高考物理一轮复习第十章电磁感应第1课时电磁感应现象和楞次定律学案新人教版

第十章 电磁感应

　　　　　　　　　　　　　　[定标——核心素养]　　　　　　　　　　　　　　 　　

[定位——主干知识]

1.电磁感应现象　　　2.磁通量

3．法拉第电磁感应定律

4．楞次定律  5.自感、涡流

6．实验：探究影响感应电流方向的因素

第1课时　电磁感应现象和楞次定律

必备知识(一)　实验：探究影响感应电流方向的因素

1．(2021·烟台模拟)为了探究电磁感应现象，某实验小组将电池、线圈A、线圈B、滑动变阻器、灵敏电流计、开关按照如图所示的方式连接。当闭合开关时发现灵敏电流计的指针右偏。由此可知：

(1)当滑动变阻器的滑片P向右移动时，灵敏电流计的指针________(填“左偏” “不动”或“右偏”)；

(2)将线圈A拔出时，灵敏电流计的指针________(填“左偏”“不动”或“右偏”)，此时线圈A与线圈B中电流的绕行方向________(填“相同”或“相反”)。

解析：(1)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，说明穿过线圈的磁通量增加时，电流计指针向右偏。合上开关后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，接入电路的电阻变小，电流增大，穿过线圈的磁通量增大，电流计指针将向右偏；

(2)将线圈A拔出时，穿过B的磁通量减小，电流表指针向左偏；根据楞次定律的推论“增反减同”可知此时两线圈中的电流流向相同。

答案：(1)右偏　(2)左偏　相同

2．如图所示，是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。

(1)将实物电路中所缺的导线补充完整。

(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将线圈L1迅速插入线圈L2中，灵敏电流计的指针将__________偏转(选填“向左”“向右”或“不”)。

(3)线圈L1插入线圈L2后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，灵敏电流计的指针将________偏转(选填“向左”“向右”或“不”)。

解析：(1)补充的实物电路如图所示。

(2)已知闭合开关瞬间，穿过线圈L2的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转。当开关闭合后，将线圈L1迅速插入线圈L2中时，穿过线圈L2的磁通量增加，由已知条件可知产生的感应电流也使灵敏电流计的指针向右偏转。

(3)滑动变阻器的滑片迅速向右移动，线圈L1中的电流变小，穿过线圈L2的磁通量减少，则灵敏电流计的指针向左偏转。

答案：(1)见解析图　(2)向右　(3)向左

[系统归纳]

1．实验设计

如图所示，条形磁铁插入或拔出线圈来改变穿过螺线管的磁通量，利用电流表指针的偏转方向判断感应电流的方向。

2．实验现象

3．实验结论

当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。

4．注意事项

实验前应首先查明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系，判断的方法是：采用如图所示的电路，把一节干电池与电流表及线圈串联，由于电流表量程较小，所以在电路中应接入限流式滑动变阻器R，电池采用旧电池，开关S采用瞬间接触，记录指针偏转方向。

必备知识(二)　电磁感应现象

1．[电磁感应现象的认识]

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

解析：选D　只形成闭合回路，回路中的磁通量不变化，不会产生感应电流，A、B错误；线圈中插入条形磁铁瞬间回路中磁通量有变率，电流表有变化，磁铁不动后电流表无变化，C错误；给线圈通电或断电瞬间，通过闭合回路的磁通量变化，会产生感应电流，能观察到电流表的变化，D正确。

2．[感应电流有无的判断]

下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是(　　)

解析：选A　开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，故A符合题意；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流，故B不符合题意；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，故C不符合题意；铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的无数辐条切割磁感线，与外电路构成闭合回路，产生感应电流，故D不符合题意。

3．[磁通量的认识]

磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的直导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设前后两次通过线框的磁通量变化大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　)

A．ΔΦ1＞ΔΦ2　　　　　　 B．ΔΦ1＝ΔΦ2

C．ΔΦ1＜ΔΦ2   D．无法确定

解析：选C　第一次将线框由位置1平移到位置2，磁感线从线框的同一侧穿入，ΔΦ1为前后两位置磁通量的绝对值之差。第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线从线框的不同侧穿入，ΔΦ2为前后两位置磁通量的绝对值之和。故ΔΦ1 ＜ΔΦ2，选项C正确。

[系统归纳]

1．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中做切割磁感线运动。

2．判断有无感应电流的步骤

(1)确定研究的回路。

(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定穿过该回路的磁通量Φ。

(3)

　　　　必备知识(三)　楞次定律与右手定则　　　　　　　　　　　

1．[右手定则的理解及应用]

下列各图表示闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情景，其中能产生由a到b方向的感应电流的是(　　)

[系统归纳]

右手定则

 (1)使用方法

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：适用于部分导线切割磁感线的情况。

2.[楞次定律的理解及应用]

(1)[增反减同]

(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

(2)[来拒去留]

(2021·北京西城区期末)

如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。如果在磁铁下端的水平桌面上放一个固定的闭合线圈，并使磁铁上下振动。磁铁在向下运动的过程中，下列说法正确的是(　　)

A．线圈给磁铁的磁场力始终向上

B．线圈给磁铁的磁场力先向上再向下

C．线圈给磁铁的磁场力始终向下

D．线圈给磁铁的磁场力先向下再向上

(3)[增缩减扩]

均匀分布着负电荷，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木盘A的轴线OO′重合。现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，则(　　)

A．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大

B．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小

C．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小

D．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大

楞次定律

(1)判断感应电流方向的“四步法”

(2)“来拒去留”的理解

(3)“增缩减扩”的理解

[精解详析]

1．选A　A图是闭合电路，导体棒ab垂直切割磁感线，能产生感应电流，根据右手定则判断知，感应电流方向由a到b，故A正确。B图中导体不闭合，尽管切割磁感线，但不产生感应电流，故B错误。C图中，穿过闭合线框的磁通量减小，产生感应电流，根据楞次定律判断可知，感应电流方向由b到a，故C错误。D图中，导体做切割磁感线运动，能产生感应电流，根据右手定则判断知，感应电流方向由b到a，故D错误。

2．(1)选B　将开关S由断开状态拨至M端或N端，都会使线圈中的电流突然增大，穿过右边圆环的磁通量突然增大，由楞次定律可知，圆环都会向右运动以阻碍磁通量的增大，选项B正确，A、C、D均错误。

(2)选A　根据楞次定律的“来拒去留”，磁铁向闭合线圈靠近，要受阻力作用，即磁场力向上，故A正确。

(3)选B　使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，通过金属环B内的磁通量增大，根据楞次定律，金属环B的面积有缩小的趋势，且B有向上升的趋势，丝线受到的拉力减小，B正确。

[本课小结与自主评价]

 [课堂巩固落实]

1．三定则一定律的比较

2.巧记妙用

(1)三个定则特别容易混淆，可用特殊方法记忆，比如左“力”右“电”，先左后右(先学磁场力，后学电磁感应)。

(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。

1. (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

解析：选AD　根据安培定则，开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场，开关闭合后的瞬间，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，故A正确；同理，D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，故B、C错误。

2．(2020·江苏高考)如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。

下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　)

A．同时增大B1减小B2

B．同时减小B1增大B2

C．同时以相同的变化率增大B1和B2

D．同时以相同的变化率减小B1和B2

解析：选B　当同时增大B1减小B2时，通过金属圆环的总磁通量增加，且方向垂直纸面向里，根据楞次定律知，感应电流产生的磁场方向应为垂直纸面向外，根据右手螺旋定则知，此时金属圆环中产生逆时针方向的感应电流，A项错误；同理当同时减小B1增大B2时，金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，B项正确；当同时以相同的变化率增大或减小B1和B2时，金属圆环中的总磁通量没有变化，仍然为0，金属圆环中无感应电流产生，C、D项均错误。

3. (多选)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的，电磁驱动原理如图所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈端点的金属环被弹射出去，现在固定线圈左侧同一位置，先后放有分别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，且电阻率ρ铜＜ρ铝，闭合开关S瞬间(　　)

A．从左侧看环中感应电流沿顺时针方向

B．铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力

C．若将铜环放在线圈右侧，环将向左运动

D．电池正负极调换后，环不能向左弹射

解析：选AB　在闭合开关S的过程中，固定线圈中电流为右侧流入，磁场向左变强，则由楞次定律可知，环中感应电流由左侧看沿顺时针方向，故A正确；由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大，铜环受到的安培力要大于铝环，故B正确；若铜环放在线圈右侧，根据“来拒去留”可得，环将向右运动，故C错误；电池正负极调换后，环受力仍向左，故仍将向左弹射，故D错误。

4. (2021·湖北八校联考)(多选)已知地磁场类似于条形磁铁产生的磁场，地磁场N极位于地理南极附近。如图所示，在湖北某中学实验室的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线框abcd，线框的ad边沿南北方向，ab边沿东西方向，下列说法正确的是(　　)

A．若使线框向东平移，则a点电势比d点电势低

B．若使线框向北平移，则a点电势等于b点电势

C．若以ad边为轴，将线框向上翻转90°，则翻转过程线框中电流方向始终为adcba方向

D．若以ab边为轴，将线框向上翻转90°，则翻转过程线框中电流方向始终为adcba方向

解析：选AC　地球北半球的磁场方向由南向北斜向下分布，可分解为水平向北和竖直向下两个分量。若线框向东平移，根据右手定则可知a点电势低于d点电势，A项正确；若线框向北平移，根据右手定则可知a点电势高于b点电势，B项错误；若以ad边为轴，将线框向上翻转90°过程中，穿过线框的磁通量逐渐减小，根据楞次定律及安培定则可知，线框中的电流方向始终为adcba方向，C项正确；若以ab边为轴，将线框向上翻转90°过程中，穿过线框的磁通量先增大后减小，根据楞次定律及安培定则可知，线框中的电流方向为先沿abcda方向再沿adcba方向，故D项错误。