高中物理一輪復(fù)習學(xué)案第十章電磁感應(yīng)第1講　電磁感應(yīng)定律　楞次定律

第十章電磁感應(yīng)★★★考情微解讀★★★第1講電磁感應(yīng)定律楞次定律見學(xué)生用書P156微知識1磁通量1．磁通量：設(shè)在勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，該平面的面積S與磁感應(yīng)強度B的乘積叫做穿過這個面的磁通量，簡稱磁通。公式：Φ＝BS，單位：韋伯，符號：Wb。1Wb＝1_T·m2。2．磁通量的意義：可以用磁感線形象地說明，即穿過磁場中某個面的磁感線的條數(shù)。對于同一個平面，當它跟磁場方向垂直時，穿過它的磁感線條數(shù)最多，磁通量最大。當它跟磁場方向平行時，沒有磁感線穿過它，則磁通量為零。微知識2電磁感應(yīng)現(xiàn)象1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象當穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的現(xiàn)象。2．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(1)條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。(2)特例：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割磁感線的運動。3．產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果回路閉合，則產(chǎn)生感應(yīng)電流；如果回路不閉合，則只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而不產(chǎn)生感應(yīng)電流。4．能量轉(zhuǎn)化發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。微知識3楞次定律一、思維辨析(判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。)1．磁通量等于磁感應(yīng)強度B與面積S的乘積。(×)2．磁通量、磁通量變化、磁通量的變化率的大小均與匝數(shù)無關(guān)。(√)3．只要回路中的磁通量變化，回路中一定有感應(yīng)電流。(×)4．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。(×)5．當導(dǎo)體做切割磁感線運動時，一定產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。(√)二、對點微練1．(磁通量的理解)如圖所示的磁場中，有三個面積相同且相互平行的線圈S1、S2和S3，穿過S1、S2和S3的磁通量分別為Φ1、Φ2和Φ3，下列判斷正確的是()A．Φ1最大 B．Φ2最大C．Φ3最大 D．Φ1＝Φ2＝Φ3解析三個線圈的面積相同，由圖可看出第三個線圈所在處磁感線最密，即磁感應(yīng)強度最強，所以Φ3最大。答案C2．(電磁感應(yīng)現(xiàn)象)如圖所示，矩形線框在磁場內(nèi)做的各種運動中，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()解析根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，閉合回路內(nèi)磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是圖B。答案B3．(楞次定律)如圖所示，一個有界勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外。一個矩形閉合導(dǎo)線框abcd，沿紙面由位置1(左)勻速運動到位置2(右)。則()A．導(dǎo)線框進入磁場時，感應(yīng)電流方向：a→b→c→d→aB．導(dǎo)線框離開磁場時，感應(yīng)電流方向：a→d→c→b→aC．導(dǎo)線框離開磁場時，受到的安培力方向水平向右D．導(dǎo)線框進入磁場時，受到的安培力方向水平向左解析由楞次定律可知，導(dǎo)線框進入磁場時，感應(yīng)電流磁場垂直紙面向里，由安培定則知，感應(yīng)電流方向為a→d→c→b→a，故A項錯；同理可判斷導(dǎo)線框離開磁場時感應(yīng)電流方向為a→b→c→d→a，故B項錯；由楞次定律的“阻礙”含義，阻礙相對運動，故無論進入還是離開磁場，安培力方向都是水平向左的。答案D4．(右手定則)(多選)兩根相互平行的金屬導(dǎo)軌水平放置于如圖所示的勻強磁場中，與導(dǎo)軌接觸良好的導(dǎo)體棒AB和CD可以自由滑動。當AB在外力F作用下向右運動時，下列說法正確的是()A．導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過，方向是D→CB．導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過，方向是C→DC．磁場對導(dǎo)體棒CD的作用力向左D．磁場對導(dǎo)體棒AB的作用力向左解析兩個導(dǎo)體棒與兩根金屬導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，當AB向右運動時，回路中磁通量增加，結(jié)合安培定則判斷回路中感應(yīng)電流的方向是B→A→C→D→B。再根據(jù)左手定則，可判斷出磁場對CD的作用力向右，對AB的作用力向左。故選項B、D正確。答案BD見學(xué)生用書P157微考點1感應(yīng)電流有無及方向的判斷核|心|微|講1．判斷電磁感應(yīng)現(xiàn)象是否發(fā)生的一般流程2．感應(yīng)電流方向判斷的兩種方法方法一：用楞次定律判斷方法二：用右手定則判斷該方法適用于部分導(dǎo)體切割磁感線。判斷時注意掌心、四指、拇指的方向：(1)掌心——磁感線垂直穿入；(2)拇指——指向?qū)w運動的方向；(3)四指——指向感應(yīng)電流的方向。典|例|微|探【例1】如圖所示，一個金屬圓環(huán)水平放置在豎直向上的勻強磁場中，若要使圓環(huán)中產(chǎn)生如箭頭所示方向的瞬時感應(yīng)電流，下列方法可行的是()A．使勻強磁場均勻增大B．使圓環(huán)繞水平軸ab如圖轉(zhuǎn)動30°C．使圓環(huán)繞水平軸cd如圖轉(zhuǎn)動30°D．保持圓環(huán)水平并使其繞過圓心的豎直軸轉(zhuǎn)動【解題導(dǎo)思】(1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？答：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。(2)感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反說明磁通量增加還是減少？答：由楞次定律可知磁通量增加。解析根據(jù)右手定則，圓環(huán)中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場豎直向下與原磁場方向相反，根據(jù)楞次定律，說明圓環(huán)磁通量在增大。磁場增強則磁通量增大，A項正確；使圓環(huán)繞水平軸ab或cd轉(zhuǎn)動30°，圓環(huán)在中性面上的投影面積減小，磁通量減小，只會產(chǎn)生與圖示方向反向的感應(yīng)電流，B、C項錯誤；保持圓環(huán)水平并使其繞過圓心的豎直軸轉(zhuǎn)動，圓環(huán)仍與磁場垂直，磁通量不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，D項錯誤。答案A題|組|微|練1.(多選)磁懸浮高速列車在我國上海已投入正式運行。如圖所示就是磁懸浮的原理，圖中A是圓柱形磁鐵，B是用超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)圓環(huán)，將超導(dǎo)圓環(huán)B水平放在磁鐵A上，它就能在磁力的作用下懸浮在磁鐵A的上方空中，則()A．在B放入磁場的過程中，B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當穩(wěn)定后，感應(yīng)電流消失B．在B放入磁場的過程中，B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當穩(wěn)定后，感應(yīng)電流仍存在C．若A的N極朝上，B中感應(yīng)電流的方向為順時針方向(俯視)D．若A的N極朝上，B中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向(俯視)解析當將B環(huán)靠近A時，由于越靠近A，其磁場就越強，磁感線就越密，所以在靠近過程中B環(huán)磁通量會變大，即在該環(huán)中會產(chǎn)生感應(yīng)電流；由于發(fā)生了超導(dǎo)，即沒有電阻，所以此時B環(huán)中的電流不會變小，且永遠存在，故A項錯誤，B項正確；此時圓環(huán)B水平放在磁鐵A上且懸浮在磁鐵A的上方空中，相互排斥，這就說明B環(huán)的下面是N極，故由安培定則可判斷，大拇指應(yīng)朝下，故感應(yīng)電流為順時針方向(俯視)，故C項正確，D項錯誤。答案BC2.北半球地磁場的豎直分量向下。如圖所示，在北京某中學(xué)實驗室的水平桌面上，放置著邊長為L的正方形閉合導(dǎo)體線圈abcd，線圈的ab邊沿南北方向，ad邊沿東西方向。下列說法正確的是()A．若使線圈向東平動，則a點的電勢比b點的電勢高B．若使線圈向北平動，則a點的電勢比b點的電勢低C．若以ab邊為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)，則線圈中的感應(yīng)電流方向為a→b→c→d→aD．若以ab邊為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)，則線圈中的感應(yīng)電流方向為a→d→c→b→a解析線圈向東平動時，ab和cd兩邊切割磁感線，且兩邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小相等，a點電勢比b點電勢低，A項錯誤；同理，線圈向北平動，則a、b兩點的電勢相等，高于c、d兩點的電勢，B項錯誤；以ab邊為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)，向下的磁通量減小，感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)該向下，再由安培定則知，感應(yīng)電流的方向為a→b→c→d→a，則C項正確，D項錯誤。答案C微考點2楞次定律的拓展應(yīng)用核|心|微|講對楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為感應(yīng)電流的效果總是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因：1．阻礙原磁通量的變化——“增反減同”。2．阻礙相對運動——“來拒去留”。3．使線圈面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴”。4．阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)——“增反減同”。典|例|微|探【例2】(多選)如圖所示，光滑固定的金屬導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置在導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路。當一條形磁鐵從高處下落接近回路時()A．P、Q將相互靠攏B．P、Q將互相遠離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于g【解題導(dǎo)思】(1)感應(yīng)電流的磁場總會阻礙原磁通量的變化，會阻礙條形磁鐵的相對運動嗎？答：會。(2)磁鐵除了受到重力作用外還受其他力的作用嗎？答：還會受到感應(yīng)電流給它的磁場力作用。解析方法一：設(shè)磁鐵下端為N極，如圖所示，根據(jù)楞次定律可判斷出P、Q中的感應(yīng)電流方向如圖所示，根據(jù)左手定則可判斷P、Q所受安培力的方向?？梢?，P、Q將互相靠攏。由于回路所受安培力的合力向下，由牛頓第三定律，磁鐵將受到向上的反作用力，從而加速度小于g。當磁鐵下端為S極時，根據(jù)類似的分析可得到相同的結(jié)果。所以應(yīng)選AD項。方法二：根據(jù)楞次定律的另一表述——感應(yīng)電流的效果，總要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因。本題中“原因”是回路中磁通量的增加，歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以，P、Q將互相靠近且磁鐵的加速度小于g。應(yīng)選AD項。答案AD題|組|微|練3．如圖，粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈。當一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經(jīng)過時，若線圈始終不動，則關(guān)于線圈受到的支持力N及在水平方向運動趨勢的正確判斷是()A．N先小于mg后大于mg，運動趨勢向左B．N先大于mg后小于mg，運動趨勢向左C．N先小于mg后大于mg，運動趨勢向右D．N先大于mg后小于mg，運動趨勢向右解析條形磁鐵從線圈正上方等高快速經(jīng)過時，通過線圈的磁通量先增加后又減小。當通過線圈磁通量增加時，為阻礙其增加，在豎直方向上線圈有向下運動的趨勢，所以線圈受到的支持力大于其重力，在水平方向上有向右運動的趨勢，當通過線圈的磁通量減小時，為阻礙其減小，在豎直方向上線圈有向上運動的趨勢，所以線圈受到的支持力小于其重力，在水平方向上有向右運動的趨勢。綜上所述，線圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，運動趨勢總是向右，D項正確。答案D4.在水平面內(nèi)有一固定的U形裸金屬框架，框架上靜止放置一根粗糙的金屬桿ab，整個裝置放在豎直方向的勻強磁場中，如圖所示。下列說法正確的是()A．只有當磁場方向向上且增強，ab桿才可能向左移動B．只有當磁場方向向下且減弱，ab桿才可能向右移動C．無論磁場方向如何，只要磁場減弱，ab桿就可能向右移動D．當磁場變化時，ab桿中一定有電流產(chǎn)生，且一定會移動解析根據(jù)楞次定律中“增縮減擴”的原理，無論磁場方向如何，只要磁場增強，導(dǎo)體棒就可能向左移動，只要磁場減弱，導(dǎo)體棒就可能向右移動，A、B項錯誤，C項正確；當磁場變化時，ab桿中一定有電流產(chǎn)生，ab桿也一定受安培力，但如果安培力小于金屬桿與框架間的最大靜摩擦力，則ab桿不會移動，D項錯誤。答案C見學(xué)生用書P158“三個定則，一個定律”的綜合應(yīng)用素能培養(yǎng)1．應(yīng)用現(xiàn)象2.應(yīng)用區(qū)別關(guān)鍵是抓住因果關(guān)系(1)因電而生磁(I→B)→安培定則；(2)因動而生電(v、B→I安)→右手定則；(3)因電而受力(I、B→F安)→左手定則。經(jīng)典考題(多選)如圖所示，兩個線圈套在同一個鐵芯上，線圈的繞向在圖中已經(jīng)標出。左線圈連著平行導(dǎo)軌M和N，導(dǎo)軌電阻不計，在導(dǎo)軌垂直方向上放著金屬棒ab，金屬棒處在垂直于紙面向外的勻強磁場中。下列說法正確的是()A．當金屬棒ab向右勻速運動時，a點電勢高于b點，c點電勢高于d點B．當金屬棒ab向右勻速運動時，b點電勢高于a點，c點與d點等電勢C．當金屬棒ab向右加速運動時，b點電勢高于a點，c點電勢高于d點D．當金屬棒ab向右加速運動時，b點電勢高于a點，d點電勢高于c點解析當金屬棒向右勻速運動而切割磁感線時，金屬棒產(chǎn)生恒定感應(yīng)電動勢，由右手定則判斷電流方向由a→b，根據(jù)電流從電源(ab相當于電源)正極流出沿外電路回到電源負極的特點，可以判斷b點電勢高于a點。又左線圈中的感應(yīng)電動勢恒定，則感應(yīng)電流也恒定，所以穿過右線圈的磁通量保持不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流。當ab向右做加速運動時，由右手定則可推斷φb＞φa，電流沿逆時針方向。又由E＝BLv可知ab導(dǎo)體兩端的E不斷增大，那么左邊電路中的感應(yīng)電流也不斷增大，由安培定則可判斷它在鐵芯中的磁感線方向是沿逆時針方向的，并且磁場不斷增強，所以右邊電路的線圈中的向上的磁通量不斷增加。由楞次定律可判斷右邊電路的感應(yīng)電流方向應(yīng)沿逆時針，而在右線圈的電路中，感應(yīng)電動勢僅產(chǎn)生在繞在鐵芯上的那部分線圈上。把這個線圈看作電源，由于電流是從c沿內(nèi)電路(即右線圈)流向d，所以d點電勢高于c點。答案BD對法對題1.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，當PQ在外力作用下運動時，MN在磁場力作用下向右運動，則PQ所做的運動可能是()①向右加速運動②向左加速運動③向右減速運動④向左減速運動A．①② B．①④C．②③ D．②④解析此題可用正、逆思維方法，可將①②③④四種情況下MN受到的安培力方向判斷出來和題中條件對照，這樣必須重復(fù)用楞次定律4次，較麻煩。也可以采用逆向思維：MN受向右的磁場力方向→MN中的感應(yīng)電流自上而下→感應(yīng)電流的磁場上端為N極→原磁場可能是上端為N極減弱，或上端為S極增強→PQ向右減速或向左加速，C項正確。答案C2．(多選)圖中T是繞有兩組線圈的閉合鐵芯，線圈的繞向如圖所示，D是理想的二極管，金屬棒ab可在兩條平行的金屬導(dǎo)軌上沿導(dǎo)軌滑行，磁場方向垂直紙面向里。若電流計G中有電流通過，則ab棒的運動可能是()A．向左勻速運動 B．向右勻速運動C．向左勻加速運動 D．向右勻減速運動解析當電流計中有電流通過時，說明左邊的電流是從上向下流的，由右手螺旋定則可得出此感應(yīng)電流的磁場方向為從上向下，若ab勻速運動，右邊線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流是恒定的，則左邊線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以A、B項錯誤；若ab向右勻減速運動，右邊線圈中的電流是產(chǎn)生的磁通量在從下向上減小，故穿過左邊線圈的磁通量在從上向下減小，該線圈中會產(chǎn)生一個從上向下的磁場，D項正確；當ab向左勻加速運動，同樣會在左邊的線圈中產(chǎn)生一個從上向下的磁場，故C項正確。答案CD見學(xué)生用書P1591．如圖所示，通有恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合金屬框共面，第一次將金屬框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次將金屬框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到Ⅱ，設(shè)先后兩次通過金屬框的磁通量變化分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2D．不能判斷解析導(dǎo)體MN周圍的磁場并非勻強磁場，靠近MN處的磁場強些，磁感線密一些，遠離MN處的磁感線疏一些，當線框在Ⅰ位置時，穿過平面的磁通量為ΦⅠ，當線框平移到Ⅱ位置時，磁通量為ΦⅡ，則磁通量的變化量為ΔΦ1＝|ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ－ΦⅡ。當線框翻轉(zhuǎn)至Ⅱ位置時，磁感線相當于從“反面”穿過平面，則磁通量為－ΦⅡ，則磁通量的變化量是ΔΦ2＝|－ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ＋ΦⅡ，所以ΔΦ1<ΔΦ2。答案C2．(多選)如圖所示，一個矩形線框從勻強磁場的上方自由落下，進入勻強磁場中，然后再從磁場中穿出。已知勻強磁場區(qū)域的寬度L大于線框的高度h，下列說法正確的是()A．線框只在進入和穿出磁場的過程中，才有感應(yīng)電流產(chǎn)生B．線框從進入到穿出磁場