（江蘇專版）2020版高考物理一輪復習 第九章 第1節(jié) 電磁感應現(xiàn)象 楞次定律講義（含解析）.doc

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電磁感應現(xiàn)象 楞次定律 (1)閉合電路內只要有磁通量，就有感應電流產生。() (2)穿過線圈的磁通量和線圈的匝數(shù)無關。(√) (3)線框不閉合時，即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化，線框中也沒有感應電流產生。(√) (4)當導體切割磁感線時，一定產生感應電動勢。(√) (5)由楞次定律知，感應電流的磁場一定與引起感應電流的磁場方向相反。 () (6)感應電流的磁場一定阻礙引起感應電流的磁場的磁通量的變化。(√) (1)1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了——電磁感應現(xiàn)象。 (2)1834年，俄國物理學家楞次總結了確定感應電流方向的定律——楞次定律。 突破點(一)　對電磁感應現(xiàn)象的理解和判斷 1．判斷感應電流的流程 (1)確定研究的回路。 (2)弄清楚回路內的磁場分布，并確定該回路的磁通量Φ。 (3) 2．磁通量Φ發(fā)生變化的三種常見情況 (1)磁場強弱不變，回路面積改變。 (2)回路面積不變，磁場強弱改變。 (3)回路面積和磁場強弱均不變，但二者的相對位置發(fā)生改變。 [題點全練] 1．(2018徐州模擬)下列各圖所描述的物理情境中，沒有感應電流的是(　　) A. 開關S閉合穩(wěn)定后，線圈N中 B. 磁鐵向鋁環(huán)A靠近，鋁環(huán)A中 C. 金屬框從A向B運動，金屬框中 D. 銅盤在磁場中按圖示方向轉動，電阻R中 解析：選A　開關S閉合穩(wěn)定后，穿過線圈的磁通量保持不變，線圈不產生感應電流，故A符合題意；磁鐵向鋁環(huán)A靠近，穿過鋁環(huán)A的磁通量在增大，鋁環(huán)A產生感應電流，故B不符合題意；金屬框從A向B運動，穿過線框的磁通量時刻在變化，線框產生感應電流，故C不符合題意；銅盤在磁場中按圖示方向轉動，銅盤的一部分切割磁感線，產生感應電流，故D不符合題意。 2．(2018上海模擬)現(xiàn)將電池組、滑動變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電流計及開關如圖連接。在開關閉合、線圈A放在線圈B中的情況下，某同學發(fā)現(xiàn)當他將滑動變阻器的滑片P向右加速滑動時，電流計指針向右偏轉。由此可以推斷(　　) A．因為線圈A、線圈B的繞線方向未知，故無法判斷電流計指針偏轉的方向 B．線圈A中鐵芯向上拔出或斷開開關，電流計指針向右偏轉 C．滑動變阻器的滑片P勻速向右滑動，電流計指針靜止在中央 D．線圈A向上移動，電流計指針向左偏轉 解析：選D　由題意可知當P向右加速滑動時，線圈A中的電流應越來越大，則其磁場增加，此時線圈B中產生的電流使指針向右偏轉，由此可知，當B中的磁通量增加時，電流計指針右偏；雖然線圈A、線圈B的繞線方向未知，只要知道穿過線圈B的磁通量如何變化即可判斷出電流計指針偏轉方向，故A錯誤；線圈A中鐵芯向上拔出或斷開開關，穿過線圈B的磁通量減小，電流計指針向左偏轉，故B錯誤；滑動變阻器的滑片P勻速向右滑動，穿過線圈B的磁通量變化，則會產生感應電流，指針將會偏轉，故C錯誤；線圈A向上移動，穿過線圈B的磁通量減少，電流計指針向左偏轉，故D正確。 3．(2018昆山質檢)如圖所示，一通電螺線管b放在閉合金屬線圈a內，螺線管的中心軸線恰和線圈的一條直徑MN重合。要使線圈a中產生感應電流，可采用的方法有(　　) A．使通電螺線管中的電流發(fā)生變化 B．使螺線管繞垂直于線圈平面且過線圈圓心的軸轉動 C．使線圈a以MN為軸轉動 D．使線圈繞垂直于MN的直徑轉動 解析：選D　在A、B、C三種情況下，穿過線圈a的磁通量始終為零，因此不產生感應電流，A、B、C錯誤；選項D中，當線圈繞垂直于MN的直徑轉動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，會產生感應電流，故D正確。 突破點(二)　感應電流方向的判斷 1．楞次定律中“阻礙”的含義 2．判斷感應電流方向的兩種方法 方法一　用楞次定律判斷 方法二　用右手定則判斷 該方法適用于切割磁感線產生的感應電流。判斷時注意掌心、拇指、四指的方向： 　 [題點全練] 1.(2018徐州模擬)如圖所示，勻強磁場垂直圓形線圈指向紙內，a、b、c、d為圓形線圈上等距離的四點，現(xiàn)用外力在上述四點將線圈拉成正方形，且線圈仍處在原先所在平面內，則在線圈發(fā)生形變的過程中(　　) A．線圈中將產生abcda方向的感應電流 B．線圈中將產生adcba方向的感應電流 C．線圈中感應電流方向無法判斷 D．線圈中無感應電流 解析：選A　周長一定時，圓形的面積最大。本題線圈面積變小，磁通量變小，有感應電流產生。由楞次定律可知線圈中將產生順時針方向的感應電流。故A正確。 2.如圖所示，一平面線圈用細桿懸于P點，開始細桿處于水平位置，釋放后它在圖示的勻強磁場中運動。已知線圈平面始終與紙面垂直，當線圈第一次通過位置Ⅰ和位置Ⅱ時，順著磁場的方向看去，線圈中感應電流的方向依次為(　　) A．位置Ⅰ和位置Ⅱ均為逆時針方向 B．位置Ⅰ逆時針方向，位置Ⅱ順時針方向 C．位置Ⅰ和位置Ⅱ均為順時針方向 D．位置Ⅰ順時針方向，位置Ⅱ逆時針方向 解析：選B　由題圖可知，當線圈從Ⅰ位置運動到最低點過程中，穿過線圈的磁通量增加，根據楞次定律可知，線圈中感應電流的方向，順著磁場方向看是逆時針；當線圈從最低點運動到Ⅱ位置的過程中，穿過線圈的磁通量減少，根據楞次定律可知，線圈中感應電流的方向應是順時針，所以當線圈第一次通過位置Ⅰ和位置Ⅱ時，順著磁場的方向看去，線圈中感應電流的方向應是先逆時針方向，再順時針方向，所以B正確，A、C、D錯誤。 3.[多選]如圖所示，通電導線與矩形線圈abcd處于同一平面，下列說法中正確的是(　　) A．若線圈向右運動，其中感應電流方向是a→d→c→b B．若線圈豎直向下運動，無感應電流產生 C．當線圈以ab邊為軸轉動時(小于90)，其中感應電流方向是a→b→c→d D．當線圈向導線靠近時，其中感應電流方向是a→d→c→b 解析：選BCD　由安培定則可知導線右側磁場方向垂直紙面向里，且越靠近導線，磁感應強度越大。當導線框向右平移時，穿過線圈的磁通量減少，根據楞次定律與右手螺旋定則可知，感應電流方向是a→b→c→d，即順時針方向，故A錯誤；若線圈豎直向下平動，穿過線圈的磁通量不變，無感應電流產生，故B正確；當線圈以ab邊為軸轉動時(小于90)，穿過線圈的磁通量減少，根據楞次定律與右手螺旋定則可知，感應電流方向是a→b→c→d，故C正確；當線圈向導線靠近時，穿過線圈的磁通量增大，根據楞次定律可知，其中感應電流方向是a→d→c→b，故D正確。 突破點(三)　三定則、一定律的綜合應用 1．規(guī)律比較 名稱 基本現(xiàn)象 因果關系 應用的定則或定律 電流的磁效應 運動電荷、電流產生磁場 因電生磁 安培定則 洛倫茲力、安培力 磁場對運動電荷、電流有作用力 因電受力 左手定則 電磁感應 部分導體做切割磁感線運動 因動生電 右手定則 閉合回路磁通量變化 因磁生電 楞次定律 2．相互聯(lián)系 (1)應用楞次定律時，一般要用到安培定則。 (2)研究感應電流受到的安培力，一般先用右手定則確定電流方向，再用左手定則確定安培力的方向，有時也可以直接應用楞次定律的推論確定。 [典例]　如圖所示，金屬棒ab、金屬導軌和螺線管組成閉合回路，金屬棒ab在勻強磁場B中沿導軌向右運動，則(　　) 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棒向右運動速度v越大，所受安培力越大 D．螺線管產生的磁場，A端為N極 [思路點撥] (1)判斷導體棒ab切割磁感線產生的感應電流→應用右手定則。 (2)判斷導體棒ab受到的安培力→應用左手定則。 (3)判斷螺線管中產生的磁場→應用安培定則。 [解析]　棒ab向右運動切割磁感線，根據右手定則判斷感應電流方向由b→a，再根據左手定則判斷棒所受安培力水平向左，故A、B錯誤；ab的速度越大，感應電流越大，所受安培力就越大，C正確；根據安培定則可判定螺線管的B端為N極，A端為S極，D錯誤。 [答案]　C [方法規(guī)律]　　左、右手定則巧區(qū)分 (1)區(qū)分左手定則和右手定則的根本是抓住“因果關系”：“因電而動”——用左手，“因動而電”——用右手。 (2)使用中左手定則和右手定則很容易混淆，為了便于記憶，可把兩個定則簡單地總結為通電受力，“力”的最后一筆“丿”向左，用左手；運動生電，“電”的最后一筆“乚”向右，用右手。 [集訓沖關] 1.如圖所示，矩形導線框abcd與無限長通電直導線MN在同一平面內，直導線中的電流方向由M到N，導線框的ab邊與直導線平行。若直導線中的電流減小，導線框中將產生感應電流，導線框會受到安培力的作用，則以下判斷正確的是(　　) A．導線框的ab和cd兩條邊所受安培力的方向相同 B．導線框的ad和bc兩條邊所受安培力的方向相同 C．導線框中電流方向a→d→c→b→a D．導線框中電流方向a→b→c→d→a 解析：選D　直導線中通有向上的減小的電流，根據安培定則知，通過線框的磁場方向垂直紙面向里，且逐漸減小，根據楞次定律知，感應電流的方向為順時針方向，即a→b→c→d→a方向；由左手定則可知，各邊所受的安培力方向：ad受力向下，bc受力向上，ab受力向左，cd受力向右，故A、B、C錯誤，D正確。 2.如圖所示，圓形導體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動變阻器連接成閉合電路。若將滑動變阻器的滑片P向下滑動，則下列表述正確的是(　　) A．線圈a中將產生順時針方向(俯視)的感應電流 B．穿過線圈a的磁通量變小 C．線圈a有擴張的趨勢 D．線圈a對水平桌面的壓力將增大 解析：選D　通過螺線管b的電流沿順時針方向(俯視)，根據右手螺旋定則可判斷，螺線管b所產生的磁場方向豎直向下，若滑片P向下滑動，則滑動變阻器接入電路的電阻減小，電流增大，所產生的磁場的磁感應強度增大，故穿過線圈a的磁通量變大，B錯誤；根據楞次定律可知，線圈a中所產生的感應電流的磁場方向豎直向上，由右手螺旋定則可判斷，線圈a中的電流沿逆時針方向(俯視)，A錯誤；由楞次定律的推論可知，線圈a有縮小的趨勢，線圈a對水平桌面的壓力增大，C錯誤，D正確。 突破點(四)　利用楞次定律的推論速解電磁感應問題 電磁感應現(xiàn)象中因果相對的關系恰好反映了自然界的這種對立統(tǒng)一規(guī)律，對楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為感應電流的“效果”總是阻礙產生感應電流的原因，可由以下三種方式呈現(xiàn)： (1)增反減同： 阻礙原磁通量的變化，適用于單向磁場問題，如回路中有兩個方向的磁場不再適用。 (2)增縮減擴： 使回路面積有擴大或縮小的趨勢，同樣適用于單向磁場問題。 (3)來拒去留： 阻礙相對運動。 [多維探究] (一)增反減同 [例1]　如圖甲所示，長直導線與導線框abcd固定在同一平面內。直導線中通以如圖乙所示的大小和方向都隨時間作周期性變化的交流電，并取圖甲所示向上的電流方向為直導線中電流的正方向。關于0～T時間內線框abcd中感應電流的方向，下列說法正確的是(　　) A．由順時針方向變?yōu)槟鏁r針方向 B．由逆時針方向變?yōu)轫槙r針方向 C．由順時針方向變?yōu)槟鏁r針方向，再變?yōu)轫槙r針方向 D．由逆時針方向變?yōu)轫槙r針方向，再變?yōu)槟鏁r針方向 [解析]　由題圖乙，在0～時間內電流正向增大，根據安培定則，矩形線圈所處的磁場垂直紙面向里，由于磁通量增大，由增反減同，矩形線圈中的感應磁場應垂直紙面向外，感應電流為逆時針，同理，～，～，～T內感應電流 的方向依次為順時針、順時針、逆時針，故D正確。 [答案]　D (二)增縮減擴 [例2]　如圖，光滑固定的金屬導軌M、N水平放置，兩根導體棒P、Q平行放置在導軌上，形成一個閉合回路，一條形磁鐵從高處自由下落接近回路時(　　) A．P、Q將相互遠離　　　　 　B．磁鐵的加速度大于g C．磁鐵的加速度仍為g D．磁鐵的加速度小于g [解析]　當一條形磁鐵從高處下落接近回路時，穿過回路的磁通量增加，根據楞次定律可知感應電流的磁場總是阻礙磁通量的變化，可知P、Q將互相靠攏，回路的面積減小，使穿過回路的磁場減小，起到阻礙原磁通量增加的作用，故A錯誤；根據楞次定律可知，磁鐵受到向上的排斥力，所以合力小于重力，磁鐵的加速度一定小于g，故B、C錯誤，D正確。 [答案]　D (三)來拒去留 [例3]　[多選]如圖所示，輕質彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵，磁鐵正下方不遠處的水平面上放一個質量為m，電阻為R的閉合線圈。將磁鐵慢慢托起到彈簧恢復原長時放開，磁鐵開始上下振動，線圈始終靜止在水平面上。不計空氣阻力，則以下說法正確的是(　　) A．磁鐵保持上下振動不變 B．磁鐵最終能靜止 C．在磁鐵振動過程中線圈對水平面的壓力有時大于mg，有時小于mg D．若線圈為超導線圈，磁鐵最終也能靜止 [解析]　根據楞次定律可知下面的線圈(即使為超導線圈)會阻礙磁鐵運動做負功，所以磁鐵最終會停止，A錯誤，B、D正確；因為磁鐵在運動，所以穿過線圈的磁通量變化，產生安培力，當磁鐵運動時，安培力方向向下時壓力大于重力，安培力向上時壓力小于重力，C正確。 [答案]　BCD 利用程序法和逆向推理法分析二次感應問題 在電磁感應現(xiàn)象中，二次電磁感應問題在高考題中時常出現(xiàn)，解決該類問題的方法有程序法、逆向推理法等。 (一)程序法(正向推理法) 1．[多選]如圖甲所示，螺線管內有平行于軸線的勻強磁場，規(guī)定圖中箭頭所示方向為磁感應強度B的正方向，螺線管與U型導線框cdef相連，導線框cdef內有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導線框cdef在同一平面內。當螺線管內的磁感應強度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時，下列說法正確的是(　　) A．在t1～t2時間內，金屬圓環(huán)L有收縮趨勢 B．在t2時刻，導線框cdef內的感應電流最小 C．在t1時刻，導線框cdef內的感應電流最大 D．在t1～t2時間內，金屬圓環(huán)L內有順時針方向的感應電流 解析：選AD　在t1～t2時間內，穿過L的磁通量的變化率增加，感應電動勢變大，導線框cdef中的電流增強，則L內的磁場增強，由楞次定律可知圓環(huán)L為阻礙磁通量的增加，有收縮的趨勢，故A正確。由Bt圖知，在t2時刻，磁感應強度為零，但是磁通量的變化率最大，則感應電流最大，B錯誤。由Bt圖知，t1時刻磁通量的變化率為零，則感應電流為零，故C錯誤。在t1～t2時間內，磁通量的變化率不斷變大，則線框內的感應電流不斷變大，根據楞次定律，線框中的電流方向為從f到c，根據右手螺旋定則，穿過圓環(huán)的磁通量向外增大，則根據楞次定律，在金屬圓環(huán)中產生順時針方向的感應電流，故D正確。 (二)逆向推理法 (1)首先依據二次感應產生的效應，判斷二次感應電流的方向。 (2)其次依據螺線管中感應電流的方向，應用安培定則，判定二次感應電流產生的磁通量方向，明確它是阻礙第一個感應磁場變化的。 (3)然后依據楞次定律，得出第一個感應磁場的方向及相應的變化的可能情況，從而得到引起磁場變化的電流的方向與變化。 (4)最后，依據電流的方向，判斷導體切割磁感線運動的方向與速度。 2．[多選]如圖所示裝置中，cd桿原來靜止。當ab桿做如下哪些運動時，cd桿將向右移動(　　) A．向右勻速運動　　　　　 　B．向右加速運動 C．向左加速運動 D．向左減速運動 解析：選BD　ab勻速運動時，ab中感應電流恒定，L1中磁通量不變，穿過L2的磁通量不變，L2中無感應電流產生，cd保持靜止，A錯誤；ab向右加速運動時，L2中的磁通量向下增大，通過cd的電流方向向下，cd向右移動，B正確；同理可得C錯誤，D正確。 3.(2017全國卷Ⅲ)如圖，在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導軌，導軌平面與磁場垂直。金屬桿PQ置于導軌上并與導軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內，線框與導軌共面?，F(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，關于感應電流的方向，下列說法正確的是(　　) A．PQRS中沿順時針方向，T中沿逆時針方向 B．PQRS中沿順時針方向，T中沿順時針方向 C．PQRS中沿逆時針方向，T中沿逆時針方向 D．PQRS中沿逆時針方向，T中沿順時針方向 解析：選D　金屬桿PQ向右切割磁感線，根據右手定則可知PQRS中感應電流沿逆時針方向；原來T中的磁場方向垂直于紙面向里，閉合回路PQRS中的感應電流產生的磁場方向垂直于紙面向外，使得穿過T的磁通量減小，根據楞次定律可知T中產生順時針方向的感應電流，綜上所述，可知A、B、C項錯誤，D項正確。 在二次感應現(xiàn)象中，“程序法”和“逆向推理法”的選擇 1．如果要判斷二次感應后的現(xiàn)象或結果，選擇程序法。 2．如果已知二次感應后的結果，要判斷導體棒的運動情況或磁場的變化，需選擇逆向推理法。