11.1电磁感应现象　楞次定律（解析版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

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第十一章 电磁感应

考查内容
自主命题卷
全国卷
考情分析
楞次定律
2020·江苏卷·T3
2018·全国卷Ⅰ·T19
2019·全国卷Ⅲ·T14
2020·全国卷Ⅲ·T14
法拉第电磁感应定律及应用
2020·江苏卷·T14
2021·辽宁卷·T9
2021·天津卷·T12
2021·山东卷·T12
2021·浙江6月选考·T21
2021·广东卷·T10
2021·湖南卷·T10
2018·全国卷Ⅰ·T17
2018·全国卷Ⅲ·T20
2019·全国卷Ⅰ·T20
2020·全国卷Ⅰ·T21
2021·全国甲卷·T21
2021·全国乙卷·T25
电磁感应图像问题
2020·山东卷·T12
2018·全国卷Ⅱ·T18
2019·全国卷Ⅱ·T21
2019·全国卷Ⅲ·T19
试题情境
生活
实践类
电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接技术、磁电式速度传感器、真空管道超高速列车、磁悬浮列车、电磁轨道炮、电磁驱动、电磁阻尼等各种实际应用模型
学习
探究类
杆轨模型问题，电磁感应与动力学、能量、动量结合问题，电磁感应的图像问题

11.1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．
2．公式：Φ＝BS.
3．适用条件：
(1)匀强磁场．
(2)S为垂直磁场的有效面积．
4．磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)．
5．物理意义：
相当于穿过某一面积的磁感线的条数．如图1所示，矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则：

图1
(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos θ或BS3.
(2)通过矩形a′b′cd的磁通量为BS3.
(3)通过矩形abb′a′的磁通量为0.
6．磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1.
二、电磁感应现象
1．定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．
2．条件
(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．
(2)例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动．
3．实质
产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流．如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流．
三、感应电流方向的判定
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2，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．

图2
(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流．
电磁感应现象的理解和判断
例题1.
用图中三套实验装置探究感应电流产生的条件，下列选项中能产生感应电流的操作是(　　)

A．甲图中，使导体棒AB顺着磁感线方向运动，且保持穿过ABCD的磁感线条数不变
B．乙图中，使条形磁体匀速穿过线圈
C．丙图中，开关S保持闭合，A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动
D．丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A在大螺线管B中保持不动
【答案】B
【解析】
　题图甲中，使导体棒AB顺着磁感线方向运动，AB不切割磁感线，穿过ABCD的磁通量也没变化，故不能产生感应电流，A错误；题图乙中，使条形磁体匀速穿过线圈，在磁体从上向下穿过时，穿过线圈的磁通量会变化，故产生感应电流， B正确；题图丙中，开关S保持闭合，A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动，两线圈没有相对运动，穿过B的磁通量没发生变化，故不产生感应电流， C错误；题图丙中，开关S保持闭合，使小螺线管A在大螺线管B中保持不动时，也不会使穿过B的磁通量发生变化，故也不能产生感应电流， D错误．
如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ(0<θ<90°)．在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是(　　)

A．ab向右运动，同时使θ减小
B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小
C．ab向左运动，同时增大磁感应强度B
D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角
【答案】A
【解析】
　设此时回路面积为S，据题意，穿过回路的磁通量Φ＝BScos θ.ab向右运动，则S增大，θ减小，则cos θ增大，因此Φ增大，回路里一定能产生感应电流，A正确；B减小，θ减小，cos θ增大，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，B错误；ab向左运动，则S减小，B增大，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，C错误；ab向右运动，则S增大，B增大，θ增大，cos θ减小，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，D错误．
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、灵敏电流计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，灵敏电流计的指针向左偏，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，灵敏电流计的指针向左偏
B．当线圈A中的铁芯拔出时，灵敏电流计的指针向右偏
C．当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，灵敏电流计的指针不偏转
D．当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，灵敏电流计的指针向右偏

【答案】B
【解析】由题意可知，开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向左偏，则当磁通量增大时，指针左偏；若磁通量减小时，指针则右偏。当线圈A拔出或线圈A中的铁芯拔出时，均导致磁通量减小，因此电流计指针向右偏，故A错误，B正确；滑动变阻器的滑片P匀速滑动，穿过线圈的磁通量发生变化，电流计指针都要发生偏转，故C错误；当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，电阻减小，则电流增大，导致磁通量增大，因此灵敏电流计的指针向左偏，故D错误。
感应电流方向的判定
例题2.
(多选)某同学在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，设计了如图所示的装置：线圈A通过电流表甲、高阻值的电阻R′、滑动变阻器R和开关S连接到干电池上，线圈B的两端接到另一个电流表乙上，两个电流表相同，零刻度居中．闭合开关后，当滑动变阻器R的滑片P不动时，甲、乙两个电流表指针的不同的位置如图所示，则(　　)

A．当滑片P较快地向左滑动时，甲表指针向右偏转
B．当滑片P较快地向左滑动时，乙表指针向左偏转
C．断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，甲表指针向左偏转
D．断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，乙表指针向左偏转
【答案】ABD
【解析】当滑片P较快地向左滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，闭合电路总电流变大，甲表指针向右偏转，穿过线圈的磁通量变大，由楞次定律可知乙表指针向左偏转，故A、B正确；断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，总电流变大，甲表指针向右偏转，由楞次定律可知乙表指针向左偏转，故C错误，D正确．
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
【答案】B
【解析】
　若同时增大B1减小B2，则穿过环向里的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流产生的磁场方向向外，由安培定则，环中产生的感应电流是逆时针方向，故选项A错误；同理可推出，选项B正确，C、D错误．
如图所示，空间存在垂直纸面向里的磁场，磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，且关于竖直平面MN对称，绝缘轻线上端固定在M点，下端与一个粗细均匀的铜制圆环相连．现将圆环由P处无初速度释放，圆环第一次向右摆动最远能到达Q处(图中未画出)．已知圆环始终在同一竖直平面内摆动，则在圆环从P摆向Q的过程中，下列说法正确的是(　　)

A．位置P与Q可能在同一高度
B．感应电流方向始终逆时针
C．感应电流方向先逆时针后顺时针
D．圆环整体所受安培力先做负功后做正功
【答案】C
【解析】
　
圆环从P摆向Q的过程中，由于磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，导致环中磁通量变化，从而产生感应电流，产生焦耳热，则在整个运动过程中环的机械能会减少，因此Q不可能与P在同一高度，故A错误；根据楞次定律，环在向下摆的过程中，穿过环垂直向里的磁通量在增加，当向上摆的过程中，穿过环垂直向里的磁通量在减少，则感应电流方向先逆时针后顺时针，故B错误，C正确；安培力一直阻碍圆环与磁铁的相对运动，做负功，故D错误．
楞次定律的推论
内容
例证
增反减同

磁体靠近线圈，B感与B原方向相反

当I1增大时，环B中的感应电流方向与I1相反；当I1减小时，环B中的感应电流方向与I2相同
来拒去留
　
磁体靠近，是斥力　磁体远离，是引力阻碍磁体与圆环相对运动
增缩减扩(适用于单向磁场)

P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒，磁体下移(上移)，a、b靠近(远离)，使回路面积有缩小(扩大)的趋势
增离减靠

当开关S闭合时，左环向左摆动、右环向右摆动，远离通电线圈
通过远离和靠近阻碍磁通量的变化
说明
以上情况“殊途同归”，实质上都是以不同的方式阻碍磁通量的变化

例题3. 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】　开关S由断开状态拨至连接状态，不论拨至M端还是N端，通过圆环的磁通量均增加，根据楞次定律(增离减靠)可知圆环会阻碍磁通量的增加，即向右运动，故选B.

如图所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁体．当条形磁体沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是(　　)

A．铝环有收缩的趋势，对桌面的压力增大
B．铝环有收缩的趋势，对桌面的压力减小
C．铝环有扩张的趋势，对桌面的压力减小
D．铝环有扩张的趋势，对桌面的压力增大
【答案】　A
【解析】
　根据楞次定律可知：当条形磁体沿轴线竖直向下迅速移动时，穿过闭合铝环的磁通量增加，因此铝环有收缩的趋势，同时有远离磁体的趋势，从而阻碍磁通量的增加，故增加了和桌面的挤压程度，从而使铝环对桌面的压力增大，选项A正确，B、C、D错误．
(多选)两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环．当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时，B中产生如图所示方向的感应电流，则(　　)

A．A可能带正电且转速减小
B．A可能带正电且转速增大
C．A可能带负电且转速减小
D．A可能带负电且转速增大
【答案】BC
【解析】
若A带正电，顺时针转动产生顺时针方向的电流，A内磁场方向垂直纸面向里，当转速增大时，穿过B的磁通量增加，B中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，即感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，故B中产生逆时针方向的电流，A错误，B正确； 若A带负电，顺时针转动产生逆时针方向的电流，A内磁场方向垂直纸面向外，当转速减小时，穿过B的磁通量减少，B中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，故B中产生逆时针方向的电流，C正确，D错误．
“三定则、一定律”的应用
“三个定则”“一个定律”的比较
名称
用途
选用原则
安培定则
判断电流产生的磁场(方向)分布
因电生磁
左手定则
判断通电导线、运动电荷所受磁场力的方向
因电受力
右手定则
判断导体切割磁感线产生的感应电流方向或电源正负极
因动生电
楞次定律
判断因回路磁通量改变而产生的感应电流方向
因磁通量变化生电

例题4. (多选)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，PQ、MN均处在竖直向下的匀强磁场中，当PQ在一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．向左加速运动
C．向右减速运动 D．向左减速运动
【答案】BC
【解析】
　MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流方向为M→NL1中感应电流的磁场方向向上.若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流方向为Q→P且减小 向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流方向为P→Q且增大向左加速运动．
(多选)如图所示，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的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ在一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．向左加速运动
C．向右减速运动
D．向左减速运动
【答案】BC
【解析】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 MN中的感应电流方向为M→N L1中感应电流的磁场方向向上.若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流方向为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流方向为P→Q且增大向左加速运动．
(多选)如图所示，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(　　)

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
【答案】BC
【解析】
MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直于纸面向里MN中的感应电流由M →NL1中感应电流的磁场方向向上；若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流方向为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流方向为P→Q且增大向左加速运动。B、C正确。


1．（2022·浙江·高三阶段练习）如图甲所示，有一节能电梯中加装了“钥匙扣”接触区装置，人进入电梯以后必须要用图乙所示的带绝缘外壳“钥匙扣”接触“钥匙扣”接触区，就会听到“嘟”的一声解锁成功，然后再按楼层的数字键才会响应。图丙是“钥匙扣”接触区装置拆开后露出的一个由漆包线绕成的一个多匝矩形线圈，根据以上情景，你认为利用“钥匙扣”接触区装置解锁主要应用了什么物理原理（　　）

A．电流的磁效应 B．通电导线在磁场中受到安培力作用
C．电磁感应 D．电流的热效应
【答案】C
【解析】“钥匙扣”接触区装置拆开后是一个多匝矩形线圈， “钥匙扣”靠近后产生感应电流，从而控制开关，是利用了电磁感应现象。
故选C。
2．法拉第在研究电磁感应时用过的线圈如图甲所示，其工作原理如图乙所示，开关S闭合瞬间（　　）

A．线圈中磁通量减少，电流表指针偏转
B．线圈中磁通量增加，电流表指针偏转
C．线圈中磁通量增加，电流表指针不偏转
D．线圈中磁通量减少，电流表指针不偏转
【答案】B
【解析】开关S闭合瞬间，线圈电流瞬间增大，则磁通量变大，产生感应电流，电流表指针偏转。
故选B。
3．（2022·浙江嘉兴·高三阶段练习）下图是探究电磁感应电流方向实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流，由于被遮挡，螺线管的绕向不知，下列四个选项中有一个螺线管与其它三个螺线管的绕向不同，这一个不同的螺线管是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】A图螺旋管中磁通量向下增大，则电流计向右偏转，D图螺线管中磁通量向下减小，电流计向左偏转，电流相反，与根据楞次定律得出的结论相同，可知AD绕向相同；
C图螺旋管中磁通量向上增大，若螺线管与A图绕向相同，则电流与A图中电流方向相反，由图可知，假设成立，则C图中螺线管绕向与AD相同；
B图螺旋管中磁通量向上减小，若绕向与C图相同，则电流与C中电流方向相反，由图可知，B图中电流方向与C图中电流方向相同，假设不成立，可知B图中螺线管绕向与ACD不同。
故选B。
4．根据楞次定律可知感应电流的磁场一定（　　）
A．阻碍引起感应电流的磁通量的增加
B．与引起感应电流的磁场方向相反
C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D．与引起感应电流的磁场方向相同
【答案】C
【解析】根据楞次定律可知感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故C正确，ABD错误。
故选C。
5．如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场中有由两个大小不等的圆环M、N连接而成的导线框。沿图中箭头方向用外力将N环拉扁，该过程中，关于M环中感应电流的说法中正确的是（　　）

A．有顺时针方向的感应电流产生，且M环有扩张的趋势
B．有逆时针方向的感应电流产生，且M环有扩张的趋势
C．有顺时针方向的感应电流产生，且M环有收缩的趋势
D．有逆时针方向的感应电流产生，且M环有收缩的趋势
【答案】A
【解析】沿图中箭头方向用外力将N环拉扁，穿过整个闭合回路的磁通量减小，根据楞次定律可知M环中感应电流沿顺时针方向，且感应电流的磁场有阻碍磁通量减小的趋势，所以M环有扩张的趋势。
故选A。
6．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的（　　）

A．向左做匀速运动 B．向右做匀速运动
C．向右做加速运动 D．向右做减速运动
【答案】D
【解析】铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引，说明铜质线圈的磁通量减小，螺线管的电流减小，则导体棒ab一定向左或向右做减速运动，故D正确，ABC错误。
故选D。
7．如图所示，光滑固定导体轨、水平放置，两根导体棒、平行放置于导轨上，形成一个闭合回路。当一条形磁铁从接近回路向高处运动时，两根导体棒将（　　）。

A．将相互靠拢 B．将相互远离
C．将静止不动 D．将相对静止地向一个方向运动
【答案】B
【解析】条形磁铁从回路近处向高处运动时，穿过回路的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，可知，P、Q将互相远离，使得回路的面积增加，起到阻碍原磁通增加的作用，即“增缩减扩”，B正确，ACD错误。
故选B。

二、多选题
8．如图所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路。在下列情况中，电流表指针发生偏转的是（  ）

A．磁铁和线圈相对移动时 B．磁铁插在线圈内不动
C．线圈不动，磁铁拔出线圈时 D．线圈不动，磁铁插入线圈时
【答案】ACD
【解析】根据产生感应电流的条件是，穿过闭合回路的磁通量发生变化，则磁铁和线圈发生相对运动、线圈不动磁铁拔出或插入线圈时都会产生电磁感应，电流表的指针都会发生偏转。
故选ACD。
9．（2022·广东·开平市忠源纪念中学高三阶段练习）如图所示，光滑绝缘水平面上存在方向竖直向下的有界（边界竖直）匀强磁场，一直径与磁场区域宽度相同的闭合金属圆形线圈在平行于水平面的拉力作用下，在水平面上沿虚线方向匀速通过磁场。下列说法正确的是（　　）

A．线圈通过磁场区域的过程中，线圈中的感应电流先沿顺时针方向，后沿逆时针方向
B．线圈通过磁场区域的过程中，线圈中的感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向
C．该拉力的方向与线圈运动速度的方向相同
D．该拉力的方向水平向右
【答案】BD
【解析】AB．线圈进入磁场过程中，垂直于纸面向里的磁通量变大，根据楞次定律可知线圈中的感应电流产生的磁场应垂直于纸面向外，根据安培定则可知线圈中电流为逆时针方向；线圈离开磁场的过程中垂直于纸面向里的磁通量变小，根据楞次定律可知线圈中的感应电流产生的磁场应垂直于纸面向里，根据安培定则可知线圈中的电流为顺时针方向，综上所述，线圈通过磁场区域的过程中，线圈中的感应电流先逆时针，后顺时针，故A错误；B正确；
CD．线圈切割磁感线的有效长度示意图如图

结合楞次定律阻碍相对运动的推论，根据左手定则可知安培力始终水平向左，则该拉力的方向水平向右，故C错误，D正确。
故选BD。
10．（2022·河南·高三阶段练习）将一个金属圆环和一根长直导线固定在绝缘水平面上，第一次如图1所示，圆环中通有沿逆时针方向的恒定电流，直导线中通有从a到b的恒定电流；第二次如图2所示，圆环和直导线中开始均没有电流，给直导线通电的一瞬间，圆环中产生了沿逆时针方向的电流，则下列判断正确的是（　　）

A．图1中，圆环有向左运动趋势
B．图1中，圆环有向右运动趋势
C．图2中，直导线中通入的电流从a到b
D．图2中，直导线中通入的电流从b到a
【答案】BD
【解析】AB．图1中，直导线ab左侧的磁场垂直纸面向外，根据左手定则可知，线圈靠近直导线的部分受安培力较大，方向向右，线圈离直导线较远的部分受安培力较小，方向向左，可知线圈受安培力的合力向右，可知圆环有向右运动的趋势，选项A错误，B正确；
CD．图2中，给直导线通电的一瞬间，圆环中产生了沿逆时针方向的电流，可知感应电流的磁场垂直纸面向外，直导线产生的磁场垂直纸面向里，直导线中通入的电流从b到a，选项C错误，D正确。
故选BD。