新高考物理一轮复习精讲精练第11章 电磁感应 第1讲 电磁感应现象楞次定律（含解析）

第一讲电磁感应现象楞次定律知识梳理一、磁通量1．概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。2．公式：Φ＝BS。3．公式的适用条件(1)匀强磁场。(2)S为垂直磁场的有效面积。4．磁通量是标量(选填“标量”或“矢量”)。5．磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1。二、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，闭合导体回路中就产生感应电流。这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应。2．产生电磁感应现象的条件穿过闭合电路的磁通量发生变化或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。三、感应电流方向的判定1．楞次定律(1)内容：感应电流具有这样的方向，即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，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。(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流。考点一、电磁感应现象判断是否产生感应电流的方法①确定所研究回路；②看Φ是否变化；③回路是否闭合；②③同时满足可产生感应电流。例1、用图中三套实验装置探究感应电流产生的条件，下列选项中能产生感应电流的操作是()A．甲图中，使导体棒AB顺着磁感线方向运动，且保持穿过ABCD的磁感线条数不变B．乙图中，使条形磁体匀速穿过线圈C．丙图中，开关S保持闭合，A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动D．丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A在大螺线管B中保持不动【答案】B【解析】题图甲中，使导体棒AB顺着磁感线方向运动，AB不切割磁感线，穿过ABCD的磁通量也没变化，故不能产生感应电流，A错误；题图乙中，使条形磁体匀速穿过线圈，在磁体从上向下穿过时，穿过线圈的磁通量会变化，故产生感应电流，B正确；题图丙中，开关S保持闭合，A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动，两线圈没有相对运动，穿过B的磁通量没发生变化，故不产生感应电流，C错误；题图丙中，开关S保持闭合，使小螺线管A在大螺线管B中保持不动时，也不会使穿过B的磁通量发生变化，故也不能产生感应电流，D错误．例2、(多选)如图所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行。若要在线圈中产生感应电流，可行的做法是()A．AB中电流I逐渐增大B．AB中电流I先增大后减小C．以AB为轴，线圈绕AB顺时针转90°(俯视)D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)【答案】ABD【解析】只要AB中电流发生变化，无论是大小变，还是方向变，还是大小和方向同时变，都可以使线圈内的磁通量发生变化，从而产生感应电流，A、B正确；以AB为轴，线圈绕AB顺时针转90°的过程中，磁感应强度的大小和线圈的有效面积都没变，磁通量不变，不能产生感应电流，C错误；以OO′为轴逆时针转90°的过程中，线圈的有效面积发生了变化，磁通量变化，能产生感应电流，D正确。课堂随练训练1、如图所示，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(0<θ<90°)．在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是()A．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【答案】A【解析】设此时回路面积为S，据题意，穿过回路的磁通量Φ＝BScosθ.ab向右运动，则S增大，θ减小，则cosθ增大，因此Φ增大，回路里一定能产生感应电流，A正确；B减小，θ减小，cosθ增大，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，B错误；ab向左运动，则S减小，B增大，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，C错误；ab向右运动，则S增大，B增大，θ增大，cosθ减小，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，D错误．训练2、如图所示为感应式发电机，a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是电流表的接线端，现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是()A．将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置B．将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置C．将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置D．将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置【答案】B【解析】将铜盘看成无数个轴向铜条组成，当铜盘转动时，其切割磁感线产生感应电动势，此时铜条相当于电源，铜盘边缘和中心相当于电源的两个极，则想要观察到感应电流，M、N应分别接电源的两个极，故B正确。考点二、感应电流方向的判定例1、如图所示，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，一圆环形金属线框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】金属杆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，由于感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，则穿过圆环形金属线框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，故选项D正确，A、B、C错误。例2、(2020·江苏卷，3)如图所示，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()A．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。课堂随练训练1、(2021·上海市嘉定区高三一模)磁单极子自1932年被狄拉克提出以来，科学家们一直都在努力寻找其存在的确凿证据。如果一个只有S极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈，则从上向下看，这个线圈中将出现()A．先逆时针后顺时针的感应电流B．先顺时针后逆时针的感应电流C．逆时针方向的持续流动的感应电流D．顺时针方向的持续流动的感应电流【答案】D【解析】只有S极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈时，穿过线圈的磁通量先向上增加，后向下减小，根据楞次定律可知，从上向下看线圈中产生顺时针方向的持续流动的感应电流。故选D。训练2、(2021·浙江杭州市教学质检)如图所示，无限长通电直导线与右侧的矩形导线圈ABCD在同一平面内，线圈的AB边与直导线平行。现用外力使线圈向直导线靠近且始终保持AB边与直导线平行，在AB边靠近直导线的过程中，下列说法正确的是()A．线圈内产生的感应电流方向是ADCBAB．直导线对AB边和CD边的安培力等大反向C．直导线对AD边和BC边的安培力等大反向D．在线圈ABCD内部的区域的磁场方向为垂直线圈所在平面向外【答案】C【解析】根据右手定则，直导线在右手边的磁场方向垂直纸面向里，在AB边靠近直导线的过程中，线圈的磁通量增大，由楞次定律可知，线圈内产生的感应电流方向是ABCDA，所以A错误；直导线周围的磁场的磁感应强度，离直导线越近磁感应强度越大，则对AB边和CD边的安培力不等大但是方向是相反的，所以B错误；根据右手定则，由对称性可知，直导线对AD边和BC边的安培力等大反向，所以C正确；在线圈ABCD内部的区域的磁场方向为垂直线圈所在平面向里，因为感应电流产生的磁场只是阻碍原磁通量的增大，而不是阻止，所以总磁通量还是增大，所以D错误。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”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”通过导体远离或靠近来阻碍原磁通量的变化——“增离减靠”i增大，B远离Ai减小，B靠近A“三个定则”“一个定律”的比较名称用途选用原则安培定则判断电流产生的磁场(方向)分布因电生磁左手定则判断通电导线、运动电荷所受磁场力的方向因电受力右手定则判断导体切割磁感线产生的感应电流方向或电源正负极因动生电楞次定律判断因回路磁通量改变而产生的感应电流方向因磁通量变化生电例1、(多选)如图是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是()A．开关S闭合瞬间B．开关S由闭合到断开的瞬间C．开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动D．开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动【答案】AC【解析】钻头M向右运动，是远离左边的线圈，依据楞次定律的推论“增离减靠”，说明左边线圈中的电流增大，故A、C正确，B、D错误。例2、如图所示，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()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】导体棒ab向右或向左做匀速运动时，ab中产生的感应电流不变，螺线管产生的磁场是稳定的，穿过c的磁通量不变，c中没有感应电流，线圈c不受安培力作用，不会被螺线管吸引，故A错误；导体棒ab向左或向右做减速运动时，ab中产生的感应电流减小，螺线管产生的磁场减弱，穿过c的磁通量减小，根据楞次定律得知，c被螺线管吸引，故B、C正确；导体棒ab向右或向左做加速运动时，ab中产生的感应电流增大，螺线管产生的磁场增强，穿过c的磁通量增大，根据楞次定律得知，c被螺线管排斥，故D错误。课堂随练训练1、(2020·全国卷Ⅲ·14)如图，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()A．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】开关S由断开状态拨至连接状态，不论拨至M端还是N端，通过圆环的磁通量均增加，根据楞次定律(增离减靠)可知圆环会阻碍磁通量的增加，即向右运动，故选B.训练2、(多选)(2022·桂林、崇左联合调研)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ和固定不动的金属棒MN，线圈L1、L2绕在同一个铁芯上，PQ棒所在区域有垂直于轨道平面向下的匀强磁场，当PQ在外力的作用下运动时，MN中有从M到N的电流，则PQ所做的运动可能是()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【答案】BC【解析】MN中有从M到N的电流，由楞次定律可知，线圈中产生感应电流的磁场应该是向上减小，或向下增加；再由右手定则可知PQ可能是向左加速运动或向右减速运动。同步训练1、下列图中能产生感应电流的是()【答案】B【解析】根据产生感应电流的条件可知，A中，电路没闭合，无感应电流产生；B中，电路闭合，且垂直磁感线的闭合回路的面积增大，则穿过闭合回路的磁通量增大，有感应电流产生；C中，穿过闭合线圈的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流产生；D中，闭合回路中的磁通量不发生变化，无感应电流产生。故选B。2、如图，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，下列说法正确的是()A．线圈a中将产生俯视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有收缩的趋势 D．线圈a对水平桌面的压力FN将减小【答案】C【解析】根据安培定则可知，螺线管b在其内部产生向下的磁场，当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，电路中总电阻减小，电流增大，磁感应强度变大，穿过线圈a的磁通量变大，根据楞次定律，线圈a中会产生阻碍磁通量变大的感应电流，即产生俯视逆时针方向的感应电流，故A、B错误；根据楞次定律的推论“增缩减扩”可知，线圈a有收缩的趋势，故C正确；根据楞次定律的推论“增离减靠”可知，线圈a有远离螺线管b的趋势，因此线圈a对水平桌面的压力FN将增大，故D错误。3、(多选)用如图所示装置探究感应电流产生的条件，线圈A通过滑动变阻器和开关S1连接到电源上，线圈B通过开关S2连到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面．下列说法中正确的是()A．该装置用于探究线圈B中感应电流产生的条件B．S2处于闭合状态，在S1闭合瞬间，电流表的指针会发生偏转C．S1处于闭合状态，在S2闭合瞬间，电流表的指针会发生偏转D．两开关均处于闭合状态，电路稳定后匀速移动滑动变阻器的滑片，电流表的指针会发生偏转【答案】ABD【解析】线圈B没有接电源，与电流表构成回路，可用于探究线圈B中感应电流产生的条件，A正确；S2处于闭合状态，则线圈B与电流表构成回路．在S1闭合瞬间，线圈A中电流增大，A产生的磁场增强，则穿过线圈B的磁通量变大，所以B中会产生感应电流，电流表的指针会发生偏转，B正确；S1处于闭合状态，线圈A中的电流不变，产生的磁场不变，穿过线圈B的磁通量不变，所以在S2闭合瞬间，线圈B中没有感应电流，电流表指针不偏转，C错误；两开关均处于闭合状态，电路稳定后匀速移动滑动变阻器的滑片，则线圈A中电流变化，线圈A产生的磁场变化，则穿过线圈B的磁通量变化，所以B中会产生感应电流，电流表的指针会发生偏转，D正确．4、(多选)两根相互平行的固定金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，与导轨上接触良好的导体棒AB和CD可以在导轨上自由滑动．当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是()A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→CB．导体棒CD内有电流通过，方向是C→DC．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【答案】BD【解析】导体棒AB切割磁感线，根据右手定则判定AB棒中的电流方向为B→A，则CD棒中的电流方向为C→D，A错误，B正确；根据左手定则，判定CD棒所受安培力的方向为水平向右，AB棒所受安培力的方向为水平向左，C错误，D正确．5、(2021·宁夏吴忠市联考)如图所示，绕水平轴可以匀速转动的矩形线圈放置于匀强磁场中，磁场之外有一绕在水平放置陶瓷棒上的导线通过滑环与矩形线圈相连，陶瓷棒的右侧吊着一个金属圆环，圆环初始时静止。现在让矩形线圈从图示位置开始匀速转动90°，可观察到()A．若线圈顺时针转动，圆环向左摆动；线圈逆时针转动，圆环向右摆动B．若线圈逆时针转动，圆环向左摆动；线圈顺时针转动，圆环向右摆动C．无论线圈顺时针转动还是逆时针转动，圆环都向右摆动D．无论线圈顺时针转动还是逆时针转动，圆环都向左摆动【答案】C【解析】矩形线圈从中性面位置开始转动，无论顺时针或者逆时针，流过陶瓷棒上导线的电流都是增大的，引起穿过圆环的磁通量也都是增大的，根据楞次定律，圆环电流产生的磁场要阻碍磁通量增大，所以都要向右摆动，故C正确，A、B、D错误。6、置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线，与套在铁芯上部的线圈A相连。套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平光滑导轨上，如图所示。导轨上有一根金属棒ab静止处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是()A．圆盘顺时针加速转动时，ab棒将向右运动B．圆盘顺时针匀速转动时，ab棒将向右运动C．圆盘顺时针减速转动时，ab棒将向右运动D．圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向左运动【答案】C【解析】当圆盘顺时针加速转动时，根据右手定则可知产生的感应电流方向为由圆心指向盘边缘，在线圈A中的磁场方向为由A指向B，且磁场在增强，在线圈B中产生的感应电流通过金属棒的方向为由a指向b，根据左手定则可知ab棒受到向左的安培力，故ab棒向左运动；同理可知，圆盘顺时针减速转动时，ab棒向右运动；圆盘匀速转动时，ab棒不受力，静止不动；圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向右运动，故C正确，A、B、D错误。7、(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【答案】BD【解析】ab向右匀速运动时，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，根据右手定则知，在ab杆上产生增大的从a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生方向向上增强的磁场，该磁场方向向下通过L2，根据楞次定律可知通过cd的感应电流方向向下，由左手定则可知cd向右移动，B正确；同理可得C错误，D正确。8、(多选)(2018·全国卷Ⅲ)如图(a)，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R，R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电i，i的变化如图(b)所示，规定从Q到P为电流正方向。导线框R中的感应电动势()A．在t＝eq\f(T,4)时为零B．在t＝eq\f(T,2)时改变方向C．在t＝eq\f(T,2)时最大，且沿顺时针方向D．在t＝T时最大，且沿顺时针方向【答案】AC【解析】在t＝eq\f(T,4)时，交流电图像斜率为0，即磁通量变化率为0，由E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)S知，E＝0，故A正确。在t＝eq\f(T,2)和t＝T时，图像斜率最大，在t＝eq\f(T,2)和t＝T时感应电动势最大。在eq\f(T,4)到eq\f(T,2)之间，电流由Q向P减弱，导线在R处产生方向垂直纸面向里的磁场，且磁场减弱，由楞次定律知，R产生的感应电流的磁场方向也垂直纸面向里，则R中感应电动势沿顺时针方向，同理可判断在eq\f(T,2)到eq\f(3,4)T时，R中感应电动势方向也为顺时针方向，在eq\f(3,4)T到eq\f(5,4)T时，R中感应电动势方向为逆时针方向，C正确，B、D错误。9、(多选)如图甲所示，螺线管内有平行于轴线的外加磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一闭合小金属圆环，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间t按图乙所示规律变化时()A．在0～t1时间内，环有收缩趋势B．在t1～t2时间内，环有扩张趋势C．在t1～t2时间内，环内有逆时针方向的感应电流D．在t2～t3时间内，环内有逆时针方向的感应电流【答案】BC【解析】在0～t1时间内，B均匀增加，则在螺线管中产生恒定的感应电动势，在导线框abcd中形成稳定的电流，故此时环中无感应电流产生，环也没有收缩趋势，选项A错误；在t1～t2时间内，B的变化率逐渐减小，则螺线管中的感应电流方向为从下到上且逐渐减小，在导线框abcd中的磁通量为向外减小，穿过环的磁通量向外减小，根据楞次定律可知，环内有逆时针方向的感应电流，且有扩张趋势，选项B、C正确；在t2～t3时间内，B的方向向下，且B的变化率逐渐减小，则螺线管中的感应电流方向为从上到下且逐渐减小，在导线框abcd中的磁通量为向里减小，穿过环的磁通量向里减小，根据楞次定律可知，环内有顺时针方向的感应电流，选项D错误。10、(2022·上海师大附中学考)在“研究磁通量变化时感应电流的方向”的实验中：(1)某同学用通电螺线管代替条形磁铁进行如下实验操作：A．将灵敏电流计直接与电池两极相连，检测灵敏电流计指针偏转方向与电流流向的关系；B．按图接好电路；C．把原线圈放入副线圈中，接通、断开开关观察并记录灵敏电流计指针偏转方向；D．归纳出感应电流的方向与磁通量变化的关系。其中错误之处是____________________________、____________________________。(2)已知一灵敏电流计，当电流从正接线柱流入