2024高考物理一轮复习专题10第1讲电磁感应现象楞次定律题型突破练含解析

PAGE14-第1讲电磁感应现象楞次定律考点一电磁感应现象的理解和推断【典例1】在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的试验中，能视察到感应电流的是 ()A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后视察电流表的变更B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后视察电流表的变更C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去视察电流表的变更D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，视察电流表的变更【解析】选D。本题以验证“由磁产生电”设想的试验为背景，主要考查电磁感应现象。产生感应电流必需满意的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量要发生变更。选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B不能视察到电流表的变更；选项C满意产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也不能视察到电流表的变更；选项D满意产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以视察到电流表的变更，所以选项D正确。【多维训练1】现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、灵敏电流计及开关按如图所示连接。下列说法中正确的是 ()A.开关闭合后，线圈A插入或拔出线圈B都会引起灵敏电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间灵敏电流计指针均不会偏转C.开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使灵敏电流计指针静止在中心零刻度D.开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，灵敏电流计指针才能偏转【解析】选A。开关闭合后，线圈A插入或拔出线圈B都会引起穿过线圈B的磁通量的变更，从而使灵敏电流计指针偏转，选项A正确；线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，线圈B的磁通量会发生变更，灵敏电流计指针会偏转，选项B错误；开关闭合后，滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动，都会导致线圈A的电流变更，使线圈B的磁通量变更，灵敏电流计指针都会发生偏转，选项C、D错误。【多维训练2】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导轨平面，且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中，肯定能在导轨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(0°<θ<90°)【解析】选A。设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ=BScosθ，ab向右运动，S增大，θ减小，cosθ增大，则Φ增大，选项A正确；B减小，θ减小，cosθ增大，Φ可能不变，选项B错误；ab向左运动，S减小，B增大，Φ可能不变，选项C错误；ab向右运动，S增大，B增大，θ增大，cosθ减小，Φ可能不变，选项D错误。1.推断能否产生电磁感应现象，关键是看回路的磁通量是否发生了变更。磁通量的变更量ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有：(1)S、θ不变，B变更，这时ΔΦ=ΔB·Ssinθ；(2)B、θ不变，S变更，这时ΔΦ=ΔS·Bsinθ；(3)B、S不变，θ变更，这时ΔΦ=BS(sinθ2-sinθ1)。(4)B、θ、S都变，这时ΔΦ=B2S2sinθ2-B1S1sinθ1。2.常见的产生感应电流的三种状况：考点二推断感应电流方向的两种方法由楞次定律推断感应电流的方向【典例2】现代汽车中有一种防抱死系统(简称ABS)，该系统有一个自动检测车速的装置，用来限制车轮的转动，其原理如图所示：铁质齿轮P与车轮同步转动，右侧紧靠有一个绕有线圈的条形磁体，磁体的左端是S极，右端是N极，M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时，这时由于铁齿靠近或离开线圈时，使穿过线圈的磁通量发生变更，导致线圈中产生了感应电流。这个脉冲电流信号经放大后去限制制动机构，可有效地防止车轮制动时被抱死。在齿A从图中所示位置顺时针转到虚线位置的过程中，M中的感应电流方向为 ()A.—直从右向左B.—直从左向右C.先从右向左，后从左向右D.先从左向右，后从右向左【通型通法】1.题型特征：磁场变更产生感应电流。2.思维导引：(1)先推断原磁场的方向和变更状况；(2)确定感应电流的磁场方向；(3)依据楞次定律推断感应电流的方向。【解析】选D。当铁齿靠近磁体时被磁化，其产生的磁场使通过线圈的磁通量增大，先是齿A下面的铁齿离开，穿过线圈的磁通量向右减小，接着齿A靠近，穿过线圈的磁通量向右增加，所以感应电流磁场先向右再向左，依据右手螺旋定则推断M中的感应电流方向先从左向右，后从右向左，故本题答案为选项D。【多维训练】如图所示,匀强磁场垂直圆形线圈指向纸内,a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点,现用外力在上述四点将线圈拉成正方形,且线圈仍处在原先所在平面内,则在线圈发生形变的过程中 ()A.线圈中将产生abcda方向的感应电流B.线圈中将产生adcba方向的感应电流C.线圈中感应电流方向无法推断D.线圈中无感应电流【解析】选A。周长肯定时,圆形的面积最大。本题线圈面积变小,磁通量变小,有感应电流产生。由楞次定律可知线圈中将产生顺时针方向的感应电流。故A正确。由右手定则推断感应电流的方向【典例3】(2024·黄山模拟)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，在导轨上与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动。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的作用力向右【通型通法】1.题型特征：导体棒切割磁感线产生感应电流。2.思维导引：推断时留意掌心、拇指、四指的方向：掌心——磁感线垂直穿入；拇指——指向导体运动的方向；四指——指向感应电流的方向。【解析】选B。两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路，当AB向右运动时，由右手定则判定导体棒AB中感应电流的方向是B→A，则导体棒CD中的电流方向为C→D，选项A错误、选项B正确；再依据左手定则，判定导体棒CD受到的磁场力向右、导体棒AB受到的磁场力向左，选项C、D错误。【多维训练】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，如图所示，则 ()A.若固定ab，使cd向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由a到b到d到cB.若ab、cd以相同的速度一起向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到aC.若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路电流为0D.若ab、cd都向右运动，且两棒速度vcd>vab，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到a【解析】选D。若固定ab，使cd向右滑动，由右手定则知应产生顺时针方向的电流，选项A错误；若ab、cd同向运动且速度大小相同，ab、cd所围的面积不变，磁通量不变，不产生感应电流，选项B错误；若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路中有顺时针方向的电流，选项C错误；若ab、cd都向右运动，且vcd>vab，则ab、cd所围的面积增大，磁通量也增加，故由楞次定律可推断出产生由c到d到b到a的电流，选项D正确。1.推断感应电流的方法：(1)楞次定律；(2)右手定则。2.用楞次定律推断感应电流方向的“四步法”3.楞次定律中“阻碍”的含义考点三楞次定律的推广应用来拒去留【典例4】如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。假如在磁铁的下端的水平桌面上放一个固定的闭合线圈，并使磁极上下振动。磁铁在向下运动的过程中，下列说法正确的是 ()A.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【解析】选A。依据楞次定律的“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，故本题答案为选项A。增反减同【典例5】如图所示，一个N极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框，则 ()A.磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置②时，线框中感应电流沿adcb方向B.磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置②时，线框中感应电流沿abcd方向C.磁铁经过位置①和②时，线框中的感应电流都沿abcd方向D.磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿adcb方向【通型通法】1.题型特征：增反减同。2.思维导引：(1)当原磁场的磁通量增加时感应电流的磁场与原磁场方向相反。(2)当原磁场的磁通量减小时感应电流的磁场与原磁场方向相同。【解析】选A。当磁铁经过位置①时，穿过线框的磁通量向下且不断增加，由增反减同可确定感应电流的磁场方向向上，阻碍磁通量的增加，依据右手螺旋定则可判定感应电流应沿abcd方向；当磁铁经过位置②时，穿过线框的磁通量向下且不断削减，由增反减同可确定感应电流的磁场方向向下，阻碍磁通量的削减，依据右手螺旋定则可判定感应电流沿adcb方向，故本题答案为选项A。【多维训练】(多选)如图所示，两个条形磁铁的N极和S极相向水平放置，一竖直放置的矩形线框从两个磁铁之间正上方由静止落下，并从两磁铁中间穿过。下列关于线框受到的安培力及从右向左看感应电流的方向说法正确的是()A.感应电流方向先沿逆时针方向，后沿顺时针方向B.感应电流方向先沿顺时针方向，后沿逆时针方向C.安培力方向始终竖直向上D.安培力方向先竖直向上，后竖直向下【解析】选B、C。由题图可知，中间磁感应强度最大，而向上或向下磁感应强度均越来越小，故在线框从高处下落的过程中，穿过线框的磁通量始终向右，且先增大后减小，依据增反减同知，感应电流的磁场方向先向左后向右，由右手螺旋定则知感应电流方向从右向左看先沿顺时针方向后沿逆时针方向，选项A错误、选项B正确；依据来拒去留知，产生的感应电流始终阻碍物体间的相对运动，则安培力方向始终竖直向上，选项C正确、选项D错误。增缩减扩【典例6】如图所示，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，下列表述正确的是 ()A.俯视时线圈a中将产生顺时针方向的感应电流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N将增大【通型通法】1.题型特征：增缩减扩。2.思维导引：(1)当原磁场的磁通量增加时闭合回路的面积有缩小的趋势，以阻碍磁通量的增大。(2)当原磁场的磁通量减小时闭合回路的面积有扩大的趋势，以阻碍磁通量的减小。【解析】选D。依据右手螺旋定则推断出螺线管b所产生的磁场方向，滑片P向下滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路中电流增大，所产生的磁场的磁感应强度增加，穿过线圈a的磁通量增大，选项B错误；依据增反减同可知，线圈a中所产生的感应电流的磁场方向与螺线管b的磁场方向相反，再由右手螺旋定则可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向，选项A错误；依据增缩减扩可知，线圈a有缩小的趋势，选项C错误；为阻碍磁通量的增加，线圈a还有远离螺线管的趋势，对水平桌面的压力将增大，选项D正确。【多维训练】(多选)如图甲所示，在一螺线管内部中点处放置一小铜环；如图乙所示，在一螺线管外部放置一大铜环，闭合开关的瞬间，下列说法正确的是()A.从左往右看，两个铜环中都有沿顺时针方向的感应电流B.从左往右看，小铜环中有顺时针方向的感应电流，大铜环中有逆时针方向的感应电流C.两个铜环都有收缩的趋势D.小铜环有收缩的趋势，大铜环有扩张的趋势【解析】选A、D。题图甲中通过小铜环的是螺线管内部的部分磁感线，题图乙中通过大铜环的是螺线管内部的全部磁感线与螺线管外部的部分磁感线的差值。闭合开关瞬间，穿过两铜环的磁通量均向左增大，依据楞次定律，则铜环中的感应电流的磁场的方向向右，从左往右看，铜环中感应电流沿顺时针方向，选项A正确、选项B错误；闭合开关的瞬间，穿过铜环的磁通量向左增大，依据增缩减扩可知，题图甲中小铜环有收缩的趋势，题图乙中大铜环有扩张的趋势，选项C错误、选项D正确。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缘由。列表说明如下：【加固训练】如图所示，两个相互绝缘的闭合圆形线圈P、Q放在同一水平面内。当线圈P中通有不断增大的顺时针方向的电流时，下列说法中正确的是 ()A.线圈Q内有顺时针方向的电流且有收缩的趋势B.线圈Q内有顺时针方向的电流且有扩张的趋势C.线圈Q内有逆时针方向的电流且有收缩的趋势D.线圈Q内有逆时针方向的电流且有扩张的趋势【解析】选D。当线圈P中通有不断增大的顺时针方向的电流时，知穿过线圈Q的磁通量垂直向里且不断增大，依据楞次定律知，线圈Q产生逆时针方向的电流，依据增缩减扩可知，线圈Q有扩张的趋势，以阻碍磁通量的增大。故本题答案为选项D。考点四三定则肯定律的综合应用一次感应【典例7】(多选)(2024·全国卷Ⅰ)如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是 ()A.开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面对里的方向转动B.开关闭合后并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面对里的方向C.开关闭合后并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面对外的方向D.开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面对外的方向转动【通型通法】1.题型特征：一次感应。2.题型解码：(1)干电池通电或断开的瞬间，依据楞次定律推断出感应电流的方向。(2)结合安培定则得出通电直导线四周磁场的方向，从而确定指南针的偏转方向。(3)需推断安培力的方向时要用左手定则确定安培力方向，有时也可以干脆用楞次定律的推广应用确定。【解析】选A、D。开关闭合后的瞬间，依据安培定则可知，两线圈内的磁场方向水平向右。因为线圈内的磁通量增加，依据楞次定律可推断直导线内的电流方向由南到北，再依据安培定则可知直导线内的电流在正上方产生的磁场方向垂直纸面对里，则小磁针的N极朝垂直纸面对里的方向转动，故选项A正确；开关闭合后并保持一段时间后，与直导线相连的线圈内磁通量不变，则直导线没有感应电流，故小磁针不动，故选项B、C错误；开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间，与直导线相连的线圈内磁通量削减，依据楞次定律可推断直导线内的电流方向由北到南，小磁针的N极朝垂直纸面对外的方向转动，故选项D正确。二次感应【典例8】(2024·全国卷Ⅲ)如图，在方向垂直于纸面对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，在运动起先的瞬间，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【通型通法】1.题型特征：二次感应。2.思维导引：(1)PQ突然向右运动使PQRS中产生感应电流，为一次电磁感应，PQRS中的电流导致线框T中再产生感应电流，为二次电磁感应。(2)PQRS中感应电流方向的推断既可用楞次定律，也可用右手定则。(3)线框T中感应电流方向的推断只能用右手定则。【解析】选D。因为PQ突然向右运动，由右手定则可知，PQRS中的感应电流方向为逆时针，穿过T中的磁通量减小，由楞次定律可知，T中的感应电流方向为顺时针，故A、B、C错误，D正确。1.“三个定则、一个定律”的应用对比：名称基本现象应用的定则或定律电流的磁效应运动电荷、电流产生磁场右手螺旋定则洛伦兹力、安培力磁场对运动电荷、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更楞次定律2.三个定则一个定律的应用技巧：(1)应用楞次定律时，一般要用到右手螺旋定则。(2)探讨