2020年高考物理新课标第一轮总复习讲义：第十章第一讲　电磁感应现象　楞次定律

基础复习课

第一讲　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．单位：1 Wb＝1T·m2.

4．公式的适用条件

(1)匀强磁场；

(2)磁感线的方向与平面垂直，即B⊥S.

5．磁通量的意义

磁通量可以理解为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

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．

3．产生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，如果回路闭合，则产生感应电流，如果回路不闭合，那么只有感应电动势，而无感应电流．

三、楞次定律

[小题快练]

1．判断题

(1)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生．( × )

(2)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关．( √ )

(3)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．( √ )

(4)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势．( √ )

(5)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．( × )

(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. 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，有一个磁感应强度为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，在下列各过程中，一定能在轨道回路中产生感应电流的是( A )

A．ab向右运动，同时使θ减小

B．使磁感应强度B减小，同时θ角也减小

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(0°<θ<90°)

3．如图所示，一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，环中的感应电流(自左向右看)( C )

A．沿顺时针方向

B．先沿顺时针方向后沿逆时针方向

C．沿逆时针方向

D．先沿逆时针方向后沿顺时针方向

4．(多选)如图所示为地磁场磁感线的示意图．在北半球地磁场的竖直分量向下，飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变．由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为φ1，右方机翼末端处的电势为φ2，则( AC )

A．若飞机从西往东飞，φ1比φ2高

B．若飞机从东往西飞，φ2比φ1高

C．若飞机从南往北飞，φ1比φ2高

D．若飞机从北往南飞，φ2比φ1高

考点一　电磁感应现象的判断 (自主学习)

常见的产生感应电流的三种情况

1－1.[感应电流的产生条件分析]　(2017·全国卷Ⅰ)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺寸上的形貌，为了有效隔离外界震动对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震动，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其左右震动的衰减最有效的方案是(　　)

答案：A

1－2.[判断感应电流的有无]　如图所示，闭合圆形导体线圈放置在匀强磁场中，线圈平面与磁场平行，当磁感应强度逐渐增大时，以下说法正确的是(　　)

A．线圈中产生顺时针方向的感应电流

B．线圈中产生逆时针方向的感应电流

C．线圈中不会产生感应电流

D．线圈面积有缩小的倾向

答案：C

[反思总结]

电磁感应现象能否发生的判断流程

1．确定研究的闭合回路．

2．弄清楚回路内的磁场分布，并确定其磁通量Φ.

3.

考点二　对楞次定律的理解及应用 (自主学习)

楞次定律中“阻碍”的含义

2－1.[感应电流方向的判定]　(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

2－2.[楞次定律的应用]　(多选)如图(a)所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化的电流，电流变化的规律如图(b)所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为FN，则(　　)

A．t1时刻，FN＞G　　　　　

B．t2时刻，FN＞G

C．t3时刻，FN＜G

D．t4时刻，FN＜G

答案：AD

2－3.[能量分析]　如图所示，螺线管与灵敏电流计相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管．下列说法正确的是(　　)

A．电流计中的电流先由a到b，后由b到a

B．a点的电势始终低于b点的电势

C．磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量

D．磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度

答案：D

[反思总结]

1．判断感应电流的方法

(1)楞次定律；(2)右手定则．

2．判断感应电流方向的“四步法”

考点三　楞次定律推论的应用 (自主学习)

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：

3－1. [来拒去留]　如图所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘．当矩形线圈突然向右运动时，线圈所受安培力的合力方向(　　)

A．向左　　　　　　　 B．向右

C．垂直纸面向外  D．垂直纸面向里

答案：A

3－2.[增缩减扩]　如图所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷，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

答案：B

考点四　“三个定则，一个定律”的综合应用 (师生共研)

[典例]　(2017·天津卷)如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R.金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下．现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是(　　)

A．ab中的感应电流方向由b到a

B．ab中的感应电流逐渐减小

C．ab所受的安培力保持不变

D．ab所受的静摩擦力逐渐减小

解析：导体棒ab、电阻R、导轨构成闭合回路，磁感应强度均匀减小(＝k为一定值)，则闭合回路中的磁通量减小，根据楞次定律，可知回路中产生顺时针方向的感应电流，ab中的电流方向由a到b，故A错误；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E＝＝＝k·S，回路面积S不变，即感应电动势为定值，根据欧姆定律I＝，所以ab中的电流大小不变，故B错误；安培力F＝BIL，电流大小不变，磁感应强度减小，则安培力减小，故C错误；导体棒处于静止状态，所受合力为零，对其进行受力分析，水平方向静摩擦力f与安培力F等大反向，安培力减小，则静摩擦力减小，故D正确．

答案：D

[方法技巧]

应用“三定则”的技巧

　三个定则容易相混，特别是左、右手易错用，抓住因果关系是关键．

1．因电而生磁(I→B)→安培定则；

2．因动而生电(v、B→I)→右手定则；

3．因电而受力(I、B→F安)→左手定则.

(多选)如图所示，在匀强磁场中，放有一与线圈D相连接的平行导轨，要使放在线圈D中的线圈A(A、D两线圈同心共面)各处受到沿半径方向指向圆心的力，金属棒MN的运动情况可能是(　　)

A．匀速向右　　　　　　　 B．加速向左

C．加速向右  D．减速向左

解析：若金属棒MN匀速向右运动，则线圈D与MN组成回路中的电流恒定，故穿过线圈A的磁通量不变，线圈A不受安培力作用，A错误；若金属棒MN加速向左运动，则线圈D与MN组成回路中的电流不断增强，故穿过线圈A的磁通量不断增强，根据楞次定律，为阻碍磁通量的增强，线圈A有收缩的趋势，受到沿半径方向指向圆心的安培力，B正确；同理可得，当金属棒MN加速向右运动时，线圈A有收缩的趋势，受到沿半径方向指向圆心的安培力，C正确；当金属棒MN减速向左运动时，线圈A有扩张的趋势，受到沿半径方向背离圆心的安培力，D错误．

答案：BC

1．如图甲所示，在同一平面内有两个圆环A、B，圆环A将圆环B分为面积相等的两部分，以图甲中A环电流沿顺时针方向为正，当圆环A中的电流如图乙所示变化时，下列说法正确的是( B )

A．B中始终没有感应电流

B．B中有顺时针方向的感应电流

C．B中有逆时针方向的感应电流

D．B中的感应电流先沿顺时针方向，后沿逆时针方向

2. 如图所示，线圈A内有竖直向上的磁场，磁感应强度B随时间均匀增大；等离子气流(由高温高压的等电荷量的正、负离子组成)由左方连续不断地以速度v0射入P1和P2两极板间的匀强磁场中，发现两直导线a、b互相吸引，由此可以判断P1、P2两极板间的匀强磁场的方向为( B )

A．垂直纸面向外　　　　 B．垂直纸面向里

C．水平向左  D．水平向右

3. 如图所示，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a( B )

A．顺时针加速旋转

B．顺时针减速旋转

C．逆时针加速旋转

D．逆时针减速旋转

4．(多选)(2016·全国卷Ⅱ)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示．铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触．圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中．圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是( AB )

A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定

B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动

C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化

D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍

[A组·基础题]

1．法拉第在1831年发现了“磁生电”现象．如图，他把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导线连通，导线下面平行放置一个小磁针．实验中可能观察到的现象是( C )

A．用一节电池作电源小磁针不偏转，用十节电池作电源小磁针会偏转

B．线圈B匝数较少时小磁针不偏转，匝数足够多时小磁针会偏转

C．线圈A和电池连接瞬间，小磁针会偏转

D．线圈A和电池断开瞬间，小磁针不偏转

2. 自1932年磁单极子概念被狄拉克提出以来，不管是理论物理学家还是实验物理学家都一直在努力寻找，但迄今仍然没能找到它们存在的确凿证据．近年来，一些凝聚态物理学家找到了磁单极子存在的有力证据，并通过磁单极子的集体激发行为解释了一些新颖的物理现象，这使得磁单极子艰难的探索之路出现了一丝曙光．如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈，则从上向下看，这个线圈中将出现( C )

A．先是逆时针方向、然后是顺时针方向的感应电流

B．先是顺时针方向、然后是逆时针方向的感应电流

C．逆时针方向的持续流动的感应电流

D．顺时针方向的持续流动的感应电流

3．如图所示，Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极，ab为放在其间的金属棒．ab和cd用导线连成一个闭合回路．当ab棒向右运动时，cd金属棒受到向下的安培力．下列说法正确的是( C )

A．由此可知d端电势高于c端电势

B．由此可知Ⅰ是S极

C．由此可知Ⅰ是N极

D．当cd棒向下运动时，ab导线受到向左的安培力

4．物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”．如图所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环，闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起．某同学另找来器材再探究此实验．他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动．对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是( D )

A．线圈接在了直流电源上

B．电源电压过高

C．所选线圈的匝数过多

D．所用套环的材料与老师的不同

5．(多选)如图所示，水平放置的光滑绝缘直杆上套有A、B、C三个金属铝环，B环连接在如图所示的电路中．闭合开关S的瞬间( AD )

A．A环向左滑动

B．C环向左滑动

C．A环有向外扩展的趋势

D．C环有向内收缩的趋势

6．(多选)(2016·江苏卷)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音．下列说法正确的有( BCD )

A．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作

B．取走磁体，电吉他将不能正常工作

C．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势

D．弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化

7．(多选) 如图所示，磁场方向垂直于纸面，磁感应强度大小在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布．一铜制圆环用绝缘细线悬挂于O点．将圆环拉至位置a后无初速度释放，圆环摆到右侧最高点b，不计空气阻力．在圆环从a摆向b的过程中( AD )

A．感应电流方向先是逆时针方向，再顺时针方向，后逆时针方向

B．感应电流方向一直是逆时针

C．安培力方向始终与速度方向相反

D．安培力方向始终沿水平方向

8．(多选) 矩形导线框abcd与长直导线MN放在同一水平面上，ab边与MN平行，导线MN中通入电流方向如图所示，当MN中的电流增大时，下列说法正确的是( ACD )

A．导线框abcd有逆时针的感应电流

B．bc、ad两边均不受安培力的作用

C．导线框所受的安培力的合力向右

D．MN所受线框给它的作用力向左

[B组·能力题]

9. 如图所示，一个闭合三角形导线框ABC位于竖直平面内，其下方(略靠前)固定一根与线框平面平行的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流．释放线框，它由实线位置下落到虚线位置未发生转动，在此过程中( B )

A．线框中感应电流方向依次为ACBA→ABCA

B．线框的磁通量为零时，感应电流却不为零

C．线框所受安培力的合力方向依次为向上→向下→向上

D．线框做自由落体运动

10．如图所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，abcd所围区域内存在垂直纸面向里的变化的匀强磁场，螺线管下方的水平桌面上放置一导体圆环．若圆环与桌面间的压力大于圆环的重力，abcd区域内磁场的磁感应强度随时间变化的关系可能是( B )

11．如图甲所示，水平面上的不平行导轨MN、PQ上放着两根光滑导体棒ab、cd，两棒间用绝缘丝线系住；开始时匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示．则以下说法正确的是( B )

A．在t0时刻导体棒ab中无感应电流

B．在t0时刻绝缘丝线不受拉力

C．在0～t0时间内导体棒ab始终静止

D．在0～t0时间内回路电流方向是abdca

12．(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( BC )

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

13. (2018·镇江质检)条形磁铁放在光滑的水平面上，以条形磁铁中央位置正上方的某点为圆心，水平固定一铜质圆环，不计空气阻力，以下判断中正确的是( D )

A．给磁铁水平向右的初速度，圆环将受到向左的磁场力

B．释放圆环，圆环下落时磁铁对桌面的压力比磁铁的重力大

C．释放圆环，下落过程中圆环的机械能不守恒

D．给磁铁水平向右的初速度，磁铁在向右运动的过程中做减速运动

解析：给磁铁水平向右的初速度，穿过圆环向上的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流将阻碍圆环与磁铁之间的相对运动，所以圆环将受到向右的磁场力，磁铁受向左的作用力，故磁铁将做减速运动，故A错误，D正确；释放圆环，圆环竖直向下运动时，通过圆环的磁通量始终为零，穿过圆环的磁通量不变，没有感应电流产生，故相互间没有作用力，故磁铁对桌面的压力不变，圆环下落时机械能守恒，故B、C错误．