物理大一轮复习试题：第十章第1节 电磁感应现象楞次定律

考点三年全国卷高考统计1.电磁感应现象2.磁通量3.法拉第电磁感应定律4.楞次定律5.自感、涡流202120202019全国卷甲，T21，线圈落入磁场；全国卷乙，T25，金属棒、金属框进入磁场全国卷Ⅰ，T21，金属框切割；全国卷Ⅱ，T14，焊接；全国卷Ⅲ，T14，通电线圈全国卷Ⅰ，T20，磁感应强度变化的磁场；全国卷Ⅱ，T21，双棒问题；全国卷Ⅲ，T14，楞次定律考情分析：高考对本章内容考查的命题频率较高，大部分以选择题的形式出题，也有部分是计算题，多以中档以上难度的题目来增加试卷的区分度，考查较多的知识点有：感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算，同时也会与力学、磁场、能量、图象问题等知识综合考查。命题趋势：本章内容是每年高考的必考点，预计2023年的高考将继续考查应用楞次定律、右手定则判断感应电流(电动势)的方向；应用法拉第电磁感应定律、切割公式等计算感应电动势的大小及解决有关图象问题；将继续考查电磁感应的规律与电路、图象、动力学、能量、动量等知识的综合应用问题。第1节电磁感应现象楞次定律一、磁通量1.定义：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。2.公式：Φ＝BS。3.适用条件(1)匀强磁场。(2)S为垂直磁场的有效面积。4.磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)。5.物理意义相当于穿过某一面积的磁感线的条数。如图1所示，矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则：图1(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos__θ或BS3。(2)通过矩形a′b′cd的磁通量为BS3。(3)通过矩形abb′a′的磁通量为0。6.磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1。二、电磁感应现象1.定义：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。2.条件(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。(2)例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动。3.实质产生感应电动势，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。【自测1】如图2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2A.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三、感应电流方向的判定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通量的变化。(2)适用范围：一切电磁感应现象。2.右手定则(1)内容：如图3，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。图3(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流。【自测2】如图4，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直面内，环的圆心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若()图4A.金属环向上运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向B.金属环向下运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向C.金属环向左侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向D.金属环向右侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向答案D考点一电磁感应现象的理解和判断判断磁通量是否变化的方法(1)根据公式Φ＝BSsinθ(θ为B与S间的夹角)判断。(2)根据穿过平面的磁感线的条数是否变化判断。(3)产生感应电流的三种常见情况1.(磁通量的判断)如图5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()图5A.1∶1 B.1∶2C.1∶4 D.4∶1答案A解析两个线圈的半径虽然不同，但是磁场穿过两个线圈的有效面积一样，则穿过两线圈的磁通量相同，故选项A正确。2.(感应电流有无的判断)(多选)下列各图所描述的物理情境中，能产生感应电流的是()答案BCD解析开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，故A错误；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环的磁通量在增大，铝环中产生感应电流，故B正确；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，故C正确；铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，产生感应电流，故D正确。考点二感应电流方向的判断1.应用楞次定律的思路2.用右手定则判断该方法只适用于导体切割磁感线产生的感应电流，注意三个要点：(1)掌心——磁感线穿入。(2)拇指——指向导体运动的方向。(3)四指——指向感应电流的方向。【例1】如图6所示是法拉第在1831年做电磁感应实验的示意图，铁环上绕有A、B两个线圈，线圈A接直流电源，线圈B接电流表和开关S。通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件，分析这个实验，下列说法中正确的是()图6A.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b→a的感应电流D.闭合开关S后，滑动变阻器滑动触头向右移动，电流表G指针不偏转答案C解析闭合开关S的瞬间，穿过线圈B的磁通量不发生变化，电流表G中无感应电流，故A、B错误；闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流减小，则通过线圈B的磁通量减小，根据右手螺旋定则可确定穿过线圈B的磁场方向，再根据楞次定律可得：电流表G中有b→a的感应电流，故C正确；闭合开关S后，滑动变阻器滑动触头向右移动，导致穿过线圈B的磁通量变化，则电流表中有电流，因而电流表G指针会偏转，故D错误。3.(多选)MN、GH为光滑的水平平行金属导轨，ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆，匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，如图7所示，则()图7A.若固定ab，使cd向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向为abdcaB.若固定cd，使ab向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向为abdcaC.若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路电流为零D.若ab、cd都向右运动，且两棒速度vcd>vab，则abdc回路有电流，电流方向为acdba答案BD解析若固定ab，使cd向右滑动，由右手定则知应产生感应电流方向为acdba，故A错误；若固定cd，使ab向右滑动，由右手定则知应产生感应电流方向为abdca，故B正确；若ab向左、cd向右同时运动，则abdc中产生感应电流方向为acdba，故C错误；若ab、cd均向右运动，且vcd>vab，则ab、cd所围的面积增大，磁通量也增大，则产生感应电流方向为acdba，故D正确。考点三楞次定律推论的应用楞次定律中“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：内容例证阻碍原磁通量变化——“增反减同”磁体靠近线圈，B感与B原方向相反阻碍相对运动——“来拒去留”磁体靠近，是斥力磁体远离，是引力使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒，磁体下移，a、b靠近使闭合线圈远离或靠近磁体——“增离减靠”当开关S闭合时，左环向左摆动、右环向右摆动，远离通电线圈自感电动势阻碍原电流的变化——“增反减同”合上S，B先亮以上五种情况“殊途同归”，实质上都是以不同的方式阻碍磁通量的变化4.(“增反减同”)(2020·全国卷Ⅲ)如图8，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到()图8A.拨至M端或N端，圆环都向左运动B.拨至M端或N端，圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动答案B解析将开关S由断开状态拨至M端或N端，都会使线圈中的电流突然增大，穿过右边圆环的磁通量突然增大，由楞次定律可知，圆环都会向右运动以阻碍磁通量的增大，选项B正确，A、C、D均错误。5.(来拒去留)(2022·福建连城一中期中)如图9所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。如果在磁铁的下端的水平桌面上放一个固定的闭合线圈，并使磁铁上下振动。磁铁在向下运动的过程中，下列说法正确的()图9A.线圈给它的磁场力始终向上B.线圈给它的磁场力先向上再向下C.线圈给它的磁场力始终向下D.线圈给它的磁场力先向下再向上答案A解析根据楞次定律的“来拒去留”，则当磁铁在向下运动的过程中，线圈产生感应电流，形成感应磁场，从而阻碍磁铁的向下运动，则线圈给它的磁场力始终向上，故A正确，B、C、D错误。6.(“增缩减扩”)(2022·山东潍坊模拟)如图10甲所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正。以下说法正确的是()图10A.0～1s内圆环面积有扩张的趋势B.1s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力C.1～2s内和2～3s内圆环中的感应电流方向相反D.从上往下看，0～2s内圆环中的感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向答案D解析0～1s线圈中电流增大，产生的磁场增大，金属环中磁通量增大，有面积缩小趋势，故A错误；1s末线圈中电流最大，但电流变化率为0，即金属圆环中磁通量变化率为0，金属圆环中电流为0，故金属圆环与线圈间无相互作用，所以1s末圆环对桌面的压力等于圆环的重力，故B错误；1～2s正方向电流减小，2～3s反向电流增大，根据楞次定律，金属环中感应电流的磁场方向不变，感应电流方向不变，故C错误；0～1s线圈中电流增大，产生的磁场增大，金属环中磁通量增大，根据楞次定律可知，从上往下看，0～1s内圆环中的感应电流沿顺时针方向；1～2s线圈中电流减小，产生的磁场减弱，金属环中磁通量减小，根据楞次定律可知，从上往下看，1～2s内圆环中的感应电流沿逆时针方向，故D正确。考点四三定则一定律的综合应用1.“三个定则”“一个定律”的比较名称基本现象应用的定则或定律电流的磁效应运动电荷、电流产生磁场安培定则磁场对电流的作用磁场对运动电荷、电流有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2.“三个定则”和“一个定律”的因果关系(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；(4)因磁而生电(S、B→I安)→楞次定律。【例2】(多选)如图11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的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ在一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11A.向右加速运动 B.向左加速运动C.向右减速运动 D.向左减速运动答案BC解析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eq\o(→,\s\up7(左手定则))MN中的感应电流方向为M→Neq\o(→,\s\up7(安培定则))L1中感应电流的磁场方向向上eq\o(→,\s\up7(楞次定律))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(L2中磁场方向向上减弱,L2中磁场方向向下增强))。若L2中磁场方向向上减弱eq\o(→,\s\up7(安培定则))PQ中电流方向为Q→P且减小eq\o(→,\s\up7(右手定则))PQ向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强eq\o(→,\s\up7(安培定则))PQ中电流方向为P→Q且增大eq\o(→,\s\up7(右手定则))PQ向左加速运动。故选项B、C正确，A、D错误。7.同一平面内固定有一长直导线PQ和一带缺口的刚性金属圆环，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于圆环所在平面固定放置的平行金属板MN连接，如图12甲所示。导线PQ中通有正弦交流电流i，i的变化如图乙所示，规定从Q到P为电流的正方向，则在1～2s内()图12A.M板带正电，且电荷量增加 B.M板带正电，且电荷量减小C.M板带负电，且电荷量增加 D.M板带负电，且电荷量减小答案A解析在1～2s内，穿过金属圆环的磁场垂直于纸面向里，磁感应强度变小，穿过金属圆环的磁通量变小，磁通量的变化率变大，假设环闭合，由楞次定律可知感应电流磁场与原磁场方向相同，即感应电流磁场方向垂直于纸面向里，然后由安培定则可知感应电流沿顺时针方向，由法拉第电磁感应定律可知感应电动势增大，由此可知上极板M电势高，带正电，电荷量增加，故A正确，B、C、D错误。考点一对电磁感应现象的理解和判断1.(2020·江苏卷)如图1所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是()图1A.同时增大B1减小B2B.同时减小B1增大B2C.同时以相同的变化率增大B1和B2D.同时以相同的变化率减小B1和B2答案B解析当同时增大B1减小B2时，通过金属圆环的总磁通量增加，且方向垂直纸面向里，根据楞次定律知，感应电流产生的磁场方向应为垂直纸面向外，根据右手螺旋定则知，此时金属圆环中产生逆时针方向的感应电流，A项错误；同理当同时减小B1增大B2时，金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，B项正确；当同时以相同的变化率增大或减小B1和B2时，金属圆环中的总磁通量没有变化，仍然为0，金属圆环中无感应电流产生，C、D项均错误。2.如图2所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是()图2A.ab向右运动，同时使θ减小B.使磁感应强度B减小，θ角同时也减小C.ab向左运动，同时增大磁感应强度BD.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)答案A解析设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScosθ，S增大，θ减小，cosθ增大，则Φ增大，A正确；B减小，θ减小，cosθ增大，Φ可能不变，B错误；S减小，B增大，Φ可能不变，C错误；S增大，B增大，θ增大，cosθ减小，Φ可能不变，D错误。考点二感应电流方向的判断3.(2021·吉林长春模拟)两根互相垂直的绝缘通电长直导线放在水平面上，两个相同的闭合圆形线圈a、b放在同一水平面上，两线圈的圆心到两导线的距离都相等。设两直导线中的电流强度相等，方向如图3所示。若两直导线中的电流以相同的变化率均匀减小，下列说法正确的是()图3A.a中无感应电流，b中有顺时针方向的感应电流B.a中无感应电流，b中有逆时针方向的感应电流C.a中有顺时针方向的感应电流，b中无感应电流D.a中有逆时针方向的感应电流，b中无感应电流答案B解析由安培定则可知通电导线产生的磁场方向，并根据叠加原理可知a所在区域的两个磁场方向相反，穿过a环的磁通量为0且保持不变，所以a中无感应电流；b所在区域两个磁场方向相同，合磁场不为零，当电流减小时，b中磁通量减小，根据楞次定律可知b中有逆时针方向的感应电流，故选B。4.(多选)(2021·山东济南模拟)如图4所示，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中。电路通过电刷与圆盘的边缘和铜轴接触良好，电源电动势为E，内阻为r，定值电阻为R。先将开关闭合，待圆盘转速稳定后再断开开关，不计一切摩擦，下列说法中正确的是()图4A.闭合开关时，从上往下看圆盘逆时针转动B.闭合开关转速稳定时，流过圆盘的电流为零C.断开开关时，a点电势低于b点电势D.断开开关后，流过电阻R上的电流方向与原电流方向相反答案BC解析闭合开关时，铜圆盘中有电流经过，圆盘中电流方向沿半径向外，根据左手定则可知，从上往下看圆盘顺时针转动，故A错误；闭合开关转速稳定时，圆盘不受安培力作用，根据F＝BIL可知流过圆盘的电流为零，故B正确；断开开关时，从上往下看，圆盘顺时针转动，圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势，由右手定则知，圆盘中电流方向沿半径向里，所以a点电势低于b点电势，流过电阻R上的电流方向与原电流方向相同，故C正确，D错误。考点三楞次定律推论的应用5.(2021·甘肃岷县期末)如图5所示，线圈两端与电阻相连构成闭合电路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁的S极朝下，在将磁铁的S极插入线圈的过程中()图5A.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B.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C.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C解析当磁铁向下运动时，穿过线圈的磁通量变大，原磁场方向向上，所以感应磁场方向向下，根据右手螺旋定则，拇指表示感应磁场的方向，四指弯曲的方向表示感应电流的方向，即通过电阻的电流方向为a→b；根据楞次定律“来拒去留”可判断线圈对磁铁的作用是阻碍作用，故磁铁与线圈相互排斥，故选C。6.(多选)如图6所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路。当一条形磁铁N极朝下从高处下落接近回路时()图6A.P、Q将互相靠拢 B.产生的电流方向从Q到PC.磁铁的加速度仍为g D.磁铁的加速度小于g答案AD解析当一条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律可知P、Q将互相靠拢，通过回路的原磁场向下增大，则此时感应磁场向上，根据安培定则可知，产生沿逆时针的电流，即电流方向从P到Q，故A正确，B错误；由于磁铁受到向上的安培力作用，所以合力小于重力，磁铁的加速度一定小于g，故C错误，D正确。考点四三定则一定律的综合应用7.(多选)如图7是创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上，与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路，两个磁性很强的条形磁铁如图放置，当用手左右摆动线圈P时，线圈Q也会跟着摆动，仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是()图7A.P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)B.P向右摆动的过程中，Q也会向右摆动C.P向右摆动的过程中，Q会向左摆动D.若用手左右摆动Q，P会始终保持静止答案AB解析P向右摆动的过程中，线框中的磁通量减少，根据楞次定律，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)，选项A正确；P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)，Q中的电流方向也为顺时针方向(从右向左看)，Q线圈下侧将受到向右的安培力作用，所以Q也会向右摆动，选项B正确，C错误；若用手左右摆动Q，切割磁感线产生感应电动势，在P线圈中将产生感应电流，受到安培力作用，由左手定则可判断出P将摆动，不会保持静止，选项D错误。8.(多选)如图8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()图8A.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，无感应电流出现，A错误；当导体棒向左做减速运动时，由右手定则可判定回路中产生了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中产生顺时针方向的感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引，B正确；同理可判定C正确，D错误。9.(2021·北大附中模拟)如图9所示，光滑水平地面上竖直放置两根圆柱形铝管，其粗细、长短均相同，其中管Ⅰ无缝，管Ⅱ有一条平行于轴线的细缝。两枚略小于管内径的相同小磁铁a、b，同时从两管上端由静止释放，穿过铝管后落到地面。下列说法正确的是()图9A.a、b一定同时落地 B.a一定比b先落地C.落地时，a、b的动能相等 D.落地时，a比b的动能小答案D解析小磁铁a、b，同时从两管上端由静止释放，穿过铝管过程中，管Ⅰ无缝，管Ⅰ产生感应电流，由楞次定律(来拒去留)判断，小磁铁a穿过铝管过程中，都会受到一个阻碍它运动的磁力，则需要克服磁力做功，机械能减小；管Ⅱ有一条平行于轴线的细缝，管Ⅱ不产生感应电流，机械能守恒。由于小磁铁a运动受到阻碍，落地时速度较小，下落时间比小磁铁b长，小磁铁b先落地，A、B、C错误，D正确。10.(多选)如图10所示是研究性学习小组的同学设计的防止电梯坠落的应急安全装置，在电梯轿厢上安装上永久磁铁，电梯的井壁上铺设线圈，能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是()图10A.当电梯突然坠落时，该安全装置可起到阻碍电梯下落的作用B.当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中C.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B中电流方向相同D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落答案AD解析若电梯突然坠落，将线圈闭合时，线圈内的磁通量发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻碍相对运动，可起到应急避险作用，故A正确；感应电流会阻碍相对运动，但不能阻止运动，故B错误；当电梯坠落至题图所示位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知A与B中感应电流方向相反，故C错误；结合A的分析可知，当电梯坠落至题图所示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故D正确。11.(2021·山西太原模拟)电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被视为将带来交通工具大革命。多国科学家都致力于此项研究。据2015年央广新闻报道，美国国家航空航天局NASA在真空成功试验了电磁驱动引擎，如果得以应用，