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- 2021-05-23 发布
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专题11.1 电磁感应现象 楞次定律
(一)真题速递
1.(2017新课标Ⅲ 15)15.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.(2014新课标Ⅰ)如图(a),线圈ab、cd绕在同一软铁芯上.在ab线圈中通以变化的电流.用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是( )
【答案】C
3.(2012新课标)如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行。已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头方向相同,则i随时间t变化的图线可能是
【答案】A
【解析】
线框中电流 大小相同,而左边与直线电流 之间的作用力大于右边与直线电流 之间的作用力,且直线电流之间同向相吸,异向相斥。依据楞次定律,当直导线中 向上且均匀减小时,线框中产生顺时针方向的电流且恒定,此时线框受力向左;当直导线中电流 向下且增大时,线框中依然产生顺时针方向的电流且恒定,此时线框受力向右。由以上分析可以判断A图正确。
(二)考纲解读
主题
内容
要求
说明
磁场
电磁感应现象
Ⅰ
在电磁感应现象里,不要求判断内电路中各点电势的高低
磁通量
Ⅰ
楞次定律
Ⅱ
本讲有一个二级考点,两个一级考点,在高考中考试的频率很高,大多时候出选择题,单独从这几个考点命题的不太多,往往会结合后面的法拉第电磁感应定律综合命题。
(三)考点精讲
考向一 电磁感应现象的判断
对感应电流产生条件的理解
1.判断产生感应电流的两种方法
(1)闭合电路的一部分导体切割磁感线;
(2)一闭合二变磁,即导体回路必须闭合,穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,二者缺一不可.
2.磁通量变化的四种情况
(1)B不变,S变化,则ΔΦ=B·ΔS;
(2)B变化,S不变,则ΔΦ=ΔB·S;
(3)B变化,S也变化,则ΔΦ=B2S2-B1S1;
(4)B不变,S不变,线圈平面与磁场方向的夹角θ变化,则ΔΦ=BS(sin θ2-sin θ1).
【例1】现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图4所示连接.下列说法中正确的是( )
图4
A.开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转
B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转
C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度
D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才会偏转
关键词①带铁芯的线圈A;②线圈B.
【答案】A
方法总结
电磁感应现象能否发生的判断流程
1.确定研究的是否是闭合回路.
2.弄清楚回路内的磁场分布,并确定其磁通量Φ.
3.
阶梯练习
1.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
【答案】D
【解析】产生感应电流必须满足的条件:①电路闭合;②穿过闭合电路的磁通量要发生变化.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.(多选)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图5所示.实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.下列说法正确的是( )
图5
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动
【答案】AB
考向二 楞次定律的理解和应用
判断感应电流方向的“三步走”
【例2】如图6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~时间内,直导线中电流向上,则在~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6
A.顺时针,向左 B.逆时针,向右
C.顺时针,向右 D.逆时针,向左
关键词①i随时间t的变化关系;②在0~时间内,直导线中电流向上.
【答案】B
方法总结
楞次定律推论的应用技巧
1.线圈(回路)中磁通量变化时,阻碍原磁通量的变化——应用“增反减同”的规律;
2.导体与磁体间有相对运动时,阻碍相对运动——应用“来拒去留”的规律;
3.当回路可以形变时,感应电流可使线圈面积有扩大或缩小的趋势——应用“增缩减扩”的规律;
4.自感现象中,感应电动势阻碍原电流的变化——应用“增反减同”的规律.
阶梯练习
3.在水平面内有一固定的U型裸金属框架,框架上静止放置一根粗糙的金属杆ab,整个装置放在竖直方向的匀强磁场中,如图7所示.下列说法中正确的是( )
图7
A.只有当磁场方向向上且增强,ab杆才可能向左移动
B.只有当磁场方向向下且减弱,ab杆才可能向右移动
C.无论磁场方向如何,只要磁场减弱,ab杆就可能向右移动
D.当磁场变化时,ab杆中一定有电流产生,且一定会移动
【答案】C
【解析】由楞次定律可知,当闭合回路的磁通量增大时,导体棒将向左移动,阻碍磁通量的增加,当闭合回路的磁通量减小时,导体棒将向右运动,以便阻碍磁通量的减小,与磁场方向无关,故选C.
4.(多选)用如图8所示的实验装置研究电磁感应现象,下列说法正确的是( )
图8
A.当把磁铁N极向下插入线圈时,电流表指针发生偏转
B.当把磁铁N极从线圈中拔出时,电流表指针不发生偏转
C.保持磁铁在线圈中相对静止时,电流表指针不发生偏转
D.若磁铁和线圈一起以同一速度向上运动,电流表指针发生偏转
【答案】AC
5.如图9所示,一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上,细线从一水平金属圆环中穿过.现将环从位置Ⅰ释放,环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为FT1和FT2,重力加速度大小为g,则( )
图9
A.FT1>mg,FT2>mg
B.FT1<mg,FT2<mg
C.FT1>mg,FT2<mg
D.FT1<mg,FT2>mg
【答案】A
【解析】金属圆环从位置Ⅰ到位置Ⅱ过程中,由楞次定律知,金属圆环在磁铁上端时受力向上,在磁铁下端时受力也向上,则金属圆环对磁铁的作用始终向下,对磁铁受力分析可知FT1>mg,FT2>mg,A正确.
考向三 三定则一定律的综合应用
【例3】 如图10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( )
图10
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
关键词①匀强磁场;②向右运动.
【答案】C
端,根据右手螺旋定则可知,螺线管的A端为S极,选项D错误.
方法总结
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.
阶梯练习
6.如图11所示,线圈两端与电阻相连构成闭合回路,在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁,磁铁的S极朝下.在将磁铁的S极插入线圈的过程中( )
图11
A.通过电阻的感应电流的方向由a到b,线圈与磁铁相互排斥
B.通过电阻的感应电流的方向由b到a,线圈与磁铁相互排斥
C.通过电阻的感应电流的方向由a到b,线圈与磁铁相互吸引
D.通过电阻的感应电流的方向由b到a,线圈与磁铁相互吸引
【答案】A
7.(多选)如图12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( )
图12
A.向右做匀速运动 B.向左做减速运动
C.向右做减速运动 D.向右做加速运动
【答案】BC
(四)知识还原
第1讲 电磁感应现象 楞次定律
基础知识
一、电磁感应现象的判断
1.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.
②S为垂直磁场的有效面积.
(4)磁通量是标量(填“标量”或“矢量”).
(5)磁通量的意义:
①磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数.
②同一线圈平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量最大;当它跟磁场方向平行时,磁通量为零;当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时,磁通量为零.
(6)磁通量变化:ΔΦ=Φ2-Φ1.
2.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)产生条件:穿过闭合回路的磁通量发生变化.
(3)能量转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能,该过程遵循能量守恒定律.
二、楞次定律的理解及应用
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.适用情况:所有的电磁感应现象.
3.“阻碍”的含义
→
↓
→
↓
→
当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反;当磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同,即“增反减同”
↓
→
4.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.
三、三定则一定律的比较
基本现象
应用的定则或定律
运动电荷、电流产生磁场
安培定则
磁场对运动电荷、电流的作用力
左手定则
电磁感应
部分导体做切割磁感线运动
右手定则
闭合回路磁通量变化
楞次定律
【深度思考】 1.右手定则与左手定则的区别:
“因电而动”——用左手定则,“因动而电”——用右手定则.
2.安培定则与楞次定律的区别:
“因电生磁”——用安培定则.
“因磁生电”——用楞次定律(或右手定则).
基础自测
1.判断下列说法是否正确.
(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)回路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,也会产生“阻碍”作用.( × )
(5)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量变化.( √ )
(6)感应电流的方向可能与B的方向平行,但一定与v的方向垂直.( × )
2.如图1所示,固定于水平面上的金属架abcd处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动.t=0时,磁感应强度为B0,此时MN到达的位置恰好使MbcN构成一个边长为l的正方形.为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B随时间t变化的示意图为( )
图1
【答案】C
3.如图所示,匀强磁场中有一个矩形闭合导线框.在下列四种情况下,线框中会产生感应电流的是( )
A.如图甲所示,保持线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中左右运动
B.如图乙所示,保持线框平面始终与磁感线平行,线框在 磁场中上下运动
C.如图丙所示,线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D.如图丁所示,线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
【答案】C.
4.如图,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触,关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是( )
A.总是顺时针
B.总是逆时针
C.先顺时针后逆时针
D.先逆时针后顺时针
【答案】C.
【解析】磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触,则导体环中,先是向上的磁通量增加,磁铁过中间以后,向上的磁通量减少,根据楞次定律,产生的感应电流方向先顺时针后逆时针,选项C正确.
5.如图所示,AOC是光滑的金属导轨,电阻不计,AO沿竖直方向,OC沿水平方向;PQ是金属直杆,电阻为R,几乎竖直斜靠在导轨AO上,由静止开始在重力作用下运动,运动过程中P、Q端始终在金属导轨AOC上;空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场,则在PQ杆从开始滑动到P端滑到OC的过程中,PQ中感应电流的方向( )
A.始终是由P→Q
B.始终是由Q →P
C.先是由P→Q,后是由Q →P
D.先是由Q →P,后是由P→Q
【答案】C.