高考物理复习专题知识点27-电磁感应现象_楞次定律 4页

电磁感应现象　楞次定律 ‎ 一．考点整理 基本概念 ‎ ‎1．磁通量：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，即φ = ．磁通量单位是 ，用Wb表示，1 Wb = T·m2．公式的适用条件：① 磁场；② 磁感线的方向与平面 ，即B S．‎ ‎2．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．‎ ‎⑴ 产生感应电流的条件：穿过 电路的磁通量发生 ．特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．‎ ‎⑵ 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，则只有感应 ，而无 ．‎ ‎3．楞次定律：感应电流的磁场总是要 引起感应电流的磁通量的 ．右手定则：拇指、掌心、四指在 内，让右手大拇与其他余四指 ，让磁感线穿过手心，拇指指向 方向，其余四指指向感应电流方向，如图所示．‎ ‎ 二．思考与练习 思维启动 ‎ ‎1．如图所示，在条形磁铁外套有A、B两个大小不同的圆环，穿过A环的磁通量φA与穿过B环的磁通量φB相比较 （ ）‎ A．φA>φB B．φA < φB C．φA = φB D．不能确定 ‎2．如图所示，一个矩形线框从匀强磁场的上方自由落下，进入匀强磁场中，然后再从磁场中穿出．已知匀强磁场区域的宽度L大于线框的高度h，下列说法正确的是 （ ）‎ A．线框只在进入和穿出磁场的过程中，才有感应电流产生 B．线框从进入到穿出磁场的整个过程中，都有感应电流产生 C．线框在进入和穿出磁场的过程中，都是机械能转化成电能 D．整个线框都在磁场中运动时，机械能转化成电能 ‎3．如图所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放（各线框下落过程中不翻转），则以下说法正确的是 （ ）‎ A．三者同时落地 B．甲、乙同时落地，丙后落地 C．甲、丙同时落地，乙后落地 D．乙、丙同时落地，甲后落地 ‎ 三．考点分类探讨 典型问题 ‎ ‎〖考点1〗电磁感应现象是否发生的判断 ‎【例1】如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合．要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有 （ ）‎ A．使通电螺线管中的电流发生变化 B．使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动 C．使线圈a以MN为轴转动 D．使线圈绕垂直于MN的直径转动 ‎【变式跟踪1】如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是 （ ）‎ A．线圈中通以恒定的电流 B．通电时，使滑动变阻器的滑片P匀速移动 C．通电时，使滑动变阻器的滑片P加速移动 D．将电键突然断开的瞬间 ‎〖考点2〗楞次定律的理解及应用 ‎【例2】某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律．当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流方向是 （ ）‎ A．a → G → b　　　　　　 B．先a → G → b，后b → G → a C．b → G→ a D．先b → G → a，后a → G → b ‎【变式跟踪2】如图所示，通电螺线管左侧和内部分别静止吊一导体环a和b，当滑动变阻器R的滑动触头c向左滑动时 （ ）‎ A．a向左摆，b向右摆　　　 B．a向右摆，b向左摆 C．a向左摆，b不动 D．a向右摆，b不动 ‎〖考点3〗楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的综合应用 ‎【例3】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 ‎【变式跟踪3】如图所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里，当导线MN在导轨上向右加速滑动时，正对电磁铁A的圆形金属环B中 （ ）‎ A．有感应电流，且B被A吸引 B．无感应电流 C．可能有，也可能没有感应电流 D．有感应电流，且B被A排斥 ‎ 四．考题再练 高考试题 ‎ ‎1．【2012·江苏】某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有（ ）‎ A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零 B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变 C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起 D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起 ‎【预测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，如图连接．在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转．由此可以推断（ ）‎ A．线圈A向上移动或滑动变阻器的滑动端P向右加速滑动，都能引起电流计指针向左偏转 B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转 C．滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央 D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向 ‎2．【2012·北京】物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”．如图，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 （ ）‎ 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 ‎【预测2】如图所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁，从离地面高h处，由静止开始下落，最后落在水平地面上．磁铁下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆环，而不与圆环接触．若不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法中正确的是 （ ）‎ A．在磁铁下落的整个过程中，圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针（从上向下看圆环）‎ B．磁铁在整个下落过程中，所受线圈对它的作用力先竖直向上后竖直向下 C．磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变 D．磁铁落地时的速率一定等于 ‎ 五．课堂演练 自我提升 ‎ ‎1．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及电键如图所示连接．下列说法中正确的是（ ）‎ A．电键闭合后，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，电键闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转 C．电键闭合后，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．电键闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转 ‎2．如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中，下列做法中能使圆盘中产生感应电流的是 （ ）‎ A．圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动 B．圆盘以某一水平直径为轴匀速转动 C．圆盘在磁场中向右匀速平移 D．匀强磁场均匀增加 ‎3．如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化大小分别为Δφ1和Δφ2，则 （ ）‎ A．Δφ1 > Δφ2，两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现 B．Δφ1 = Δφ2，两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现 C．Δφ1 < Δφ2，两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现 D．Δφ1 < Δφ2，两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现 ‎4．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） （ ）‎ 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 ‎5．如图所示，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T1和T2，重力加速度大小为g，则 （ ）‎ A．T1 > mg，T2 > mg 　　　 B．T1 < mg，T2 < mg C．T1 > mg，T2 < mg 　　　 D．T1 < mg，T2 > mg ‎6．1931年，英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”．1982年，美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验．他设想：如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图所示的超导线圈，那么，从上向下看这个线圈中将出现（ ）‎ 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．顺时针方向的持续流动的感应电流 D．逆时针方向的持续流动的感应电流．‎ ‎7．北半球地磁场的竖直分量向下．如下图所示，在北京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圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向．下列说法中正确的是 （ ）‎ A．若使线圈向东平动，则b点的电势比a点的电势低 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为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a D．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a ‎8．如图所示，虚线abcd为矩形匀强磁场区域，磁场方向竖直向下，圆形闭合金属线框以一定的速度沿光滑绝缘水平面向磁场区域运动．如右图所示给出的是圆形闭合金属线框的四个可能到达的位置，则圆形闭合金属线框的速度可能为零的位置是 ‎9．如图a所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方固定一螺线管Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流i，电流随时间变化的规律如图b所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为N，则在下列时刻 （ ）‎ A．t1时刻N>G，P有收缩的趋势 B．t2时刻N＝G，此时穿过P的磁通量最大 C．t3时刻N＝G，此时P中无感应电流 D．t4时刻N φB，故正确答案为A．‎ ‎2．AC；产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，线框全部在磁场中时，磁通量不变，不产生感应电流，故选项B、D错误．线框进入和穿出磁场的过程中磁通量发生变化，产生了感应电流，故选项A正确．在产生感应电流的过程中线框消耗了机械能，故选项C正确．‎ ‎3．D；甲是铜线框，在下落过程中产生感应电流，所受的安培力阻碍它的下落，故所需的时间长；乙没有闭合回路，丙是塑料线框，故都不会产生感应电流，它们做自由落体运动，故D正确．‎ ‎ 三．考点分类探讨 典型问题 ‎ 例1 D；题中图示位置无论螺线管中的电流怎样发生变化，均无磁感线穿过线圈平面，磁通量始终为零，故无感应电流产生，选项A错误．若螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动，穿过线圈的磁通量始终为零，故无感应电流产生，选项B错误．若线圈a以MN为轴转动，穿过线圈的磁通量始终为零，故无感应电流产生，选项C错误．若线圈绕垂直于MN的直径转动，穿过线圈的磁通量会发生变化，故有感应电流产生，选项D正确．‎ 变式1 A；当线圈中通恒定电流时，产生的磁场为稳恒磁场，通过铜环A的磁通量不发生变化，不会产生感应电流．‎ 例2 D；① 确定原磁场的方向：条形磁铁在穿入线圈的过程中，磁场方向向下．② 明确回路中磁通量的变化情况：线圈中向下的磁通量增加．③ 由楞次定律的“增反减同”可知：线圈中感应电流产生的磁场方向向上．④ 应用右手定则可以判断感应电流的方向为逆时针(俯视)即：b→G→a．同理可以判断：条形磁铁穿出线圈的过程中，向下的磁通量减小，由楞次定律可得线圈中将产生顺时针方向的感应电流（俯视），电流从a→G→b．‎ 变式2 C；当滑动变阻器R的滑动触头c向左滑动时，电路中的电流变大，螺线管产生的磁场逐渐增强，穿过a的磁通量变大，根据楞次定律可知，a向左摆动；b处于螺线管内部，其周围的磁场为匀强磁场，方向水平向左，圆环中虽然也产生感应电流，但根据左手定则可判断出，安培力与b在同一个平面内，产生的效果是使圆环面积缩小，并不使其摆动，所以C项正确．‎ 例3 BC 变式3 D；MN向右加速滑动，根据右手定则，MN中的电流方向从N→M，且大小在逐渐变大，根据安培定则知，电磁铁A的左端为N极，且磁场强度逐渐增强，根据楞次定律知，B环中的感应电流产生的内部磁场方向向右，B被A排斥．故D正确．‎ ‎ 四．考题再练 高考试题 ‎ ‎1．ABD；电路正常或短路时，火线和零线中通过的电流大小相等、方向相反，故L1中火线与零线中电流产生的磁场相抵消，铁芯中的磁通量为零，L2中无感应电流产生，电磁铁中也就无电流，开关K不会被吸起．由上述分析可知，A、B项正确，C项错误．当地面上的人接触火线发生触电时，火线与零线中的电流大小不再相等，则L2中产生感应电流，电磁铁也就能把开关K吸起，即D正确．‎ 预测1 B；电流计指针是否发生偏转取决于穿过线圈B的磁通量是否发生变化，而电流计中指针的偏转方向取决于穿过线圈B的磁通量是变大还是变小．由题意知当P向左滑动时，线圈A中的电流变小，导致穿过线圈B的磁通量减小，电流计中指针向右偏转．依此推理，若穿过线圈B的磁通量增大时，电流计指针向左偏转．线圈A上移时，线圈A中线芯向上拔出或断开开关，穿过线圈B的磁通量减小，指针向右偏，A错、B对；P匀速向左滑动时穿过线圈B的磁通量减小，指针向右偏转，P匀速右滑时穿过线圈B的磁通量增大，指针向左偏转，故C错．‎ ‎2．D；开关闭合的瞬间，电流迅速增大，线圈产生的磁场由0开始迅速增大，穿过套环的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，金属套环产生感应电流，并向着使磁通量减少的方向运动，故会立刻跳起，若选用非金属材质的套环，则套环中不会产生感应电流，不会受磁场力的作用，当然也不会跳起，D正确．‎ 预测2 A；当条形磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量增加，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针，当条形磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针，A正确；根据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在整个下落过程中，所受圆环对它的作用力始终竖直向上，B错误；磁铁在整个下落过程中，由于受到磁场力的作用，磁铁的机械能不守恒，C错误；若磁铁从高度h处做自由落体运动，其落地时的速度为v = ，但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热，根据能量守恒定律可知，其落地速度一定小于，D错误．‎ ‎ 五．课堂演练 自我提升 ‎ ‎1．A；电键闭合后，线圈A插入或拔出都会引起穿过线圈B的磁通量发生变化，从而电流计指针偏转，选项A正确；线圈A插入线圈B中后，电键闭合和断开的瞬间，线圈B的磁通量会发生变化，电流计指针会偏转，选项B错误；电键闭合后，滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动，都会导致线圈A的电流发生变化，线圈B的磁通量变化，电流计指针都会发生偏转，选项C、D错误．‎ ‎2．BD；只有当圆盘中的磁通量发生变化时，圆盘中才产生感应电流，当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动或圆盘在磁场中向右匀速平移时，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流，A、C错误；当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动或匀强磁场均匀增加时，圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流，B、D正确．‎ ‎3．C；设金属框在位置Ⅰ的磁通量为φⅠ，在位置Ⅱ的磁通量为φⅡ，由题可知：Δφ1 = |φⅡ – φI|，Δφ2 = | –φⅡ – φI |，所以金属框的磁通量变化大小Δφ1 <Δφ2，由安培定则知两次磁通量均向里减小，所以由楞次定律知两次运动中线框中均出现沿adcba方向的电流，C对．‎ ‎4．C；条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，向右的磁通量一直增加，根据楞次定律，环中的感应电流（自左向右看）为逆时针方向，C对．‎ ‎5．A；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安培力向上，在磁铁下端时受安培力也向上，则金属圆环对磁铁的作用力始终向下，对磁铁受力分析可知T1 > mg，T2 > mg，A项正确．‎ ‎6．D；磁单极子从上向下穿过超导线圈时，磁通量先向下增加又向上减少，由楞次定律可知，感应磁场方向向上，由安培定则可知，感应电流方向始终为逆时针方向．超导线圈的电阻为零，因此，线圈一旦激起电流便持续流动下去．‎ ‎7．C；由右手定则知，若使线圈向东平动，线圈的ab边和cd边切割磁感线，c(b)点电势高于d(a)点电势，故A错误；同理知B错．若以ab为轴将线圈向上翻转，穿过线圈平面的磁通量将变小，由楞次定律可判断线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a，C对，D错．‎ ‎8．AD；因为线框在进、出磁场时，线框中的磁通量发生变化，产生感应电流，安培力阻碍线框运动，使线框的速度可能减为零，故A、D正确．‎ ‎9．AB；t1时刻电流i增大，穿过线圈的磁通量增大，为反抗磁通量的增大，线圈有收缩的趋势，同时有远离螺线管向下运动的趋势，N>G，A正确；t2时刻电流i不变，穿过线圈的磁通量不变，感应电流为零，N＝G，B正确；同理t3时刻N