高中物理人教版 (新课标)选修3第四章 电磁感应综合与测试导学案

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发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定．可能是阻碍导体的相对运动，也可能是改变线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化．即：
1．若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用(“增离”)．
2．若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用(“减靠”)．
【例1】 一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动，M连接在如图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关，下列情况中，可观测到N向左运动的是( )
A．在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间
B．在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间
C．在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向c端移动时
D．在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向d端移动时
C [根据题意知，圆环N向左运动，根据“增离减靠”原则知，线圈M上的磁场在减弱，流过M的电流在减小，故C正确．]
1．如图所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，在滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中，线圈ab将( )
A．静止不动
B．逆时针转动
C．顺时针转动
D．发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动的方向
C [当P向右滑动时，电路中电阻减小，电流增大，穿过线圈ab的磁通量增大，根据楞次定律判断，线圈ab将顺时针转动，C正确．]
由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生感应电流的导体受到磁场的安培力，这种安培力会“阻碍”相对运动，用一句口诀就是“来拒去留”．
【例2】 如图所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是( )
A．向右运动 B．向左运动
C．静止不动 D．不能判定
A [解法一：阻碍相对运动法
产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概括为四个字：“来拒去留”．磁铁向铜环运动时，铜环产生的感应电流总是阻碍磁铁与导体间的相对运动，则磁铁和铜环间有排斥作用．故A项正确．
解法二：电流元受力分析法
如图所示，当磁铁向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，由楞次定律判断出铜环中感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反，即向右，根据安培定则可判断出感应电流方向，从左侧看为顺时针方向，把铜环的电流等效为多段直线电流元，取上、下两小段电流元进行研究，由左手定则判断出两段电流元的受力，由此可判断整个铜环所受合力向右．故A项正确．
解法三：等效法
如图所示，磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为条形磁铁，而两磁铁有排斥作用．故A项正确．
]
2．如图所示，螺线管cd的导线绕法不明，当磁铁ab插入螺线管时，闭合电路中有图示方向的感应电流产生，下列关于螺线管磁场极性的判断，正确的是( )
A．c端一定是N极
B．d端一定是N极
C．c端的极性一定与磁铁b端的极性相同
D．因螺线管的绕法不明，故无法判断极性
C [根据楞次定律的另一种表述：“感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因”，本题中螺线管中产生感应电流的原因是磁铁ab的下降，为了阻碍该原因，感应电流的效果只能使磁铁与螺线管之间产生相斥的作用，即螺线管的c端一定与磁铁的b端极性相同，与螺线管的绕法无关．但因为磁铁ab的N、S极性不明，所以螺线管cd的两端极性也不能明确，所以A、B、D错误，C正确．]
当闭合电路中有感应电流产生时，电路的各部分导线就会受到安培力作用，会使电路的面积有变化(或有变化趋势)．
1．若原磁通量增加，则通过减小有效面积起到阻碍的作用(“增缩”)．
2．若原磁通量减小，则通过增大有效面积起到阻碍的作用(“减扩”)．
【例3】 如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路．若将滑动变阻器的滑片P向上滑动，下面说法中正确的是( )
A．穿过线圈a的磁通量变大
B．线圈a有收缩的趋势
C．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
D．线圈a对水平桌面的压力FN将增大
C [P向上滑动，回路电阻增大，电流减小，磁场减弱，穿过线圈a的磁通量变小，根据楞次定律，线圈a的面积有增大趋势，A、B错误；由于线圈a中磁通量减小，根据楞次定律知线圈a中感应电流应为俯视顺时针方向，C正确；由于线圈a中磁通量减小，根据楞次定律，线圈a有阻碍磁通量减小的趋势，可知线圈a对水平桌面的压力FN减小，D错误．]
3．如图所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体ab和cd的运动情况是( )
A．一起向左运动
B．一起向右运动
C．ab和cd相向运动，相互靠近
D．ab和cd相背运动，相互远离
C [直导线中电流增强时，回路abdc中磁通量增大产生感应电流，根据“增缩减扩”原则知，回路abdc的面积减小，即C正确．]
安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用场合如下表．
综合运用这几个规律的关键是分清各个规律的适用场合，不能混淆．
【例4】 (多选)如图所示装置中，cd杆光滑且原来静止．当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)( )
A．向右匀速运动 B．向右加速运动
C．向左加速运动 D．向左减速运动
BD [ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动，故A错误；ab杆向右加速运动，根据右手定则，知在ab杆上产生增大的由a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁
场向下通过L2，由楞次定律，在cd杆上产生c到d的感应电流，根据左手定则，cd杆受到向右的安培力，cd杆将向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确．]
几个规律的应用中，要抓住各个对应的因果关系：
1因电而生磁I→B→安培定则；
2因动而生电v、B→I→右手定则；
3因电而受力I、B→F安→左手定则；
4因变而生电ΔΦ→L→楞次定律.
4.(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( )
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
BC [MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里eq \(――→,\s\up15(左手定则))MN中的感应电流由M→Neq \(――→,\s\up15(安培定则))L1中感应电流的磁场方向向上eq \(――→,\s\up15(楞次定律))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(L2中磁场方向向上减弱L2中磁场方向向下增强))；若L2中磁场方向向上减弱eq \(――→,\s\up15(安培定则))PQ中电流为Q→P且减小eq \(――→,\s\up15(右手定则))向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强eq \(――→,\s\up15(安培定则))PQ中电流为P→Q且增大eq \(――→,\s\up15(右手定则))向左加速运动．]
1．如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b.将条形磁铁沿它们的正中向下移动(不到达该平面)，a、b的移动情况可能是( )
A．a、b将相互远离 B．a、b将相互靠近
C．a、b将不动 D．无法判断
A [根据Φ＝BS，条形磁铁向下移动过程中B增大，所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势．由于S不可改变，为阻碍磁通量增大，导体环会尽量远离条形磁铁，所以a、b将相互远离．]
2．如图所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行．在开关S接通瞬间，两铜环的运动情况是( )
A．同时向两侧推开
B．同时向螺线管靠拢
C．一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法具体判断
D．同时被推开或同时向螺线管靠拢，因电源正负极未知，无法具体判断
A [当电路接通瞬间，通电螺线管产生磁场，穿过两侧铜环的磁通量都增加，由楞次定律可知，两环中感应电流的磁场与螺线管中磁场方向相反，即受到螺线管磁场的排斥作用，使两铜环分别向外侧移动，选项A正确．]
3．如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置甲(左)匀速运动到位置乙(右)，则( )
A．导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a
B．导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a
C．导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右
D．导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左
D [由右手定则可判断出导线框进入磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a，导线框离开磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a.由左手定则可判断导线框进入磁场时受到的安培力水平向左，导线框离开磁场时受到的安培力水平向左，因此选项D正确．]
4．(2019·全国卷Ⅲ)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现？( )
A．电阻定律 B．库仑定律
C．欧姆定律 D．能量守恒定律
[答案] D
“增离减靠”法的应用
“来拒去留”法的应用
“增缩减扩”法的应用
“三定则一定律”的综合应用
比较
项目
安培定则
左手定则
右手定则
楞次定律
适用
场合
通电导线、圆环产生磁场时，磁场方向、电流方向关系
通电导线在磁场中所受的安培力方向、电流方向、磁场方向的关系
导体切割磁感线时速度方向、磁场方向、感应电流方向的关系
回路中磁通量变化产生感应电流时，原磁场方向、感应电流磁场方向的关系