高考物理一轮复习 第10章 第1节　电磁感应现象　楞次定律

这是一份高考物理一轮复习 第10章 第1节　电磁感应现象　楞次定律，共13页。

说明：(1)导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于l垂直于B、v的情况．
(2)在电磁感应现象里，不要求判断内电路中各点电势的高低．
(3)不要求用自感系数计算自感电动势．
第1节 电磁感应现象 楞次定律
知识点1 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＝B·S.
适用条件：(1)匀强磁场；(2)S为垂直磁场的有效面积．
3．矢标性
磁通量的正、负号不表示方向，磁通量是标量．
知识点2 电磁感应现象
1．电磁感应现象
当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象．
2．产生感应电流的条件
(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．
(2)特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．
知识点3 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场的磁通量的变化．
(2)适用范围：一切电磁感应现象．
2．右手定则
(1)内容：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)适用情况：导体切割磁感线产生感应电流．
[物理学史链接]
(1)1831年，英国物理学家法拉第发现了——电磁感应现象．
(2)1834年，俄国物理学家楞次总结了确定感应电流方向的定律——楞次定律．
1．正误判断
(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生．(×)
(2)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生．(√)
(3)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势．(√)
(4)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．(×)
(5)回路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍”作用．(×)
(6)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化．(√)
2．[感应电流的产生条件](2017·佛山高三质检)如图10­1­1所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合．要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有( )
【导学号：92492360】
图10­1­1
A．使通电螺线管中的电流发生变化
B．使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C．使线圈a以MN为轴转动
D．使线圈绕垂直于MN的直径转动
D [在A、B、C三种情况下，穿过线圈a的磁通量始终为零，因此不产生感应电流，A、B、C错误；选项D中，当线圈绕垂直于MN的直径转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，故D正确．]
3．[判断感应电流的方向](2017·南京高三质检)如图10­1­2所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A点做切线OO′，OO′与线圈在同一平面上．在线圈以OO′为轴翻转180°的过程中，线圈中电流流向( )
图10­1­2
A．始终由A→B→C→A
B．始终由A→C→B→A
C．先由A→C→B→A再由A→B→C→A
D．先由A→B→C→A再由A→C→B→A
A [在线圈以OO′为轴翻转0～90°的过程中，穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减小，则感应电流产生的磁场垂直桌面向下，由右手定则可知感应电流方向为A→B→C→A；线圈以OO′为轴翻转90°～180°的过程中，穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，则感应电流产生的磁场垂直桌面向上，由右手定则可知感应电流方向仍然为A→B→C→A，A正确．]
4．[右手定则的应用](多选)在北半球，地磁场的水平分量由南向北，竖直分量竖直向下．北京平安大街上，如图10­1­3所示，某人骑车从东往西行驶，则下列说法正确的是( )
图10­1­3
A．自行车左车把的电势比右车把的电势高
B．自行车左车把的电势比右车把的电势低
C．图中辐条AB此时A端比B端的电势高
D．图中辐条AB此时A端比B端的电势低
AD [从东往西，车把切割地磁场的竖直分量，由右手定则知左车把电势高，而辐条切割水平分量，B端电势高，即A、D正确．]
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．判断电磁感应现象是否发生的一般流程
[题组通关]
1．(2014·全国卷Ⅰ)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
D [选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B不能观察到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也不能观察到电流表的变化；选项D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选D.]
2.将一圆形导线环水平放置，在圆环所在的空间加上一水平向右的匀强磁场，mn、pq为圆环上两条互相垂直的直径，mn为水平方向，pq为竖直方向．则下列选项中能使圆环中产生感应电流的是( )
【导学号：92492361】
图10­1­4
A．让圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动
B．让圆环在水平面内向右平动
C．让圆环以mn为轴转动
D．让圆环以pq为轴转动
D [圆环在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，根据ΔΦ＝B·ΔS知：只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定改变，回路中一定有感应电流产生．当圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动时，圆环相对磁场的正对面积始终为零，因为ΔS＝0，因而无感应电流产生，A错误；当圆环水平向右平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错误；当圆环以mn为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当圆环以pq为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积发生了改变，回路中产生了感应电流，D正确．]
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
(1)用楞次定律判断
(2)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、四指、拇指的方向：
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．
[多维探究]
●考向1 线圈类感应电流方向的判断
1．如图10­1­5甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示．在0～eq \f(T,2)时间内，直导线中电流向上，则在eq \f(T,2)～T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是( )
图10­1­5
A．顺时针，向左 B．逆时针，向右
C．顺时针，向右D．逆时针，向左
B [在0～eq \f(T,2)时间内，直导线中电流向上，由题图乙知，在eq \f(T,2)～T时间内，直导线电流方向也向上，根据安培定则知，导线右侧磁场的方向垂直纸面向里，电流逐渐增大，则磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生逆时针方向的感应电流．根据左手定则，金属线框左边受到的安培力方向向右，右边受到的安培力向左，离导线越近，磁场越强，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属线框所受安培力的合力方向向右，故B正确，A、C、D错误．]
●考向2 切割类感应电流方向的判断
2．如图10­1­6所示，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，垂直纸面向外的匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，则( )
图10­1­6
A．若固定ab，使cd向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向为a→b→d→c→a
B．若ab、cd以相同的速度一起向右运动，则abdc回路有电流，电流方向为a→c→d→b→a
C．若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路中的电流为零
D．若ab、cd都向右运动，且两杆速度vcd>vab，则abdc回路有电流，电流方向为a→c→d→b→a
D [由右手定则可判断出A项做法使回路产生顺时针方向的电流，故A项错；若ab、cd同向运动且速度大小相同，ab、cd所围面积不变，磁通量不变，故不产生感应电流，故B项错；若ab向左，cd向右，则abdc回路中有顺时针方向的电流，故C项错；若ab、cd都向右运动，且两杆速度vcd>vab，则ab、cd所围面积变大，磁通量也变大，由楞次定律可判断出，abdc回路中产生顺时针方向的电流，故D项正确．]
3．(多选)如图10­1­7所示，在直线电流附近有一根金属棒ab，当金属棒以b端为圆心，以ab为半径，在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时( )
【导学号：92492362】
图10­1­7
A．a端聚积电子
B．b端聚积电子
C．金属棒内电场强度等于零
D．棒ab两端的电势φa>φb
BD [根据右手定则可确定棒b端聚积电子，A错，B对；由于a、b两端存在电势差，φa>φb，故金属棒中电场强度不等于零，C错，D对．]
利用楞次定律判断感应电流方向的方法
可概括为“一原二变三感四螺旋”．第一步，确定原磁场的方向；第二步，确定磁通量的变化；第三步，根据楞次定律确定感应电流所产生的磁场的方向；第四步，根据右手螺旋定则确定感应电流的方向．
[母题] (多选)如图10­1­8所示，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( )
图10­1­8
A．向右加速运动
B．向左加速运动
C．向右减速运动
D．向左减速运动
【自主思考】
(1)如何判断MN所在处的磁场方向？由MN的运动方向，如何进一步判断MN中的电流方向？
提示：根据安培定则判断ab中电流产生的磁场方向，进而确定MN处的磁场方向为垂直纸面向里，再由左手定则判断MN中电流的方向，应为由M到N.
(2)如何判断线圈L1中的磁场方向和L2中磁场的方向及变化情况？
提示：根据安培定则判断L1中的磁场方向，再由楞次定律判断L2中磁场的方向及变化．
(3)如何判断PQ的运动情况？
提示：已知L2中的磁场方向及变化情况，可根据安培定则和右手定则判断PQ的运动情况．
BC [MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里eq \(――→,\s\up14(左手定则))MN中的感应电流由M→Neq \(――→,\s\up14(安培定则))L1中感应电流的磁场方向向上eq \(――→,\s\up14(楞次定律))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(L2中磁场方向向上减弱,L2中磁场方向向下增强))；若L2中磁场方向向上减弱eq \(――→,\s\up14(安培定则))PQ中电流为Q→P且减小eq \(――→,\s\up14(右手定则))向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强eq \(――→,\s\up14(安培定则))PQ中电流为P→Q且增大eq \(――→,\s\up14(右手定则))向左加速运动．]
[母题迁移]
(多选)图10­1­9所示装置中，cd杆原来静止．当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动( )
图10­1­9
A．向右匀速运动B．向右加速运动
C．向左加速运动 D．向左减速运动
BD [ab匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变，L2中无感应电流产生，cd保持静止，A错误；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下增大，通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C错误，D正确．]
“三个定则、一个定律”的应用对比
[母题] 如图10­1­10所示，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，下列表述正确的是( )
图10­1­10
A．线圈a中将产生俯视时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有扩张的趋势
D．线圈a对水平桌面的压力N将增大
D [通过螺线管b的电流如图所示，根据右手螺旋定则判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下，滑片P向下滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路电流增大，所产生的磁场的磁感应强度增强，根据楞次定律可知，线圈a中所产生的感应电流的磁场方向竖直向上，再由右手定则可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向，A错误；由于螺线管b中的电流增大，所产生的磁感应强度增强，线圈a中的磁通量应变大，B错误；根据楞次定律可知，线圈a将阻碍磁通量的增大，因此，线圈a有缩小且远离螺线管的趋势，线圈a对水平桌面的压力将增大，C错误、D正确．]
[母题迁移]
●迁移1 磁体靠近两自由移动的金属环
1．如图10­1­11所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是( )
图10­1­11
A．同时向左运动，间距增大
B．同时向左运动，间距减小
C．同时向右运动，间距减小
D．同时向右运动，间距增大
B [根据“来拒去留”可知，两环同时向左运动，又因两环中产生同向的感应电流，相互吸引，故两环间距又减小，B正确．]
●迁移2 磁体靠近面积可变的金属线圈
2. (多选)如图10­1­12所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时( )
图10­1­12
A．P、Q将相互靠拢
B．P、Q将相互远离
C．磁铁的加速度仍为g
D．磁铁的加速度小于g
AD [根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总要反抗产生感应电流的原因．本题中“原因”是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近．所以，P、Q将互相靠近且磁铁的加速度小于g，应选A、D.]
●迁移3 磁体先靠近又远离金属线圈
3.如图10­1­13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．则关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力Ff的情况，以下判断正确的是( )
【导学号：92492363】
图10­1­13
A．FN先大于mg，后小于mg
B．FN一直大于mg
C．Ff先向左，后向右
D．线圈中的电流方向始终不变
A [条形磁铁向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增加后减小，为阻碍磁通量的变化，线圈先有向下的运动趋势，后有向上的运动趋势，故FN先大于mg，后小于mg，A项正确，B项错误；条形磁铁相对线圈一直向右运动，为阻碍相对运动，线圈有向右运动的趋势，故摩擦力Ff一直向左，C项错误；线圈中的磁通量先增加后减小，据楞次定律可知，感应电流的方向(俯视)先逆时针后顺时针，D项错误．]
四个常用推论
对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的“效果”总是阻碍产生感应电流的原因，可由以下四种方式呈现：
1．阻碍原磁通量的变化，即“增反减同”．
2．阻碍相对运动，即“来拒去留”．
3．使线圈面积有扩大或缩小的趋势，即“增缩减扩”．
4．阻碍原电流的变化(自感现象)，即“增反减同”．

电磁感应现象的判断
对楞次定律的理解及应用
“三定则、一定律”的综合应用
名称
基本现象
因果关系
应用的定则或定律
电流的磁效应
运动电荷、电流产生磁场
因电生磁
安培定则
洛伦兹力、安培力
磁场对运动电荷、电流有作用力
因电受力
左手定则
电磁感应
部分导体做切割磁感线运动
因动生电
右手定则
闭合回路磁通量变化
因磁生电
楞次定律
楞次定律推论的综合应用