2021高考物理鲁科版一轮复习教师用书：第十章第1节　电磁感应现象　楞次定律

第十章　电磁感应

[全国卷考情分析]——供老师参考

第1节　电磁感应现象　楞次定律

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的乘积叫做穿过这个面积的磁通量.

2.公式:Φ=BS,单位符号是Wb.

3.适用条件

(1)匀强磁场.

(2)S为垂直于磁场的有效面积.

4.物理意义:相当于穿过某一面积的磁感线的条数.

二、电磁感应现象

1.电磁感应现象

因磁通量的变化而产生电流的现象.

2.产生感应电流的两种情况

(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化.

(2)闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.

3.产生电磁感应现象的实质

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,则只有感应电动势,而无感应电流.

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)适用范围:一切电磁感应现象.

2.右手定则

(1)内容:如图,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平面内;让磁感线垂直穿入手心,并使拇指指向导线运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向.

(2)适用情况:导线切割磁感线产生感应电流.

1.思考判断

(1)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关.(　√　)

(2)1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象.(　√　)

(3)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反.(　×　)

(4)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生.(　×　)

(5)感应电流的磁场一定阻止引起感应电流的磁场的磁通量的变化.(　×　)

2.

(2019·江苏泰州模拟)如图所示,匀强磁场垂直圆形线圈指向纸内,a,b,c,d为圆形线圈上等距离的四点,现用外力在上述四点将线圈拉成正方形,且线圈仍处在原平面内,则在线圈发生形变的过程中(　A　)

A.线圈中将产生abcda方向的感应电流

B.线圈中将产生adcba方向的感应电流

C.线圈中的感应电流方向无法判断

D.线圈中无感应电流

解析:周长一定时,圆形的面积最大.现用外力在四点将线圈拉成正方形,线圈面积变小,磁通量变小,有感应电流产生,由楞次定律可知线圈中将产生顺时针方向的感应电流,故A正确.

3.

(2019·江西景德镇模拟)(多选)如图所示,一根长导线弯曲成“”形,通以直流电流I,正中间用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,下列判断正确的是(　BC　)

A.金属环中无感应电流产生

B.金属环中有逆时针方向的感应电流

C.悬挂金属环C的绝缘线的拉力大于环的重力

D.悬挂金属环C的绝缘线的拉力小于环的重力

解析:由Φ=BS知,金属环的面积S不变,I增大,B增大,所以金属环中有感应电流产生,A错误;由楞次定律得,金属环中感应电流方向沿逆时针,B正确;由于环的上半部分所在处的磁感应强度大于下半部分所在处的磁感应强度,由左手定则可知F方向向下,所以F拉=mg+F,拉力大于重力,C正确,D错误.

4.

(2019·山东枣庄模拟)(多选)如图所示,水平放置的圆形闭合铜线圈沿着固定的条形磁铁的竖直轴线自由下落.则在它穿过条形磁铁的过程中(　AC　)

A.线圈中感应电流的方向从上向下看先顺时针再逆时针

B.线圈中感应电流方向没有改变

C.线圈所受的安培力始终为阻力

D.线圈的机械能增加

解析:线圈靠近磁铁时磁通量向上增加,由楞次定律知,产生的感应电流阻碍磁通量的增加,感应电流的磁场方向向下,感应电流方向为顺时针,线圈所受的安培力向上;同理,线圈远离磁铁时,线圈产生逆时针方向的电流,安培力向上,所以安培力始终为阻力.安培力对线圈做负功,线圈的机械能减小,A,C正确,B,D错误.

考点一　电磁感应现象的判断

1.引起磁通量Φ变化的常见情况

(1)电路中部分导线做切割磁感线运动,回路面积S变化导致Φ变化.

(2)回路中磁感应强度B随时间或位置发生变化导致Φ变化.

(3)线圈在磁场中转动(B与S的夹角发生变化)或B,S都变化后,其乘积BS发生变化,导致Φ变化.

2.常见的产生感应电流的三种情况

[例1]

(2019·上海静安区二模)如图所示,一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内,螺线管的中心线正好和线圈的一条直径MN重合.要使线圈a中产生感应电流,可采用的方法有(　D　)

A.将螺线管在线圈a所在平面内转动

B.使螺线管上的电流发生变化

C.使线圈a以MN为轴转动

D.使线圈a以与MN垂直的一条直径为轴转动

解析:图中位置,穿过线圈a中的磁通量为零,使螺线管上的电流发生变化,或使螺线管在线圈a所在平面内转动,或使线圈a以MN为轴转动,穿过线圈中的磁通量依然总是为零,只有使线圈a以与MN垂直的一条直径为轴转动,才能改变穿过线圈中的磁通量,D项正确.

[针对训练]

在匀强磁场中,有两条平行金属导轨a,b,磁场方向垂直a,b所在的平面向下,c,d为串接有电流表、电压表的两金属棒,如图所示,两棒以相同的水平速度向右匀速运动,则以下结论正确的是(　D　)

A.电压表有读数,电流表没有读数

B.电压表有读数,电流表也有读数

C.电压表无读数,电流表有读数

D.电压表无读数,电流表也无读数

解析:当两棒以相同的水平速度向右匀速运动时,回路的磁通量不变,没有感应电流产生,电流表没有读数.电压表是由电流表改装而成的,核心的部件是电流表,没有电流,指针不偏转,电压表也没有读数.故A,B,C错误,D正确.

考点二　楞次定律的理解与应用

1.楞次定律中“阻碍”的含义

2.楞次定律的拓展应用

[例2]

(2019·湖南衡阳二模)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　)

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,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,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

解析: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.

1.(增反减同)(多选)如图(甲)所示为放在同一水平面内的两个闭合同心圆形线圈A,B,线圈A中通入如图(乙)所示的电流,t=0时电流方向为顺时针[如图(甲)中箭头所示],则下列说法中正确的是(　ABD　)

A.在t1~t2时间内,线圈B内有顺时针方向的电流,线圈B有扩张的趋势

B.在t1~t2时间内,线圈B内感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里

C.在0~t1时间内,线圈B内有逆时针方向的电流

D.在0~t1时间内,线圈B有收缩的趋势

解析:由图(乙)可知,线圈A中的电流先顺时针减小后逆时针增大,产生的磁场先减小后增大,根据楞次定律“增反减同”可知,线圈B中的感应电流方向一直为顺时针方向;两线圈中的电流先同向后反向,两线圈先吸引后排斥,线圈B先有收缩趋势后有扩张趋势,故A,B,D正确,C错误.

2.

(来拒去留)如图所示,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时,若线圈始终不动,则关于线圈受到的支持力N及在水平方向运动趋势的判断,正确的是(　D　)

A.N先小于mg后大于mg,运动趋势向左

B.N先大于mg后小于mg,运动趋势向左

C.N先小于mg后大于mg,运动趋势向右

D.N先大于mg后小于mg,运动趋势向右

解析:根据楞次定律“来拒去留”分析知线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力,运动趋势总是向右,D项正确.

考点三　“三定则一定律”的综合应用

1.“三个定则、一个定律”的应用对比

2.三定则一定律的应用技巧

(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方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定.

[例3] (2019·广东佛山二模)如图所示,金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路,金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动,则(　C　)

A.ab棒不受安培力作用

B.ab棒所受安培力的方向向右

C.ab棒向右运动速度v越大,所受安培力越大

D.螺线管产生的磁场,A端为N极

解析:金属棒ab向右运动切割磁感线,根据右手定则判断感应电流方向由b→a,再根据左手定则判断棒所受安培力水平向左,故A,B错误;ab的速度越大,感应电流越大,所受安培力就越大,C正确;根据安培定则可判定螺线管的B端为N极,A端为S极,D错误.

(2)左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于区分,可把两个定则简单地总结为“通电受力用左手,运动生

电用右手”.“力”的最后一笔“丿”方向向左,用左手;“电”的最后一笔“乚”方向向右,用右手.

1.

(2019·河南许昌联考)(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(　AB　)

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:P向右摆动的过程中,线框中的磁通量减少,根据楞次定律,P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看),选项A正确;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),Q中的电流方向也为顺时针方向(从右向左看),由左手定则知,Q线圈下侧将受到向右的安培力作用,所以Q也会向右摆动,选项B正确,C错误;若用手左右摆动Q,切割磁感线产生感应电动势,P线圈中产生感应电流,在安培力作用下发生摆动,选项D错误.

2.

(2019·湖南岳阳二模)(多选)如图所示,要使铜制线圈c中有感应电流产生且被螺线管吸引,则金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做的运动可能是(　BC　)

A.向右的匀速运动 B.向左的减速运动

C.向右的减速运动 D.向右的加速运动

解析:当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定,无感应电流出现,A项错误;当导体棒向左做减速运动时,由右手定则可判定回路中出现了方向为b→a且大小减小的感应电流,由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左且在减弱,由楞次定律知c中出现顺时针方向(从右向左看)的感应电流且被螺线管吸引,B项正确;同理可判定C项正确,D项错误.

1.(2019·全国Ⅲ卷,14)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现?(　D　)

A.电阻定律 B.库仑定律

C.欧姆定律 D.能量守恒定律

解析:楞次定律指感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,这种阻碍作用做功将其他形式的能转变为感应电流的电能,所以楞次定律的阻碍过程实质上就是能量转化的过程,选项D正确.

2.(2017·全国Ⅰ卷,18)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示.无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　A　)

解析:紫铜薄板上下振动时,方案B,C,D中穿过薄板的磁通量不发生变化,没有感应电流产生;方案A中,无论是上下还是左右振动,薄板中的磁通量都会发生变化,产生的感应电流会阻碍紫铜薄板上下及其左右振动,达到衰减的效果,选项A正确.

3.(2018·全国Ⅰ卷,19)(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(　AD　)

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

解析:根据安培定则,开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场.根据楞次定律,直导线上将产生由南向北的电流,根据安培定则,直导线上方的磁场垂直纸面向里,故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,A正确;开关闭合并保持一段时间后,直导线上没有感应电流,故小磁针的N极指北,B,C错误;开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,根据楞次定律,直导线上将产生由北向南的电流,这时直导线上方的磁场垂直纸面向外,故小磁针N极朝垂直纸面向外的方向转动,D正确.

4.

(2019·河北衡水中学模拟)(多选)如图所示,将若干匝线圈固定在光滑绝缘杆上,另一个金属环套在杆上与线圈共轴,当合上开关时线圈中产生磁场,金属环就可被加速弹射出去.现在线圈左侧同一位置处,先后放置形状、大小相同的铜环和铝环(两环分别用横截面积相等的铜和铝导线制成),且铝的电阻率大于铜的电阻率,闭合开关S的瞬间,下列描述正确的是(　AC　)

A.从左侧看环中感应电流沿顺时针方向

B.线圈沿轴向有伸长的趋势

C.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力

D.若金属环出现断裂,不会影响其向左弹射

解析:线圈中通电,由安培定则可知磁场方向向左,通过金属环的磁通量增加,从左侧看环中有顺时针方向的感应电流,故A项正确;异向电流互相排斥,环与线圈相互排斥,且线圈之间电流方向相同,相互吸引,因此,线圈有缩短的趋势,B项错误;因铜环的电阻小,铜环中感应电流大,受到的安培力大,C项正确;若金属环出现断裂,就不能构成闭合回路,环中有感应电动势,无感应电流,不受安培力作用,故不会被向左弹出,D项错误.