【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应现象楞次定律学案

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【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应现象楞次定律学案

第1讲 电磁感应现象 楞次定律 一、磁通量 ‎1.磁通量:设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,该平面的面积S与磁感应强度B的乘积叫做穿过这个面的磁通量,简称磁通。公式:Φ=BS,单位:韦伯,符号:Wb。1 Wb=1_T·m2。‎ ‎2.磁通量的意义:可以用磁感线形象地说明磁通量的意义,即穿过磁场中某个面的磁感线的条数。对于同一个平面,当它跟磁场方向垂直时,穿过它的磁感线条数最多,磁通量最大。当它跟磁场方向平行时,没有磁感线穿过它,则磁通量为零。‎ 二、电磁感应现象 ‎1.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。‎ ‎2.产生感应电流的条件 ‎(1)条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化。‎ ‎(2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动。‎ ‎3.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,则只产生感应电动势,而不产生感应电流。‎ ‎4.能量转化 发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能。‎ 三、楞次定律 ‎(判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。)‎ ‎1.磁通量等于磁感应强度B与面积S的乘积。(×)‎ ‎2.磁通量、磁通量变化量、磁通量的变化率的大小均与匝数无关。(√)‎ ‎3.只要回路中的磁通量变化,回路中一定有感应电流。(×)‎ ‎4.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。(×)‎ ‎5.当导体做切割磁感线运动时,一定产生感应电动势。(√)‎ ‎1.(磁通量的理解)如图所示的磁场中,有三个面积相同且相互平行的线圈S1、S2和S3,穿过S1、S2和S3的磁通量分别为Φ1、Φ2和Φ3,下列判断正确的是(  )‎ A.Φ1最大 B.Φ2最大 C.Φ3最大 D.Φ1=Φ2=Φ3‎ 解析 三个线圈的面积相同,由图可看出第三个线圈所在处磁感线最密,即磁感应强度最强,所以Φ3最大,C项正确。‎ 答案 C ‎2.(电磁感应现象)如图所示,矩形线框在磁场内做的各种运动中,能够产生感应电流的是(  )‎ 解析 根据产生感应电流的条件,闭合回路内磁通量变化产生感应电流,能够产生感应电流的是B项中图。‎ 答案 B ‎3.(楞次定律)(多选)某电磁感应式无线充电系统原理如 图所示,当送电线圈中通以变化的电流,在邻近的受电线圈中就产生感应电流,从而实现充电器与用电装置间的能量传递。当送电线圈上的电流由端口1流入,由端口2流出,且电流逐渐增强。则(  )‎ A.送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向左 B.送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向右 C.受电线圈对用电器供电,端口4为正极 D.受电线圈对用电器供电,端口3为正极 解析 根据右手螺旋定则可得送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向左,A项正确,B项错误;因为送电线圈中的电流增大,水平向左的磁场增大,所以受电线圈中应产生水平向右的感应磁场,根据右手螺旋定则可得感应电流从端口3流出,而受电线圈相当于电源,所以电流是从正极流出的,故端口3为正极,C项错误,D项正确。‎ 答案 AD ‎4.(右手定则)(多选)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,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的作用力向左 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,回路中磁通量增加,结合安培定则判断回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B。再根据左手定则,可判断出磁场对CD的作用力向右,对AB的作用力向左。B、D两项正确。‎ 答案 BD 考点 1 感应电流有无及方向的判断 考|点|速|通 ‎1.判断电磁感应现象能否发生的一般流程 ‎2.感应电流方向判断的两种方法 方法一:用楞次定律判断 方法二: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|微|探 ‎【例1】 如图所示,1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路,B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路。通过多次实验,法拉第终于总结出产生感应电流的条件,关于该实验下列说法正确的是(  )‎ A.闭合开关S的瞬间,电流表G中有a→b的感应电流 B.闭合开关S的瞬间,电流表G中有b→a的感应电流 C.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有a→b的感应电流 D.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有b→a的感应电流 解析 闭合S的瞬间,穿过B的磁通量没有变化,G中无感应电流,A、B两项错误;当闭合S后,若R增大,则A中电流减小,由右手螺旋定则知,穿过B的磁通量向下且减小,由楞次定律知G中电流方向为b→a,C项错误,D项正确。‎ 答案 D 题|组|冲|关 ‎1.(2017·全国卷Ⅲ)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 解析 PQ突然向右运动,根据右手定则,PQRS回路内形成的电流方向为逆时针方向,该电流导致T中指向纸面向里的磁场减弱,则T中感应电流的磁场向里,由右手定则知T中形成顺时针方向电流,D项正确。‎ 答案 D ‎2.北半球地磁场的竖直分量向下。如图所示,在北京某中学实验室的水平桌面上,放置着边长为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。下列说法正确的是(  )‎ A.若使线圈向东平动,则a点的电势比b点的电势高 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边为轴将线圈向上翻转,则线圈中的感应电流方向为a→b→c→d→a D.若以ab边为轴将线圈向上翻转,则线圈中的感应电流方向为a→d→c→b→a 解析 线圈向东平动时,ab和cd两边切割磁感线,且两边切割磁感线产生的感应电动势大小相等,a点电势比b点电势低,A项错误;同理,线圈向北平动,则a、b两点的电势相等,高于c、d两点的电势,B项错误;以ab边为轴将线圈向上翻转,向下的磁通量减小,感应电流的磁场方向应该向下,再由安培定则知,感应电流的方向为a→b→c→d→a,则C项正确,D项错误。‎ 答案 C 考点 2 楞次定律的拓展应用 考|点|速|通 对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因:‎ ‎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”。‎ 典|例|微|探 ‎【例2】 (多选)如图所示,光滑固定的金属导轨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。已知重力加速度为g,则当一条形磁铁从高处下落接近回路时(  )‎ A.P、Q将相互靠拢 B.P、Q将互相远离 C.磁铁的加速度仍为g D.磁铁的加速度小于g 解析 ‎ 方法一:设磁铁下端为N极,如图所示,根据楞次定律可判断出P、Q中的感应电流方向如图所示,根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向。可见,P、Q将互相靠拢。由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小于g。当磁铁下端为S极时,根据类似的分析可得到相同的结果。A、D两项正确。‎ 方法二:根据楞次定律的另一表述——感应电流的效果,总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将互相靠近且磁铁的加速度小于g。A、D两项正确。‎ 答案 AD 题|组|冲|关 ‎1.如图,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时,若线圈始终不动,重力加速度为g,则关于线圈受到的支持力N及在水平方向运动趋势的正确判断是(  )‎ A.N先小于mg后大于mg,运动趋势向左 B.N先大于mg后小于mg,运动趋势向左 C.N先小于mg后大于mg,运动趋势向右 D.N先大于mg后小于mg,运动趋势向右 解析 条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时,通过线圈的磁通量先增加后又减小。当通过线圈磁通量增加时,为阻碍其增加,在竖直方向上线圈有向下运动的趋势,所以线圈受到的支持力大于其重力,在水平方向上有向右运动的趋势,当通过线圈的磁通量减小时,为阻碍其减小,在竖直方向上线圈有向上运动的趋势,所以线圈受到的支持力小于其重力,在水平方向上有向右运动的趋势。综上所述,线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力,运动趋势总是向右,D项正确。‎ 答案 D ‎2.在水平面内有一固定的U形裸金属框架,框架上静止放置一根粗糙的金属杆ab,整个装置放在竖直方向的匀强磁场中,如图所示。下列说法正确的是(  )‎ A.只有当磁场方向向上且增强,ab杆才可能向左移动 B.只有当磁场方向向下且减弱,ab杆才可能向右移动 C.无论磁场方向如何,只要磁场减弱,ab杆就可能向右移动 D.当磁场变化时,ab杆中一定有电流产生,且一定会移动 解析 根据楞次定律中“增缩减扩”的原理,无论磁场方向如何,只要磁场增强,导体棒就可能向左移动,只要磁场减弱,导体棒就可能向右移动,A、B项错误,C项正确;当磁场变化时,ab杆中一定有电流产生,ab杆也一定受安培力,但如果安培力小于金属杆与框架间的最大静摩擦力,则ab杆不会移动,D项错误。‎ 答案 C ‎ “三个定则,一个定律”的综合应用 ‎1.应用现象 ‎2.应用区别 关键是抓住因果关系 ‎(1)因电而生磁(I→B)→安培定则;‎ ‎(2)因动而生电(v、B→I安)→右手定则;‎ ‎(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则。‎ ‎【经典考题】 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,当PQ在外力作用下运动时,MN在磁场力作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是(  )‎ ‎①向右加速运动 ②向左加速运动 ‎③向右减速运动 ④向左减速运动 A.①②  B.①④ C.②③  D.②④‎ 解析 此题可用正、逆思维方法,可将①②③④四种情况下MN受到的安培力方向判断出来和题中条件对照,这样必须重复用楞次定律4次,较麻烦。也可以采用逆向思维:MN受向右的磁场力方向→MN中的感应电流自上而下→产生感应电流的磁场上端为N极→原磁场可能是上端为N极减弱,或上端为S极增强→PQ向右减速或向左加速,C项正确。‎ 答案 C 必|刷|好|题 ‎1.(多选)如图所示,两个线圈套在同一个铁芯上,线圈的绕向在图中已经标出。左线圈连着平行导轨M和N,导轨电阻不计,在导轨垂直方向上放着金属棒ab,金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是(  )‎ A.当金属棒ab向右匀速运动时,a点电势高于b点,c点电势高于d点 B.当金属棒ab向右匀速运动时,b点电势高于a点,c点与d点等电势 C.当金属棒ab向右加速运动时,b点电势高于a点,c点电势高于d点 D.当金属棒ab向右加速运动时,b点电势高于a点,d点电势高于c点 解析 当金属棒向右匀速运动而切割磁感线时,金属棒产生恒定感应电动势,由右手定则判断电流方向由a→b,根据电流从电源(ab相当于电源)正极流出沿外电路回到电源负极的特点,可以判断b点电势高于a点。又左线圈中的感应电动势恒定,则感应电流也恒定,所以穿过右线圈的磁通量保持不变,不产生感应电流。当ab向右做加速运动时,由右手定则可推断φb>φa,电流沿逆时针方向。又由E=BLv可知ab导体两端的E不断增大,那么左边电路中的感应电流也不断增大,由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的,并且磁场不断增强,所以右边电路的线圈中的向上的磁通量不断增加。由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针,而在右线圈的电路中,感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上。把这个线圈看作电源,由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d,所以d点电势高于c点,综上所述,B、D两项正确。‎ 答案 BD ‎2.(多选)图中T是绕有两组线圈的闭合铁芯,线圈的绕向如图所示,D是理想的二极管,金属棒ab可在两条平行的金属导轨上沿导轨滑行,磁场方向垂直纸面向里。若电流计G中有电流通过,则ab棒的运动可能是(  )‎ A.向左匀速运动 B.向右匀速运动 C.向左匀加速运动 D.向右匀减速运动 解析 当电流计中有电流通过时,说明左边的电流是从上向下流的,由右手螺旋定则可得出此感应电流的磁场方向为从上向下,若ab匀速运动,右边线圈中产生的感应电流是恒定 的,则左边线圈中不会产生感应电流,所以A、B两项错误;若ab向右匀减速运动,右边线圈中的电流是产生的磁通量在从下向上减小,故穿过左边线圈的磁通量在从上向下减小,该线圈中会产生一个从上向下的磁场,D项正确;当ab向左匀加速运动,同样会在左边的线圈中产生一个从上向下的磁场,故C项正确。‎ 答案 CD ‎1.(2018·全国卷Ⅰ)(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 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,A项正确;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,B、C两项错误;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,D项正确。‎ 答案 AD ‎2.(2017·全国卷Ⅰ)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动 对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是(  )‎ ‎ A     B     C     D 解析 上下振动时,A图中的紫铜薄板产生感应电流,所受安培力阻碍紫铜薄板的振动;左右振动时,A图和D图中的紫铜薄板产生感应电流,所受安培力阻碍紫铜薄板的振动,所以减弱紫铜薄板上下及左右振动的最有效的方案是A项。‎ 答案 A ‎ 【借鉴高考】 (2017·江苏高考)如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(  )‎ A.1∶1   B.1∶‎2 C.1∶4   D.4∶1‎ 解析 根据磁通量的定义,当B垂直于S时,穿过线圈的磁通量为Φ=BS,其中S为有磁感线穿过区域的面积,所以图中a、b两线圈的磁通量相等,所以A项正确,B、C、D三项错误。‎ 答案 A
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