【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应现象楞次定律学案 12页

第1讲　电磁感应现象　楞次定律 一、磁通量 ‎1．磁通量：设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，该平面的面积S与磁感应强度B的乘积叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通。公式：Φ＝BS，单位：韦伯，符号：Wb。1 Wb＝1_T·m2。‎ ‎2．磁通量的意义：可以用磁感线形象地说明磁通量的意义，即穿过磁场中某个面的磁感线的条数。对于同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，穿过它的磁感线条数最多，磁通量最大。当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它，则磁通量为零。‎ 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的运动。‎ ‎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，则只产生感应电动势，而不产生感应电流。‎ ‎4．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。‎ 三、楞次定律 ‎(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)‎ ‎1．磁通量等于磁感应强度B与面积S的乘积。(×)‎ ‎2．磁通量、磁通量变化量、磁通量的变化率的大小均与匝数无关。(√)‎ ‎3．只要回路中的磁通量变化，回路中一定有感应电流。(×)‎ ‎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．当导体做切割磁感线运动时，一定产生感应电动势。(√)‎ ‎1．(磁通量的理解)如图所示的磁场中，有三个面积相同且相互平行的线圈S1、S2和S3，穿过S1、S2和S3的磁通量分别为Φ1、Φ2和Φ3，下列判断正确的是(　　)‎ A．Φ1最大 B．Φ2最大 C．Φ3最大 D．Φ1＝Φ2＝Φ3‎ 解析　三个线圈的面积相同，由图可看出第三个线圈所在处磁感线最密，即磁感应强度最强，所以Φ3最大，C项正确。‎ 答案　C ‎2．(电磁感应现象)如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是(　　)‎ 解析　根据产生感应电流的条件，闭合回路内磁通量变化产生感应电流，能够产生感应电流的是B项中图。‎ 答案　B ‎3．(楞次定律)(多选)某电磁感应式无线充电系统原理如 图所示，当送电线圈中通以变化的电流，在邻近的受电线圈中就产生感应电流，从而实现充电器与用电装置间的能量传递。当送电线圈上的电流由端口1流入，由端口2流出，且电流逐渐增强。则(　　)‎ A．送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向左 B．送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向右 C．受电线圈对用电器供电，端口4为正极 D．受电线圈对用电器供电，端口3为正极 解析　根据右手螺旋定则可得送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向左，A项正确，B项错误；因为送电线圈中的电流增大，水平向左的磁场增大，所以受电线圈中应产生水平向右的感应磁场，根据右手螺旋定则可得感应电流从端口3流出，而受电线圈相当于电源，所以电流是从正极流出的，故端口3为正极，C项错误，D项正确。‎ 答案　AD ‎4.(右手定则)(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动。当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法正确的是(　　)‎ A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→C B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→D C．磁场对导体棒CD的作用力向左 D．磁场对导体棒AB的作用力向左 解析　两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路，当AB向右运动时，回路中磁通量增加，结合安培定则判断回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B。再根据左手定则，可判断出磁场对CD的作用力向右，对AB的作用力向左。B、D两项正确。‎ 答案　BD 考点　1　感应电流有无及方向的判断 考|点|速|通 ‎1．判断电磁感应现象能否发生的一般流程 ‎2．感应电流方向判断的两种方法 方法一：用楞次定律判断 方法二：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。‎ 典|例|微|探 ‎【例1】　如图所示，1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路。通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件，关于该实验下列说法正确的是(　　)‎ A．闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流 B．闭合开关S的瞬间，电流表G中有b→a的感应电流 C．闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流表G中有a→b的感应电流 D．闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流表G中有b→a的感应电流 解析　闭合S的瞬间，穿过B的磁通量没有变化，G中无感应电流，A、B两项错误；当闭合S后，若R增大，则A中电流减小，由右手螺旋定则知，穿过B的磁通量向下且减小，由楞次定律知G中电流方向为b→a，C项错误，D项正确。‎ 答案　D 题|组|冲|关 ‎1．(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 解析　PQ突然向右运动，根据右手定则，PQRS回路内形成的电流方向为逆时针方向，该电流导致T中指向纸面向里的磁场减弱，则T中感应电流的磁场向里，由右手定则知T中形成顺时针方向电流，D项正确。‎ 答案　D ‎2.北半球地磁场的竖直分量向下。如图所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置着边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向。下列说法正确的是(　　)‎ A．若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势高 B．若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低 C．若以ab边为轴将线圈向上翻转，则线圈中的感应电流方向为a→b→c→d→a D．若以ab边为轴将线圈向上翻转，则线圈中的感应电流方向为a→d→c→b→a 解析　线圈向东平动时，ab和cd两边切割磁感线，且两边切割磁感线产生的感应电动势大小相等，a点电势比b点电势低，A项错误；同理，线圈向北平动，则a、b两点的电势相等，高于c、d两点的电势，B项错误；以ab边为轴将线圈向上翻转，向下的磁通量减小，感应电流的磁场方向应该向下，再由安培定则知，感应电流的方向为a→b→c→d→a，则C项正确，D项错误。‎ 答案　C 考点　2　楞次定律的拓展应用 考|点|速|通 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：‎ ‎1．阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。‎ ‎2．阻碍相对运动——“来拒去留”。‎ ‎3．使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。‎ ‎4．阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。‎ 典|例|微|探 ‎【例2】　(多选)如图所示，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。已知重力加速度为g，则当一条形磁铁从高处下落接近回路时(　　)‎ A．P、Q将相互靠拢 B．P、Q将互相远离 C．磁铁的加速度仍为g D．磁铁的加速度小于g 解析　‎ 方法一：设磁铁下端为N极，如图所示，根据楞次定律可判断出P、Q中的感应电流方向如图所示，根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向。可见，P、Q将互相靠拢。由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律，磁铁将受到向上的反作用力，从而加速度小于g。当磁铁下端为S极时，根据类似的分析可得到相同的结果。A、D两项正确。‎ 方法二：根据楞次定律的另一表述——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。A、D两项正确。‎ 答案　AD 题|组|冲|关 ‎1．如图，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，重力加速度为g，则关于线圈受到的支持力N及在水平方向运动趋势的正确判断是(　　)‎ A．N先小于mg后大于mg，运动趋势向左 B．N先大于mg后小于mg，运动趋势向左 C．N先小于mg后大于mg，运动趋势向右 D．N先大于mg后小于mg，运动趋势向右 解析　条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时，通过线圈的磁通量先增加后又减小。当通过线圈磁通量增加时，为阻碍其增加，在竖直方向上线圈有向下运动的趋势，所以线圈受到的支持力大于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势，当通过线圈的磁通量减小时，为阻碍其减小，在竖直方向上线圈有向上运动的趋势，所以线圈受到的支持力小于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势。综上所述，线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势总是向右，D项正确。‎ 答案　D ‎2.在水平面内有一固定的U形裸金属框架，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，如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ 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 解析　根据楞次定律中“增缩减扩”的原理，无论磁场方向如何，只要磁场增强，导体棒就可能向左移动，只要磁场减弱，导体棒就可能向右移动，A、B项错误，C项正确；当磁场变化时，ab杆中一定有电流产生，ab杆也一定受安培力，但如果安培力小于金属杆与框架间的最大静摩擦力，则ab杆不会移动，D项错误。‎ 答案　C ‎ “三个定则，一个定律”的综合应用 ‎1．应用现象 ‎2.应用区别 关键是抓住因果关系 ‎(1)因电而生磁(I→B)→安培定则；‎ ‎(2)因动而生电(v、B→I安)→右手定则；‎ ‎(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则。‎ ‎【经典考题】　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，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是(　　)‎ ‎①向右加速运动　②向左加速运动 ‎③向右减速运动　④向左减速运动 A．①②　　B．①④ C．②③　　D．②④‎ 解析　此题可用正、逆思维方法，可将①②③④四种情况下MN受到的安培力方向判断出来和题中条件对照，这样必须重复用楞次定律4次，较麻烦。也可以采用逆向思维：MN受向右的磁场力方向→MN中的感应电流自上而下→产生感应电流的磁场上端为N极→原磁场可能是上端为N极减弱，或上端为S极增强→PQ向右减速或向左加速，C项正确。‎ 答案　C 必|刷|好|题 ‎1.(多选)如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经标出。左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是(　　)‎ A．当金属棒ab向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点 B．当金属棒ab向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势 C．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点 D．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点 解析　当金属棒向右匀速运动而切割磁感线时，金属棒产生恒定感应电动势，由右手定则判断电流方向由a→b，根据电流从电源(ab相当于电源)正极流出沿外电路回到电源负极的特点，可以判断b点电势高于a点。又左线圈中的感应电动势恒定，则感应电流也恒定，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流。当ab向右做加速运动时，由右手定则可推断φb＞φa，电流沿逆时针方向。又由E＝BLv可知ab导体两端的E不断增大，那么左边电路中的感应电流也不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的，并且磁场不断增强，所以右边电路的线圈中的向上的磁通量不断增加。由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针，而在右线圈的电路中，感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上。把这个线圈看作电源，由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d，所以d点电势高于c点，综上所述，B、D两项正确。‎ 答案　BD ‎2．(多选)图中T是绕有两组线圈的闭合铁芯，线圈的绕向如图所示，D是理想的二极管，金属棒ab可在两条平行的金属导轨上沿导轨滑行，磁场方向垂直纸面向里。若电流计G中有电流通过，则ab棒的运动可能是(　　)‎ A．向左匀速运动 B．向右匀速运动 C．向左匀加速运动 D．向右匀减速运动 解析　当电流计中有电流通过时，说明左边的电流是从上向下流的，由右手螺旋定则可得出此感应电流的磁场方向为从上向下，若ab匀速运动，右边线圈中产生的感应电流是恒定 的，则左边线圈中不会产生感应电流，所以A、B两项错误；若ab向右匀减速运动，右边线圈中的电流是产生的磁通量在从下向上减小，故穿过左边线圈的磁通量在从上向下减小，该线圈中会产生一个从上向下的磁场，D项正确；当ab向左匀加速运动，同样会在左边的线圈中产生一个从上向下的磁场，故C项正确。‎ 答案　CD ‎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　开关闭合的瞬间，左侧的线圈中磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出直导线中电流方向为由南向北，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A项正确；开关闭合并保持一段时间后，左侧线圈中磁通量不变，线圈中感应电动势和感应电流为零，直导线中电流为零，小磁针恢复到原来状态，B、C两项错误；开关闭合并保持一段时间后再断开后的瞬间，左侧的线圈中磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出直导线中电流方向为由北向南，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向外，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D项正确。‎ 答案　AD ‎2．(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度上的形貌。为了有效隔离外界振动 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振动，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振动的衰减最有效的方案是(　　)‎ ‎　A　　　　　B　　　　　C　　　　　D 解析　上下振动时，A图中的紫铜薄板产生感应电流，所受安培力阻碍紫铜薄板的振动；左右振动时，A图和D图中的紫铜薄板产生感应电流，所受安培力阻碍紫铜薄板的振动，所以减弱紫铜薄板上下及左右振动的最有效的方案是A项。‎ 答案　A ‎　【借鉴高考】　(2017·江苏高考)如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(　　)‎ A．1∶1　　　B．1∶‎2 C．1∶4　　　D．4∶1‎ 解析　根据磁通量的定义，当B垂直于S时，穿过线圈的磁通量为Φ＝BS，其中S为有磁感线穿过区域的面积，所以图中a、b两线圈的磁通量相等，所以A项正确，B、C、D三项错误。‎ 答案　A