突破54 电磁感应现象的判断与楞次定律的理解及应用-2019高三物理一轮微专题系列之热点专题突破

突破54 电磁感应现象的判断与楞次定律的理解及应用-2019高三物理一轮微专题系列之热点专题突破

突破54 电磁感应现象的判断与楞次定律的理解及应用 一、电磁感应现象的判断 ‎1．磁通量发生变化的三种常见情况 ‎(1)磁场强弱不变，回路面积改变；‎ ‎(2)回路面积不变，磁场强弱改变；‎ ‎(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变．‎ ‎2．判断电磁感应现象是否发生的一般流程 电磁感应现象能否发生的判断流程 ‎(1)确定研究的闭合回路。‎ ‎(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定其磁通量Φ。‎ ‎(3) ‎【典例1】法拉第最初发现“电磁感应现象”实验情景如图，某同学利用这原理和器材探究“磁生电”，在正确操作的情况下，得到符合实验事实的选项是 A． 闭合开关瞬间，电流计指针无偏转 B． 闭合开关稳定后，电流计指针有偏转 C． 通电状态下，拆开与电池组相连线圈的瞬间，电流计指针无偏转 D． 将绕线的铁环换成木环后，闭合或断开开关瞬间，电流计指针有偏转 ‎【答案】D 中磁通量减小，产生感应电流，电流计指针有偏转。故C项错误。‎ D：将绕线的铁环换成木环后，闭合或断开开关瞬间，与电源相连线圈中电流发生变化，与电流表相连线圈中磁通量发生变化，产生感应电流，电流计指针有偏转。故D项正确。‎ ‎【典例2】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 ‎【答案】　A ‎【解析】　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．‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎1. 将一圆形导线环水平放置，在圆环所在的空间加上一水平向右的匀强磁场，mn、pq为圆环上两条互相垂直的直径，mn为水平方向，pq为竖直方向．则下列选项中能使圆环中产生感应电流的是(　　) ‎ A．让圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动 B．让圆环在水平面内向右平动 C．让圆环以mn为轴转动 D．让圆环以pq为轴转动 ‎【答案】D　‎ ‎2. 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量大小分别为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 ‎【答案】　C ‎【解析】　设金属框在位置Ⅰ的磁通量为ΦⅠ，金属框在位置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量大小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．‎ ‎3. 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 ‎【答案】　A 二、对楞次定律的理解及应用 ‎1.楞次定律中“阻碍”的含义 楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果，原因产生结果，结果反过来影响原因。‎ ‎2. 楞次定律中“阻碍”的主要表现形式 ‎(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”．‎ ‎3．感应电流方向判断的两种方法 ‎(1)用楞次定律判断 ‎(2)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3】如图甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示．在0～时间内，直导线中电流向上，则在～T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是(　　)‎ A．顺时针，向左　 B．逆时针，向右 C．顺时针，向右 D．逆时针，向左 ‎【答案】B　‎ ‎【典例4】．电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示，现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　　)‎ A．从a到b，上极板带正电 B．从a到b，下极板带正电 C．从b到a，上极板带正电 D．从b到a，下极板带正电 ‎【答案】D　‎ ‎【解析】 在N极接近线圈上端的过程中，穿过线圈的磁通量向下增加，则感应电流的磁场方向向上．由安培定则可判定电路中的电流为顺时针方向(从下向上看)，故通过R的电流由b到a，电容器下极板带正电．‎ ‎【典例5】如图所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A点作切线OO′，OO′与线圈在同一平面上．在线圈以OO′为轴翻转180°的过程中，线圈中电流方向(　　) ‎ A．始终为A→B→C→A B．始终为A→C→B→A C．先为A→C→B→A再为A→B→C→A D．先为A→B→C→A再为A→C→B→A ‎【答案】A　‎ ‎【解析】 在线圈以OO′为轴翻转0～90°的过程中，穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减少，由楞次定律可知感应电流方向为A→B→C→A；线圈以OO′为轴翻转90°～180°的过程中，穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，由楞次定律可知感应电流方向仍然为A→B→C→A，A正确．‎ ‎【典例6】如图所示，光滑固定导轨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，当一条形磁铁从高处下落接近回路时(　　)．‎ A．P、Q将互相靠拢 B．P、Q将互相远离 C．磁铁的加速度仍为g D．磁铁的加速度大于g ‎【答案】　A ‎【解析】　方法一　根据楞次定律的另一表述：感应电流的效果总是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将互相靠拢且磁铁的加速度小于g，应选A.‎ ‎【典例7】．如图所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l的变化情况是(　　)‎ A．S增大，l变长 B．S减小，l变短 C．S增大，l变短 D．S减小，l变长 ‎【答案】D　‎ ‎【典例8】．如图所示，老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是(　　)‎ A．磁铁插向左环，横杆发生转动 B．磁铁插向右环，横杆发生转动 C．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动 D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动 ‎【答案】B　‎ ‎【解析】左环没有闭合，在磁铁插入过程中，不产生感应电流，故横杆不发生转动．右环闭合，在磁铁插入过程中，产生感应电流，横杆将发生转动．‎ 课后作业 ‎1. 奥斯特发现了电流能在周围产生磁场，法拉第认为磁也一定能生电，并进行了大量的实验。下图中环形物体是法拉第使用过的线圈，A、B两线圈绕在同一个铁环上，A与直流电源连接，B与灵敏电流表连接。实验时未发现电流表指针偏转，即没有“磁生电”，其原因是(　　)‎ A.线圈A中的电流较小，产生的磁场不够强 B.线圈B中产生的电流很小，电流表指针偏转不了 C.线圈A中的电流是恒定电流，不会产生磁场 D.线圈A中的电流是恒定电流，产生稳恒磁场 ‎【答案】　D ‎【解析】　电流表与线圈B构成闭合电路，当线圈中磁通量发生变化时，线圈中产生感应电动势，从而可出现感应电流。由于线圈A中的电流是恒定电流，产生稳恒磁场，所以线圈B中磁通量没有变化，电流表指针不偏转，D正确。‎ ‎2．某实验小组利用如图所示装置，探究感应电流的产生条件。图中A是螺线管，条形磁铁的S极置于螺线管内，磁铁保持静止状态，B为灵敏电流计，开关K处于断开状态，电路连接和各仪器均正常。下列关于实验现象的说法正确的是(　　)‎ A． K闭合前，通过螺线管的磁通量为零 B． K闭合瞬间，通过螺线管的磁通量不变 C． K闭合瞬间，灵敏电流计指针不发生偏转 D． K闭合，抽出磁铁过程中，灵敏电流计指针发生偏转 ‎【答案】BCD ‎3．法拉第通过近10年的实验终于发现，电磁感应是一种只有在变化和运动的过程中才能发生的现象，下列哪些情况下能产生电磁感应现象（ ）‎ A． 图甲中，条形磁铁匀速穿过不闭合的环形线圈的过程中 B． 图乙中，开关闭合的瞬间 C． 图丙中，通电瞬间使小磁针转动 D． 丁图中，闭合开关的瞬间 ‎【答案】AD ‎4．1831 年8月，英国物理学家法拉第在经历多次失败后，终于发现了电磁感应现象。法拉第最初发现电磁感应现象的实验装置如图所示，软铁环上绕有、两个线圈。关于该实验，下列说法中正确的是（ ）‎ A． 先闭合，再闭合后，线圈中有持续的电流产生 B． 先闭合，再闭合后，线圈中有持续的电流产生 C． ，均闭合，断开瞬间，线圈中的感应电流向右流过电流表 D． ，2均闭合，断开瞬间，线圈中的感应电流向左流过电流表 ‎【答案】C ‎【解析】先闭合S2，再闭合S1后，穿过线圈A的磁通量增大，则穿过B的磁通量也增大，所以线圈B中有感应电流产生；当A中的电流稳定后，磁通量不再增大，则B中不再有感应电流，A错误；先闭合S1，电流稳定后再闭合S2后，线圈B中的磁通量不变，所以没有持续的电流产生，B错误；当A线圈电路中的开关断开的瞬间，线圈A磁通量减少，有安培定则可知，穿过A的磁通量方向向上，则穿过B的磁通量的方向向下；线圈B中的磁通量也减少，根据楞次定律知B中产生感应电流，感应电流磁场的方向向下，所以感应电流向右流过电流表，C正确D错误．‎ ‎5．某同学将电池组、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放在线圈中的情况下，他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，则关于他的下列推断中正确的是（ ）‎ 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，故电流计指针偏转方向向左向右都有可能 ‎【答案】B ‎6．如图所示，导线AB 与CD 平行。当开关 S闭合与断开时，关于导线CD 中感应电流的方向，下列判断正确的是 ‎ A． S闭合时方向向左，S断开时方向向左 B． S闭合时方向向右，S断开时方向向左 C． S闭合时方向向左，S断开时方向向右 D． S闭合时方向向右，S断开时方向向右 ‎【答案】C ‎【解析】当S闭合时，穿过回路CD的磁通量垂直纸面向外增大，由楞次定律得知感应电流的磁场方向应是垂直纸面向里，由安培定则判知感应电流方向是由D到C；‎ 当S断开时，穿过回路CD的磁通量垂直纸面向外减小，由楞次定律得知感应电流的磁场方向应是垂直纸面向外，由安培定则判知感应电流方向是由C到D；‎ 故选：C ‎7．如图甲所示，在绝缘的水平桌面上放置一金属圆环．在圆环的正上方放置—个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正．以下说法中正确的是 A． 在第1s末，圆环中的感应电流最大 B． 在第2s末，圆环对桌面的压力小于圆环的重力 C． 在1~2s内和2~3s内，圆环中的感应电流的方向相反 D． 从上往下看，在0~1s内，圆环中的感应电流沿顺时针方向 ‎【答案】D ‎【点睛】据安培定则判定穿过线圈的磁通量变化，再依据楞次定律，确定环对桌面的压力情况；同理，根据安培定则与楞次定律，即可判定各段时间内的感应电流方向和环的变化趋势。‎ ‎8．如图甲所示，A、B为两个相同的导体线圈，它们共轴并靠近放置。A线圈中通有乙图所示的交变电流，下列说法正确的是(规定从左往右看顺时针方向为正)‎ A． 0~t1时间内，B线圈中的感应电流沿顺时针方向 B． t2时刻，B线圈中没有感应电流 C． t2时刻，A、B线圈之间存在相互吸引力 D． 0~t1和t3~t4时间内，B线圈中的感应电流方向相同 ‎【答案】D ‎9．如图甲所示，在长直载流导线附近有一个矩形线圈ABCD，线圈与导线始终在同一平面内．取图示电流方向为直导线电流的正方向，当直导线通入如图乙所示的电流时，在0-T内说法正确的是 A． 在时，穿过线圈ABCD中的磁通量最大 B． 在时，线圈ABCD中产生的感应电流最小 C． 在~T时间内，线圈ABCD中感应电流方向一直沿顺时针方向 D． 在~T时间内，线圈ABCD中感应电流方向会发生改变 ‎【答案】D 故选：D ‎10．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 ‎【答案】AD ‎【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，选项A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，选项BC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，选项D正确。‎ ‎11．如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线圈的感应电流(　　)‎ A． 沿abcd流动 B． 沿dcba流动 C． 先沿abcd流动，后沿dcba流动 D． 先沿dcba流动，后沿abcd流动 ‎【答案】A 故选：A ‎12．如图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合线圈，则流过灵敏电流计的感应电流方向是（　　）‎ A． 先向左，再向右 B． 先向右，再向左 C． 始终向右 D． 始终向左 ‎【答案】A ‎【解析】条形磁铁从左向右进入螺线管的过程中，原磁场方向向左，且磁通量在增加，根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍原磁场磁通量的变化，所以感应电流的磁场向右，由安培定则，知感应电流的方向顺时针方向，即向左。条形磁铁从左向右离开螺线管的过程中，原磁场方向向左，且磁通量在减少，根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍原磁场磁通量的变化，所以感应电流的磁场向左，由安培定则，知感应电流的方向逆时针方向，即向右，故A正确，B、C、D错误。故选A。‎ ‎13．如图所示,一铝块静止在光滑水平面上,现让一条形磁铁以一定的速度向右靠近铝块,在磁铁靠近铝块的过程,说法正确的是（ ）‎ A． 若条形磁铁的右端为极,则铝块会向左运动 B． 若条形磁铁的右端为极,则铝块会向左运动 C． 在它们相遇前,铝块一直处于静止状态 D． 不论条形磁铁的右端为极还是极,铝块都会向右运动 ‎【答案】D ‎【解析】不论条形磁铁的右端为N极还是S极，当磁铁以一定的速度向右靠近铝块时，穿过铝块的磁通量增加，铝块中会产生感应电流的磁场阻碍磁铁的靠近，即铝块对磁铁的作用力向左，由牛顿第三定律可知，磁铁给铝块向右的作用力，从而使铝块向右运动，故选D. ‎ ‎14．如图，一铝制导体圆环竖直固定在水平杆ab上，当把条形磁铁的N极向左靠近圆环时，下列说法正确的是 A． 圆环中感应电流的方向为顺时针(从左向右看)‎ B． 圆环有向右运动趋势 C． 流过圆环某截面的电量与条形磁铁靠近的快慢有关 D． 圆环有收缩的趋势 ‎【答案】AD C：感应电量，流过圆环某截面的电量与条形磁铁靠近的快慢无关。故C项错误。‎ D：条形磁铁的N极向左靠近圆环时，圆环中磁通量增大产生感应电流，据“增缩减扩”圆环有收缩的趋势。故D项正确。‎ ‎15．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FN，则(　　)‎ ‎ ‎ A． t1时刻FN＞G，P有收缩的趋势．‎ B． t2时刻FN＝G，此时穿过P的磁通量最大．‎ C． t3时刻FN＝G，此时P中无感应电流．‎ D． t4时刻FN＜G，此时穿过P的磁通量最小．‎ ‎【答案】AB ‎16．(多选)如图所示，将甲图中开关S闭合后电流表指针由中央向左偏转，当把一个线圈A和这个电流表串联起来如图乙，将一个条形磁铁B插入或拔出线圈时，线圈中产生感应电流，经观察发现，电流表指针由中央位置向右偏，这说明(　　)‎ A． 如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在远离线圈 B． 如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在远离线圈 C． 如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在靠近线圈 D． 如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在靠近线圈 ‎【答案】BC ‎17．近来，无线充电成为应用于我们日常生活中的一项新科技，其中利用电磁感应原理来实现无线充电是比较成熟的一种方式，电动汽车无线充电方式的基本原理如图所示：路面下依次铺设圆形线圈，相邻两个线圈由供电装置通以反向电流，车身底部固定感应线圈，通过充电装置与蓄电池相连，汽车在此路面上行驶时，就可以进行充电。汽车匀速行驶的过程中，下列说法正确的是 A． 感应线圈中电流的磁场方向一定与路面线圈中电流的磁场方向相反 B． 感应线圈中产生的是方向改变、大小不变的电流 C． 给路面下的线圈通以同向电流，不会影响充电效果 D． 感应线圈一定受到路面线圈磁场的安培力，会阻碍汽车运动 ‎【答案】D ‎【解析】由于路面下铺设圆形线圈，相连两个线圈的电流相反，所以感应线圈中电流的磁场方向不一定与路面线圈中电流的磁场方向相反，A错误；由于路面上的线圈中的电流不知如何变化，即产生的磁场无法确定变化情况，所以感应线圈中的电流大小不能确定，B错误；路面下的线圈通以同向电流，则线圈产生的磁场方向相同，在汽车运动过程中产生的感应电流与路面线圈反向时不同，充电效果不同，C错误；感应线圈随汽车一起运动过程中中会产生感应电流，在路面线圈的磁场中受到的安培力，根据“来拒去留”可知，此安培力阻碍相对运动，即阻碍汽车运动，D正确．‎