【物理】2019届一轮复习人教版　电磁感应现象　楞次定律 学案

【物理】2019届一轮复习人教版　电磁感应现象　楞次定律 学案

第章　电磁感应 ‎[全国卷三年考点考情]‎ 说明：(1)导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于l垂直于B、v的情况．‎ ‎(2)在电磁感应现象里，不要求判断内电路中各点电势的高低．‎ ‎(3)不要求用自感系数计算自感电动势．‎ 第一节　电磁感应现象　楞次定律 ‎(对应学生用书第183页)‎ ‎[教材知识速填]‎ 知识点1　磁通量　电磁感应现象 ‎1．磁通量 ‎(1)概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积．‎ ‎(2)公式：Φ＝B·S.‎ 适用条件：(1)匀强磁场；(2)S为垂直磁场的有效面积．‎ ‎(3)单位：1 Wb＝1 T·m2‎ ‎(4)矢标性：磁通量的正、负号不表示方向，磁通量是标量．‎ ‎2．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．‎ ‎3．产生感应电流的条件 ‎(1)条件：①电路闭合；②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运动．‎ ‎4．电磁感应现象的实质：磁通量发生变化时，电路中产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流；如果电路不闭合，则只有感应电动势，而无感应电流．‎ 易错判断 ‎(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生．(×)‎ ‎(2)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．(√)‎ ‎(3)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势．(√)‎ 知识点2　感应电流方向的判断 ‎1．楞次定律 ‎(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化．‎ ‎(2)适用范围：一切电磁感应现象．‎ 图1011‎ ‎2．右手定则 ‎(1)使用方法 ‎①让磁感线穿入右手手心．‎ ‎②使大拇指指向导体运动的方向．‎ ‎③则其余四指指向感应电流的方向．‎ ‎(2)适用情况：部分导体切割磁感线的情况．‎ 易错判断 ‎(1)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反．(×)‎ ‎(2)楞次定律和右手定则都可以判断感应电流的方向，二者没什么区别．(×)‎ ‎(3)感应电流的磁场一定阻止引起感应电流的磁场的磁通量的变化．(×)‎ ‎[教材习题回访]‎ 考查点：判断感应电流的产生 ‎1．(鲁科版选修3－2P8T3)如图1012所示，条形磁铁以速度v向螺线管靠近，下面几种说法中正确的是(　　)‎ 图1012‎ A．螺线管中不会产生感应电流 B．螺线管中会产生感应电流 C．只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流 D．只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流 ‎[答案]　B　‎ 考查点：判断感应电流的方向 ‎2．(粤教版选修3－2P12T2改编)一矩形线框abcd与长直通电导线处于同一平面内，ad边与导线平行，如图1013所示，当线框在此平面内向右运动到导线的右边的过程中，则线框内感应电流方向为(　　)‎ 图1013‎ A．一直沿顺时针方向 B．一直沿逆时针方向 C．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向 D．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向，最后沿顺时针方向 ‎[答案]　D　‎ 考查点：楞次定律的理解 ‎3．(人教版选修3－2P14T6改编)(多选)如图1014所示，一轻质绝缘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，同学们看到的现象及现象分析正确的是(　　)‎ 图1014‎ 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．磁铁插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流 D．磁铁插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流 ‎[答案]　BD　‎ 考查点：判断感应电流的方向 ‎4．(粤教版选修3－2P13T4改编)如图1015所示，两个线圈A、B套在一起，线圈A中通有电流，方向如图所示．当线圈A中的电流突然增强时，线圈B中的感应电流方向为(　　)‎ 图1015‎ A．沿顺时针方向 B．沿逆时针方向 C．无感应电流 D．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向 ‎[答案]　A　‎ ‎(对应学生用书第184页)‎ 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．判断磁通量是否变化的两种方法 ‎(1)根据公式判断．‎ ‎(2)根据穿过线圈的磁感线的条数变化判断．‎ ‎3．判断电磁感应现象是否发生的一般流程 ‎(1)确定研究的回路．‎ ‎(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ.‎ ‎(3) ‎[题组通关]‎ ‎1．(2018·佛山高三质检)如图1016所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合．要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有(　　) ‎ 图1016‎ A．使通电螺线管中的电流发生变化 B．使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动 C．使线圈a以MN为轴转动 D．使线圈绕垂直于MN的直径转动 D　[在A、B、C三种情况下，穿过线圈a的磁通量始终为零，因此不产生感应电流，A、B、C错误；选项D中，当线圈绕垂直于MN 的直径转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，故D正确．]‎ ‎2.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(　　)‎ 图1017‎ 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 D　[圆环在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，根据ΔΦ＝B·ΔS知：只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定改变，回路中一定有感应电流产生．当圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动时，圆环相对磁场的正对面积始终为零，因为ΔS＝0，因而无感应电流产生，A错误；当圆环水平向右平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错误；当圆环以mn为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当圆环以pq为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积发生了改变，回路中产生了感应电流，D正确．]‎ 对楞次定律和右手定则的理解及应用 ‎1．楞次定律中“阻碍”的含义 ‎2．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．‎ ‎[多维探究]‎ 考向1　线圈类感应电流方向的判断 ‎1．如图1018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(　　)‎ 图1018‎ A．顺时针，向左　　　　　 B．逆时针，向右 C．顺时针，向右 D．逆时针，向左 B　[在0～时间内，直导线中电流向上，由题图乙知，在～T时间内，直导线电流方向也向上，根据安培定则知，导线右侧磁场的方向垂直纸面向里，电流逐渐增大，则磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生逆时针方向的感应电流．根据左手定则，金属线框左边受到的安培力方向向右，右边受到的安培力向左，离导线越近，磁场越强，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属线框所受安培力的合力方向向右，故B正确，A、C、D错误．]‎ ‎(2017·杭州模拟)如图所示，匀强磁场垂直圆形线圈指向纸内，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力在上述四点将线圈拉成正方形，且线圈仍处在原先所在平面内，则在线圈发生形变的过程中(　　)‎ A．线圈中将产生abcda方向的感应电流 B．线圈中将产生adcba方向的感应电流 C．线圈中感应电流方向无法判断 D．线圈中无感应电流 A　[周长一定时，圆形的面积最大．本题线圈面积变小，磁通量变小，有感应电流产生．由楞次定律可知线圈中将产生顺时针方向的感应电流．故A正确．]‎ 考向2　平动切割类 ‎2．如图1019所示，Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极，ab为放在其间的金属棒．ab和cd用导线连成一个闭合回路．当ab棒向右运动时，cd金属棒受到向下的安培力．下列说法正确的是(　　) ‎ 图1019‎ A．由此可知d端电势高于c端电势 B．由此可知Ⅰ是S极 C．由此可知Ⅰ是N极 D．当cd棒向下运动时，ab导线受到向左的安培力 C　[根据题意可知：cd中电流的方向由c→d，c端电势高于d端，A错误；ab中电流的方向由b→a，对ab应用右手定则可知Ⅰ是N极，Ⅱ是S极，B错误，C正确．当cd棒向下运动时，回路中会产生由d→c的电流，则ab中电流的方向由a→b，根据左手定则可知，ab受的安培力向右，D错误．]‎ 考向3　转动切割类 ‎3．(多选)如图10110所示，在直线电流附近有一根金属棒ab，当金属棒以b端为圆心，以ab为半径，在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时(　　)‎ 图10110‎ A．a端聚积电子 B．b端聚积电子 C．金属棒内电场强度等于零 D．棒ab两端的电势φa>φb BD　[根据右手定则可确定棒b端聚积电子，A错，B对；由于a、b两端存在电势差，φa>φb，故金属棒中电场强度不等于零，C错，D对．]‎ ‎[反思总结]　应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤 (1)确定原磁场方向.‎ (2)明确闭合回路中磁通量变化的情况.‎ (3)应用楞次定律的“增反减同”，确定感应电流的磁场的方向.,(4)应用安培定则，确定感应电流的方向.,应用楞次定律的步骤可概括为：一原二变三感四螺旋.‎ ‎“三定则、一定律”的综合应用 ‎“三个定则、一个定律”的应用对比 名称 基本现象 因果关系 应用的定则或定律 电流的磁效应 运动电荷、电流产生磁场 因电生磁 安培定则 洛伦兹力、安培力 磁场对运动电荷、电流有作用力 因电受力 左手定则 电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 因动生电 右手定则 闭合回路磁通量变化 因磁生电 楞次定律 ‎[母题](多选)如图10111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(　　)‎ 图10111‎ 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 ‎【自主思考】‎ ‎(1)如何判断MN所在处的磁场方向？由MN 的运动方向，如何进一步判断MN中的电流方向？‎ ‎[提示]　根据安培定则、左手定则．‎ ‎(2)如何判断线圈L1中的磁场方向和L2中磁场的方向及变化情况？‎ ‎[提示]　根据安培定则判断L1中的磁场方向，再由楞次定律判断L2中磁场的方向及变化．‎ ‎(3)如何判断PQ的运动情况？‎ ‎[提示]　已知L2中的磁场方向及变化情况，可根据安培定则和右手定则判断PQ的运动情况．‎ 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MN中的感应电流由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中电流为P→Q且增大向左加速运动．]‎ ‎[母题迁移]‎ ‎(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图10112所示的匀强磁场中，在导轨上接触良好的导体棒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(　　)‎ 图10112‎ 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 BD　[两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路，分析出磁通量增加，结合安培定则判断回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B.以此为基础，再根据左手定则进一步判断CD、AB的受力方向，经过比较可得B、D正确．]‎ ‎(多选)如图所示装置中，cd杆原来静止．当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(　　)‎ 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匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变，L2中无感应电流产生，cd保持静止，A错误；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下增大，通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C错误，D正确．]‎ 楞次定律推论的综合应用 ‎[母题]　如图10113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向下滑动，下列表述正确的是(　　)‎ 图10113‎ A．线圈a中将产生俯视时顺时针方向的感应电流 B．穿过线圈a的磁通量变小 C．线圈a有扩张的趋势 D．线圈a对水平桌面的压力N将增大 D　[通过螺线管b的电流如图所示，根据右手螺旋定则判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下，滑片P向下滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路电流增大，所产生的磁场的磁感应强度增强，根据楞次定律可知，线圈a中所产生的感应电流的磁场方向竖直向上，再由右手定则可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向，A错误；由于螺线管b中的电流增大，所产生的磁感应强度增强，线圈a中的磁通量应变大，B错误；根据楞次定律可知，线圈a将阻碍磁通量的增大，因此，线圈a有缩小且远离螺线管的趋势，线圈a对水平桌面的压力将增大，C错误，D正确．]‎ 如图所示装置，在cdef区域内存在垂直纸面向里的变化的匀强磁场，要求线圈a对桌面的压力大于本身重力，则cdef内的磁感应强度随时间变化的关系可能是(　　)‎ B　[若a对桌面的压力大于本身重力，则b中的感应电流应增加，由I＝N知增大，所以只有B图正确．]‎ ‎[母题迁移]‎ 迁移1　磁体靠近两自由移动的金属环 ‎1．如图10114所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是(　　)‎ 图10114‎ A．同时向左运动，间距增大 B．同时向左运动，间距减小 C．同时向右运动，间距减小 D．同时向右运动，间距增大 B　[根据“来拒去留”可知，两环同时向左运动，又因两环中产生同向的感应电流，相互吸引，故两环间距又减小，B正确．]‎ 迁移2　磁体靠近面积可变的金属线圈 ‎2.(多选)如图10115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，一条形磁铁从高处下落接近回路时(　　) ‎ 图10115‎ A．P、Q将相互靠拢 B．P、Q将相互远离 C．磁铁的加速度仍为g D．磁铁的加速度小于g AD　[根据楞次定律的另一种表述——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，应选A、D.]‎ 迁移3　磁体先靠近又远离金属线圈 ‎3. 如图10116所示，质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上．当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈，沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时，线圈始终保持不动．则关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力Ff的情况，以下判断正确的是(　　)‎ 图10116‎ A．FN先大于mg，后小于mg B．FN一直大于mg C．Ff先向左，后向右 D．线圈中的电流方向始终不变 A　[条形磁铁向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增加后减小，为阻碍磁通量的变化，线圈先有向下的运动趋势，后有向上的运动趋势，故FN先大于mg，后小于mg，A项正确，B项错误；条形磁铁相对线圈一直向右运动，为阻碍相对运动，线圈有向右运动的趋势，故摩擦力Ff一直向左，C项错误；线圈中的磁通量先增加后减小，据楞次定律可知，感应电流的方向(俯视)先逆时针后顺时针，D项错误．]‎ ‎[反思总结]　四个常用推论,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，可由以下四种方式呈现：‎ (1)阻碍原磁通量的变化，即“增反减同”.‎ (2)阻碍相对运动，即“来拒去留”.‎ (3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势，即“增缩减扩”.‎ (4)阻碍原电流的变化(自感现象)，即“增反减同”.‎