2022届高考物理一轮复习10.1电磁感应现象楞次定律学案新课标人教版

第1讲　电磁感应现象　楞次定律

知识点一　磁通量

1．定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向________的面积S与B的乘积．(如图所示)．

2．公式：Φ＝________.

3．单位：1Wb＝________.

4．标矢性：磁通量是________(选填“标量”或“矢量”)，但有正负．

知识点二　电磁感应现象

1．电磁感应现象：当穿过闭合回路的________发生变化时，电路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象．

2．产生感应电流的条件

(1)电路________．

(2)________发生变化．

3．实质：磁通量发生变化时，电路中产生感应电动势，如果电路闭合，则有________；如果电路不闭合，则只有____________，而无感应电流．

知识点三　楞次定律

1．楞次定律

(1)内容：感应电流的磁场总要________引起感应电流的________的变化．

(2)适用范围：适用于一切回路中________变化的情况．

2．右手定则

(1)使用方法．

①让磁感线穿入________．

②使大拇指指向________的方向．

③其余四指指向________的方向．

(2)适用范围：适用于部分导体________磁感线的情况．

思考辨析

(1)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．(　　)

(2)当导体切割磁感线时，一定会产生感应电动势．(　　)

(3)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．(　　)

教材改编

[人教版选修3－2P13T3改编]如图所示，CDEF是金属框，框内存在着垂直纸面向里的匀强磁场．当导体AB向右移动时，金属框中CD、EF边的感应电流的方向为(　　)

A．C→D，E→F

B．D→C，E→F

C．C→D，F→E

D．D→C，F→E

考点一　电磁感应现象的理解和判断

自主演练

判断产生感应电流的思路

[多维练透]

1．如图1所示，虚线框内有匀强磁场，1和2为垂直磁场方向放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过两环的磁通量；如图2所示，两同心圆环A和B处在同一平面内，B的半径小于A的半径．一条形磁铁的轴线与圆环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量大小为ΦA与ΦB，则有(　　)

A．Φ1>Φ2　ΦA>ΦBB．Φ1＝Φ2　ΦA<ΦB

C．Φ1<Φ2　ΦA＝ΦBD．无法比较

2．[人教选修3－2改编]如图所示的各图所描述的物理情境中，没有产生感应电流的是(　　)

3．(多选)如图所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行．若要在线圈中产生感应电流，可行的做法是(　　)

A．AB中电流I逐渐增大

B．AB中电流I先增大后减小

C．以AB为轴，线圈绕AB顺时针转90°

D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)

4．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所示连接，下列说法中正确的是(　　)

A．开关闭合后，线圈A插入或拔出线圈B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，电流计指针才能偏转

考点二　楞次定律的理解与应用

师生共研

题型1|对楞次定律的理解

例1 [2019·全国卷Ⅲ，14]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

题型2|用楞次定律判断感应电流的方向

利用楞次定律判断感应电流的方向“四步走”

例2[2021·北京西城区一模]在探究影响感应电流方向的因素实验中，用灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过“插入”和“拔出”磁铁，使线圈中产生感应电流，记录实验过程中的相关信息，就可以分析得出感应电流方向遵循的规律．如图所示为某同学的部分实验记录，在图甲中，电流计指针向左偏转．以下说法正确的是(　　)

A．在图乙所示实验过程中，电流计指针应该向左偏转

B．在图丙所示实验过程中，电流计指针应该向左偏转

C．这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与线圈的绕向有关

D．这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向有关

题型3|由右手定则判断感应电流的方向

该方法只适用于切割磁感线产生的感应电流，注意三个要点：

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．

例3[2021·黄山模拟]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，在导轨上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，下列说法中正确的是(　　)

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的作用力向右

练1　[2020·江苏卷，3]如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反．金属圆环的直径与两磁场的边界重合．下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　)

A．同时增大B1减小B2

B．同时减小B1增大B2

C．同时以相同的变化率增大B1和B2

D．同时以相同的变化率减小B1和B2

练2　[2021·上海浦东新区模拟]如图所示，长直导线中通有向右的电流I，线圈①与直导线垂直放置于其正下方，线圈②中心轴线与直导线重合，线圈③直径与直导线重合，线圈④与直导线共面放置于其正下方．在电流I均匀增大的过程中(　　)

A．从左向右看，线圈①中产生顺时针方向的电流

B．从左向右看，线圈②中产生逆时针方向的电流

C．正视线圈③中产生逆时针方向的电流

D．正视线圈④中产生逆时针方向的电流

练3　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

考点三　楞次定律的推广应用

多维探究

题型1阻碍原磁通量的变化——增反减同

例4如图所示，在水平放置的螺线管的中央，放着一个可绕水平轴OO′自由转动的闭合线圈abcd，轴OO′与螺线管的轴线垂直，ab边在OO′轴的左上方，闭合K的瞬间，关于线圈的运动情况，下列说法正确的是(　　)

A．不转动

B．ab边向左转动

C．ab边向右转动

D．转动的方向与螺线管中的电流方向有关

题型2|阻碍相对运动——“来拒去留”

例5如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁．如果在磁铁下端的水平桌面上放一个固定的闭合线圈，并使磁铁上下振动．磁铁在向下运动的过程中，下列说法正确的是(　　)

A．线圈给磁铁的磁场力始终向上

B．线圈给磁铁的磁场力先向上再向下

C．线圈给磁铁的磁场力始终向下

D．线圈给磁铁的磁场力先向下再向上

题型3使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”

例6 (多选)如图甲所示，在一螺线管内部中点处放置一小铜环；如图乙所示，在一螺线管外部放置一大铜环，闭合开关的瞬间，下列说法正确的是(　　)

A．从左往右看，两个铜环中都有沿顺时针方向的感应电流

B．从左往右看，小铜环中有顺时针方向的感应电流，大铜环中有逆时针方向的感应电流

C．两个铜环都有收缩的趋势

D．小铜环有收缩的趋势，大铜环有扩张的趋势

练4　[2020·全国卷Ⅲ，14]如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环．圆环初始时静止．将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到(　　)

A．拨至M端或N端，圆环都向左运动

B．拨至M端或N端，圆环都向右运动

C．拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动

D．拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动

练5　[2020·合肥三模](多选)如图甲所示，串联一理想交流电流表的单匝圆形闭合导线框水平放置，半径为r、电阻为R，匀强磁场穿过线框，该磁场磁感应强度B随时间t按正弦规律变化，如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)

A．t＝时线框中的感应电流最大

B．t＝时电流表的示数为零

C．在<t<T内线框有收缩趋势

D．0～T时间内线框中产生的焦耳热为

题后反思

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引起感应电流的原因．列表说明如下：

思维拓展

三定则一定律的综合应用

1.“三个定则、一个定律”的应用对比：

2.三个定则—个定律的应用技巧：

(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感应电流方向，再用左手定则确定安培力方向，有时也可以直接用楞次定律的推广应用确定．

题型1  一次感应

例1[2018·全国卷Ⅰ，19](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

题型2  二次感应

例2 (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的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ在一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

练　[2020·海淀区模拟]如图所示，左右两套装置完全相同，用导线悬挂的金属细棒ab、cd分别位于两个蹄形磁铁的中央，悬挂点用导线分别连通．现用外力使ab棒向右快速摆动，则此时cd棒受到的安培力方向及这个过程中右侧装置的工作原理相当于(　　)

A．cd棒受到的安培力向右，右侧装置的工作原理相当于电动机

B．cd棒受到的安培力向左，右侧装置的工作原理相当于发电机

C．cd棒受到的安培力向右，右侧装置的工作原理相当于发电机

D．cd棒受到的安培力向左，右侧装置的工作原理相当于电动机

第1讲　电磁感应现象　楞次定律

基础落实

知识点一

1．垂直

2．BS

3．1T·m2

4．标量

知识点二

1．磁通量

2．(1)闭合　(2)磁通量

3．感应电流　感应电动势

知识点三

1．(1)阻碍　磁通量　(2)磁通量

2．(1)①右手手心　②导体运动　③感应电流

(2)切割

思考辨析

(1)√　(2)√　(3)×

教材改编

答案：C

考点突破

1．解析：只有1内有磁场，由1与2构成的环内没有磁场，所以Φ1＝Φ2；根据磁感线的分布情况可知，磁铁内部穿过环面的磁感线向上，外部磁感线向下．穿过环面向下的磁感线将内部向上的磁感线抵消一部分，B的面积小，抵消较小，则磁通量较大，所以ΦB>ΦA.

答案：B

2．解析：开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不会产生感应电流，故A符合题意；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环的磁通量增大，铝环中会产生感应电流，故B不符合题意；金属框中从A位置向B位置运动，穿过金属框的磁通量发生变化，金属框中会产生感应电流，故C不符合题意；铜盘在磁场中按图示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，回路中会产生感应电流，故D不符合题意．

答案：A

3．解析：只要AB中电流发生变化，可以是大小改变，也可以是方向改变，也可以是大小和方向同时改变，都可以使线圈的磁通量发生变化，而产生感应电流，A和B都正确；以AB为轴，线圈绕AB顺时针转90°的过程中，磁感应强度的大小和线圈的有效面积都没变，磁通量不变，不能产生感应电流，C错误；以OO′为轴逆时针转90°的过程中，线圈的有效面积发生了变化，磁通量变化，能产生感应电流，D正确．

答案：ABD

4．解析：开关闭合后，线圈A插入或拔出线圈B都会引起穿过线圈B的磁通量的变化，从而使电流计指针偏转，选项A正确；线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，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；开关闭合后，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的电流变化，使线圈B的磁通量变化，电流计指针都会发生偏转，选项C、D错误．

答案：A

例1　解析：楞次定律的本质是感应磁场中能量的转化，是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现，故选项D正确．

答案：D

例2　解析：本题考查电磁感应实验及判断感应电流的方向．如题图甲所示，当磁铁的N极向下运动时，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，由安培定则可知，感应电流从下向上流过电流计，电流表指针向左偏转，可知电流计指针偏转方向与电流方向间的关系：电流从下向上流过电流计，电流计指针向左偏转，电流从上向下流过电流计，电流计指针向右偏转；在题图乙所示实验过程中，磁铁的S极向下运动时，穿过螺线管向上的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，由安培定则可知，感应电流从上向下流过电流计，则电流计指针应该向右偏转，故A错误；在题图丙所示实验过程中，磁铁的N极向上运动时，穿过螺线管向下的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，由安培定则可知，感应电流从上向下流过电流计，电流计指针应该向右偏转，故B错误；同理可知，题图丁中，穿过螺线管向上的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，由安培定则可知，感应电流从下向上流过电流计，电流计指针应该向左偏转，所以这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向、磁铁运动的方向有关，而实验中线圈的绕向一致，所以不能探究感应电流的磁场方向与线圈的绕向的关系，故C错误，D正确．

答案：D

例3　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，由右手定则判定导体棒AB中感应电流的方向是B→A，则导体棒CD中的电流方向为C→D，选项A错误、选项B正确；再根据左手定则，判定导体棒CD受到的磁场力向右、导体棒AB受到的磁场力向左，选项C、D错误．

答案：B

练1　解析：当同时增大B1减小B2时，通过金属圆环的总磁通量增加，且方向垂直纸面向里，根据楞次定律知，感应电流产生的磁场方向应为垂直纸面向外，根据右手螺旋定则知，此时金属圆环中产生逆时针方向的感应电流，A项错误；同理当同时减小B1增大B2时，金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，B项正确；当同时以相同的变化率增大或减小B1和B2时，金属圆环中的总磁通量没有变化，仍然为0，金属圆环中无感应电流产生，C、D项均错误．

答案：B

练2　解析：本题考查楞次定律的应用．穿过线圈①②③的磁通量始终为零，则在电流I均匀增大的过程中，线圈①②③中无感应电流产生，A、B、C错误；在电流I均匀增大的过程中，穿过线圈④的磁通量向里增加，根据楞次定律可知，正视线圈④中产生逆时针方向的电流，D正确．

答案：D

练3　解析：金属杆PQ突然向右运动，由右手定则可知，PQRS中有沿逆时针方向的感应电流，穿过圆环形金属线框T中的磁通量减小，由楞次定律可知，T中有沿顺时针方向的感应电流，故选项D正确．A、B、C错误．

答案：D

例4　解析：闭合K的瞬间，通过闭合线圈abcd的磁通量增大，根据楞次定律，线圈ab边向左转动，转动的方向与螺线管中的电流方向无关，选项B正确．

答案：B

例5　解析：本题考查楞次定律在受力问题中的应用．根据楞次定律的“来拒去留”可知，磁铁向闭合线圈靠近，线圈给磁铁的磁场力始终向上，选项A正确．

答案：A

例6　解析：题图甲中通过小铜环的是螺线管内部的部分磁感线，题图乙中通过大铜环的是螺线管内部的所有磁感线与螺线管外部的部分磁感线的差值．闭合开关瞬间，穿过两铜环的磁通量均向左增大，根据楞次定律，则铜环中的感应电流的磁场的方向向右，从左往右看，铜环中感应电流沿顺时针方向，选项A正确、选项B错误；闭合开关的瞬间，穿过铜环的磁通量向左增大，根据增缩减扩可知，题图甲中小铜环有收缩的趋势，题图乙中大铜环有扩张的趋势，选项C错误、选项D正确．

答案：AD

练4　解析：左侧线圈通电后相当于条形磁铁，形成的磁场相当于条形磁铁的磁场，将图中开关闭合时，线圈及金属圆环内磁场由0开始增加，根据楞次定律可知，金属圆环将向磁场弱的方向移动，即向右移动．圆环移动方向与开关拨至M或拨至N无关．故选B项．

答案：B

练5　解析：由B­t图线切线斜率知，t＝T时B的变化率最小，线框面积不变，则通过线框的磁通量变化率最小，线框中的感应电流最小，选项A错误；由B­t图线切线斜率知，t＝T时B的变化率最大，线框面积不变，则通过线框的磁通量变化率最大，线框中的感应电流最大，选项B错误；在T<t<T内，磁感应强度不断增强，根据楞次定律的增缩减扩规律，可知线框有收缩趋势，选项C正确；线框中产生的感应电动势最大值为Emax＝B0πr2ω＝B0πr2，那么感应电动势的有效值为E＝B0πr2，依据焦耳定律，有0～T时间内闭合线框上产生的热量Q＝T＝，选项D正确．

答案：CD

思维拓展

典例1　解析：根据安培定则，开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场．

A对：开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由南向北的电流，根据安培定则，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动．

B、C错：开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应电流，故小磁针的N极指北．

D对：开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由北向南的电流，这时直导线上方的磁场垂直纸面向外，故小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动．

答案：AD

典例2　解析：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MN中的感应电流方向为M→NL1中感应电流的磁场方向向上

若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流方向为Q→P且减小向右减速运动；

若L2中磁场方向向下增强PQ中电流方向为P→Q且增大向左加速运动．

答案：BC

练　解析：ab棒向右切割磁感线，根据右手定则可知，感应电流方向由b到a，则cd中电流由c到d，再根据左手定则可知，cd棒受力向右；右侧装置的运动属于通电导线在磁场中受力运动，故相当于电动机，故A项正确，B、C、D三项错误．

答案：A