【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

（一）真题速递 1.(2018·全国卷 I ·T19) 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.开关闭合后并保持一段时间后,小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合后并保持一段时间后,小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D.开关闭合后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】A、D 2.（2017 新课标Ⅲ 15）15．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 【答案】D 【解析】因为 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 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 D 正 确，A、B、C 错误。 3．(2014 新课标Ⅰ)如图(a)，线圈 ab、cd 绕在同一软铁芯上．在 ab 线圈中通以变化的 电流．用示波器测得线圈 cd 间电压如图(b)所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正 比，则下列描述线圈 ab 中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是( ) 源 :中国教^育出版 ] 【答案】C 4.（2012 新课标）如图，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长 直导线右侧，且其长边与长直导线平行。已知在 t=0 到 t=t1 的时间间隔内，直导线中电流 i 发生某种变化，而线框中感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、 后水平向右。设电流 i 正方向与图中箭头方向相同，则 i 随时间 t 变化的图线可能是 【答案】A 【解析】 （二）考纲解读 主题 内容 要 求 说明 磁场 电磁感应现象 Ⅰ 在 电 磁 感 应 现 象 里，不要求判断内电路 中各点电势的高低磁通量 Ⅰ 楞次定律 Ⅱ 本讲有一个二级考点，两个一级考点，在高考中考试的频率很高，大多时候出选择题， 单独从这几个考点命题的不太多，往往会结合后面的法拉第电磁感应定律综合命题。 （三）考点精讲[ : st ep.^com] 考向一 电磁感应现象的判断 对感应电流产生条件的理解 1．判断产生感应电流的两种方法[www. s tep.c o^m] (1)闭合电路的一部分导体切割磁感线； (2)一闭合二变磁，即导体回路必须闭合，穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，二者 缺一不可． 2．磁通量变化的四种情况 (1)B 不变，S 变化，则ΔΦ＝B·ΔS； (2)B 变化，S 不变，则ΔΦ＝ΔB·S； (3)B 变化，S 也变化，则ΔΦ＝B2S2－B1S1； (4)B 不变，S 不变，线圈平面与磁场方向的夹角θ变化，则ΔΦ＝BS(sin θ2－sin θ1)． 【例 1】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 4 所示连接．下列说法中正确的是( ) 图 4 A．开关闭合后，线圈 A 插入或拔出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，电流计指针才会偏转 关键词①带铁芯的线圈 A；②线圈 B. 【答案】A 【解析】只要闭合回路磁通量发生变化就会产生感应电流，故 A 正确，B 错误；开关 闭合后，只要滑片 P 滑动就会产生感应电流，故 C、D 错误． 中 国 教育出 版 ] [www. st ^ep ] 方法总结 电磁感应现象能否发生的判断流程 1．确定研究的是否是闭合回路． 2．弄清楚回路内的磁场分布，并确定其磁通量Φ. 3. 回路闭合，有感应电流 不闭合，无感应电流，但有感应电动势 阶梯练习 st ep ] 1．在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( ) A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化[ww w. ste^ p.c om] B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化 C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到 相邻房间去观察电流表的变化 D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间， 观察电流表的变化 【答案】D 2．(多选)1824 年，法国 家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”．实验中将一铜圆盘水平 放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图 5 所示．实验中发现， 当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞 后．下列说法正确的是( )[来 源^:中教 ] 图 5 A．圆盘上产生了感应电动势 B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动 中 教 ] C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化 D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动 【答案】AB 中 ^国 教育出 版 ] 【解析】当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动势， 选项 A 正确．如图所示，铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合 回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动， 但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，选项 B 正确；在圆盘转动 过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项 C 错误；圆盘中的自由电子随 圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转，选项 D 错误． 考向二 楞次定律的理解和应用 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： 内容 阻碍原磁通 量变化——“增 反减同” 阻碍相对运动 ——“来拒去留” 使回路面积 有扩大或缩小的 趋势——“增缩减 扩” 阻碍原电 流的变化 ——“增反减 同” 例证 磁铁靠近，是 合上 S，B 磁铁靠近线 圈，B 感与 B 原方 向相反 斥力 磁铁远离，是 引力 P、Q 是光滑 固定导轨，a、b 是可动金属棒、磁 铁下移，a、b 靠近 先亮 例 4.如图 11 所示，光滑平行导轨 M、N 固定在同一水平面上，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( ) 图 11[ :中 教 ^] 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 解法二 设磁铁下端为 N 极，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 将相互靠拢.由于回路所受 安培力的合力向下，由牛顿第三定律知，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论，选项 A 正确. 练习 5.(2018·湖北宜昌质检)如图 12 所示，一个 N 极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿 过水平放置的固定矩形导线框，则( ) 图 12 A.磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿 abcd 方向；经过位置②时，沿 adcb 方向 B.磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿 adcb 方向；经过位置②时，沿 abcd 方向 C.磁铁经过位置①和②时，线框中的感应电流都沿 abcd 方向 D.磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿 adcb 方向 ^中国 教 育出版 ] 【答案】A 【解析】当磁铁经过位置①时，穿过线框的磁通量向下且不断增加，由楞次定律可确定 感应电流的磁场方向向上，阻碍磁通量的增加，根据右手螺旋定则可判定感应电流应沿 abcd 方向.同理可判断当磁铁经过位置②时，感应电流沿 adcb 方向. 练习 6.水平面内有一固定的 U 型裸金属框架，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 13 所示.下列说法中正确的是( ) [ ^ : 中国教育出版 ] 图 13 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[来 源:中国教育出 版 ] 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 【答案】C 【解析】由楞次定律可知，当闭合回路的磁通量增大时，导体棒将向左移动，阻碍磁通 量的增加，当闭合回路的磁通量减小时，导体棒将向右运动，以便阻碍磁通量的减小，与磁 场方向无关，故选 C. 考向三 三定则一定律的综合应用 【例 3】 如图 10 所示．金属棒 ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒 ab 在匀 强磁场 B 中沿导轨向右运动，则( ) 图 10 A．ab 棒不受安培力作用 B．ab 棒所受安培力的方向向右[来 源:中国^ 教 育出版 ] C．ab 棒向右运动速度 v 越大，所受安培力越大 D．螺线管产生的磁场，A 端为 N 极 关键词①匀强磁场；②向右运动． 【答案】C 方法总结 三定则一定律的应用技巧 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电流方向，再用左手定则确 定安培力方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定． 阶梯练习[来 源 :中国^教育 出版 ] 6.如图 11 所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形 磁铁，磁铁的 S 极朝下．在将磁铁的 S 极插入线圈的过程中( ) 图 11 A．通过电阻的感应电流的方向由 a 到 b，线圈与磁铁相互排斥 B．通过电阻的感应电流的方向由 b 到 a，线圈与磁铁相互排斥 C．通过电阻的感应电流的方向由 a 到 b，线圈与磁铁相互吸引[www. s tep.co m ] D．通过电阻的感应电流的方向由 b 到 a，线圈与磁铁相互吸引 【答案】A 7．(多选)如图 12 所示，金属导轨上的导体棒 ab 在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动 时，铜制线圈 c 中将有感应电流产生且被螺线管吸引( ) [ ^ : step.co m ] 图 12[ :中 国^ 教育 出版 ] A．向右做匀速运动 B．向左做减速运动 C．向右做减速运动 D．向右做加速运动 【答案】BC 【解析】当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流，线圈中的磁通量恒定不变，无感应 电流出现，A 错误；当导体棒向左减速运动时，由右手定则可判定回路中出现从 b→a 的感 应电流且减小，由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左在减弱，由楞次定律知 c 中出现 顺时针感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引，B 对；同理可判定 C 对，D 错． （四）知识还原 基础知识 一、电磁感应现象的判断 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 与 B 的乘积．[w ww. step .co m] (2)公式：Φ＝BS. (3)适用条件：①匀强磁场． ②S 为垂直磁场的有效面积． (4)磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)． (5)磁通量的意义：[来 源 ^:中教 ] ①磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数． ②同一线圈平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通 量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零． (6)磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1. 2．电磁感应现象 (1)定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生， 这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应． (2)产生条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化． (3)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，该过程遵循 能量守恒定律． 二、楞次定律的理解及应用 1．内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化． 2．适用情况：所有的电磁感应现象． 3．“阻碍”的含义 → ↓ → ↓ → 当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相 反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相 同，即“增反减同” ↓[中国教 ^ 育出 版 ] → 4．右手定则[中 国教育 出版 ^ ] (1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让 磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方 向． (2)适用情况：导体切割磁感线产生感应电流． 三、三定则一定律的比较 基本现象 应用的定则或 定律 运动电荷、电流产生磁场 安培定则 磁场对运动电荷、电流的作用 力 左手定则 电磁感应 部分导体 做切割磁感线 运动 右手定则 闭合回路 磁通量变化 楞次定律 【深度思考】 1.右手定则与左手定则的区别：[来 源: 中教^ ] “因电而动”——用左手定则，“因动而电”——用右手定则． 2．安培定则与楞次定律的区别： “因电生磁”——用安培定则． “因磁生电”——用楞次定律(或右手定则)． s te p.c om] 基础自测 1．判断下列说法是否正确．[ : step ] (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．( √ ) (4)回路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍”作用．( × ) (5)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量变化．( √ ) (6)感应电流的方向可能与 B 的方向平行，但一定与 v 的方向垂直．( × ) 2．如图 1 所示，固定于水平面上的金属架 abcd 处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒 MN 沿框架以速度 v 向右做匀速运动．t＝0 时，磁感应强度为 B0，此时 MN 到达的位置恰好 使 MbcN 构成一个边长为 l 的正方形．为使 MN 棒中不产生感应电流，从 t＝0 开始，磁感应 强度 B 随时间 t 变化的示意图为( ) [中^国教 育 出版 ] 图 1 【答案】C[www .^ step.co m ] 【解析】为了使 MN 棒中不产生感应电流，即让 MN 棒与线框组成回路的磁通量保持不 变，或者使导线切割磁感线产生的感应电动势 E1 与磁场变化产生的感生电动势 E2 大小相等， 即 Blv＝ΔBS Δt ，随着磁场减弱，而面积增大，故ΔB Δt 减小，故选 C. 3．如图所示，匀强磁场中有一个矩形闭合导线框．在下列四种情况下，线框中会产生 感应电流的是( ) A．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在 磁场中上下运动 C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线 AB 转动 D．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线 CD 转动 【答案】C. [中国教育出版 ^ ] 4．如图，在一水平、固定的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁(N 极朝上，S 极朝下) 由静止开始下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，关于圆环中感应电流的方向(从上向 下看)，下列说法正确的是( ) A．总是顺时针 B．总是逆时针 C．先顺时针后逆时针 D．先逆时针后顺时针 【答案】C. 【解析】磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，则导体环中，先是向上的磁通量增加，磁 铁过中间以后，向上的磁通量减少，根据楞次定律，产生的感应电流方向先顺时针后逆时针， 选项 C 正确． 5．如图所示，AOC 是光滑的金属导轨，电阻不计，AO 沿竖直方向，OC 沿水平方向； PQ 是金属直杆，电阻为 R，几乎竖直斜靠在导轨 AO 上，由静止开始在重力作用下运动， 运动过程中 P、Q 端始终在金属导轨 AOC 上；空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在 PQ 杆从开始滑动到 P 端滑到 OC 的过程中，PQ 中感应电流的方向( ) A．始终是由 P→Q B．始终是由 Q →P C．先是由 P→Q，后是由 Q →P[来^源 :中教 ] D．先是由 Q →P，后是由 P→Q 【答案】C. [w^ w w. s tep ] [来 源:中国教育出^版 ]