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高中物理高考 第1讲 电磁感应现象 楞次定律
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这是一份高中物理高考 第1讲 电磁感应现象 楞次定律，共34页。学案主要包含了堵点疏通，对点激活等内容，欢迎下载使用。
考情分析
本章是高考的必考内容，在历年高考中所占分值较高，本章内容单独考查时以选择题为主，涉及综合问题时以计算题为主。
重要考点
1.电磁感应现象(Ⅰ)
2．磁通量(Ⅰ)
3．法拉第电磁感应定律(Ⅱ)
4．楞次定律(Ⅱ)
5．自感、涡流(Ⅰ)
考点解读
1.应用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向。
2．法拉第电磁感应定律的应用。
3．结合各种图像(如Φt图像、Bt图像和it图像)，考查感应电流的产生条件及其方向的判定，以及感应电动势的计算等。
4．电磁感应与磁场、电路、力学等知识的综合应用，特别是在实际问题中的应用。
5．自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。
第1讲 电磁感应现象 楞次定律
知识点 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)的乘积叫作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)公式的适用条件：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：任何一个平面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿出时磁通量为正，则磁感线从反面穿出时磁通量为负。
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 电磁感应现象 Ⅰ
1．电磁感应现象与感应电流
“磁生电”的现象叫电磁感应，产生的电流叫作感应电流。
2．产生感应电流的条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。
3．电磁感应现象的两种典型情况
(1)闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动。
(2)穿过闭合导体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，如果导体回路闭合则产生感应电流；如果导体回路不闭合，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 楞次定律 Ⅱ
1．楞次定律
(1)内容：感应电流具有这样的方向，即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：判定一切闭合导体回路磁通量变化时产生的感应电流的方向。
(3)本质：能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。
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)适用范围：适用于判定导线切割磁感线时感应电流的方向。
知识点 实验：探究影响感应电流方向的因素
1．实验目的
探究感应电流的方向与磁通量的变化之间的关系。
2．实验原理
通过实验，记录磁极进出闭合线圈运动的四种情况，分析总结感应电流的方向与磁通量的变化之间的关系。
3．实验器材
条形磁体、线圈、电流表、导线若干、干电池一节、电池盒、滑动变阻器、开关。
4．实验步骤
(1)确定电流表指针偏转方向与电流方向的关系。
①按图连接电路。
②调节滑动变阻器，使接入电路的电阻最大。
③迅速闭合开关，发现电流表指针偏转后立即断开开关。
④记录电流方向与电流表的指针偏转方向，找出它们之间的关系。
(2)确定感应电流方向与磁通量变化情况的关系。
①按图连接电路，明确线圈的绕线方向。
②按照控制变量的方法分别进行N极(S极)向下插入线圈和N极(S极)向上抽出线圈时的实验。
③观察并记录磁体磁场方向、感应电流方向、感应电流的磁场方向，并将结果填入表格。
一 堵点疏通
1．磁通量等于磁感应强度B与面积S的乘积。( )
2．磁通量既有大小，又有方向，所以磁通量是矢量。( )
3．磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的大小均与匝数无关。( )
4．只要回路中的磁通量变化，回路中一定有感应电流。( )
5．只要闭合回路的一部分导体切割磁感线，闭合回路中一定有感应电流。( )
6．感应电流的磁场可能与原磁场方向相同，也可能与原磁场方向相反。( )
答案 1.× 2.× 3.√ 4.× 5.√ 6.√
二 对点激活
1．如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为Φ，若线圈绕OO′轴转过60°的过程中，磁通量的变化量为ΔΦ，则Φ和ΔΦ的大小分别是( )
A.， B.，
C．BL2， D.NBL2，
答案 A
解析 公式Φ＝BS中，S应为有效面积，且磁通量与线圈匝数无关。初态S1＝，所以Φ＝。转过60°，有效面积S2＝·cos60°＝，Φ′＝，所以ΔΦ＝Φ′－Φ＝－，A正确。
2．(人教版必修第三册·P117·T1改编)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．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动
C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
答案 C
解析 A、B、D中穿过线框的磁通量均不变，不会产生感应电流，而C中穿过线框的磁通量发生变化，产生感应电流，故选C。
3.(人教版选择性必修第二册·P28·T5改编)(多选)如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁体插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，下列关于同学们看到的现象及对现象的分析说法正确的是( )
A．磁体插向左环，横杆发生转动
B．磁体插向右环，横杆发生转动
C．磁体插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流
D．磁体插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流
答案 BD
解析 磁体插向左环时，通过左环的磁通量发生变化，左环中产生感应电动势，但左环是开路的，所以没有感应电流产生，此时横杆不动，A、C错误；磁体插向右环时，通过右环的磁通量发生变化，右环中产生感应电动势和感应电流，感应电流的磁场阻碍磁通量的变化，使右环与磁体相互排斥，则横杆会发生转动，B、D正确。
4.(人教版选择性必修第二册·P28·T2改编)如图所示，CDEF是金属框，框内存在着垂直纸面向里的匀强磁场。当导体AB向右移动时，金属框中CD、EF边的感应电流的方向为( )
A．C→D，E→F B.D→C，E→F
C．C→D，F→E D.D→C，F→E
答案 C
解析 根据右手定则可以判断，AB中感应电流的方向为A→B，则在ABCD回路中，CD的感应电流方向为C→D，在ABFE回路中，EF的感应电流方向为F→E，C正确。
考点1 电磁感应现象的判断
1.感应电流能否产生的判断
2．磁通量变化的常见情况
变化情形
举例
磁通量变化量
磁感应强度变化
永磁体靠近或远离线圈、电磁铁(螺线管)内电流发生变化
ΔΦ＝ΔB·S
有效面积变化
有磁感线穿过的回路面积变化
闭合线圈的部分导线做切割磁感线运动，如图
ΔΦ＝B·ΔS
回路平面与磁场夹角变化
线圈在磁场中转动，如图
磁感应强度和有效面积同时变化
弹性线圈在向外拉的过程中，如图
ΔΦ＝Φ2－Φ1
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°(俯视)
D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)
(1)AB中电流变化时，能否在线圈中产生感应电流？
提示：能。AB中电流变化，则线圈中磁通量变化，则有感应电流产生。
(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变化；②线圈的有效面积变化。
尝试解答 选ABD。
只要AB中电流发生变化，无论是大小变，还是方向变，还是大小和方向同时变，都可以使线圈内的磁通量发生变化，从而产生感应电流，A、B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。
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。
[变式1－1] (2020·北京学校联考)某同学在“探究感应电流产生的条件”的实验中，将直流电源、滑动变阻器、线圈A(有铁芯)、线圈B、电流表及开关按图连接成电路。在实验中，该同学发现开关闭合的瞬间，电流表的指针向左偏。由此可以判断，在保持开关闭合的状态下( )
A．当线圈A拔出时，电流表的指针向左偏
B．当线圈A中的铁芯拔出时，电流表的指针向右偏
C．当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，电流表的指针不偏转
D．当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，电流表的指针向右偏
答案 B
解析 由题意可知，开关闭合的瞬间，电流表的指针向左偏，即当通过线圈B的磁通量增大时，电流表指针向左偏，可知，若通过线圈B的磁通量减小，则电流表的指针向右偏。当线圈A拔出或线圈A中的铁芯拔出时，均导致通过线圈B的磁通量减小，因此电流表的指针向右偏，故A错误，B正确；当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，电路中的电流变化，穿过线圈B的磁通量发生变化，电流表的指针要发生偏转，故C错误；当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，电路总电阻减小，则电路中的电流增大，导致通过线圈B的磁通量增大，因此电流表的指针向左偏，故D错误。
[变式1－2] 如图所示为感应式发电机，a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是电流表的接线端，现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是( )
A．将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置
B．将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置
C．将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置
D．将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置
答案 B
解析 将铜盘看成无数个轴向铜条组成，当铜盘转动时，其切割磁感线产生感应电动势，此时铜条相当于电源，铜盘边缘和中心相当于电源的两个极，则想要观察到感应电流，M、N应分别接电源的两个极，故B正确。
考点2 对楞次定律的理解及应用
1.用楞次定律判断感应电流方向
2．楞次定律中“阻碍”的含义
例2 (2020·四川省攀枝花市高三(下)第三次统考)如图所示，纸面内沿x轴和y轴放有通电的长直导线，两导线中电流大小与变化完全相同。四个闭合圆形线圈在四个象限中对称放置。当x轴的导线中电流方向沿x轴正方向，y轴的导线中电流方向沿y轴正方向，两电流同时增大时，关于a、b、c、d四个相同的圆形线圈中的感应电流情况为( )
A．a线圈中有顺时针方向的感应电流
B．b线圈中有逆时针方向的感应电流
C．c线圈中有顺时针方向的感应电流
D．d线圈中有逆时针方向的感应电流
(1)如何判断线圈a、b、c、d中的磁场方向？
提示：应用安培定则判断通电直导线在各线圈处的磁场方向，再叠加。
(2)两直导线中电流增大时，电流周围的磁场如何变化？
提示：增强。
尝试解答 选D。
由右手螺旋定则可判定通电导线产生的磁场的方向。由磁感应强度合成的法则可知，穿过a、c线圈的磁通量始终为零，不可能产生感应电流，故A、C错误；b线圈中有垂直纸面向外的磁通量，根据楞次定律，当导线中电流增大时会产生顺时针方向的感应电流，故B错误；d线圈中有垂直纸面向里的磁通量，根据楞次定律，当导线中电流增大时会产生逆时针方向的感应电流，故D正确。
电磁感应现象中的两个磁场和一个电流
(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：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。
[变式2] (2020·北京市海淀区首师附中入学考试)如图所示，一个闭合导体圆环固定在水平桌面上，一根条形磁体沿圆环的轴线运动，使圆环内产生了感应电流。下列四幅图中，产生的感应电流方向与条形磁体的运动情况相吻合的是( )
答案 D
解析 A中穿过圆环的磁场方向向上，在磁体沿圆环的轴线向上远离圆环时，穿过圆环的磁通量变小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿逆时针方向，故A错误；B中穿过圆环的磁场方向向上，在磁体沿圆环的轴线向下靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿顺时针方向，故B错误；C中穿过圆环的磁场方向向下，在磁体沿圆环的轴线向上远离圆环时，穿过圆环的磁通量变小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿顺时针方向，故C错误；D中穿过圆环的磁场方向向下，在磁体沿圆环的轴线向下靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿逆时针方向，故D正确。
考点3 楞次定律推论的应用
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引起感应电流的原因，列表说明如下：
内容
例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同”
阻碍相对运动——“来拒去留”
使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”
例3 (2020·北京市东城区二模)绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，其圆心的正上方有一个竖直的条形磁体。当条形磁体沿水平方向向右移动时，圆环始终未动。若圆环的质量为m，桌面对它的支持力为FN。在此过程中( )
A．FN小于mg，圆环有向右的运动趋势
B．FN小于mg，圆环有向左的运动趋势
C．FN大于mg，圆环有向右的运动趋势
D．FN大于mg，圆环有向左的运动趋势
(1)当条形磁体水平向右移动时，金属圆环内的磁通量如何变化？
提示：减小。
(2)用楞次定律的推论判断线圈如何阻碍这种变化？
提示：面积有扩大趋势、有跟随磁体运动的趋势、有靠近磁体向上运动的趋势，从而“阻碍”磁通量的减小。
尝试解答 选A。
当条形磁体水平向右移动时，通过金属圆环的磁通量减小，因此圆环面积有扩大的趋势，同时有跟随磁体运动的趋势，从而“阻碍”磁通量的减小；故金属圆环所受安培力向右上方，则桌面对圆环的支持力小于其自身重力，且圆环相对桌面有向右的运动趋势，故A正确，B、C、D错误。
利用楞次定律的推论可以速解电磁感应问题。
[变式3] (2020·北京市高考临门一脚模拟卷)(多选)如图所示，M为水平放置的橡胶圆盘，在其外侧面均匀地带有负电荷。在M正上方用绝缘丝线悬挂一个闭合铝环N，铝环也处于水平面中，且M盘和N环的中心在同一条竖直线O1O2上，现让橡胶圆盘由静止开始绕O1O2轴按图示逆时针方向加速转动，下列说法正确的是( )
A．铝环N有沿逆时针方向的感应电流
B．铝环N有扩张的趋势
C．橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向下
D．橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向上
答案 AD
解析 橡胶圆盘M由静止开始绕O1O2轴按图示逆时针方向加速转动时，穿过环N的磁通量向下且增大，依据楞次定律可知，铝环N有沿逆时针方向的感应电流，故A正确；根据楞次定律的推论，知铝环N的面积有缩小的趋势，且有向上运动的趋势，所以，橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向上，且铝环N有收缩的趋势，故D正确，B、C错误。
考点4 三定则一定律的综合应用
1.“三个定则一个定律”的比较
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
洛伦兹力、安培力
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
以上定则或定律中，“因电而动”用左手定则，“因动生电”用右手定则；“因电生磁”用安培定则，“因磁生电”用楞次定律或右手定则。
2．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的方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。
例4 (2020·河北省衡水中学教学质量监测)(多选)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
(1)MN向右运动说明MN中电流方向是什么？
提示：由M指向N。
(2)螺线管线圈中的磁通量如何变化？
提示：向上减小，或向下增加。
尝试解答 选BC。
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，L2中感应电流产生的磁场应该是向上减弱，或向下增强；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B、C正确，A、D错误。
利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题
如果要判断二次感应后的现象或结果，选择程序法；如果已知二次感应后的结果，要判断导体棒的运动情况或磁场的变化，需选择逆向推理法。
(1)程序法(正向推理法)
①依据导体切割磁感线运动的方向(或原磁感应强度方向及大小的变化)，判断一次感应电流的方向。
②依据导体切割磁感线的速度大小的变化，判断一次感应电流的大小变化情况。
③依据一次感应电流的方向及大小变化情况，判断一次感应电流的磁通量方向及大小变化情况。
④根据一次感应电流的磁通量变化情况，判断二次感应电流的方向及产生的现象。
(2)逆向推理法
①依据二次感应产生的现象，判断二次感应电流的方向。
②依据二次感应电流的方向，应用安培定则，判定第二次感应电流的磁通量方向，明确它是阻碍第一次感应电流产生的磁场的磁通量变化的。
③依据楞次定律，得出一次感应电流的磁场的方向及相应的变化的可能情况，从而得到引起磁场变化的一次感应电流的方向与大小变化情况。
④依据一次感应电流的方向及大小变化情况，判断导体切割磁感线运动的方向与速度变化情况。
[变式4] (2020·山东省东营一中下学期开学考试)如图甲，螺线管内有平行于轴线的外加磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一固定的闭合小金属圆环，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按如图乙所示规律变化时( )
A．在0～t1时间内，金属圆环中有恒定的电流
B．在t1～t2时间内，金属环先有扩张的趋势再有收缩的趋势
C．在t1～t2时间内，金属环内一直有逆时针方向的感应电流
D．在t2～t3时间内，金属环内有逆时针方向的感应电流
答案 C
解析 在0～t1时间内，B均匀增大，则在螺线管中产生恒定不变的感生电动势，则在导线框abcd中形成稳定的电流，则导线框内的磁场也稳定不变，此时环中无感应电流产生，故A错误；在t1～t2时间内，B先向上减小后向下增大，且B的变化率逐渐减小，则螺线管中的感应电流方向为从下到上且逐渐减小，在导线框abcd中的磁通量为向外减小，穿过金属环的磁通量向外减小，根据楞次定律可知，金属环内有逆时针方向的感应电流，且有扩张趋势，故B错误，C正确；在t2～t3时间内，B向下减小，且B的变化率逐渐减小，则螺线管中的感应电流方向为从上到下且逐渐减小，在导线框abcd中的磁通量为向里减小，穿过金属环的磁通量向里减小，根据楞次定律可知，金属环内有顺时针方向的感应电流，故D错误。
考点5 实验：探究影响感应电流方向的因素
1．数据处理
(1)实验结果示意图
(2)数据记录表格
表1 磁通量增大时的情况
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针(俯视)
向上
乙
向上
顺时针(俯视)
向下
表2 磁通量减小时的情况
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
丙
向下
顺时针(俯视)
向下
丁
向上
逆时针(俯视)
向上
(3)根据数据记录表格，归纳出影响感应电流方向的因素，并得出实验结论。
2．注意事项
(1)确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法，并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长而损坏电流表。
(2)电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。
(3)实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。
(4)按照控制变量的思想进行实验。
(5)进行完一种磁极运动情况的操作后，等电流表指针回零后再进行下一种情况的操作。
例5 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中：
(1)先观察电流表指针偏转方向与________方向的对应关系，查明线圈中导线的绕向，以便从指针的偏转方向确定感应电流的磁场方向。
(2)下表为某同学记录的实验现象：
序号
磁体磁场的方向(正视)
磁体运动情况
指针偏转情况
感应电流的磁场方向(正视)
1
向下
插入线圈
向左
向上
2
向下
拔出线圈
向右
向下
3
向上
插入线圈
向右
向下
4
向上
拔出线圈
向左
向上
①由实验记录1、3得出的结论：穿过闭合回路的磁通量________时，感应电流的磁场与原磁场方向________。
②由实验记录2、4得出的结论：穿过闭合回路的磁通量________时，感应电流的磁场与原磁场方向________。
③由实验1、2、3、4得出的结论是____________________________________。
(3)本实验涉及的物理规律在生产和生活中的应用有___________________。(举一例)
(1)如何判断电流激发的磁场的方向？
提示：根据安培定则判断。
(2)磁体插入线圈时，穿过线圈的磁通量如何变化？
提示：增大。
尝试解答 (1)电流 (2)①增大 相反 ②减小 相同 ③感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 (3)发电机(其他答案合理也可)。
(1)应该先观察电流表指针偏转方向与电流方向对应的关系，查明线圈中导线的绕向，以便从指针的偏转方向确定感应电流的磁场方向。
(2)①由实验记录1、3可知，磁体插入线圈，穿过闭合回路的磁通量增大；感应电流的磁场与原磁场方向相反；②由实验记录2、4可知，磁体从线圈中拔出，穿过闭合回路的磁通量减小，感应电流的磁场与原磁场方向相同；③根据①、②可得出结论：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(3)本实验涉及的物理规律在生产和生活中的应用有：发电机、变压器、无线充电器等。
在分析“探究影响感应电流方向的因素”的实验结果时，发现感应电流的方向与磁体磁场的方向并无直接关系，关键是引入“感应电流的磁场”这个中介，从而分析感应电流磁场的方向与引起感应电流的磁通量变化的关系。
[变式5] 某实验小组利用如图所示的条形磁体和楞次环“探究影响感应电流方向的因素”。
(1)用磁体磁极靠近和远离A环，观察实验现象，完成下表。
实验操作
磁体N极
靠近A环
磁体S极
靠近A环
磁体N极
远离A环
磁体S极
远离A环
实验现象
排斥
排斥
吸引
吸引
磁通量变化
增加
增加
减少
________
原磁场方向
指向A环
指向磁体
指向A环
________
感应电流磁场的方向与原磁场方向的关系
相反
相反
相同
________
感应电流磁场的方向
指向磁体
指向A环
指向A环
________
感应电流的方向(在A环靠近磁体一侧观察)
逆时针
顺时针
顺时针
________
(2)根据上表总结关于感应电流方向的实验结论：_______________________
__________________________________。
答案 (1)减少 指向磁体 相同 指向磁体 逆时针
(2)感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
解析 (1)使条形磁体S极远离A环时，穿过A环的磁通量减少，原磁场方向指向磁体，由题意知此时磁体S极与A环相吸引，根据环形电流可以等效为一个小磁针，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相同，因此感应电流的磁场方向指向磁体，由安培定则可知感应电流的方向为逆时针(在A环靠近磁体一侧观察)。
(2)结论是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
1.(2020·全国卷Ⅱ)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为( )
A．库仑 B.霍尔
C.洛伦兹 D.法拉第
答案 D
解析 由题意可知，当线圈中的交变电流在周围产生交变磁场时，圆管内部感应出涡电流，电流产生的热量使接缝处焊接。该过程利用的原理是电磁感应现象，其发现者为法拉第。故D正确。
2．(2020·全国卷Ⅲ)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
答案 B
解析 无论开关S拨至哪一端，当把电路接通的瞬间，左边线圈中的电流均从无到有，电流在线圈轴线上激发的磁场从无到有，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，反向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。故B正确。
3．(2019·全国卷Ⅲ)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现？( )
A．电阻定律 B.库仑定律
C．欧姆定律 D.能量守恒定律
答案 D
解析 楞次定律表述了感应电流的磁场方向，同时也体现了不同能量间的关系。总能量是守恒的，感应电流产生电能，电能是“阻碍”的结果，D正确。
4.(2018·全国卷Ⅰ)(多选)如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是( )
A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
答案 AD
解析 小磁针的N极的指向为该处磁场的方向。开关闭合后的瞬间，通过右边线圈的电流增大，在铁芯中产生由北向南的磁场增大，通过左侧的线圈的磁通量增大，根据楞次定律和安培定则可以判断，直导线的电流从南流向北，再根据安培定则可以判断，直导线电流在小磁针处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针N极向里转动，A正确；开关闭合并保持一段时间后，通过左侧线圈的磁通量不变，不会产生电磁感应现象，所以直导线无感应电流流过，小磁针在地磁场作用下恢复原指向，B、C错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，通过左侧线圈的磁通量减小，直导线产生由北流向南的电流，则小磁针N极向外转动，D正确。
5.(2017·全国卷Ⅲ)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
答案 D
解析 金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，闭合回路PQRS中磁场方向垂直纸面向里，磁通量增大，由楞次定律可判断，闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外，由安培定则可判断感应电流方向为逆时针；由于闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，与原磁场方向相反，则T中磁通量减小，由楞次定律可判断，T中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则可知T中感应电流方向为顺时针，D正确。
6．(2017·浙江4月选考节选)用如图所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从________(填“a到b”或“b到a”)。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图象应该是________。
答案 b到a A
解析 根据楞次定律可知，当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从b到a。磁体进入与离开线圈时电流方向相反，C错误；由于磁体离开线圈时的速度比进入时的速度快，故磁体离开线圈时线圈中的感应电流较大，故A正确，B、D错误。
时间：40分钟 满分：100分
一、选择题(本题共12小题，每小题7分，共84分。其中1～8题为单选，9～12题为多选)
1.如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是( )
A.BS B.NBS
C.BS D.NBS
答案 C
解析 磁通量与匝数无关，Φ＝BS中，B与S必须垂直。初态Φ1＝Bsin30°·S，末态Φ2＝－Bcos30°·S，磁通量的变化量大小ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|BS(－cos30°－sin30°)|＝BS，所以C正确。
2.(2017·江苏高考)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
答案 A
解析 根据Φ＝BS，S为有磁场区域的面积，且与磁场方向垂直，因此a、b两线圈的有效面积相等，故磁通量之比Φa∶Φb＝1∶1，A正确。
3．下列图中能产生感应电流的是( )
答案 B
解析 根据产生感应电流的条件可知，A中，电路没闭合，无感应电流产生；B中，电路闭合，且垂直磁感线的闭合回路的面积增大，则穿过闭合回路的磁通量增大，有感应电流产生；C中，穿过闭合线圈的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流产生；D中，闭合回路中的磁通量不发生变化，无感应电流产生。故选B。
4.(2020·北京市昌平区二模)如图所示，MN是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场。以下过程中，abcd中有感应电流产生且感应电流的方向为abcda的是( )
A．将abcd向左平移
B．将abcd垂直纸面向外平移
C．将abcd以MN为轴转动30°
D．将abcd以ab为轴转动30°
答案 C
解析 将abcd向左平移，则穿过导线框的磁通量向外增加，根据楞次定律可知，导线框中产生的感应电流方向是adcba，故A错误；将abcd垂直纸面向外平移，则穿过导线框的磁通量不变，导线框中无感应电流产生，故B错误；将abcd以MN为轴转动30°，则穿过导线框的磁通量向外减小，根据楞次定律可知，导线框中产生的感应电流方向是abcda，故C正确；将abcd以ab为轴转动30°，则穿过导线框的磁通量不变，导线框中无感应电流产生，故D错误。
5.(2021·北京市石景山区高三上期末)如图所示，矩形线圈MNPQ位于通电长直导线附近，线圈与导线在同一平面内，线圈的两个边与导线平行，其中PQ边上接有电容器C。如果在一段时间t0内，发现电容器C的上极板一直带正电，那么，在这段时间内，通电长直导线中通过电流i(电流方向向上为正)的图像可能为( )
答案 A
解析 电容器C的上极板一直带正电，说明矩形线圈MNPQ内的感应电动势的方向沿顺时针，根据楞次定律可知，穿过矩形线圈MNPQ的磁通量垂直纸面向里减小或垂直纸面向外增大，穿过矩形线圈MNPQ的磁场是由通电长直导线的电流产生的，根据安培定则，可知通电长直导线的电流向上减小，或向下增大，可知在这段时间内，通电长直导线中通过电流i的图像可能是A，而B、C、D都不可能，故选A。
6.(2020·浙江省绍兴市上虞区第二次教学质量调测)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
答案 C
解析 根据安培定则可知，螺线管b在其内部产生向下的磁场，当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，电路中总电阻减小，电流增大，磁感应强度变大，穿过线圈a的磁通量变大，根据楞次定律，线圈a中会产生阻碍磁通量变大的感应电流，即产生俯视逆时针方向的感应电流，故A、B错误；根据楞次定律的推论“增缩减扩”可知，线圈a有收缩的趋势，故C正确；根据楞次定律的推论“增离减靠”可知，线圈a有远离螺线管b的趋势，因此线圈a对水平桌面的压力FN将增大，故D错误。
7.(2020·北京市海淀区二模)为了演示“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”的现象，老师做了这样的演示实验：如图所示，水平横梁两端各固定一个铝环，其中A环是闭合的，B环是断开的，横梁可以绕中间的支点在水平面内转动。当装置静止不动时，用一磁体的N极去接近A环，发现A环绕支点沿顺时针(俯视)方向转动。若不考虑空气流动对实验结果的影响，关于该实验，下列说法中正确的是( )
A．若用磁体的S极接近A环，A环也将绕支点沿顺时针(俯视)方向转动
B．制作A、B环的材料只要是金属就行，很薄的铁环也可以得到相同的实验效果
C．制作A、B环的材料用绝缘材料也可以得到相同的实验效果
D．磁体接近A环的过程中，A环将有扩张的趋势
答案 A
解析 当磁体N极向A环靠近时，穿过A环的磁通量增加，A环是闭合的，会产生感应电流，磁体对A环产生安培力，阻碍两者相对运动，因此为阻碍磁体靠近，A环出现顺时针(俯视)转动现象；同理，磁体S极接近A环时，A环也将绕支点顺时针(俯视)转动，故A正确。制作A、B环的材料必须是金属导体，很薄的铁环电阻较大，产生的感应电流较小，且会被磁化吸引，不能得到相同的实验效果，故B错误。若制作A、B环的材料用绝缘材料，则在A环中不会产生感应电流，则磁体对A环无安培力作用，A环不会绕支点转动，故C错误。磁体接近A环的过程中，穿过A环的磁通量增加，根据楞次定律可知，A环将有收缩的趋势，故D错误。
8．(2020·河北省高三第二次省际调研)如图甲所示，线圈ab中通有如图乙所示的电流，电流从a到b为正方向，那么在0～t0这段时间内，用丝线悬挂的铝环M中产生感应电流，则( )
A．从左向右看感应电流的方向为顺时针
B．从左向右看感应电流的方向为先顺时针后逆时针
C．感应电流的大小先减小后增加
D．铝环与线圈之间一直有磁场力的作用，作用力先向左后向右
答案 A
解析 电流从a到b为正方向，由图乙可知，开始时电流为正且逐渐减小，由右手螺旋定则可知，铝环M中的磁场水平向右，由于电流减小，所以磁通量变小，根据楞次定律可得，铝环M中产生的感应电流方向为顺时针(从左向右看)；由图乙可知，电流减小到零后反向增大，电流从b流向a，由右手螺旋定则可知，铝环M中的磁场水平向左，电流增大，则通过铝环M的磁通量变大，根据楞次定律可得，铝环M中产生的感应电流方向为顺时针(从左向右看)，故A正确，B错误。由图乙可知，ab内的电流的变化率不变，则产生的磁场的磁感应强度的变化率不变，根据法拉第电磁感应定律可知，铝环M产生的感应电动势的大小不变，所以感应电流的大小也不变，故C错误。当线圈ab中电流为零时，铝环M和线圈之间无磁场力作用，故D错误。
9.(2020·河北省衡水中学三月份教学质量监测)如图所示，两个条形磁体的N极和S极相向水平放置，一竖直放置的矩形线框从两个磁体之间正上方由静止落下，并从两磁体中间穿过。下列关于线框受到的安培力及从右向左看感应电流的方向说法正确的是( )
A．感应电流方向先沿逆时针方向，后沿顺时针方向
B．感应电流方向先沿顺时针方向，后沿逆时针方向
C．安培力方向一直竖直向上
D．安培力方向先竖直向上，后竖直向下
答案 BC
解析 由图可知，磁感线由左向右，且中间磁感应强度最大，而向上下两边越来越小，故在矩形线框从高处下落过程中，穿过线框的磁通量一直向右，且先增大后减小，由楞次定律可知，从右向左看，线框中感应电流方向先沿顺时针方向，后沿逆时针方向，故B正确，A错误；产生的感应电流一直阻碍线框与磁体间的相对运动，故线框受到的安培力的方向一直竖直向上，故C正确，D错误。
10．(2020·陕西省渭南市高三(下)教学质量检测)匀强磁场方向垂直纸面，规定垂直纸面向里的方向为正，磁感应强度B随时间t变化规律如图甲所示。在磁场中有一细金属矩形回路，回路平面位于纸面内，如图乙所示。令I1、I2、I3分别表示Oa、ab、bc段的感应电流，F1、F2、F3分别表示Oa、ab、bc段回路右侧PQ边受到的安培力。则( )
A．I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向
B．I2沿逆时针方向，I3沿顺时针方向
C．F1方向向左，F2方向向右
D．F2方向向右，F3方向向右
答案 AC
解析 由楞次定律可知，Oa段感应电流I1沿逆时针方向，ab、bc段感应电流I2、I3沿顺时针方向，故A正确，B错误。Oa段回路右侧PQ边中电流由Q流向P，磁感应强度方向垂直纸面向里，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F1方向向左；ab段PQ边中电流由P流向Q，磁感应强度方向垂直纸面向里，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F2方向向右；bc段PQ边中电流由P流向Q，磁感应强度方向垂直纸面向外，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F3方向向左，故C正确，D错误。
11．(2020·吉林省吉林市高三(下)毕业班第四次调研)如图甲所示，等离子气流由左方连续以速度v0射入M和N两板间的匀强磁场中，ab直导线与M、N相连接，线圈A与直导线cd连接，线圈A内有按图乙所示规律变化的磁场，且规定向左为磁场B的正方向，则下列叙述正确的是( )
A．0～1 s内，ab、cd导线互相排斥
B．1～2 s内，ab、cd导线互相吸引
C．2～3 s内，ab、cd导线互相吸引
D．3～4 s内，ab、cd导线互相排斥
答案 BD
解析 根据左手定则，可判定等离子气流中的正离子向上极板M偏转，负离子向下极板N偏转，所以ab中电流方向是由a流向b。由图乙可知，在0～1 s内，线圈A内磁场方向向右，磁感应强度减小，由楞次定律可知感应电流方向是由c流向d，由于ab、cd导线内电流的方向相同，则互相吸引，故A错误；在1～2 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度增加，由楞次定律可知感应电流的方向是由c流向d，由于ab、cd导线内电流的方向相同，则互相吸引，故B正确；在2～3 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度减小，由楞次定律可知感应电流的方向是由d流向c，由于ab、cd导线内电流的方向相反，则互相排斥，故C错误；在3～4 s内，线圈A内磁场方向向右，磁感应强度增加，由楞次定律可知感应电流的方向是由d流向c，由于ab、cd导线内电流的方向相反，则互相排斥，故D正确。
12.(2020·四川省成都第七中学零诊)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，铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引( )
A．向右做匀速运动 B.向左做减速运动
C．向右做减速运动 D.向右做加速运动
答案 BC
解析 导体棒ab向右或向左做匀速运动时，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，线圈c不受安培力作用，不会被螺线管吸引，故A错误；导体棒ab向左做减速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从b→a，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中产生逆时针方向(从左向右看)的感应电流，右侧相当于S极，螺线管左侧是N极，则线圈c被螺线管吸引，故B正确；导体棒ab向右做减速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从a→b，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中产生顺时针方向(从左向右看)的感应电流，右侧相当于N极，螺线管左侧是S极，则线圈c被螺线管吸引，故C正确；导体棒ab向右做加速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从a→b，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中产生逆时针方向(从左向右看)的感应电流，右侧相当于S极，螺线管左侧是S极，则线圈c被螺线管排斥，故D错误。
二、非选择题(本题共2小题，共16分)
13．(8分)如图所示的器材可用来研究电磁感应现象并探究影响感应电流方向的因素。
(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，除了查清流入电流表的电流方向与指针偏转方向之间的关系之外，还应查清________中导线的绕制方向。(选填“A”“B”或“A和B”)
(3)闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P置于最________端。(选填“左”或“右”)
答案 (1)如图所示 (2)A和B (3)右
解析 (1)研究电磁感应现象的实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、线圈A组成闭合电路，电流表与线圈B组成另一个闭合电路。实验电路图如答案图所示。
(2)在实验过程中，需要确定线圈A中电流的磁场方向和线圈B中感应电流的磁场方向，故还应查清线圈A与线圈B中导线的绕制方向。
(3)闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P置于最右端，以保护电路。
14．(8分)图示为实验“探究感应电流方向的规律”的电路图。
(1)闭合开关时发现电流表的指针向右偏了一下，那么闭合开关后将线圈A迅速插入线圈B时，电流表指针将________；接着将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动，电流表指针________。(均选填“向左偏”“向右偏”或“不偏”)
(2)某同学在完成实验后未断开开关，也未把A、B两线圈和铁芯分开放置。在拆除电路时突然被电击了一下，则被电击是在拆除________(选填“A”或“B”)线圈所在电路时发生的；分析可知，要避免电击发生，在拆除电路前应________(选填“断开开关”或“把A、B线圈分开放置”)。
答案 (1)向右偏 向左偏 (2)A 断开开关
解析 (1)闭合开关时，电流表指针向右偏，说明线圈B中磁通量增加时，会使电流表指针向右偏。闭合开关后将线圈A迅速插入线圈B，线圈B中的磁通量增加，故电流表指针将向右偏；将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时，线圈A所在电路总电阻增大，电流减小，线圈B中的磁通量减小，故电流表指针将向左偏。
(2)在拆除线圈A时，线圈A中电流快速减小，由于自感作用，线圈A中会产生很大的感应电动势，导致该同学被电击；要避免电击发生，在拆除电路前应断开开关。
考情分析
本章是高考的必考内容，在历年高考中所占分值较高，本章内容单独考查时以选择题为主，涉及综合问题时以计算题为主。
重要考点
1.电磁感应现象(Ⅰ)
2．磁通量(Ⅰ)
3．法拉第电磁感应定律(Ⅱ)
4．楞次定律(Ⅱ)
5．自感、涡流(Ⅰ)
考点解读
1.应用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向。
2．法拉第电磁感应定律的应用。
3．结合各种图像(如Φt图像、Bt图像和it图像)，考查感应电流的产生条件及其方向的判定，以及感应电动势的计算等。
4．电磁感应与磁场、电路、力学等知识的综合应用，特别是在实际问题中的应用。
5．自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。
第1讲 电磁感应现象 楞次定律
知识点 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)的乘积叫作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)公式的适用条件：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：任何一个平面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿出时磁通量为正，则磁感线从反面穿出时磁通量为负。
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 电磁感应现象 Ⅰ
1．电磁感应现象与感应电流
“磁生电”的现象叫电磁感应，产生的电流叫作感应电流。
2．产生感应电流的条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。
3．电磁感应现象的两种典型情况
(1)闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动。
(2)穿过闭合导体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，如果导体回路闭合则产生感应电流；如果导体回路不闭合，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 楞次定律 Ⅱ
1．楞次定律
(1)内容：感应电流具有这样的方向，即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：判定一切闭合导体回路磁通量变化时产生的感应电流的方向。
(3)本质：能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。
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)适用范围：适用于判定导线切割磁感线时感应电流的方向。
知识点 实验：探究影响感应电流方向的因素
1．实验目的
探究感应电流的方向与磁通量的变化之间的关系。
2．实验原理
通过实验，记录磁极进出闭合线圈运动的四种情况，分析总结感应电流的方向与磁通量的变化之间的关系。
3．实验器材
条形磁体、线圈、电流表、导线若干、干电池一节、电池盒、滑动变阻器、开关。
4．实验步骤
(1)确定电流表指针偏转方向与电流方向的关系。
①按图连接电路。
②调节滑动变阻器，使接入电路的电阻最大。
③迅速闭合开关，发现电流表指针偏转后立即断开开关。
④记录电流方向与电流表的指针偏转方向，找出它们之间的关系。
(2)确定感应电流方向与磁通量变化情况的关系。
①按图连接电路，明确线圈的绕线方向。
②按照控制变量的方法分别进行N极(S极)向下插入线圈和N极(S极)向上抽出线圈时的实验。
③观察并记录磁体磁场方向、感应电流方向、感应电流的磁场方向，并将结果填入表格。
一 堵点疏通
1．磁通量等于磁感应强度B与面积S的乘积。( )
2．磁通量既有大小，又有方向，所以磁通量是矢量。( )
3．磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的大小均与匝数无关。( )
4．只要回路中的磁通量变化，回路中一定有感应电流。( )
5．只要闭合回路的一部分导体切割磁感线，闭合回路中一定有感应电流。( )
6．感应电流的磁场可能与原磁场方向相同，也可能与原磁场方向相反。( )
答案 1.× 2.× 3.√ 4.× 5.√ 6.√
二 对点激活
1．如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为Φ，若线圈绕OO′轴转过60°的过程中，磁通量的变化量为ΔΦ，则Φ和ΔΦ的大小分别是( )
A.， B.，
C．BL2， D.NBL2，
答案 A
解析 公式Φ＝BS中，S应为有效面积，且磁通量与线圈匝数无关。初态S1＝，所以Φ＝。转过60°，有效面积S2＝·cos60°＝，Φ′＝，所以ΔΦ＝Φ′－Φ＝－，A正确。
2．(人教版必修第三册·P117·T1改编)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．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动
C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
答案 C
解析 A、B、D中穿过线框的磁通量均不变，不会产生感应电流，而C中穿过线框的磁通量发生变化，产生感应电流，故选C。
3.(人教版选择性必修第二册·P28·T5改编)(多选)如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁体插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，下列关于同学们看到的现象及对现象的分析说法正确的是( )
A．磁体插向左环，横杆发生转动
B．磁体插向右环，横杆发生转动
C．磁体插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流
D．磁体插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流
答案 BD
解析 磁体插向左环时，通过左环的磁通量发生变化，左环中产生感应电动势，但左环是开路的，所以没有感应电流产生，此时横杆不动，A、C错误；磁体插向右环时，通过右环的磁通量发生变化，右环中产生感应电动势和感应电流，感应电流的磁场阻碍磁通量的变化，使右环与磁体相互排斥，则横杆会发生转动，B、D正确。
4.(人教版选择性必修第二册·P28·T2改编)如图所示，CDEF是金属框，框内存在着垂直纸面向里的匀强磁场。当导体AB向右移动时，金属框中CD、EF边的感应电流的方向为( )
A．C→D，E→F B.D→C，E→F
C．C→D，F→E D.D→C，F→E
答案 C
解析 根据右手定则可以判断，AB中感应电流的方向为A→B，则在ABCD回路中，CD的感应电流方向为C→D，在ABFE回路中，EF的感应电流方向为F→E，C正确。
考点1 电磁感应现象的判断
1.感应电流能否产生的判断
2．磁通量变化的常见情况
变化情形
举例
磁通量变化量
磁感应强度变化
永磁体靠近或远离线圈、电磁铁(螺线管)内电流发生变化
ΔΦ＝ΔB·S
有效面积变化
有磁感线穿过的回路面积变化
闭合线圈的部分导线做切割磁感线运动，如图
ΔΦ＝B·ΔS
回路平面与磁场夹角变化
线圈在磁场中转动，如图
磁感应强度和有效面积同时变化
弹性线圈在向外拉的过程中，如图
ΔΦ＝Φ2－Φ1
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°(俯视)
D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)
(1)AB中电流变化时，能否在线圈中产生感应电流？
提示：能。AB中电流变化，则线圈中磁通量变化，则有感应电流产生。
(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变化；②线圈的有效面积变化。
尝试解答 选ABD。
只要AB中电流发生变化，无论是大小变，还是方向变，还是大小和方向同时变，都可以使线圈内的磁通量发生变化，从而产生感应电流，A、B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。
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。
[变式1－1] (2020·北京学校联考)某同学在“探究感应电流产生的条件”的实验中，将直流电源、滑动变阻器、线圈A(有铁芯)、线圈B、电流表及开关按图连接成电路。在实验中，该同学发现开关闭合的瞬间，电流表的指针向左偏。由此可以判断，在保持开关闭合的状态下( )
A．当线圈A拔出时，电流表的指针向左偏
B．当线圈A中的铁芯拔出时，电流表的指针向右偏
C．当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，电流表的指针不偏转
D．当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，电流表的指针向右偏
答案 B
解析 由题意可知，开关闭合的瞬间，电流表的指针向左偏，即当通过线圈B的磁通量增大时，电流表指针向左偏，可知，若通过线圈B的磁通量减小，则电流表的指针向右偏。当线圈A拔出或线圈A中的铁芯拔出时，均导致通过线圈B的磁通量减小，因此电流表的指针向右偏，故A错误，B正确；当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，电路中的电流变化，穿过线圈B的磁通量发生变化，电流表的指针要发生偏转，故C错误；当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，电路总电阻减小，则电路中的电流增大，导致通过线圈B的磁通量增大，因此电流表的指针向左偏，故D错误。
[变式1－2] 如图所示为感应式发电机，a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是电流表的接线端，现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是( )
A．将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置
B．将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置
C．将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置
D．将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置
答案 B
解析 将铜盘看成无数个轴向铜条组成，当铜盘转动时，其切割磁感线产生感应电动势，此时铜条相当于电源，铜盘边缘和中心相当于电源的两个极，则想要观察到感应电流，M、N应分别接电源的两个极，故B正确。
考点2 对楞次定律的理解及应用
1.用楞次定律判断感应电流方向
2．楞次定律中“阻碍”的含义
例2 (2020·四川省攀枝花市高三(下)第三次统考)如图所示，纸面内沿x轴和y轴放有通电的长直导线，两导线中电流大小与变化完全相同。四个闭合圆形线圈在四个象限中对称放置。当x轴的导线中电流方向沿x轴正方向，y轴的导线中电流方向沿y轴正方向，两电流同时增大时，关于a、b、c、d四个相同的圆形线圈中的感应电流情况为( )
A．a线圈中有顺时针方向的感应电流
B．b线圈中有逆时针方向的感应电流
C．c线圈中有顺时针方向的感应电流
D．d线圈中有逆时针方向的感应电流
(1)如何判断线圈a、b、c、d中的磁场方向？
提示：应用安培定则判断通电直导线在各线圈处的磁场方向，再叠加。
(2)两直导线中电流增大时，电流周围的磁场如何变化？
提示：增强。
尝试解答 选D。
由右手螺旋定则可判定通电导线产生的磁场的方向。由磁感应强度合成的法则可知，穿过a、c线圈的磁通量始终为零，不可能产生感应电流，故A、C错误；b线圈中有垂直纸面向外的磁通量，根据楞次定律，当导线中电流增大时会产生顺时针方向的感应电流，故B错误；d线圈中有垂直纸面向里的磁通量，根据楞次定律，当导线中电流增大时会产生逆时针方向的感应电流，故D正确。
电磁感应现象中的两个磁场和一个电流
(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：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。
[变式2] (2020·北京市海淀区首师附中入学考试)如图所示，一个闭合导体圆环固定在水平桌面上，一根条形磁体沿圆环的轴线运动，使圆环内产生了感应电流。下列四幅图中，产生的感应电流方向与条形磁体的运动情况相吻合的是( )
答案 D
解析 A中穿过圆环的磁场方向向上，在磁体沿圆环的轴线向上远离圆环时，穿过圆环的磁通量变小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿逆时针方向，故A错误；B中穿过圆环的磁场方向向上，在磁体沿圆环的轴线向下靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿顺时针方向，故B错误；C中穿过圆环的磁场方向向下，在磁体沿圆环的轴线向上远离圆环时，穿过圆环的磁通量变小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿顺时针方向，故C错误；D中穿过圆环的磁场方向向下，在磁体沿圆环的轴线向下靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿逆时针方向，故D正确。
考点3 楞次定律推论的应用
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引起感应电流的原因，列表说明如下：
内容
例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同”
阻碍相对运动——“来拒去留”
使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”
例3 (2020·北京市东城区二模)绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，其圆心的正上方有一个竖直的条形磁体。当条形磁体沿水平方向向右移动时，圆环始终未动。若圆环的质量为m，桌面对它的支持力为FN。在此过程中( )
A．FN小于mg，圆环有向右的运动趋势
B．FN小于mg，圆环有向左的运动趋势
C．FN大于mg，圆环有向右的运动趋势
D．FN大于mg，圆环有向左的运动趋势
(1)当条形磁体水平向右移动时，金属圆环内的磁通量如何变化？
提示：减小。
(2)用楞次定律的推论判断线圈如何阻碍这种变化？
提示：面积有扩大趋势、有跟随磁体运动的趋势、有靠近磁体向上运动的趋势，从而“阻碍”磁通量的减小。
尝试解答 选A。
当条形磁体水平向右移动时，通过金属圆环的磁通量减小，因此圆环面积有扩大的趋势，同时有跟随磁体运动的趋势，从而“阻碍”磁通量的减小；故金属圆环所受安培力向右上方，则桌面对圆环的支持力小于其自身重力，且圆环相对桌面有向右的运动趋势，故A正确，B、C、D错误。
利用楞次定律的推论可以速解电磁感应问题。
[变式3] (2020·北京市高考临门一脚模拟卷)(多选)如图所示，M为水平放置的橡胶圆盘，在其外侧面均匀地带有负电荷。在M正上方用绝缘丝线悬挂一个闭合铝环N，铝环也处于水平面中，且M盘和N环的中心在同一条竖直线O1O2上，现让橡胶圆盘由静止开始绕O1O2轴按图示逆时针方向加速转动，下列说法正确的是( )
A．铝环N有沿逆时针方向的感应电流
B．铝环N有扩张的趋势
C．橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向下
D．橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向上
答案 AD
解析 橡胶圆盘M由静止开始绕O1O2轴按图示逆时针方向加速转动时，穿过环N的磁通量向下且增大，依据楞次定律可知，铝环N有沿逆时针方向的感应电流，故A正确；根据楞次定律的推论，知铝环N的面积有缩小的趋势，且有向上运动的趋势，所以，橡胶圆盘M对铝环N的作用力方向竖直向上，且铝环N有收缩的趋势，故D正确，B、C错误。
考点4 三定则一定律的综合应用
1.“三个定则一个定律”的比较
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
洛伦兹力、安培力
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
以上定则或定律中，“因电而动”用左手定则，“因动生电”用右手定则；“因电生磁”用安培定则，“因磁生电”用楞次定律或右手定则。
2．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的方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。
例4 (2020·河北省衡水中学教学质量监测)(多选)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
(1)MN向右运动说明MN中电流方向是什么？
提示：由M指向N。
(2)螺线管线圈中的磁通量如何变化？
提示：向上减小，或向下增加。
尝试解答 选BC。
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，L2中感应电流产生的磁场应该是向上减弱，或向下增强；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B、C正确，A、D错误。
利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题
如果要判断二次感应后的现象或结果，选择程序法；如果已知二次感应后的结果，要判断导体棒的运动情况或磁场的变化，需选择逆向推理法。
(1)程序法(正向推理法)
①依据导体切割磁感线运动的方向(或原磁感应强度方向及大小的变化)，判断一次感应电流的方向。
②依据导体切割磁感线的速度大小的变化，判断一次感应电流的大小变化情况。
③依据一次感应电流的方向及大小变化情况，判断一次感应电流的磁通量方向及大小变化情况。
④根据一次感应电流的磁通量变化情况，判断二次感应电流的方向及产生的现象。
(2)逆向推理法
①依据二次感应产生的现象，判断二次感应电流的方向。
②依据二次感应电流的方向，应用安培定则，判定第二次感应电流的磁通量方向，明确它是阻碍第一次感应电流产生的磁场的磁通量变化的。
③依据楞次定律，得出一次感应电流的磁场的方向及相应的变化的可能情况，从而得到引起磁场变化的一次感应电流的方向与大小变化情况。
④依据一次感应电流的方向及大小变化情况，判断导体切割磁感线运动的方向与速度变化情况。
[变式4] (2020·山东省东营一中下学期开学考试)如图甲，螺线管内有平行于轴线的外加磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一固定的闭合小金属圆环，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按如图乙所示规律变化时( )
A．在0～t1时间内，金属圆环中有恒定的电流
B．在t1～t2时间内，金属环先有扩张的趋势再有收缩的趋势
C．在t1～t2时间内，金属环内一直有逆时针方向的感应电流
D．在t2～t3时间内，金属环内有逆时针方向的感应电流
答案 C
解析 在0～t1时间内，B均匀增大，则在螺线管中产生恒定不变的感生电动势，则在导线框abcd中形成稳定的电流，则导线框内的磁场也稳定不变，此时环中无感应电流产生，故A错误；在t1～t2时间内，B先向上减小后向下增大，且B的变化率逐渐减小，则螺线管中的感应电流方向为从下到上且逐渐减小，在导线框abcd中的磁通量为向外减小，穿过金属环的磁通量向外减小，根据楞次定律可知，金属环内有逆时针方向的感应电流，且有扩张趋势，故B错误，C正确；在t2～t3时间内，B向下减小，且B的变化率逐渐减小，则螺线管中的感应电流方向为从上到下且逐渐减小，在导线框abcd中的磁通量为向里减小，穿过金属环的磁通量向里减小，根据楞次定律可知，金属环内有顺时针方向的感应电流，故D错误。
考点5 实验：探究影响感应电流方向的因素
1．数据处理
(1)实验结果示意图
(2)数据记录表格
表1 磁通量增大时的情况
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针(俯视)
向上
乙
向上
顺时针(俯视)
向下
表2 磁通量减小时的情况
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
丙
向下
顺时针(俯视)
向下
丁
向上
逆时针(俯视)
向上
(3)根据数据记录表格，归纳出影响感应电流方向的因素，并得出实验结论。
2．注意事项
(1)确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法，并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长而损坏电流表。
(2)电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。
(3)实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。
(4)按照控制变量的思想进行实验。
(5)进行完一种磁极运动情况的操作后，等电流表指针回零后再进行下一种情况的操作。
例5 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中：
(1)先观察电流表指针偏转方向与________方向的对应关系，查明线圈中导线的绕向，以便从指针的偏转方向确定感应电流的磁场方向。
(2)下表为某同学记录的实验现象：
序号
磁体磁场的方向(正视)
磁体运动情况
指针偏转情况
感应电流的磁场方向(正视)
1
向下
插入线圈
向左
向上
2
向下
拔出线圈
向右
向下
3
向上
插入线圈
向右
向下
4
向上
拔出线圈
向左
向上
①由实验记录1、3得出的结论：穿过闭合回路的磁通量________时，感应电流的磁场与原磁场方向________。
②由实验记录2、4得出的结论：穿过闭合回路的磁通量________时，感应电流的磁场与原磁场方向________。
③由实验1、2、3、4得出的结论是____________________________________。
(3)本实验涉及的物理规律在生产和生活中的应用有___________________。(举一例)
(1)如何判断电流激发的磁场的方向？
提示：根据安培定则判断。
(2)磁体插入线圈时，穿过线圈的磁通量如何变化？
提示：增大。
尝试解答 (1)电流 (2)①增大 相反 ②减小 相同 ③感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 (3)发电机(其他答案合理也可)。
(1)应该先观察电流表指针偏转方向与电流方向对应的关系，查明线圈中导线的绕向，以便从指针的偏转方向确定感应电流的磁场方向。
(2)①由实验记录1、3可知，磁体插入线圈，穿过闭合回路的磁通量增大；感应电流的磁场与原磁场方向相反；②由实验记录2、4可知，磁体从线圈中拔出，穿过闭合回路的磁通量减小，感应电流的磁场与原磁场方向相同；③根据①、②可得出结论：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(3)本实验涉及的物理规律在生产和生活中的应用有：发电机、变压器、无线充电器等。
在分析“探究影响感应电流方向的因素”的实验结果时，发现感应电流的方向与磁体磁场的方向并无直接关系，关键是引入“感应电流的磁场”这个中介，从而分析感应电流磁场的方向与引起感应电流的磁通量变化的关系。
[变式5] 某实验小组利用如图所示的条形磁体和楞次环“探究影响感应电流方向的因素”。
(1)用磁体磁极靠近和远离A环，观察实验现象，完成下表。
实验操作
磁体N极
靠近A环
磁体S极
靠近A环
磁体N极
远离A环
磁体S极
远离A环
实验现象
排斥
排斥
吸引
吸引
磁通量变化
增加
增加
减少
________
原磁场方向
指向A环
指向磁体
指向A环
________
感应电流磁场的方向与原磁场方向的关系
相反
相反
相同
________
感应电流磁场的方向
指向磁体
指向A环
指向A环
________
感应电流的方向(在A环靠近磁体一侧观察)
逆时针
顺时针
顺时针
________
(2)根据上表总结关于感应电流方向的实验结论：_______________________
__________________________________。
答案 (1)减少 指向磁体 相同 指向磁体 逆时针
(2)感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
解析 (1)使条形磁体S极远离A环时，穿过A环的磁通量减少，原磁场方向指向磁体，由题意知此时磁体S极与A环相吸引，根据环形电流可以等效为一个小磁针，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相同，因此感应电流的磁场方向指向磁体，由安培定则可知感应电流的方向为逆时针(在A环靠近磁体一侧观察)。
(2)结论是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
1.(2020·全国卷Ⅱ)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为( )
A．库仑 B.霍尔
C.洛伦兹 D.法拉第
答案 D
解析 由题意可知，当线圈中的交变电流在周围产生交变磁场时，圆管内部感应出涡电流，电流产生的热量使接缝处焊接。该过程利用的原理是电磁感应现象，其发现者为法拉第。故D正确。
2．(2020·全国卷Ⅲ)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
答案 B
解析 无论开关S拨至哪一端，当把电路接通的瞬间，左边线圈中的电流均从无到有，电流在线圈轴线上激发的磁场从无到有，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，反向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。故B正确。
3．(2019·全国卷Ⅲ)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现？( )
A．电阻定律 B.库仑定律
C．欧姆定律 D.能量守恒定律
答案 D
解析 楞次定律表述了感应电流的磁场方向，同时也体现了不同能量间的关系。总能量是守恒的，感应电流产生电能，电能是“阻碍”的结果，D正确。
4.(2018·全国卷Ⅰ)(多选)如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是( )
A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
答案 AD
解析 小磁针的N极的指向为该处磁场的方向。开关闭合后的瞬间，通过右边线圈的电流增大，在铁芯中产生由北向南的磁场增大，通过左侧的线圈的磁通量增大，根据楞次定律和安培定则可以判断，直导线的电流从南流向北，再根据安培定则可以判断，直导线电流在小磁针处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针N极向里转动，A正确；开关闭合并保持一段时间后，通过左侧线圈的磁通量不变，不会产生电磁感应现象，所以直导线无感应电流流过，小磁针在地磁场作用下恢复原指向，B、C错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，通过左侧线圈的磁通量减小，直导线产生由北流向南的电流，则小磁针N极向外转动，D正确。
5.(2017·全国卷Ⅲ)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
答案 D
解析 金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，闭合回路PQRS中磁场方向垂直纸面向里，磁通量增大，由楞次定律可判断，闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外，由安培定则可判断感应电流方向为逆时针；由于闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，与原磁场方向相反，则T中磁通量减小，由楞次定律可判断，T中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则可知T中感应电流方向为顺时针，D正确。
6．(2017·浙江4月选考节选)用如图所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从________(填“a到b”或“b到a”)。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图象应该是________。
答案 b到a A
解析 根据楞次定律可知，当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从b到a。磁体进入与离开线圈时电流方向相反，C错误；由于磁体离开线圈时的速度比进入时的速度快，故磁体离开线圈时线圈中的感应电流较大，故A正确，B、D错误。
时间：40分钟 满分：100分
一、选择题(本题共12小题，每小题7分，共84分。其中1～8题为单选，9～12题为多选)
1.如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是( )
A.BS B.NBS
C.BS D.NBS
答案 C
解析 磁通量与匝数无关，Φ＝BS中，B与S必须垂直。初态Φ1＝Bsin30°·S，末态Φ2＝－Bcos30°·S，磁通量的变化量大小ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|BS(－cos30°－sin30°)|＝BS，所以C正确。
2.(2017·江苏高考)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
答案 A
解析 根据Φ＝BS，S为有磁场区域的面积，且与磁场方向垂直，因此a、b两线圈的有效面积相等，故磁通量之比Φa∶Φb＝1∶1，A正确。
3．下列图中能产生感应电流的是( )
答案 B
解析 根据产生感应电流的条件可知，A中，电路没闭合，无感应电流产生；B中，电路闭合，且垂直磁感线的闭合回路的面积增大，则穿过闭合回路的磁通量增大，有感应电流产生；C中，穿过闭合线圈的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流产生；D中，闭合回路中的磁通量不发生变化，无感应电流产生。故选B。
4.(2020·北京市昌平区二模)如图所示，MN是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场。以下过程中，abcd中有感应电流产生且感应电流的方向为abcda的是( )
A．将abcd向左平移
B．将abcd垂直纸面向外平移
C．将abcd以MN为轴转动30°
D．将abcd以ab为轴转动30°
答案 C
解析 将abcd向左平移，则穿过导线框的磁通量向外增加，根据楞次定律可知，导线框中产生的感应电流方向是adcba，故A错误；将abcd垂直纸面向外平移，则穿过导线框的磁通量不变，导线框中无感应电流产生，故B错误；将abcd以MN为轴转动30°，则穿过导线框的磁通量向外减小，根据楞次定律可知，导线框中产生的感应电流方向是abcda，故C正确；将abcd以ab为轴转动30°，则穿过导线框的磁通量不变，导线框中无感应电流产生，故D错误。
5.(2021·北京市石景山区高三上期末)如图所示，矩形线圈MNPQ位于通电长直导线附近，线圈与导线在同一平面内，线圈的两个边与导线平行，其中PQ边上接有电容器C。如果在一段时间t0内，发现电容器C的上极板一直带正电，那么，在这段时间内，通电长直导线中通过电流i(电流方向向上为正)的图像可能为( )
答案 A
解析 电容器C的上极板一直带正电，说明矩形线圈MNPQ内的感应电动势的方向沿顺时针，根据楞次定律可知，穿过矩形线圈MNPQ的磁通量垂直纸面向里减小或垂直纸面向外增大，穿过矩形线圈MNPQ的磁场是由通电长直导线的电流产生的，根据安培定则，可知通电长直导线的电流向上减小，或向下增大，可知在这段时间内，通电长直导线中通过电流i的图像可能是A，而B、C、D都不可能，故选A。
6.(2020·浙江省绍兴市上虞区第二次教学质量调测)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
答案 C
解析 根据安培定则可知，螺线管b在其内部产生向下的磁场，当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，电路中总电阻减小，电流增大，磁感应强度变大，穿过线圈a的磁通量变大，根据楞次定律，线圈a中会产生阻碍磁通量变大的感应电流，即产生俯视逆时针方向的感应电流，故A、B错误；根据楞次定律的推论“增缩减扩”可知，线圈a有收缩的趋势，故C正确；根据楞次定律的推论“增离减靠”可知，线圈a有远离螺线管b的趋势，因此线圈a对水平桌面的压力FN将增大，故D错误。
7.(2020·北京市海淀区二模)为了演示“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”的现象，老师做了这样的演示实验：如图所示，水平横梁两端各固定一个铝环，其中A环是闭合的，B环是断开的，横梁可以绕中间的支点在水平面内转动。当装置静止不动时，用一磁体的N极去接近A环，发现A环绕支点沿顺时针(俯视)方向转动。若不考虑空气流动对实验结果的影响，关于该实验，下列说法中正确的是( )
A．若用磁体的S极接近A环，A环也将绕支点沿顺时针(俯视)方向转动
B．制作A、B环的材料只要是金属就行，很薄的铁环也可以得到相同的实验效果
C．制作A、B环的材料用绝缘材料也可以得到相同的实验效果
D．磁体接近A环的过程中，A环将有扩张的趋势
答案 A
解析 当磁体N极向A环靠近时，穿过A环的磁通量增加，A环是闭合的，会产生感应电流，磁体对A环产生安培力，阻碍两者相对运动，因此为阻碍磁体靠近，A环出现顺时针(俯视)转动现象；同理，磁体S极接近A环时，A环也将绕支点顺时针(俯视)转动，故A正确。制作A、B环的材料必须是金属导体，很薄的铁环电阻较大，产生的感应电流较小，且会被磁化吸引，不能得到相同的实验效果，故B错误。若制作A、B环的材料用绝缘材料，则在A环中不会产生感应电流，则磁体对A环无安培力作用，A环不会绕支点转动，故C错误。磁体接近A环的过程中，穿过A环的磁通量增加，根据楞次定律可知，A环将有收缩的趋势，故D错误。
8．(2020·河北省高三第二次省际调研)如图甲所示，线圈ab中通有如图乙所示的电流，电流从a到b为正方向，那么在0～t0这段时间内，用丝线悬挂的铝环M中产生感应电流，则( )
A．从左向右看感应电流的方向为顺时针
B．从左向右看感应电流的方向为先顺时针后逆时针
C．感应电流的大小先减小后增加
D．铝环与线圈之间一直有磁场力的作用，作用力先向左后向右
答案 A
解析 电流从a到b为正方向，由图乙可知，开始时电流为正且逐渐减小，由右手螺旋定则可知，铝环M中的磁场水平向右，由于电流减小，所以磁通量变小，根据楞次定律可得，铝环M中产生的感应电流方向为顺时针(从左向右看)；由图乙可知，电流减小到零后反向增大，电流从b流向a，由右手螺旋定则可知，铝环M中的磁场水平向左，电流增大，则通过铝环M的磁通量变大，根据楞次定律可得，铝环M中产生的感应电流方向为顺时针(从左向右看)，故A正确，B错误。由图乙可知，ab内的电流的变化率不变，则产生的磁场的磁感应强度的变化率不变，根据法拉第电磁感应定律可知，铝环M产生的感应电动势的大小不变，所以感应电流的大小也不变，故C错误。当线圈ab中电流为零时，铝环M和线圈之间无磁场力作用，故D错误。
9.(2020·河北省衡水中学三月份教学质量监测)如图所示，两个条形磁体的N极和S极相向水平放置，一竖直放置的矩形线框从两个磁体之间正上方由静止落下，并从两磁体中间穿过。下列关于线框受到的安培力及从右向左看感应电流的方向说法正确的是( )
A．感应电流方向先沿逆时针方向，后沿顺时针方向
B．感应电流方向先沿顺时针方向，后沿逆时针方向
C．安培力方向一直竖直向上
D．安培力方向先竖直向上，后竖直向下
答案 BC
解析 由图可知，磁感线由左向右，且中间磁感应强度最大，而向上下两边越来越小，故在矩形线框从高处下落过程中，穿过线框的磁通量一直向右，且先增大后减小，由楞次定律可知，从右向左看，线框中感应电流方向先沿顺时针方向，后沿逆时针方向，故B正确，A错误；产生的感应电流一直阻碍线框与磁体间的相对运动，故线框受到的安培力的方向一直竖直向上，故C正确，D错误。
10．(2020·陕西省渭南市高三(下)教学质量检测)匀强磁场方向垂直纸面，规定垂直纸面向里的方向为正，磁感应强度B随时间t变化规律如图甲所示。在磁场中有一细金属矩形回路，回路平面位于纸面内，如图乙所示。令I1、I2、I3分别表示Oa、ab、bc段的感应电流，F1、F2、F3分别表示Oa、ab、bc段回路右侧PQ边受到的安培力。则( )
A．I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向
B．I2沿逆时针方向，I3沿顺时针方向
C．F1方向向左，F2方向向右
D．F2方向向右，F3方向向右
答案 AC
解析 由楞次定律可知，Oa段感应电流I1沿逆时针方向，ab、bc段感应电流I2、I3沿顺时针方向，故A正确，B错误。Oa段回路右侧PQ边中电流由Q流向P，磁感应强度方向垂直纸面向里，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F1方向向左；ab段PQ边中电流由P流向Q，磁感应强度方向垂直纸面向里，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F2方向向右；bc段PQ边中电流由P流向Q，磁感应强度方向垂直纸面向外，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F3方向向左，故C正确，D错误。
11．(2020·吉林省吉林市高三(下)毕业班第四次调研)如图甲所示，等离子气流由左方连续以速度v0射入M和N两板间的匀强磁场中，ab直导线与M、N相连接，线圈A与直导线cd连接，线圈A内有按图乙所示规律变化的磁场，且规定向左为磁场B的正方向，则下列叙述正确的是( )
A．0～1 s内，ab、cd导线互相排斥
B．1～2 s内，ab、cd导线互相吸引
C．2～3 s内，ab、cd导线互相吸引
D．3～4 s内，ab、cd导线互相排斥
答案 BD
解析 根据左手定则，可判定等离子气流中的正离子向上极板M偏转，负离子向下极板N偏转，所以ab中电流方向是由a流向b。由图乙可知，在0～1 s内，线圈A内磁场方向向右，磁感应强度减小，由楞次定律可知感应电流方向是由c流向d，由于ab、cd导线内电流的方向相同，则互相吸引，故A错误；在1～2 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度增加，由楞次定律可知感应电流的方向是由c流向d，由于ab、cd导线内电流的方向相同，则互相吸引，故B正确；在2～3 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度减小，由楞次定律可知感应电流的方向是由d流向c，由于ab、cd导线内电流的方向相反，则互相排斥，故C错误；在3～4 s内，线圈A内磁场方向向右，磁感应强度增加，由楞次定律可知感应电流的方向是由d流向c，由于ab、cd导线内电流的方向相反，则互相排斥，故D正确。
12.(2020·四川省成都第七中学零诊)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，铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引( )
A．向右做匀速运动 B.向左做减速运动
C．向右做减速运动 D.向右做加速运动
答案 BC
解析 导体棒ab向右或向左做匀速运动时，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，线圈c不受安培力作用，不会被螺线管吸引，故A错误；导体棒ab向左做减速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从b→a，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中产生逆时针方向(从左向右看)的感应电流，右侧相当于S极，螺线管左侧是N极，则线圈c被螺线管吸引，故B正确；导体棒ab向右做减速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从a→b，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中产生顺时针方向(从左向右看)的感应电流，右侧相当于N极，螺线管左侧是S极，则线圈c被螺线管吸引，故C正确；导体棒ab向右做加速运动时，根据右手定则判断得到，ab中产生的感应电流方向从a→b，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中产生逆时针方向(从左向右看)的感应电流，右侧相当于S极，螺线管左侧是S极，则线圈c被螺线管排斥，故D错误。
二、非选择题(本题共2小题，共16分)
13．(8分)如图所示的器材可用来研究电磁感应现象并探究影响感应电流方向的因素。
(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，除了查清流入电流表的电流方向与指针偏转方向之间的关系之外，还应查清________中导线的绕制方向。(选填“A”“B”或“A和B”)
(3)闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P置于最________端。(选填“左”或“右”)
答案 (1)如图所示 (2)A和B (3)右
解析 (1)研究电磁感应现象的实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、线圈A组成闭合电路，电流表与线圈B组成另一个闭合电路。实验电路图如答案图所示。
(2)在实验过程中，需要确定线圈A中电流的磁场方向和线圈B中感应电流的磁场方向，故还应查清线圈A与线圈B中导线的绕制方向。
(3)闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P置于最右端，以保护电路。
14．(8分)图示为实验“探究感应电流方向的规律”的电路图。
(1)闭合开关时发现电流表的指针向右偏了一下，那么闭合开关后将线圈A迅速插入线圈B时，电流表指针将________；接着将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动，电流表指针________。(均选填“向左偏”“向右偏”或“不偏”)
(2)某同学在完成实验后未断开开关，也未把A、B两线圈和铁芯分开放置。在拆除电路时突然被电击了一下，则被电击是在拆除________(选填“A”或“B”)线圈所在电路时发生的；分析可知，要避免电击发生，在拆除电路前应________(选填“断开开关”或“把A、B线圈分开放置”)。
答案 (1)向右偏 向左偏 (2)A 断开开关
解析 (1)闭合开关时，电流表指针向右偏，说明线圈B中磁通量增加时，会使电流表指针向右偏。闭合开关后将线圈A迅速插入线圈B，线圈B中的磁通量增加，故电流表指针将向右偏；将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时，线圈A所在电路总电阻增大，电流减小，线圈B中的磁通量减小，故电流表指针将向左偏。
(2)在拆除线圈A时，线圈A中电流快速减小，由于自感作用，线圈A中会产生很大的感应电动势，导致该同学被电击；要避免电击发生，在拆除电路前应断开开关。
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