2025高考物理总复习电磁感应现象实验探究影响感应电流方向的因素楞次定律

第1讲电磁感应现象实验探究影响感应电流方向的因素楞次定律高考总复习2025考点一电磁感应现象的理解和判断强基础•固本增分一、磁通量1.概念:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向

的平面,其面积S与B的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。

2.公式:Φ=BS,单位符号是Wb。

适用于匀强磁场,S为垂直于磁场的有效面积3.物理意义:相当于穿过某一面积的

的条数。

4.标矢性:磁通量是

,但有正负。

5.磁通量的变化量:ΔΦ=Φ2-Φ1=B2S2-B1S1。

计算磁通量的变化量时,需要规定磁通量的正方向垂直磁感线标量二、电磁感应现象1.定义:当穿过闭合导体回路的

发生变化时,闭合导体回路中有感应电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应。

2.感应电流的产生条件:(1)闭合电路的一部分导体在磁场内做

的运动;(2)穿过闭合电路的磁通量发生变化。

3.实质:产生

,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。

磁通量切割磁感线感应电动势×√√研考点•精准突破一、磁通量变化的三种情况1.磁感应强度变化引起磁通量变化,即ΔΦ=ΔB·S;2.线圈有效面积变化(回路面积变化或回路平面与磁场夹角变化)引起磁通量变化,即ΔΦ=B·ΔS;3.磁感应强度和有效面积同时变化,即ΔΦ=Φ2-Φ1。二、常见的产生感应电流的三种情况

考向一

磁通量及其变化量典题1(2023广东东莞模拟)如图所示,线圈平面与水平方向夹角θ=60°,线圈平面面积为S,共有n匝,空间存在区域无限大的磁场,磁感线竖直向下,磁感应强度的大小为B,设此时穿过线圈的磁通量为正,下列说法正确的是(

)A.通过线圈的磁通量为

nBSB.若线圈以cd为轴逆时针转过60°,通过线圈的磁通量为BSC.若线圈以cd为轴顺时针转过30°,通过线圈的磁通量为BSD.若线圈以cd为轴顺时针转过120°,通过线圈磁通量的变化量为

BSB解析

通过线圈的磁通量为Φ=BScos

θ=BS,A错误:若线圈以cd为轴逆时针转过60°,线圈平面与磁场垂直,所以通过线圈的磁通量为Φ1=BS,B正确;若线圈以cd为轴顺时针转过30°,线圈平面与磁场平行,通过线圈的磁通量为Φ2=0,C错误;若线圈以cd为轴顺时针转过120°,线圈平面与磁场垂直,通过线圈的磁通量为Φ'=-BS,所以通过线圈磁通量的变化量为ΔΦ=Φ'-Φ=-BS-BS=-BS,D错误。考向二

感应电流有无的判断典题2(2024广东湛江模拟)下列关于甲、乙、丙、丁四幅图的说法,正确的是(

)A.图甲中,当两导体棒以相同的速度在导轨上匀速向右运动时,导体棒中能产生感应电流B.图乙中,当导体棒ab在匀强磁场中以恒定的角速度转动时,导体棒中能产生感应电流C.图丙中,当闭合圆环导体(水平放置)某一直径正上方的直导线中通有电流时,闭合圆环导体中能产生感应电流D.图丁中,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,不闭合的导体环中能产生感应电流B解析

图甲中,当两导体棒以相同的速度在导轨上匀速向右运动时,两导体棒所构成回路的面积固定不变,而回路所在磁场的磁感应强度也不变,则回路中的磁通量不变,因此不会产生感应电流,A错误;图乙中,当导体棒ab在匀强磁场中以恒定的角速度转动时,导体棒切割磁感线,从而产生动生电动势,B正确;图丙中,当闭合圆环导体(水平放置)某一直径正上方的直导线中通有电流时,通电导线产生的磁场在以通电导线的投影为对称轴的闭合圆环导体前后面中,磁场方向相反,则闭合圆环导体的磁通量为零,因此不会产生感应电流,C错误;图丁中,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,电路中的电阻增大,电流减小,从而使电流产生的磁场发生变化,使不闭合的导体环中产生感应电动势,但因为导体环不闭合,没有形成完整的回路,因此不闭合的导体环中不能产生感应电流,D错误。指点迷津判断感应电流有无的方法

考点二实验:探究影响感应电流方向的因素强基础•固本增分以下面四种情况为例,将实验结果记录在表格中。

线圈内磁通量增加时的情况(表1)图号磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向甲磁场方向向

,磁通量

时针

向

乙磁场方向向

,磁通量

时针

向

下增加逆上上增加顺下线圈内磁通量减少时的情况(表2)图号磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向丙磁场方向向

,磁通量

时针

向

丁磁场方向向

,磁通量

时针

向

下减少顺下上减少逆上研考点•精准突破典题3(2023山东淄博开学考试)某小组利用甲、乙所示的装置探究影响感应电流方向的因素。(1)闭合图甲电路中的开关,观察电流表指针的偏转方向,本次操作的实验目的是

。

甲找到流过电流表的电流方向与指针偏转方向的关系

(2)如图乙所示,把磁体的某一个磁极向线圈中插入或从线圈中抽出时,记录磁极运动的四种情况中感应电流的方向,如图丙所示,可知感应电流的方向与

有关。

乙丙原磁场方向、磁通量的变化情况

(3)为了建立感应电流的方向与磁通量变化的联系,需要引入

来转换研究角度。

(4)下列说法正确的是

。

A.实验中需要观察磁体插入的快慢与电流表指针偏转角度大小的关系B.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化是能量守恒定律的必然结果C.本实验采用了归纳推理的科学方法D.本实验采用了演绎推理的科学方法感应电流的磁场

BC解析

(1)闭合图甲电路中的开关,观察电流表指针的偏转方向,本次操作的实验目的是找到流过电流表的电流方向与指针偏转方向的关系。(2)图丙中做了两组对照实验,分别是:以不同磁极插入和以不同磁极抽出。发现以不同磁极插入时电流方向不同,以不同磁极抽出时电流方向也不同,插入时线圈中磁通量增加,抽出时线圈中磁通量减小,因此可知感应电流的方向与原磁场方向及磁通量的变化情况有关。(3)感应电流的方向与磁通量的变化不易建立起直接的联系,而我们知道磁体周围存在磁场,感应电流也会产生磁场,因此为了建立感应电流的方向与磁通量变化的联系,需要引入感应电流的磁场来转换研究角度。(4)该实验探究的是影响感应电流方向的因素,而不是磁体插入的快慢与电流表指针偏转角度大小的关系,A错误;感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化是能量守恒定律的必然结果,B正确;本实验通过对照实验组所得到的结果进行了归纳与推理,因此采用了归纳推理的科学方法,C正确,D错误。考点三感应电流方向的判断强基础•固本增分阻碍磁通量动方向运切割√××提示

若图中铝环是没有闭合的,磁体靠近或远离铝环时铝环始终保持静止状态;因为铝环中不会产生感应电流,不受磁体的作用力。研考点•精准突破考向一

楞次定律的理解和应用1.楞次定律中“阻碍”的含义2.用楞次定律判断感应电流的方向

典题4

现代科技的许多领域都需要研究新型材料。研究人员发现一种具有独特属性的新型合金能够将内能直接转化为电能。具体而言,只要略微提高温度,这种合金就会变成强磁性合金,从而使环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图所示。A为圆柱形合金材料,B为金属线圈,套在圆柱形合金材料上,线圈的半径大于合金材料的半径。现对A进行加热,下列说法正确的是(

)A.穿过线圈B的磁通量减小B.线圈B一定有收缩的趋势C.线圈B中感应电流产生的磁场阻止了线圈B内磁通量的增加D.若从右向左看线圈B中产生顺时针方向的电流,则A右端是强磁性合金的N极D解析

对A进行加热,其磁感应强度增大,A内部磁场与外部磁场方向相反,线圈B的总磁通量与A内部磁场方向相同,穿过线圈B的磁通量增大,由楞次定律可知,线圈B一定有扩张的趋势,A、B错误;根据楞次定律可知,线圈B中感应电流产生的磁场阻碍了线圈B内磁通量的增加,而非阻止,C错误;根据右手螺旋定则和楞次定律可知,若从右向左看线圈B中产生顺时针方向的电流,则A中原磁场方向向右,A内部磁场大于外部磁场,因此磁场方向要看内部,即A右端是强磁性合金的N极,D正确。考向二

应用右手定则判断感应电流的方向该方法适用于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。典题5

闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情境如图所示,导体ab上的感应电流方向为a→b的是(

)A解析

导体ab顺时针转动,运用右手定则,磁感线穿过手心,拇指指向导体ab运动方向,则导体ab上的感应电流方向为a→b,A正确;导体ab向纸外运动,运用右手定则,磁感线穿过手心,拇指指向纸外,则知导体ab上的感应电流方向为b→a,B错误;线框向右运动,穿过回路的磁通量减小,由楞次定律知,回路中感应电流方向由b→a→d→c,则导体ab上的感应电流方向为b→a,C错误;导体ab沿导轨向下运动,由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a,D错误。考向三

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,B感与B原反向,两者相斥

磁体远离,B感与B原同向,两者相吸阻碍相对运动——“来拒去留”内容例证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,面积应减小,a、b靠近

B减小,线圈扩张内容例证阻碍原电流的变化——“增反减同”

闭合开关S,B灯先亮典题6(2023河北保定模拟)如图所示,在O点用细绳悬挂一个金属圆环,将条形磁体(N极在前)沿轴线方向从左侧靠近圆环,下列说法正确的是(

)A.自左向右看圆环中感应电流的方向是顺时针方向B.圆环将向左运动C.圆环有收缩的趋势D.若圆环不闭合(有缺口)也会产生感应电流C解析

条形磁体(N极在前)沿轴线方向从左侧靠近圆环,穿过圆环的磁通量向右增加,根据楞次定律可知,感应电流的磁场方向向左,所以根据右手螺旋定则,可知圆环中电流的方向自左向右看为逆时针方向,A错误;根据“来拒去留”可知,圆环将向右运动,B错误;根据“增缩减扩”可知,圆环将有收缩的趋势,C正确;若圆环不闭合(有缺口)不会产生感应电流,D错误。考向四

“三定则、一定律”的综合应用1.“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