第十二章　电磁感应 第61课时　电磁感应现象　楞次定律　双基落实课

第61课时电磁感应现象楞次定律[双基落实课]每年高考考生入场时，监考老师都要用金属探测器对考生进行安检，当探测器靠近金属物体时，报警器就会发出警报。判断下列说法的正误：（1）探测器靠近非金属物体时不发生报警现象。（√）（2）探测器靠近金属物体报警是利用了静电感应现象。（×）（3）探测器靠近金属物体和远离金属物体时产生的感应电流方向不同。（√）考点一电磁感应现象及感应电流方向的判断[素养自修类]1.产生感应电流的条件的两种表述（1）闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，闭合电路中产生感应电流。（2）穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合电路中产生感应电流。2.判断感应电流方向的两种方法（1）用楞次定律判断（2）用右手定则判断该方法适用于导体切割磁感线产生的感应电流。判断时注意掌心、拇指、四指的方向：①掌心——磁感线垂直穿入；②拇指——指向导体运动的方向；③四指——指向感应电流的方向。1.【感应电流方向的判断】（2023·海南高考6题）汽车测速利用了电磁感应现象，汽车可简化为一个矩形线圈abcd，埋在地下的线圈分别为1、2，通上顺时针（俯视）方向电流，当汽车经过线圈时（）A.线圈1、2产生的磁场方向竖直向上B.汽车进入线圈1过程产生感应电流方向为abcdC.汽车离开线圈1过程产生感应电流方向为abcdD.汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同解析：C埋在地下的线圈1、2通顺时针（俯视）方向的电流，则根据右手定则可知，线圈1、2产生的磁场方向竖直向下，A错误；汽车进入线圈1过程中，穿过线圈abcd的磁通量增大，根据楞次定律可知产生感应电流方向为adcb（逆时针），B错误；汽车离开线圈1过程中，穿过线圈abcd的磁通量减小，根据楞次定律可知产生感应电流方向为abcd（顺时针），C正确；汽车进入线圈2过程中，穿过线圈abcd的磁通量增大，根据楞次定律可知产生感应电流方向为adcb（逆时针），再根据左手定则，可知汽车受到的安培力方向与速度方向相反，D错误。2.【感应电流有无的判断】法拉第“磁生电”这一伟大的发现，引领人类进入了电气时代。关于下列实验说法正确的是（）A.图甲中条形磁体插入螺线管中静止不动时，电流计指针稳定且不为零B.图乙中无论滑动变阻器滑片向下移动还是向上移动的过程中，金属圆环中都有感应电流C.图丙中闭合开关时电流计指针偏转，断开开关时电流计指针不偏转D.图丁中导体棒AB在磁场中运动时一定能产生感应电流解析：B题图甲中条形磁体插入螺线管中静止不动时，螺线管内磁通量保持不变，则无感应电流，A错误；题图乙中无论滑动变阻器滑片怎么移动，线圈b内的电流都会变化，则线圈b产生的磁场都会变化，导致线圈a中的磁通量变化，线圈a中会产生感应电流，B正确；题图丙中闭合开关和断开开关都会使螺线管B的磁通量发生变化，螺线管B中会产生感应电流，电流计指针都会发生偏转，C错误；当导体棒的运动方向与磁场方向平行时，导体棒不切割磁感线，则无感应电流产生，D错误。考点二楞次定律推论的应用[多维探究类]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。根据引起感应电流的情境，常见以下四种具体推论：推论例证阻碍原磁通量变化——“增反减同”磁铁靠近，B感、B原反向，二者相斥；磁铁远离，B感、B原同向，二者相吸阻碍相对运动——“来拒去留”推论例证使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”注意：此结论只适用于磁感线单方向穿过回路的情境P、Q是光滑固定导轨，a、b是可移动金属棒，磁铁下移，回路面积应减小，a、b靠近B减小，线圈扩张推论例证阻碍原电流的变化——“增反减同”（即自感现象）合上S，B灯先亮，A灯逐渐变亮；再断开S，两灯逐渐熄灭考法一“增反减同”【典例1】如图所示，两个半径不同但同圆心的圆形导线环A、B位于同一平面内，A环的半径大于B环的半径，已知在t＝0到t＝t1的时间间隔内，当A环中的电流iA发生某种变化，B环中的感应电流总是沿顺时针方向，且B环总有扩张的趋势。设A环中电流iA的正方向与图中箭头所示的方向相同，则iA随时间t变化的图线可能是（）答案：A解析：A项中，A环中顺时针方向的电流减小，导致B环中指向纸内的磁通量减小，根据楞次定律知，B环中感应电流产生的磁场将阻碍磁通量减小，产生顺时针方向感应电流，两环相吸，B环有扩张的趋势，A正确；B项中，A环中逆时针方向的电流减小，导致B环中指向纸外的磁通量减小，根据楞次定律，可知B环中产生逆时针方向电流，两环相吸，B环有扩张的趋势，B错误；C项中，A环中顺时针方向的电流增大，导致B环中指向纸内的磁通量增大，根据楞次定律，可知B环将产生逆时针方向的电流，两环相斥，B环有收缩的趋势，C错误；D项中，A环中逆时针方向的电流增大，导致B环中指向纸外的磁通量增大，根据楞次定律，可知B环中产生顺时针方向电流，两环相斥，B环有收缩的趋势，D错误。考法二“来拒去留”【典例2】（多选）如图所示，在一固定、水平放置的铝环上方，有一条形磁铁，从离地面高h处，由静止开始下落，最后落在地面上。磁铁下落过程中从铝环中心穿过铝环，而不与铝环接触。若不计空气阻力，下列说法正确的是（）A.磁铁下落过程中，铝环中的电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向（从上向下看铝环）B.不考虑起始位置，磁铁下落过程中，磁铁的加速度始终小于gC.磁铁下落过程中，磁铁的机械能不断减少D.磁铁落地时的速率等于2答案：AC解析：由题图可知，在磁铁下落过程中，穿过铝环的磁场方向向下，在磁铁靠近铝环时，穿过铝环的磁通量变大，在磁铁远离铝环时穿过铝环的磁通量减小，由楞次定律可知，从上向下看，铝环中的感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向，A正确；根据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在下落过程中，受铝环对它的作用力始终竖直向上，但当磁铁的中心与铝环在同一个平面内时，穿过铝环的磁通量最大，磁通量的变化率为0，此时铝环内没有感应电流，所以在该点磁铁的加速度等于g，B错误；在磁铁下落过程中，铝环中产生感应电流，铝环中有电能产生，磁铁在整个下落过程中，磁铁的机械能一部分转化为电能，由能量守恒定律可知，磁铁的机械能减少，C正确；磁铁自由下落时，落地速度v＝2gh，由于磁铁下落穿过铝环时能量有损失，磁铁落地速度应小于v＝2gh，考法三“增缩减扩”【典例3】如图所示，圆环形导线圈a平放在水平桌面上，在线圈a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管b与电源、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，下列表述正确的是（）A.线圈a中将产生顺时针方向（俯视）的感应电流B.穿过线圈a的磁通量减小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大答案：D解析：当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，螺线管b中的电流将增大，使穿过线圈a的磁通量变大，故选项B错误；由楞次定律可知，线圈a中将产生逆时针方向（俯视）的感应电流，并且线圈a有缩小和远离螺线管b的趋势，线圈a对水平桌面的压力FN将增大，故选项A、C错误，D正确。考点三“三定则、一定律”的综合问题[互动共研类]“三定则、一定律”的比较定则或定律适用的现象因果关系安培定则电流的磁效应——电流、运动电荷产生的磁场因电生磁左手定则（1）安培力——磁场对电流的作用力；（2）洛伦兹力——磁场对运动电荷的作用力因电受力定则或定律适用的现象因果关系右手定则导体做切割磁感线运动产生的电磁感应现象因动生电楞次定律闭合回路磁通量变化产生的电磁感应现象因磁生电【典例4】（多选）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、MN，PQ、MN均处在竖直向下的匀强磁场中，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（）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向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流方向为M→NL1中感应电流的磁场方向向上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PQ中电流方向为Q→P且减小PQ向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流方向为P→Q且增大PQ向左加速运动。故选B、C。1.【楞次定律及左手定则的应用】（多选）创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》如图所示。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（）A.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会始终保持静止解析：ABP向右摆动的过程中，线圈中的磁通量减少，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，线圈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，P将受到安培力作用摆动，不会保持静止，选项D错误。2.【“三定则、一定律”的综合】如图所示，金属圆盘置于垂直纸面向里的匀强磁场中，其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导轨上，导轨上有一根金属棒ab处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是（）A.圆盘顺时针匀速转动时，a点的电势高于b点的电势B.圆盘顺时针加速转动时，ab棒受到向左的安培力C.圆盘顺时针加速转动时，ab棒将向右运动D.圆盘顺时针减速转动时，a点的电势高于b点的电势解析：B当圆盘顺时针匀速转动时，线圈A中产生恒定的电流，那么穿过线圈B的磁通量不变，线圈B中不产生感应电动势，则a点的电势等于b点的电势，故A错误；由右手定则可知，圆盘顺时针加速转动时，感应电流从圆心流向边缘，线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强，由楞次定律可知，线圈B中的感应磁场方向向上，由右手螺旋定则可知，ab棒中感应电流方向由a→b，由左手定则可知，ab棒受到的安培力方向向左，ab棒将向左运动，故B正确，C错误；由右手定则可知，圆盘顺时针减速转动时，感应电流从圆心流向边缘，线圈A中产生的磁场方向向下且磁场减弱，由楞次定律可知，线圈B中的感应磁场方向向下，由右手螺旋定则可知，B线圈的上端相当于电源的负极，则a点的电势低于b点的电势，故D错误。考点一电磁感应现象及感应电流方向的判断1.如图所示为新型交通信号灯原理简图，在交通信号灯前方路面埋设通电线圈，这个包含线圈的传感器电路与交通信号灯的时间控制电路连接，当车辆通过线圈上方的路面时，会引起线圈中电流的变化，系统根据电流变化的情况确定信号灯亮的时间长短，下列判断正确的是（）A.车辆经过线圈会产生感应电流B.车辆通过线圈时，线圈激发的磁场不变C.当线圈断了，系统依然能检测到车辆通过的电流信息D.线圈中的电流是由于车辆通过线圈时发生电磁感应引起的解析：A车辆上有很多金属部件，当这些金属部件经过通电线圈时，使线圈中的磁场发生变化，所以车辆经过线圈时有感应电流产生，故A正确；车辆通过线圈时，线圈激发的磁场变化，故B错误；如果线圈断了，没有闭合回路，系统不能检测到车辆通过的电流信息，故C错误；线圈本身就是通电线圈，线圈中的电流不是车辆通过线圈时发生电磁感应引起的，车辆经过线圈上方会发生电磁感应现象，会引起线圈中的电流发生变化，故D错误。2.（多选）如图所示，导体棒AB、CD可在水平光滑轨道上自由滑动，下列说法正确的是（）A.将导体棒CD固定，当AB向左移动时，AB中感应电流的方向为A到BB.将导体棒CD固定，当AB向右移动时，AB中感应电流的方向为A到BC.将导体棒AB固定，当CD向左移动时，AB中感应电流的方向为A到BD.将导体棒AB固定，当CD向右移动时，AB中感应电流的方向为A到B解析：AC由右手定则可判断，当AB向左运动时，AB中感应电流方向为A到B，当AB向右运动时，AB中感应电流方向为B到A，A正确，B错误；当CD向左运动时，CD中的感应电流方向为C到D，AB中的感应电流方向为A到B，当CD向右移动时，AB中感应电流方向为B到A，C正确，D错误。考点二楞次定律推论的应用3.（2020·江苏高考3题）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解析：B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错误。4.（多选）如图所示，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（）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.磁铁的加速度小于g解析：AD方法一根据楞次定律的另一表述“感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因”，题中“原因”是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”便是阻碍磁通量的增加。所以，P、Q将互相靠拢且磁铁的加速度小于g，选项A、D正确，B、C错误。方法二设磁铁下端为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，从而使加速度小于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、D正确，B、C错误。5.（多选）如图所示，条形磁铁挂在轻弹簧下端，磁铁穿过固定的水平闭合金属环。向下拉动磁铁放手后磁铁会上下振动一段时间，下列说法正确的是（）A.磁铁的中点向下靠近线圈平面的过程中，俯视看线圈中感应电流方向是顺时针的B.磁铁向下运动时，线圈受到的安培力方向一定向上C.磁铁向上运动且弹簧处于原长时，磁铁的加速度一定不小于gD.磁铁向下运动且弹簧处于原长时，磁铁的加速度一定不小于g解析：AC磁铁的中点向下靠近线圈平面的过程中，穿过线圈的磁通量方向向上且逐渐增大，根据楞次定律知俯视看线圈中感应电流方向应该是顺时针的，故A正确。由楞次定律和牛顿第三定律可知，磁铁受到的磁场力总是阻碍磁铁的运动，所以磁铁向下运动时，受到的磁场力向上，线圈受到的磁场力向下，故B错误。由楞次定律和牛顿第三定律可知，磁铁受到的磁场力总是阻碍磁铁的运动。当磁铁向上运动且弹簧处于原长时，磁铁受到向下的重力，同时受到向下的安培力，所以加速度不小于g；当磁铁向下运动且弹簧处于原长时，磁铁受到向下的重力，同时受到向上的安培力，所以加速度小于g，故C正确，D错误。考点三“三定则、一定律”的综合问题6.如图所示，导线AB与CD平行。若电流从a端流入时，电流表指针左偏，下列说法正确的是（）A.断开开关瞬间，电流表指针向右偏转B.闭合开关瞬间，电流表指针向右偏转C.闭合开关后，由于互感电流表有示数D.闭合开关后，若滑动变阻器的滑片向右移动，电流表指针向左偏转解析：A断开开关瞬间，导线CD与电流表形成的闭合回路的磁通量（穿过纸面向外）会减小，根据楞次定律可知，此时产生的感应电流方向为逆时针方向，即电流从b端流入，电流表指针右偏，故A正确；闭合开关瞬间，导线AB通过向右的电流，则根据安培定则可知，导线CD与电流表形成的回路中会产生一个垂直纸面向外的磁场，根据楞次定律可知，此时产生的感应电流方向为顺时针方向，即电流从a端流入，电流表指针左偏，故B错误；由于题图中电源为直流电，所以闭合开关后，穿过导线CD与电流表形成的闭合回路的磁通量不会发生变化，则电流表不会有示数，故C错误；闭合开关后，若滑动变阻器的滑片向右移动，则电路中的电流减小，导线AB产生的磁场减弱，穿过导线CD与电流表形成的闭合回路的磁通量会减小，根据楞次定律可知，此时产生的感应电流方向为逆时针方向，即电流从b端流入，电流表指针右偏，故D错误。7.（多选）如图所示，两条水平光滑金属导轨固定在电磁铁两磁极之间，导轨两端a、b断开，金属杆L垂直导轨放置。闭合开关S，下列判断正确的是（）A.电磁铁两磁极之间的磁场方向向下B.若给金属杆向左的初速度，则a点电势高于b点C.若a、b间接导线，向下移动滑片P，则金属杆向左运动D.若a、b间接直流电源，a接正极、b接负极，则金属杆向左运动解析：AC闭合开关S，根据安培定则可知，电磁铁两磁极之间的磁场方向向下，故A正确；根据右手定则可知，若给金属杆向左的初速度，则a点电势低于b点，故B错误；若a、b间接导线，向下移动滑片P，则螺线管中的电流变大，磁场增强，由于穿过闭合回路的磁通量增加，由楞次定律可知，金属杆向左运动，故C正确；若a、b间接直流电源，a接正极、b接负极，由左手定则可知，金属杆向右运动，故D错误。8.如图甲所示，金属圆环和“”形金属线框相互靠近固定在水平面上，金属棒AB放在线框上，给圆环a、b端接上如图乙所示的余弦式交变电流，以图甲中电流方向为正方向，金属棒AB始终保持静止，则下列判断正确的是（）A.0～t1时间内，AB棒中的感应电流方向为B→AB.0～t1时间内，AB棒受到的摩擦力方向向右C.t2～t3时间内，AB棒中感应电流方向先由A→B再由B→AD.t1时刻AB棒受到的安培力最大，t2时刻AB棒受到的安培力最小解析：A0～t1时间内，根据安培定则可知，右侧闭合回路中穿过纸面向外的磁通量减小且减小得越来越快，根据楞次定律和安培定则可知，AB棒中的感应电流方向为B→A，根据左手定则，AB棒受到的安培力向右，则其受到的摩擦力向左，故A正确，B错误；t2～t3时间内，根据安培定则可知，右侧闭合回路中先是穿过纸面向里的磁通量减小，再是穿过纸面向外的磁通量增大，根据楞次定律和安培定则可知，AB棒中的感应电流方向一直为A→B，故C错误；t1时刻圆环中电流为零，在AB棒处产生的磁场强度为零，则AB棒受到的安培力为零，t2时刻圆环中电流变化率为零，则穿过闭合回路的磁通量变化率为零，则闭合回路中的感应电流为零，AB棒受到的安培力也为零，故D错误。9.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中沿顺时针方向解析：D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D正确。10.（多选）两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环。当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时，B中产生如图所示方向的感应电流，则（）A.A可能带正电且转速减小B.A可能带正电且转速增大C.A可能带负电且转速减小D.A可能带负电且转速增大解析：BC若A带正电，顺时针转动产生顺时针方向的电流，A内磁场方向垂直纸面向里，当转速增大时，穿过B的磁通量增加，B中产生感应电流，根据楞次定律（增反减同）可知，B中产生逆时针方向的电流，A错误，B正确；若A带负电，顺时针转动产生逆时针方向的电流，A内磁场方向垂直纸面向外，当转速减小时，穿过B的磁通量减少，B中产生感应电流，根据楞次定律（增反减同）可知，B中产生逆时针方向的电流，C正确，D错误。11.如图所示，在有界匀强磁场中水平放置相互平行的金属导轨，导轨电阻不计，导轨上金