第一講 電磁感應(yīng)現(xiàn)象和楞次定律

開始逐點(diǎn)清(一)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解(基礎(chǔ)點(diǎn)速過)

010203目錄逐點(diǎn)清(二)感應(yīng)電流方向的判斷(基礎(chǔ)點(diǎn)速過)

逐點(diǎn)清(三)楞次定律的推廣應(yīng)用(迷盲點(diǎn)精研)04逐點(diǎn)清(四)

“三定則、一定律”的應(yīng)用(重難點(diǎn)疏通)

第十章

電磁感應(yīng)第一講電磁感應(yīng)現(xiàn)象和楞次定律|綱舉目張|·|精要回顧|

[微點(diǎn)判斷](1)閉合電路內(nèi)只要有磁通量，就一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生。

()(2)穿過線圈的磁通量和線圈的匝數(shù)無關(guān)。

()(3)線框不閉合時，即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化，線框中也沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。

()(4)當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線時，一定產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

()×√√√(5)由楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場一定與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反。

()(6)感應(yīng)電流的磁場一定阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化。()×√|關(guān)鍵知能|·|升維學(xué)習(xí)|

逐點(diǎn)清(一)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解(基礎(chǔ)點(diǎn)速過)

對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的認(rèn)識1．在法拉第時代，下列驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實(shí)驗(yàn)中，能觀察到感應(yīng)電流的是

(

)A．將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化B．在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化C．將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化D．繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化答案：D解析：只形成閉合回路，回路中的磁通量不變化，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，A、B錯誤；線圈中插入條形磁鐵瞬間回路中磁通量有變化，電流表有變化，磁鐵不動后電流表無變化，C錯誤；給線圈通電或斷電瞬間，通過閉合回路的磁通量變化，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，能觀察到電流表的變化，D正確。

對磁通量的理解2．(2023·淮安模擬)如圖所示，a、b、c三個閉合線圈放在同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈a中有電流I通過時，穿過三個線圈的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，則

(

)A．Φa＜Φb＜Φc B．Φa＞Φb＞ΦcC．Φa＜Φc＜Φb D．Φa＞Φc＞Φb答案：B

解析：當(dāng)a中有電流通過時，穿過a、b、c三個閉合線圈垂直紙面向里的磁感線條數(shù)一樣多，向外的磁感線的條數(shù)c最多，其次是b，a中沒有向外的磁感線，因此穿過閉合線圈的凈磁感線條數(shù)a最多，b次之，c最少，即Φa>Φb>Φc，選項(xiàng)B正確。答案：B

感應(yīng)電流有無的判斷4．下列各圖所描述的物理情境中，沒有感應(yīng)電流的是

(

)答案：A

解析：開關(guān)S閉合穩(wěn)定后，穿過線圈N的磁通量保持不變，線圈N中不產(chǎn)生感應(yīng)電流；磁鐵向鋁環(huán)A靠近，穿過鋁環(huán)A的磁通量在增大，鋁環(huán)A中產(chǎn)生感應(yīng)電流；金屬框從A向B運(yùn)動，穿過金屬框的磁通量時刻在變化，金屬框中產(chǎn)生感應(yīng)電流；銅盤在磁場中按題圖所示方向轉(zhuǎn)動，銅盤的無數(shù)輻條切割磁感線，與外電路構(gòu)成閉合回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選A。1．磁通量大小及其變化分析(1)定量計(jì)算通過公式Φ＝BS來定量計(jì)算，計(jì)算磁通量時應(yīng)注意的問題：①明確磁場是否為勻強(qiáng)磁場，知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。②平面的面積S應(yīng)為磁感線通過的有效面積。當(dāng)平面S與磁場方向不垂直時，應(yīng)明確所研究的平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角，準(zhǔn)確求出有效面積。③線圈的磁通量及其變化與線圈匝數(shù)無關(guān)，即磁通量的大小不受線圈匝數(shù)的影響。(2)定性判斷磁通量是指穿過某一線圈面積的磁感線的“凈條數(shù)”，當(dāng)有不同方向的磁場同時穿過同一面積時，此時的磁通量為各磁場穿過該面磁通量的代數(shù)和。2．感應(yīng)電流有無的判斷方法3．常見的三種產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況逐點(diǎn)清(二)感應(yīng)電流方向的判斷(基礎(chǔ)點(diǎn)速過)

對楞次定律的理解1．關(guān)于感應(yīng)電流，下列說法正確的是

(

)A．根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場一定阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量B．感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁場的變化C．感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁場方向可能相同，也可能相反D．當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動時，必須用右手定則確定感應(yīng)電流的方向答案：C

解析：由楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，A錯誤；感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁通量的變化，不是阻礙原磁場的變化，B錯誤；由楞次定律知，如果是因磁通量的減少而引起的感應(yīng)電流，則感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁場方向相同，阻礙磁通量的減小；如果是因磁通量的增加而引起的感應(yīng)電流，則感應(yīng)電流的磁場與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反，阻礙磁通量的增加，C正確；導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動時，可直接用右手定則確定感應(yīng)電流的方向，也可以由楞次定律確定感應(yīng)電流的方向，D錯誤。

應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向2.如圖所示，兩勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1和B2大小相等、方向相反。金屬圓環(huán)的直徑與兩磁場的邊界重合。下列變化會在環(huán)中產(chǎn)生順時針方向感應(yīng)電流的是

(

)A．同時增大B1減小B2B．同時減小B1增大B2C．同時以相同的變化率增大B1和B2D．同時以相同的變化率減小B1和B2答案：B解析：當(dāng)同時增大B1減小B2時，通過金屬圓環(huán)的總磁通量增加，且方向垂直紙面向里，根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向應(yīng)為垂直紙面向外，根據(jù)右手螺旋定則知，此時金屬圓環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，A錯誤；同理當(dāng)同時減小B1增大B2時，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，B正確；當(dāng)同時以相同的變化率增大或減小B1和B2時，金屬圓環(huán)中的總磁通量沒有變化，仍然為0，金屬圓環(huán)中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，C、D均錯誤。3．(2023·泰州質(zhì)檢)線圈繞制在圓柱形鐵芯上，通過導(dǎo)線與電流計(jì)連接組成閉合回路。條形磁鐵的軸線和鐵芯的軸線及連接線圈和電流計(jì)的導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，鐵芯、線圈及條形磁鐵的幾何中心均在與鐵芯垂直的PQ連線上。條形磁鐵分別與線圈相互平行或相互垂直放置，使其沿QP方向靠近線圈。若電流從電流計(jì)“＋”接線柱流入時電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)，在如下情形中能觀察到明顯的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，且圖中標(biāo)出的電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向正確的是(

)答案：A解析：該題圖A、B中當(dāng)磁鐵向線圈靠近時，穿過線圈的磁通量向下增加，根據(jù)楞次定律可知，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流從“＋”接線柱流入電流計(jì)，則電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)，A正確，B錯誤；當(dāng)磁鐵按如題圖C、D所示的方式靠近線圈時，由對稱性可知，穿過線圈的磁通量總是零，線圈中不會有感應(yīng)電流，C、D錯誤。

右手定則的應(yīng)用4.如圖所示，幾位同學(xué)在做“搖繩發(fā)電”實(shí)驗(yàn)：把一條長導(dǎo)線的兩端連在一個靈敏電流計(jì)的兩個接線柱上，形成閉合回路。兩個同學(xué)迅速搖動AB這段“繩”。假設(shè)圖中情境發(fā)生在赤道，地磁場方向與地面平行。圖中搖“繩”兩同學(xué)是沿東西方向站立的，甲同學(xué)站在西邊，手握導(dǎo)線上的A點(diǎn)，乙同學(xué)站在東邊，手握導(dǎo)線上的B點(diǎn)。下列說法正確的是

(

)A．此位置的地磁場方向由北指向南B．當(dāng)“繩”向下運(yùn)動時，“繩”中電流從A流向BC．當(dāng)“繩”搖到最高點(diǎn)時，“繩”中電流最大D．當(dāng)“繩”搖到最低點(diǎn)時，“繩”受到的安培力最大答案：B

解析：由于地磁場的N極在地理南極，所以赤道處的地磁場方向由南指向北，A錯誤；當(dāng)繩向下運(yùn)動時，根據(jù)右手定則，“繩”中電流從西流向東，即從A流向B，B正確；當(dāng)“繩”搖到最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時，“繩”上各點(diǎn)的速度方向與地磁場平行，不切割磁感線，“繩”中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，“繩”不受安培力作用，C、D錯誤。1．楞次定律中“阻礙”的含義2．“四步法”判斷感應(yīng)電流方向3．右手定則的理解和應(yīng)用(1)右手定則適用于閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。(2)右手定則是楞次定律的一種特殊形式，用右手定則能解決的問題，用楞次定律均可代替解決。(3)右手定則應(yīng)用“三注意”：①磁感線必須垂直穿入掌心；②拇指指向?qū)w運(yùn)動的方向；③四指所指的方向?yàn)楦袘?yīng)電流方向。逐點(diǎn)清(三)楞次定律的推廣應(yīng)用(迷盲點(diǎn)精研)類型(一)增反減同與來拒去留內(nèi)容①阻礙原磁通量變化——“增反減同”②阻礙相對運(yùn)動——“來拒去留”例證[例1]電磁彈射的裝置是航空母艦上的一種艦載機(jī)起飛裝置。如圖所示的裝置也能進(jìn)行電磁彈射，線圈固定在光滑絕緣桿MN上、導(dǎo)體圓環(huán)套在絕緣桿的左端。則下列說法正確的是

(

)A．開關(guān)閉合，圓環(huán)將從M端離開絕緣桿B．圓環(huán)的位置不變，將滑動變阻器的滑片P向左滑動少許，與滑片滑動前相比，閉合開關(guān)瞬間，圓環(huán)所受的安培力相同C．如果將電源反接，閉合開關(guān)，圓環(huán)將向右運(yùn)動D．如果將圓環(huán)放在線圈的右側(cè)，閉合開關(guān)，圓環(huán)不會離開絕緣桿[答案]

A[解析]

閉合開關(guān)，線圈中有電流通過，周圍產(chǎn)生磁場，穿過圓環(huán)的磁通量增加，則由楞次定律可知，圓環(huán)將向左運(yùn)動，從絕緣桿的M端離開，A正確；圓環(huán)的位置不變，將P向左滑動少許，電路中的總電阻減小，閉合開關(guān)瞬間，線圈中的電流增大，則圓環(huán)所受的安培力增大，B錯誤；如果將電源反接，閉合開關(guān)后穿過圓環(huán)的磁通量仍增加，則由楞次定律可知，圓環(huán)仍從絕緣桿的M端離開，即圓環(huán)仍將向左運(yùn)動，C錯誤；如果將圓環(huán)放在線圈的右側(cè)，閉合開關(guān)，由以上分析可知圓環(huán)將從絕緣桿的N端離開，D錯誤。[例2]

(2023·淮安調(diào)研)某同學(xué)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)相關(guān)知識之后，做了探究性實(shí)驗(yàn)：將閉合線圈按圖示方式放在電子秤上，線圈上方有一N極朝下豎直放置的條形磁鐵，手握磁鐵在線圈的正上方靜止，此時電子秤的示數(shù)為m0。下列說法正確的是

(

)A．將磁鐵加速插向線圈的過程中，電子秤的示數(shù)小于m0B．將磁鐵勻速遠(yuǎn)離線圈的過程中，電子秤的示數(shù)大于m0C．將磁鐵加速插向線圈的過程中，線圈中產(chǎn)生的電流沿逆時針方向(俯視)D．將磁鐵勻速插向線圈的過程中，磁鐵減少的重力勢能等于線圈中產(chǎn)生的焦耳熱[答案]

C[解析]根據(jù)楞次定律的推論“來拒去留”可知，在將磁鐵插向線圈(無論是勻速、加速還是減速)的過程中，線圈與磁鐵相互排斥，導(dǎo)致電子秤的示數(shù)大于m0，反之則電子秤的示數(shù)小于m0，A、B錯誤；根據(jù)楞次定律可判斷，將磁鐵加速插向線圈時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流沿逆時針方向(俯視)，C正確；磁鐵勻速插向線圈的過程中，磁鐵受到重力、拉力、斥力作用，重力和拉力的合力做的功等于線圈中產(chǎn)生的焦耳熱，D錯誤。

類型(二)增縮減擴(kuò)內(nèi)容使回路面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢——“增縮減擴(kuò)”注意：此結(jié)論只適用于磁感線單方向穿過回路的情境例證[例3]

如圖甲所示，圓形線圈P靜止在水平桌面上，其正上方固定一螺線管Q，P和Q共軸，Q中的電流i隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示，取甲圖中電流方向?yàn)檎较?，P所受的重力為G，桌面對P的支持力為FN，則下列說法錯誤的是

(

)A．在t1時刻，F(xiàn)N＞G，P有收縮的趨勢B．在t2時刻，F(xiàn)N＝G，穿過P的磁通量不變C．在t3時刻，F(xiàn)N＝G，P中有感應(yīng)電流D．在t4時刻，F(xiàn)N＞G，P有收縮的趨勢[答案]

D[解析]當(dāng)螺線管中電流增大時，其形成的磁場不斷增強(qiáng)，因此線圈P中的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知線圈P將阻礙其磁通量的增大，故線圈有遠(yuǎn)離和面積收縮的趨勢，即FN＞G，P有收縮的趨勢，故A正確；當(dāng)螺線管中電流不變時，其形成磁場不變，線圈P中的磁通量不變，因此線圈P中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，則t2時刻FN＝G，t4時刻P沒有收縮的趨勢，故B正確，D錯誤；t3時刻螺線管中電流為零，但是線圈P中磁通量是變化的，因此此時線圈P中有感應(yīng)電流，但此時刻二者之間沒有相互作用力，即FN＝G，故C正確。[答案]

A逐點(diǎn)清(四)

“三定則、一定律”的應(yīng)用(重難點(diǎn)疏通)

1．“三定則、一定律”的比較定則或定律適用的現(xiàn)象因果關(guān)系安培定則電流的磁效應(yīng)——電流、運(yùn)動電荷產(chǎn)生的磁場因電生磁左手定則(1)安培力——磁場對通電導(dǎo)線的作用力(2)洛倫茲力——磁場對運(yùn)動電荷的作用力因電受力右手定則導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象因動生電楞次定律閉合回路磁通量變化產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象因磁生電2．“三定則、一定律”的聯(lián)系(1)應(yīng)用楞次定律時，一般要用到安培定則。(2)判斷感應(yīng)電流所受安培力方向的“兩法”：①先用右手定則確定電流的方向，再用左手定則確定安培力的方向；②直接應(yīng)用楞次定律的推論確定——“來拒去留”“增斥減吸”等。[典例]

如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，MN的左邊有一如圖所示的閉合電路，當(dāng)PQ在一外力的作用下運(yùn)動時，MN由靜止開始向右運(yùn)動，則PQ所做的運(yùn)動可能是

(

)A．向右加速運(yùn)動

B．向左勻速運(yùn)動C．向右減速運(yùn)動

D．向左減速運(yùn)動[答案]

C[規(guī)律方法]在二次感應(yīng)現(xiàn)象中，“程序法”和“逆向推理法”的選擇：(1)如果要判斷二次感應(yīng)后的現(xiàn)象或結(jié)果，選擇程序法。(2)如果已知二次感應(yīng)后的結(jié)果，要判斷導(dǎo)體棒的運(yùn)動情況或磁場的變化，需選擇逆向推理法。1．(2023·連云港調(diào)研)1831年法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，A線圈與電源、滑動變阻器R組成一個回路，B線圈與開關(guān)S及電流計(jì)G組成另一個回路。如圖所示，通過多次實(shí)驗(yàn)，法拉第終于總結(jié)出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)下列說法正確的是

(

)A．閉合S的瞬間，G中有a→b的感應(yīng)電流B．閉合S的瞬間，