高考物理复习第1课时 电磁感应现象 楞次定律.docx

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高考物理复习第1课时电磁感应现象楞次定律

1.电磁感应现象Ⅰ

2．磁通量Ⅰ

3．法拉第电磁感应定律Ⅱ

4．楞次定律Ⅱ

5．自感、涡流Ⅰ

1．应用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向．

2．结合各种图象（如Φ－t图象、B－t图象和i－t图象），考查感应电流的产生条件及其方向的判定，导体切割磁感线产生感应电动势的计算．

3．电磁感应现象与磁场、电路、力学等知识的综合，以及电磁感应与实际相结合的题目．

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和B的乘积．

2．公式：

Φ＝BS．

适用条件：

（1）匀强磁场．

（2）S为垂直磁场的有效面积．

3．磁通量是标量（填“标量”或“矢量”）．

4．磁通量的意义．

（1）磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数．

（2）同一平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零．

二、电磁感应现象

1．电磁感应现象：

当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．

2．产生感应电流的条件．

表述1：

闭合回路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动．

表述2：

穿过闭合回路的磁通量发生变化．

3．能量转化．

发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能．

深化拓展

当回路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象，且产生感应电动势的那部分导体或线圈相当于电源．

三、感应电流方向的判断

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）适用情况：

所有的电磁感应现象．

2．右手定则

（1）内容：

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个平面内，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．

（2）适用情况：

导体棒切割磁感线产生感应电流．

1．磁通量虽然是标量，但有正、负之分．（√）

2．当导体切割磁感线运动时，导体中一定产生感应电流．（×）

3．穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关．（√）

4．电路中磁通量发生变化时，就一定会产生感应电流．（×）

5．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反．（×）

6．由楞次定律可直接判断出感应电流的方向．（×）

7．感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化．（√）

1．（多选）（2015·课标全国Ⅰ卷）1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”，实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示，实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后，下列说法正确的是（　　）

A．圆盘上产生了感应电动势

B．圆盘内的感应电流产生的磁场导致磁针转动

C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了电流，此电流产生的磁场导致磁针转动

解析：

因为当磁体和导体之间的相对运动在导体内产生出了感应电流，而感应电流产生的磁力又会与磁体的磁力相互作用，从而使磁体一起转动起来，具体是当铜圆盘在小磁针的磁场中转动时，半径方向的金属条在切割磁感线，发生电磁感应现象，在铜圆盘的圆心和边缘之间产生感应电动势，选项A正确；圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等而形成感应电流即涡流（根据圆盘转向的不同以及磁极的不同，感应电流从轴心流向边缘或从边缘流向轴心），而感应电流产生的磁力又会与小磁针的磁力相互作用，从而使小磁针一起转动起来，故选项B正确，圆盘转动过程中，圆盘位置、圆盘面积和磁场都没有发生变化，故磁场穿过整个圆盘的磁通量没有变化，选项C错误；圆盘本身呈中性，不会产生环形电流，D错误．

答案：

AB

2．（2017·徐州模拟）现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、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插入或拔出都会引起电流计指针偏转

B．线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，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，会使电流计指针静止在中央零刻度

D．开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转

解析：

电流计要实现偏转，所在电路必须具备两个条件：

（1）电路闭合；

（2）磁通量发生变化．P匀速或加速滑动，A线圈中的电流大小都发生变化，A产生的磁场变化，都会引起B线圈中磁通量的变化．

答案：

A

3．（2017·运城模拟）如图所示，一条形磁铁从左向右匀速穿过线圈，当磁铁经过A、B两位置时，线圈中（　　）

A．感应电流方向相同，感应电流所受作用力的方向相同

B．感应电流方向相反，感应电流所受作用力的方向相反

C．感应电流方向相反，感应电流所受作用力的方向相同

D．感应电流方向相同，感应电流所受作用力的方向相反

解析：

当磁铁经过A位置时，线圈中磁通量逐渐增大，由楞次定律可知，线圈中感应电流从左向右看为顺时针方向；当磁铁经过B位置时，线圈中磁通量逐渐减小，由楞次定律可知，线圈中感应电流从左向右看为逆时针方向，由左手定则可判断感应电流所受作用力的方向相同，选项A、B、D错误，C正确．

答案：

C

4．（多选）（2016·烟台模拟）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

解析：

如题图所示，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不变，无感应电流出现，A错；当导体棒向左做减速运动时，由右手定则可判定回路中出现从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中出现顺时针方向的感应电流（从右向左看）且被螺线管吸引，B对；同理可判定C对，D错．

答案：

BC

一、单项选择题

1．（2017·株洲模拟）如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置．小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块（　　）

A．在P和Q中都做自由落体运动

B．在两个下落过程中的机械能都守恒

C．在P中的下落时间比在Q中的长

D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大

解析：

小磁块下落过程中，在铜管P中产生感应电流，小磁块受到向上的磁场力，不做自由落体运动，而在塑料管Q中只受到重力，做自由落体运动，故选项A错误；根据功能关系知，在P中下落时，小磁块机械能减少，在Q中下落时，小磁块机械能守恒，故选项B错误；在P中下落时，加速度较小，下落时间较长，选项C正确；由于在P中下落时要克服磁场力做功，机械能有损失，故小磁块落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项D错误．

答案：

C

2．（2016·开封模拟）如图所示，质量为m的金属环用线悬挂起来，金属环有一半处于水平且与环面垂直的匀强磁场中，从某时刻开始，磁感应强度均匀减小，则在磁感应强度均匀减小的过程中，关于线拉力大小的下列说法中正确的是（　　）

A．大于环重力mg，并逐渐减小

B．始终等于环重力mg

C．小于环重力mg，并保持恒定

D．大于环重力mg，并保持恒定

解析：

根据楞次定律，感应电流方向是顺时针的，再由左手定则判断，安培力应该竖直向下，线的拉力始终大于环的重力mg.由于磁感应强度均匀减小，根据法拉第电磁感应定律，电动势大小不变，根据闭合电路的欧姆定律，环中电流不变，所以安培力逐渐减小，选项A正确，其余选项均错误．

答案：

A

3．（2017·衡阳模拟）如图所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A点做切线OO′，OO′与线圈在同一平面上．在线圈以OO′为轴翻转180°的过程中，线圈中电流流向（　　）

A．始终由A→B→C→A

B．始终由A→C→B→A

C．先由A→C→B→A再由A→B→C→A

D．先由A→B→C→A再由A→C→B→A

解析：

在线圈以OO′为轴翻转0～90°的过程中，穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减小，则感应电流产生的磁场垂直桌面向下，由右手定则可知感应电流方向为A→B→C→A；线圈以OO′为轴翻转90°～180°的过程中，穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，则感应电流产生的磁场垂直桌面向上，由右手定则可知感应电流方向仍然为A→B→C→A，A正确．

答案：

A

4．（2017·济南模拟）如图所示，在水平地面下有一条沿东西方向铺设的水平直导线，导线中通有自东向西稳定、强度较大的直流电流．现用一闭合的检测线圈（线圈中串有灵敏电流计，图中未画出）检测此通电直导线的位置，若不考虑地磁场的影响，在检测线圈位于水平面内，从距直导线很远处由北向南沿水平地面通过导线的上方并移至距直导线很远处的过程中，俯视检测线圈，其中的感应电流的方向是（　　）

A．先顺时针后逆时针

B．先逆时针后顺时针

C．先顺时针后逆时针，然后再顺时针

D．先逆时针后顺时针，然后再逆时针

解析：

如图为地下通电直导线产生的磁场的正视图，当线圈在通电直导线正上方的左侧时，由楞次定律知，线圈中感应电流方向为逆时针，同理在右侧也为逆时针，当线圈一部分在左侧一部分在右侧时为顺时针，故D对．

答案：

D

5．（2016·襄阳模拟）如图所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下．在将磁铁的S极插入线圈的过程中（　　）

A．通过电阻的感应电流的方向为由a到b，线圈与磁铁相互排斥

B．通过电阻的感应电流的方向为由b到a，线圈与磁铁相互排斥

C．通过电阻的感应电流的方向为由a到b，线圈与磁铁相互吸引

D．通过电阻的感应电流的方向为由b到a，线圈与磁铁相互吸引

解析：

磁铁的S极朝下，在将磁铁的S极插入线圈的过程中，通过线圈的磁场方向向上，且增强，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁场的磁通量的增加，则感应电流方向为由b到a，线圈与磁铁相互排斥，选项B正确．

答案：

B

6．（2016·泰安模拟）如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b.将条形磁铁沿它们的正中向下移动（不到达该平面），a、b将如何移动（　　）

A．a、b将相互远离

B．a、b将相互靠近

C．a、b将不动

D．无法判断

解析：

根据Φ＝BS，磁铁向下运动过程中B增大，所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势．由于S不可改变，为了阻碍磁通量增大，导体环应该尽量远离磁铁，所以a、b将相互远离，A项正确．

答案：

A

二、多项选择题

7．已知一灵敏电流计，当电流从正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转，现把它与线圈串联接成如图所示电路，当条形磁铁按如图所示情况运动时，以下判断正确的是（　　）

A．甲图中电流表偏转方向向右

B．乙图中磁铁下方的极性是N极

C．丙图中磁铁的运动方向向下

D．丁图中线圈的绕制方向从上往下看为顺时针方向

解析：

在题图甲中，由楞次定律判断知电流从正接线柱流入电表，表针偏转方向向右，A正确；在题图乙中，线圈中感应电流的磁场方向向下，因磁铁远离，磁场减弱，故原磁场方向应向下，即磁铁下方的极性是N极，B项正确；在题图丙中，线圈中感应电流的磁场方向向上，而磁铁磁场的方向向上，由楞次定律知，磁铁的运动方向向上，C错误；在题图丁中，磁铁向上运动，线圈中原磁场方向向下减弱，感应电流的磁场方向向下，故线圈的绕制方向从上往下看为顺时针方向，D正确．

答案：

ABD

8．绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、开关相连，如图所示．线圈上端与电源正极相连，闭合开关的瞬间，铝环向上跳起．则下列说法中正确的是（　　）

A．若保持开关闭合，则铝环不断升高

B．若保持开关闭合，则铝环停留在某一高度

C．若保持开关闭合，则铝环跳起到某一高度后将回落

D．如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变

解析：

铝环跳起是开关S闭合时，铝环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的．

答案：

CD

9．（2016·杭州质检）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→C

B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→D

C．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

解析：

两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路，利用楞次定律分析出磁通量增加，结合安培定则判断回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B.以此为基础，再根据左手定则进一步判定CD、AB的受力方向，经过比较可得正确答案．

答案：

BD

三、非选择题

10．（2016·宝鸡模拟）如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动．t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形．为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？

请推导出这种情况下B与t的关系式．

解析：

要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化，

在t＝0时刻，穿过线圈平面的磁通量

Φ1＝B0S＝B0l2.

设t时刻的磁感应强度为B，此时磁通量为

Φ2＝B·l（l＋vt）．

由Φ1＝Φ2得B＝

B0.

答案：

B＝

11．（2017·枣庄模拟）我国的“嫦娥三号”探月卫星在发射1533s后进入近地点高度为200km的地月转移轨道．假设卫星中有一边长为50cm的正方形导线框，由于卫星的调姿由水平方向转至竖直方向，此时地磁场磁感应强度B＝4×10－5T，方向如图所示．问：

（1）该过程中磁通量的改变量是多少？

（2）该过程线框中有无感应电流？

设线框电阻为R＝0.1Ω，若有电流则通过线框的电量是多少（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）?

解析：

（1）设线框在水平位置时法线n方向竖直向上，穿过线框的磁通量

Φ1＝BScos53°＝6.0×10－6Wb.

当线框转至竖直位置时，线框平面的法线方向水平向右，与磁感线夹角θ＝143°，穿过线框的磁通量

Φ2＝BScos143°＝－8.0×10－6Wb，

该过程磁通量的改变量大小

ΔΦ＝Φ1－Φ2＝1.4×10－5Wb.

（2）因为该过程穿过闭合线框的磁通量发生了变化，所以一定有感应电流．根据电磁感应定律及闭合电路欧姆定律得，

＝

＝

.

通过的电量为q＝

·Δt＝

＝1.4×10－4C.

答案：

（1）1.4×10－5Wb　

（2）1.4×10－4C