段,穿过线框的磁通量保持不变,无感应电流产生。线框离开磁场阶段,穿过线框的磁通量减小,线框中产生感应电流。答案:见解析
【知识梳理自查】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与B的乘积。2.公式:Φ=___。3.单位:1 Wb=______。 4.标矢性:磁通量是_____,但有正负。5.物理意义:相当于穿过某一面积的_______的条数。
6.适用条件:(1)匀强磁场。(2)S为垂直磁场的_________。7.示例: 8.磁通量变化:ΔΦ=Φ2-Φ1。
【情境转换矩形abcd面积为S,平面abb′a′与磁场方向平行,匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直,平面abcd与平面a′b′cd的夹角为θ。 (1)通过矩形abcd的磁通量为________。 (2)通过矩形a′b′cd的磁通量为________。 (3)通过矩形abb′a′的磁通量为__。
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_____的现象叫作电磁感应。2.条件(1)闭合电路_______发生变化。(2)闭合电路的_________在磁场内___________。3.实质:磁通量发生变化时,产生感应电动势。如果电路闭合,则有_________;如果电路不闭合,则只有___________而无感应电流。4.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_____。
三、楞次定律1.内容:感应电流的磁场总要_____引起感应电流的_______的变化。2.适用条件:一切回路中_______变化的情况。3.对“阻碍”的理解:阻碍不是_____,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行。
四、右手定则1.内容:伸开_____,使拇指与其余四个手指_____并且都与手掌在同一平面内,让磁感线从_____进入,并使拇指指向_________的方向,这时_____所指的方向就是感应电流的方向。 2.使用条件:导体_____磁感线产生感应电流。
【情境转换】法拉第圆盘发电机中圆盘的磁通量不发生变化,是如何发电的?提示:接触点CD间圆盘半径切割磁感线。
【小题速诊速纠】1.判一判(1)磁通量大小与线圈匝数有关。( )(2)磁通量是标量,但有正负,正负只表示磁感线从闭合回路的哪个面穿过。( )(3)只要磁通量发生变化就一定有感应电流。( )(4)感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。( )(5)由楞次定律知,感应电流的磁场只起到阻碍作用不能阻止。( )(6)当闭合回路里有导线切割磁感线,则电路中就一定有感应电流。( )提示:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.练一练(1)下列现象中,属于电磁感应现象的是 ( )A.磁场对电流产生力的作用B.电流的周围能产生磁场C.软铁棒可被磁场磁化而带磁性D.变化的磁场使闭合电路中产生电流【解析】选D。 电磁感应指闭合回路中部分导体做切割磁感线运动或者穿过闭合线圈的磁通量变化使回路中产生感应电流的现象,D正确。
(2)(多选)带负电的圆环绕圆心旋转,在环的圆心处有一闭合小线圈,小线圈和圆环在同一平面内,则( )A.只要圆环在转动,小线圈内部一定有感应电流产生B.圆环不管怎样转动,小线圈内都没有感应电流产生C.圆环在做变速转动时,小线圈内就一定有感应电流产生D.圆环做匀速转动时,小线圈内没有感应电流产生
【解析】选C、D。带负电的圆环在绕圆心转动过程中,相当于负电荷在转动,在圆环处产生垂直圆环平面的磁场。当圆环匀速转动,则产生的电流恒定,即产生的磁场强度恒定,所以小线圈中的磁通量不发生变化;当圆环变速转动时,产生的电流在变化,产生的磁场强度在变化,穿过小线圈的磁通量在变化,故小线圈中有感应电流产生,C、D正确。
考点1 电磁感应现象发生的条件(b)【要点融会贯通】1.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况:(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ1-Φ0计算并判断磁通量是否变化。(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。
2.判断电磁感应现象能否发生的一般流程:
【精练题组通关】1.(2020·杭州模拟)如图所示实验装置中用于研究电磁感应现象的是( )
【解析】选A。导体ab在磁场中做切割磁感线运动时,电流表的指针发生偏转,说明电路中产生了电流,这是电磁感应现象,故A正确;导体中通过电流时,原来静止在南北方向的小磁针的指向发生了偏转,说明它受到了磁力的作用,从而说明电流的周围存在磁场,故B错误;开关闭合后,原来静止在磁场中的导体运动起来,说明通电导体在磁场中受到力的作用,故C错误;开关闭合后,原来静止在磁场中的线圈运动起来,说明通电导体在磁场中受到力的作用,故D错误。
2.法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图所示,他把两个线圈绕在同一个软铁环上,线圈A和电池连接,线圈B用导线连通,导线下面平行放置一个小磁针。实验中可能观察到的现象是( ) A.用一节电池作电源小磁针不偏转,用十节电池作电源小磁针会偏转B.线圈B匝数较少时小磁针不偏转,匝数足够多时小磁针会偏转C.线圈A和电池连接瞬间,小磁针会偏转D.线圈A和电池断开瞬间,小磁针不偏转
【解析】选C。根据“磁生电”即电磁感应现象的产生条件,只有线圈B中磁通量变化时才能在线圈B中产生感应电流,因此无论线圈B匝数多少,线圈A中电池多少,都不能在线圈B中产生感应电流,选项A、B错误。只有在线圈A和电池连接或断开的瞬间,线圈B中才能产生感应电流,电流产生磁场,使导线下面平行放置的小磁针发生偏转,选项C正确,D错误。
3.(2020·宁波模拟)如图所示,线圈A通过滑动变阻器和开关连接到直流电源上,线圈B两端连接到电流表上,把线圈A装在线圈B的里面,合上开关。当滑动变阻器的滑片保持不动时电流表的指针__________(选填“偏转”或“不偏转”);当滑动变阻器的滑片快速滑动时电流表的指针__________(选填“偏转”或“不偏转”)。
【解析】开关闭合稳定后,当滑动变阻器的滑片保持不动时,线圈B内的磁通量不发生变化,从而不产生感应电流,电流表指针不发生偏转。开关闭合后,快速移动滑动变阻器的滑片P时,线圈B内的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转。答案:不偏转 偏转
【加固训练】用如图装置做“探究感应电流的产生条件”实验,线圈A连接滑动变阻器、开关和学生电源,插在线圈B中;线圈B与电流表连接在一起。为了使电流表发生偏转,请提供一种操作方案_________________________________________。
【解析】为了使电流表发生偏转,即在线圈中产生感应电流,只需使线圈A中磁通量发生变化,即通过线圈A的电流发生变化,采用的方法是:闭合开关,滑动滑动变阻器。(闭合开关,拔出线圈A;闭合开关等)答案:闭合开关,滑动滑动变阻器(闭合开关,拔出线圈A;闭合开关等)
考点2 楞次定律的理解和应用(c)【要点融会贯通】1.楞次定律中“阻碍”的含义:(1)谁阻碍谁:感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量变化。(2)阻碍什么:阻碍的是磁通量变化,而不是阻碍磁通量本身。(3)如何阻碍:当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”。(4)阻碍效果:阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行。
2.应用楞次定律判断感应电流方向的分析步骤:(1)明确研究对象:确定研究的是哪一个闭合回路。(2)分析原因:分析该回路中原磁通量的变化情况。(3)增反减同:根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场的方向。(4)方向判定:根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向。
【典例考题研析】【典例1】如图所示,两个闭合正方形线框A、B的中心重合,放在同一水平面内。当小线框A中通有不断增大的顺时针方向的电流时,对于线框B,下列说法中正确的是( )A.有顺时针方向的电流且有收缩的趋势B.有顺时针方向的电流且有扩张的趋势C.有逆时针方向的电流且有收缩的趋势D.有逆时针方向的电流且有扩张的趋势
【解析】选D。根据安培定则可得,线框A中电流的磁场向里且逐渐增大,根据楞次定律可得,线框B中感应电流的磁场的方向向外,感应电流的方向为逆时针方向,线框A外侧与线框B内侧处产生的磁场方向向外,由左手定则可知线框B有扩张的趋势,故D正确。
【精练题组通关】1.如图所示,螺线管与灵敏电流计相连,磁铁从螺线管的正上方由静止释放,向下穿过螺线管。下列说法正确的是( )A.电流计中的电流先由a到b,后由b到aB.a点的电势始终低于b点的电势C.磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量D.磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度
【解析】选D。电流计中的电流先由b到a,后由a到b,A错误;a点的电势先比b点低,后比b点高,B错误;磁铁减少的机械能等于回路中产生的热量与磁铁的动能之和,C错误;根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍磁铁与闭合回路间的相对运动,磁铁刚离开螺线管时,受到向上的磁场力,加速度小于重力加速度,D正确。
2.(多选)如图所示,一根长导线弯成“n”形,通以直流电流I,正中间用不计长度的一段绝缘线悬挂一金属环C,环与导线处于同一竖直平面内,在电流I增大的过程中,下列叙述正确的是( )A.金属环C中无感应电流产生B.金属环C中有沿逆时针方向的感应电流C.悬挂金属环C的竖直线拉力变大D.金属环C仍能保持静止状态
【解析】选B、C、D。根据右手螺旋定则可以判断出导线之间的区域磁场方向垂直纸面向里,即金属环中的磁场方向垂直纸面向里,当电流I增大时,通过金属环的磁通量增大,根据楞次定律可知金属环中有感应电流产生,方向为逆时针方向,选项A错误,B正确;因为金属环靠近导线上部,所以金属环上部的磁感应强度大于金属环下部的磁感应强度,根据左手定则可以判断出金属环受到的安培力的合力方向向下,根据共点力的平衡条件可得悬挂金属环C的竖直线拉力变大,选项C正确;金属环C不会旋转,仍能保持静止状态,选项D正确。
3.(2020·温州模拟)如图所示,圆筒形铝管竖直置于水平桌面上,一磁块从铝管的正上方由静止开始下落,穿过铝管落到水平桌面上,下落过程中磁块不与管壁接触。忽略空气阻力,则在下落过程中( )A.磁块做自由落体运动B.磁块的机械能守恒C.铝管对桌面的压力大于铝管的重力D.铝管中无感应电流产生
【解析】选C。磁块在铝管中运动的过程,虽不计空气阻力,但在过程中,出现安培力做负功现象,从而磁块不会做自由落体运动,故A错误;磁块在整个下落过程中,除重力做功外,还有产生感应电流对应的安培力做功,导致减小的重力势能部分转化为动能外,还产生内能,故机械能不守恒,同时增加的动能小于重力势能的减小量,故B、D错误;磁块在整个下落过程中,由楞次定律中来拒去留规律可知,铝管受向下的作用力,故铝管对桌面的压力一定大于铝管的重力,故C正确。
【加固训练】(多选)如图所示,两个闭合铝环A、B与一个螺线管套在同一铁芯上,A、B可以左右摆动,则( )A.在S闭合的瞬间,A、B必相吸B.在S闭合的瞬间,A、B必相斥C.在S断开的瞬间,A、B必相吸D.在S断开的瞬间,A、B必相斥
【解析】选A、C。在S闭合瞬间,穿过两个线圈的磁通量变化相同,线圈中产生同方向的感应电流,同向电流相吸,则A、B相吸,A正确,B错误;在S断开瞬间,穿过两个线圈的磁通量变化相同,线圈中产生同方向的感应电流,同向电流相吸,则A、B 相吸,C正确,D错误。
考点3 “三定则一定律”的对比(c)【要点融会贯通】1.“三个定则、一个定律”的应用对比:
2.“三个定则、一个定律”的相互联系:(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电流方向,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。
【典例考题研析】【典例2】 (多选)如图所示,两根固定的硬质平行直导线及虚线AB在同一平面内,两导线关于AB对称,导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I,将与两平行直导线位于同一平面内的硬质矩形金属线框,从图中实线位置向右平移到虚线位置的过程中,下列说法正确的是( )A.线框中的感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向B.线框中的感应电流一直沿顺时针方向C.线框受到的安培力方向先向左后向右D.线框受到的安培力方向一直向左
【解析】选B、D。根据安培定则和磁场的叠加原理判断得知,在AB右侧磁场方向垂直纸面向外,左侧磁场方向垂直纸面向里。当导线框位于AB左侧向右运动时,导线框中的磁场方向垂直纸面向里,磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流方向为顺时针方向;当导线框经过AB时,导线框中的磁场方向先垂直纸面向里,后垂直纸面向外,磁通量先减小,后增大,根据楞次定律,可知感应电流方向为顺时针方向;当导线框在AB右侧并向右运动时,导线框中的磁场方向垂直纸面向外,磁通量增加,根据楞次定律可知,感应电流方向为顺时针方向,则可知电流方向一直为顺时针方向,B正确,A错误;根据楞次定律可知,线框受到的安培力的方向一定与线框的运动方向相反,故安培力一直向左,C错误,D正确。
【精练题组通关】1.如图所示,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。当矩形线圈突然向右运动时,线圈所受安培力的合力方向( )A.向左 B.向右C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里
【解析】选A。当矩形线圈突然向右运动时,线圈中会产生逆时针方向的电流,根据左手定则可知,ab边受的安培力向左,cd边受的安培力向左,合力的方向向左,A正确。或根据楞次定律规律“来拒去留”,感应电流的效果总是阻碍相对运动,所以线圈向右运动则所受安培力向左。
2.如图所示,Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极,ab为放在其间的金属棒。ab和cd用导线连成一个闭合回路。当ab棒向右运动时,cd金属棒受到向下的安培力。下列说法正确的是( )A.由此可知d端电势高于c端电势B.由此可知Ⅰ是S极C.由此可知Ⅰ是N极D.当cd棒向下运动时,ab导线受到向左的安培力
【解析】选C。根据题意及左手定则可知,cd中电流的方向由c→d,c端电势高于d端,A错误;ab中电流的方向由b→a,对ab应用右手定则可知Ⅰ是N极,Ⅱ是S极,B错误,C正确;当cd棒向下运动时,回路中会产生由d→c的电流,则ab中电流的方向由a→b,根据左手定则可知,ab受的安培力向右,D错误。
【加固训练】(多选)如图,线圈L1,铁芯M,线圈L2都可自由移动,S合上后使L2中有感应电流且流过电阻R的电流方向为a→b,可采用的办法是( )A.使L2迅速靠近L1 B.断开电源开关SC.将铁芯M插入D.将铁芯M抽出
【解析】选A、C。由题意可知,流过电阻R的电流方向为a→b,根据楞次定律,则有:穿过线圈L2的感应磁场方向是水平向左,因此要产生这样的感应磁场,要么原磁场水平向左减小,要么原磁场方向水平向右增大;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当使L2迅速靠近L1时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且增大,因此会产生的感应电流方向为a→b,故A正确;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当断开电源开关时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且减小,因此会产生的感应电流方向为b→a,故B错误;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当铁芯M插入时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且增加,因此会产生的感应电流方向为a→b,故C正确,D错误。
二十六 电磁感应现象 楞次定律(建议用时40分钟)【基础练】1. (2020·绍兴模拟)如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框,在下列四种情况下,线框中会产生感应电流的是( )A.线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中左右运动B.线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中上下运动C.线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D.线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
【解析】选C。四种情况中初始位置线框均与磁感线平行,磁通量为零,按A、B、D三种情况线框运动后,线框仍与磁感线平行,磁通量保持为零不变,线框中不产生感应电流,C中线框转动后,穿过线框的磁通量不断发生变化,所以产生感应电流,C项正确。
【加固训练】(多选)现将电池组,滑动变阻器,带铁芯的线圈A、线圈B,电流计及开关如图连接。某同学如下操作中均发现电流表的指针发生偏转,用法拉第总结的五种引起感应电流的方法,对产生的原因描述正确的是( )
A.闭合与打开开关均发现指针偏转,是变化的电流引起的B.闭合开关,线圈A向上拔出与向下插入,指针偏转,是运动的恒定电流引起的C.闭合开关,线圈A中的铁芯拔出与插入,指针偏转是变化的电流引起的D.闭合开关,移动滑动变阻器滑片,指针偏转的原因是运动的恒定电流引起的
【解析】选A、B。开关闭合或断开瞬间,线圈A内的变化电流,导致线圈B内的磁通量在变化,导致闭合线圈B中产生感应电动势,从而产生感应电流,电流表指针发生偏转,故A正确;闭合开关,线圈A向上拔出与向下插入,线圈A中的电流虽恒定,但因运动导致线圈B内的磁通量在变化,导致闭合线圈中产生感应电动势,从而产生感应电流,电流表指针发生偏转,故B正确,C错误;开关闭合后,移动滑动变阻器的滑片P时,线圈A中的电流变化,从而导致线圈B内的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转,故D错误。
2.(多选)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°)
【解析】选A、D。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。
3.(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
【解析】选A、D。因磁场变化,发生电磁感应现象,杆ab中的感应电流受磁场力的作用向右运动,使得回路的磁通量有增加的趋势,说明原磁场必定减弱,即磁感应强度正在减小,与方向无关,因此选A、D。
4.(2020·湖州模拟)如图所示,一对大磁极,中间处可视为匀强磁场,上、下边缘处为非匀强磁场,一矩形导线框abcd保持水平,从两磁极间中心上方某处开始下落,并穿过磁场,则( )A.线框中有感应电流,方向是先a→b→c→d→a后d→c→b→a→dB.线框中有感应电流,方向是先d→c→b→a→d后a→b→c→d→aC.受磁场的作用,线框要发生转动D.线框中始终没有感应电流
【解析】选D。由于线框从两极间中心上方某处开始下落,根据对称性知,下落过程中穿过线框abcd的磁通量始终是零,没有变化,所以始终没有感应电流,因此不会受磁场的作用,故选项D正确。
5.如图,两上下平行的圆形线圈同轴放置,先闭合开关S,然后再打开。在闭合与打开的两个瞬间,由上向下观察,上方线圈中产生的感应电流( )A.都沿逆时针方向B.都沿顺时针方向C.闭合时沿逆时针方向,打开时沿顺时针方向D.闭合时沿顺时针方向,打开时沿逆时针方向
【解析】选C。闭合时,下方线圈中电流为顺时针方向,根据安培定则穿过上方线圈的磁场方向向下,磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场方向反向,由安培定则判断感应电流为逆时针方向;打开时,穿过上方线圈的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,由安培定则得上方线圈中的感应电流沿顺时针方向;故C项正确,A、B、D项错误。
【加固训练】(多选)如图是创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上,与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路,两个磁性很强的条形磁铁如图放置,当用手左右摆动线圈P时,线圈Q也会跟着摆动,仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是（ ）
A.P向右摆动的过程中,P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)B.P向右摆动的过程中,Q也会向右摆动C.P向右摆动的过程中,Q会向左摆动D.若用手左右摆动Q,P会始终保持静止
【解析】选A、B。P向右摆动的过程中,线圈平面内从右往左的磁通量减小,根据楞次定律可以得出电流方向为顺时针方向(从右向左看),所以A项正确;根据P中产生的感应电流流过Q线圈方向也是顺时针(从右向左看),根据左手定则判断Q下边受安培力向右摆动,所以B项正确,C项错误;若用手左右摆动Q,线圈Q的下边切割磁感线会产生感应电流,线圈P中会有电流通过,在磁场中,会受到安培力而运动,所以D项错误。
6. (2020·嘉兴模拟)如图所示,一水平放置的通以恒定电流的圆形线圈1固定,另一较小的圆形线圈2从线圈1的正上方下落,在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴,则线圈2从线圈1的正上方下落至线圈的正下方的过程中,从上往下看,线圈2中( )
A.无感应电流B.有顺时针方向的感应电流C.有先是顺时针方向、后是逆时针方向的感应电流D.有先是逆时针方向、后是顺时针方向的感应电流
【解析】选C。线圈1中恒定电流形成的磁场分布情况如图所示。当线圈2从线圈1的正上方下落,并处于线圈1的上方时,磁感线向上,且磁通量增大,根据楞次定律知,线圈2中产生的感应电流的磁场方向向下,由右手螺旋定则知,俯视线圈2中感应电流方向应为顺时针方向;同理,线圈2落至线圈1的正下方时,磁通量向上且是减小的,由楞次定律和右手螺旋定则知,俯视线圈2中感应电流方向应为逆时针方向。
7.某教室墙上有一朝南的钢窗,当把钢窗左侧向外推开时,下列说法项正确的是( )A.穿过窗框的地磁场的磁通量变大B.穿过窗框的地磁场的磁通量不变C.从推窗人的角度看,窗框中的感应电流方向是逆时针D.从推窗人的角度看,窗框中的感应电流方向是顺时针
【解析】选C。地磁场由南向北,当朝南的钢窗向外推开后,窗框平面与磁场平行,没有磁感线穿过窗框平面,穿过窗框的磁通量为0。根据楞次定律,穿过窗框的磁通量减小时,产生的感应电流的方向为逆时针,故选项A、B、D项错误,C项正确。
8.(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【解析】选B、C、D。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,感应电流由右侧看为顺时针,A错误;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,B正确;若环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动,C正确;电池正负极调换后,金属环受力向左,故仍将向左弹出,D正确。
【提升练】9.(2020·金华模拟)如图所示,圆形金属环放在水平桌面上,有一带正电的微粒以水平速度v贴近环的上表面距环心d处飞过,则带电微粒在飞过环的过程中,环中感应电流方向是( ) A.始终是沿顺时针方向B.始终是沿逆时针方向C.先沿顺时针方向,再沿逆时针方向D.先沿逆时针方向,再沿顺时针方向
【解析】选D。带电微粒靠近圆环的过程中,穿过圆环的磁通量方向垂直纸面向里并增加,由楞次定律知,圆环中将产生逆时针方向的感应电流,当微粒远离圆环时,圆环中产生顺时针方向的感应电流,故选D。
10.(多选)如图所示,一根长导线弯成如图abcd的形状,在导线框中通以直流电,在框的正中间用绝缘的橡皮筋悬挂一个金属环P,环与导线框处于同一竖直平面内,当电流I增大时,下列说法中正确的是( )A.金属环P中产生逆时针方向的电流B.橡皮筋的长度增大C.橡皮筋的长度不变D.橡皮筋的长度减小
【解析】选A、B。导线框中的电流所产生的磁场在金属环P内的磁通量方向垂直于纸面向里,当电流I增大时,金属环P中的磁通量向里且增大,由楞次定律和安培定则可知金属环P中产生逆时针方向的感应电流,故A正确;根据对称性及左手定则可知金属环P所受安培力的合力方向向下,并且随电流I的增大而增大,所以橡皮筋会被拉长,故B正确,C、D错误。
11.(多选)如图所示,螺线管内有一平行于轴线的磁场,规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向,螺线管与“U”形导线框cdef相连,导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导线框cdef在同一平面内,当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时,下列说法正确的是( )
A.在t1时刻,金属圆环L内的磁通量最大B.在t2时刻,金属圆环L内的磁通量最大C.在t1～t2时间内,金属圆环L内有逆时针方向的感应电流D.在t1～t2时间内,金属圆环L有收缩的趋势
【解析】选B、D。当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时,在导线框cdef内产生感应电动势和感应电流。在t1时刻,感应电流为零,金属圆环L内的磁通量为零,A项错误;在t2时刻,感应电流最大,金属圆环L内的磁通量最大,B项正确;由楞次定律知在t1～t2时间内,导线框cdef内产生逆时针方向的感应电流,感应电流逐渐增大,金属圆环L内的磁通量增大,根据楞次定律知金属圆环L内有顺时针方向的感应电流,C项错误;在t1～t2时间内,金属圆环L有收缩的趋势,D项正确。
12.如图所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向,其中L1为原线圈,L2为副线圈。 (1)在给出的实物图中,将实验仪器连成完整的实验电路。(2)在实验过程中,除了查清流入检流计电流的方向与指针偏转方向之间的关系之外,还应查清________________(选填“L1”“L2”或“L1和L2”)的绕制方向。
(3)闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑动头P处于最________(选填“左”或“右”)端。
【解析】(1)电源,线圈L1,开关,滑动变阻器组成一个闭合回路,电流表和线圈L2组成一个闭合回路,如图所示: (2)还应查清“L1和L2” 绕制方向。(3)闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑动头P处于右端,此时滑动变阻器接入电路的阻值最大。答案:(1)见解析图 (2)L1和L2(3)右
13.(2020·衢州模拟)磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内,有一个电阻为R,边长为l的正方形导线框abcd,沿垂直于磁感线方向,以速度v匀速通过磁场区域,如图所示,从ab进入磁场开始计时。(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象。(2)判断线框中有无感应电流。
【解析】线框穿过磁场的过程可分为三个阶段:进入磁场阶段(只有ab边切割磁场)、在磁场中运动阶段(ab、cd两边均切割磁场)、离开磁场阶段(只有cd边切割磁场)。(1)①线框进入磁场阶段:t为0～ ,线框进入磁场中的面积与时间成正比,即S=lvΔt1,故Φ=BS=BlvΔt1,Δt1= 时,Φ=Bl2。②线框在磁场中运动阶段:t为 ～ ,线框中的磁通量为Φ=Bl2,保持不变,此过程Δt2= 。
③线框离开磁场阶段:t为 ,线框中的磁通量均匀减小,即Φ=Bl(l-vΔt3)=Bl2-BlvΔt3,当t= 时,Δt3= ,Φ=0。因此,穿过线框的磁通量随时间变化的图象如图所示。
(2)线框进入磁场阶段,穿过线框的磁通量增加,线框中产生感应电流。线框在磁场中运动阶段,穿过线框的磁通量保持不变,无感应电流产生。线框离开磁场阶段,穿过线框的磁通量减小,线框中产生感应电流。答案:见解析
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