（江蘇專版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第1節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 楞次定律講義（含解析）.doc

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電磁感應(yīng)現(xiàn)象 楞次定律 (1)閉合電路內(nèi)只要有磁通量，就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。() (2)穿過線圈的磁通量和線圈的匝數(shù)無關(guān)。(√) (3)線框不閉合時，即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化，線框中也沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(√) (4)當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線時，一定產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。(√) (5)由楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場一定與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反。 () (6)感應(yīng)電流的磁場一定阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化。(√) (1)1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了——電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 (2)1834年，俄國物理學(xué)家楞次總結(jié)了確定感應(yīng)電流方向的定律——楞次定律。 突破點(一)　對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解和判斷 1．判斷感應(yīng)電流的流程 (1)確定研究的回路。 (2)弄清楚回路內(nèi)的磁場分布，并確定該回路的磁通量Φ。 (3) 2．磁通量Φ發(fā)生變化的三種常見情況 (1)磁場強(qiáng)弱不變，回路面積改變。 (2)回路面積不變，磁場強(qiáng)弱改變。 (3)回路面積和磁場強(qiáng)弱均不變，但二者的相對位置發(fā)生改變。 [題點全練] 1．(2018徐州模擬)下列各圖所描述的物理情境中，沒有感應(yīng)電流的是(　　) A. 開關(guān)S閉合穩(wěn)定后，線圈N中 B. 磁鐵向鋁環(huán)A靠近，鋁環(huán)A中 C. 金屬框從A向B運動，金屬框中 D. 銅盤在磁場中按圖示方向轉(zhuǎn)動，電阻R中 解析：選A　開關(guān)S閉合穩(wěn)定后，穿過線圈的磁通量保持不變，線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A符合題意；磁鐵向鋁環(huán)A靠近，穿過鋁環(huán)A的磁通量在增大，鋁環(huán)A產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B不符合題意；金屬框從A向B運動，穿過線框的磁通量時刻在變化，線框產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C不符合題意；銅盤在磁場中按圖示方向轉(zhuǎn)動，銅盤的一部分切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D不符合題意。 2．(2018上海模擬)現(xiàn)將電池組、滑動變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電流計及開關(guān)如圖連接。在開關(guān)閉合、線圈A放在線圈B中的情況下，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)當(dāng)他將滑動變阻器的滑片P向右加速滑動時，電流計指針向右偏轉(zhuǎn)。由此可以推斷(　　) A．因為線圈A、線圈B的繞線方向未知，故無法判斷電流計指針偏轉(zhuǎn)的方向 B．線圈A中鐵芯向上拔出或斷開開關(guān)，電流計指針向右偏轉(zhuǎn) C．滑動變阻器的滑片P勻速向右滑動，電流計指針靜止在中央 D．線圈A向上移動，電流計指針向左偏轉(zhuǎn) 解析：選D　由題意可知當(dāng)P向右加速滑動時，線圈A中的電流應(yīng)越來越大，則其磁場增加，此時線圈B中產(chǎn)生的電流使指針向右偏轉(zhuǎn)，由此可知，當(dāng)B中的磁通量增加時，電流計指針右偏；雖然線圈A、線圈B的繞線方向未知，只要知道穿過線圈B的磁通量如何變化即可判斷出電流計指針偏轉(zhuǎn)方向，故A錯誤；線圈A中鐵芯向上拔出或斷開開關(guān)，穿過線圈B的磁通量減小，電流計指針向左偏轉(zhuǎn)，故B錯誤；滑動變阻器的滑片P勻速向右滑動，穿過線圈B的磁通量變化，則會產(chǎn)生感應(yīng)電流，指針將會偏轉(zhuǎn)，故C錯誤；線圈A向上移動，穿過線圈B的磁通量減少，電流計指針向左偏轉(zhuǎn)，故D正確。 3．(2018昆山質(zhì)檢)如圖所示，一通電螺線管b放在閉合金屬線圈a內(nèi)，螺線管的中心軸線恰和線圈的一條直徑MN重合。要使線圈a中產(chǎn)生感應(yīng)電流，可采用的方法有(　　) A．使通電螺線管中的電流發(fā)生變化 B．使螺線管繞垂直于線圈平面且過線圈圓心的軸轉(zhuǎn)動 C．使線圈a以MN為軸轉(zhuǎn)動 D．使線圈繞垂直于MN的直徑轉(zhuǎn)動 解析：選D　在A、B、C三種情況下，穿過線圈a的磁通量始終為零，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，A、B、C錯誤；選項D中，當(dāng)線圈繞垂直于MN的直徑轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D正確。 突破點(二)　感應(yīng)電流方向的判斷 1．楞次定律中“阻礙”的含義 2．判斷感應(yīng)電流方向的兩種方法 方法一　用楞次定律判斷 方法二　用右手定則判斷 該方法適用于切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流。判斷時注意掌心、拇指、四指的方向： 　 [題點全練] 1.(2018徐州模擬)如圖所示，勻強(qiáng)磁場垂直圓形線圈指向紙內(nèi)，a、b、c、d為圓形線圈上等距離的四點，現(xiàn)用外力在上述四點將線圈拉成正方形，且線圈仍處在原先所在平面內(nèi)，則在線圈發(fā)生形變的過程中(　　) A．線圈中將產(chǎn)生abcda方向的感應(yīng)電流 B．線圈中將產(chǎn)生adcba方向的感應(yīng)電流 C．線圈中感應(yīng)電流方向無法判斷 D．線圈中無感應(yīng)電流 解析：選A　周長一定時，圓形的面積最大。本題線圈面積變小，磁通量變小，有感應(yīng)電流產(chǎn)生。由楞次定律可知線圈中將產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流。故A正確。 2.如圖所示，一平面線圈用細(xì)桿懸于P點，開始細(xì)桿處于水平位置，釋放后它在圖示的勻強(qiáng)磁場中運動。已知線圈平面始終與紙面垂直，當(dāng)線圈第一次通過位置Ⅰ和位置Ⅱ時，順著磁場的方向看去，線圈中感應(yīng)電流的方向依次為(　　) A．位置Ⅰ和位置Ⅱ均為逆時針方向 B．位置Ⅰ逆時針方向，位置Ⅱ順時針方向 C．位置Ⅰ和位置Ⅱ均為順時針方向 D．位置Ⅰ順時針方向，位置Ⅱ逆時針方向 解析：選B　由題圖可知，當(dāng)線圈從Ⅰ位置運動到最低點過程中，穿過線圈的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電流的方向，順著磁場方向看是逆時針；當(dāng)線圈從最低點運動到Ⅱ位置的過程中，穿過線圈的磁通量減少，根據(jù)楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電流的方向應(yīng)是順時針，所以當(dāng)線圈第一次通過位置Ⅰ和位置Ⅱ時，順著磁場的方向看去，線圈中感應(yīng)電流的方向應(yīng)是先逆時針方向，再順時針方向，所以B正確，A、C、D錯誤。 3.[多選]如圖所示，通電導(dǎo)線與矩形線圈abcd處于同一平面，下列說法中正確的是(　　) A．若線圈向右運動，其中感應(yīng)電流方向是a→d→c→b B．若線圈豎直向下運動，無感應(yīng)電流產(chǎn)生 C．當(dāng)線圈以ab邊為軸轉(zhuǎn)動時(小于90)，其中感應(yīng)電流方向是a→b→c→d D．當(dāng)線圈向?qū)Ь€靠近時，其中感應(yīng)電流方向是a→d→c→b 解析：選BCD　由安培定則可知導(dǎo)線右側(cè)磁場方向垂直紙面向里，且越靠近導(dǎo)線，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大。當(dāng)導(dǎo)線框向右平移時，穿過線圈的磁通量減少，根據(jù)楞次定律與右手螺旋定則可知，感應(yīng)電流方向是a→b→c→d，即順時針方向，故A錯誤；若線圈豎直向下平動，穿過線圈的磁通量不變，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故B正確；當(dāng)線圈以ab邊為軸轉(zhuǎn)動時(小于90)，穿過線圈的磁通量減少，根據(jù)楞次定律與右手螺旋定則可知，感應(yīng)電流方向是a→b→c→d，故C正確；當(dāng)線圈向?qū)Ь€靠近時，穿過線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，其中感應(yīng)電流方向是a→d→c→b，故D正確。 突破點(三)　三定則、一定律的綜合應(yīng)用 1．規(guī)律比較 名稱 基本現(xiàn)象 因果關(guān)系 應(yīng)用的定則或定律 電流的磁效應(yīng) 運動電荷、電流產(chǎn)生磁場 因電生磁 安培定則 洛倫茲力、安培力 磁場對運動電荷、電流有作用力 因電受力 左手定則 電磁感應(yīng) 部分導(dǎo)體做切割磁感線運動 因動生電 右手定則 閉合回路磁通量變化 因磁生電 楞次定律 2．相互聯(lián)系 (1)應(yīng)用楞次定律時，一般要用到安培定則。 (2)研究感應(yīng)電流受到的安培力，一般先用右手定則確定電流方向，再用左手定則確定安培力的方向，有時也可以直接應(yīng)用楞次定律的推論確定。 [典例]　如圖所示，金屬棒ab、金屬導(dǎo)軌和螺線管組成閉合回路，金屬棒ab在勻強(qiáng)磁場B中沿導(dǎo)軌向右運動，則(　　) A．a(chǎn)b棒不受安培力作用 B．a(chǎn)b棒所受安培力的方向向右 C．a(chǎn)b棒向右運動速度v越大，所受安培力越大 D．螺線管產(chǎn)生的磁場，A端為N極 [思路點撥] (1)判斷導(dǎo)體棒ab切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流→應(yīng)用右手定則。 (2)判斷導(dǎo)體棒ab受到的安培力→應(yīng)用左手定則。 (3)判斷螺線管中產(chǎn)生的磁場→應(yīng)用安培定則。 [解析]　棒ab向右運動切割磁感線，根據(jù)右手定則判斷感應(yīng)電流方向由b→a，再根據(jù)左手定則判斷棒所受安培力水平向左，故A、B錯誤；ab的速度越大，感應(yīng)電流越大，所受安培力就越大，C正確；根據(jù)安培定則可判定螺線管的B端為N極，A端為S極，D錯誤。 [答案]　C [方法規(guī)律]　　左、右手定則巧區(qū)分 (1)區(qū)分左手定則和右手定則的根本是抓住“因果關(guān)系”：“因電而動”——用左手，“因動而電”——用右手。 (2)使用中左手定則和右手定則很容易混淆，為了便于記憶，可把兩個定則簡單地總結(jié)為通電受力，“力”的最后一筆“丿”向左，用左手；運動生電，“電”的最后一筆“乚”向右，用右手。 [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.如圖所示，矩形導(dǎo)線框abcd與無限長通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，直導(dǎo)線中的電流方向由M到N，導(dǎo)線框的ab邊與直導(dǎo)線平行。若直導(dǎo)線中的電流減小，導(dǎo)線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)線框會受到安培力的作用，則以下判斷正確的是(　　) A．導(dǎo)線框的ab和cd兩條邊所受安培力的方向相同 B．導(dǎo)線框的ad和bc兩條邊所受安培力的方向相同 C．導(dǎo)線框中電流方向a→d→c→b→a D．導(dǎo)線框中電流方向a→b→c→d→a 解析：選D　直導(dǎo)線中通有向上的減小的電流，根據(jù)安培定則知，通過線框的磁場方向垂直紙面向里，且逐漸減小，根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流的方向為順時針方向，即a→b→c→d→a方向；由左手定則可知，各邊所受的安培力方向：ad受力向下，bc受力向上，ab受力向左，cd受力向右，故A、B、C錯誤，D正確。 2.如圖所示，圓形導(dǎo)體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動變阻器連接成閉合電路。若將滑動變阻器的滑片P向下滑動，則下列表述正確的是(　　) A．線圈a中將產(chǎn)生順時針方向(俯視)的感應(yīng)電流 B．穿過線圈a的磁通量變小 C．線圈a有擴(kuò)張的趨勢 D．線圈a對水平桌面的壓力將增大 解析：選D　通過螺線管b的電流沿順時針方向(俯視)，根據(jù)右手螺旋定則可判斷，螺線管b所產(chǎn)生的磁場方向豎直向下，若滑片P向下滑動，則滑動變阻器接入電路的電阻減小，電流增大，所產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，故穿過線圈a的磁通量變大，B錯誤；根據(jù)楞次定律可知，線圈a中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向豎直向上，由右手螺旋定則可判斷，線圈a中的電流沿逆時針方向(俯視)，A錯誤；由楞次定律的推論可知，線圈a有縮小的趨勢，線圈a對水平桌面的壓力增大，C錯誤，D正確。 突破點(四)　利用楞次定律的推論速解電磁感應(yīng)問題 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中因果相對的關(guān)系恰好反映了自然界的這種對立統(tǒng)一規(guī)律，對楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為感應(yīng)電流的“效果”總是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，可由以下三種方式呈現(xiàn)： (1)增反減同： 阻礙原磁通量的變化，適用于單向磁場問題，如回路中有兩個方向的磁場不再適用。 (2)增縮減擴(kuò)： 使回路面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢，同樣適用于單向磁場問題。 (3)來拒去留： 阻礙相對運動。 [多維探究] (一)增反減同 [例1]　如圖甲所示，長直導(dǎo)線與導(dǎo)線框abcd固定在同一平面內(nèi)。直導(dǎo)線中通以如圖乙所示的大小和方向都隨時間作周期性變化的交流電，并取圖甲所示向上的電流方向為直導(dǎo)線中電流的正方向。關(guān)于0～T時間內(nèi)線框abcd中感應(yīng)電流的方向，下列說法正確的是(　　) A．由順時針方向變?yōu)槟鏁r針方向 B．由逆時針方向變?yōu)轫槙r針方向 C．由順時針方向變?yōu)槟鏁r針方向，再變?yōu)轫槙r針方向 D．由逆時針方向變?yōu)轫槙r針方向，再變?yōu)槟鏁r針方向 [解析]　由題圖乙，在0～時間內(nèi)電流正向增大，根據(jù)安培定則，矩形線圈所處的磁場垂直紙面向里，由于磁通量增大，由增反減同，矩形線圈中的感應(yīng)磁場應(yīng)垂直紙面向外，感應(yīng)電流為逆時針，同理，～，～，～T內(nèi)感應(yīng)電流 的方向依次為順時針、順時針、逆時針，故D正確。 [答案]　D (二)增縮減擴(kuò) [例2]　如圖，光滑固定的金屬導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置在導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路，一條形磁鐵從高處自由下落接近回路時(　　) A．P、Q將相互遠(yuǎn)離　　　　 　B．磁鐵的加速度大于g C．磁鐵的加速度仍為g D．磁鐵的加速度小于g [解析]　當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時，穿過回路的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的磁場總是阻礙磁通量的變化，可知P、Q將互相靠攏，回路的面積減小，使穿過回路的磁場減小，起到阻礙原磁通量增加的作用，故A錯誤；根據(jù)楞次定律可知，磁鐵受到向上的排斥力，所以合力小于重力，磁鐵的加速度一定小于g，故B、C錯誤，D正確。 [答案]　D (三)來拒去留 [例3]　[多選]如圖所示，輕質(zhì)彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵，磁鐵正下方不遠(yuǎn)處的水平面上放一個質(zhì)量為m，電阻為R的閉合線圈。將磁鐵慢慢托起到彈簧恢復(fù)原長時放開，磁鐵開始上下振動，線圈始終靜止在水平面上。不計空氣阻力，則以下說法正確的是(　　) A．磁鐵保持上下振動不變 B．磁鐵最終能靜止 C．在磁鐵振動過程中線圈對水平面的壓力有時大于mg，有時小于mg D．若線圈為超導(dǎo)線圈，磁鐵最終也能靜止 [解析]　根據(jù)楞次定律可知下面的線圈(即使為超導(dǎo)線圈)會阻礙磁鐵運動做負(fù)功，所以磁鐵最終會停止，A錯誤，B、D正確；因為磁鐵在運動，所以穿過線圈的磁通量變化，產(chǎn)生安培力，當(dāng)磁鐵運動時，安培力方向向下時壓力大于重力，安培力向上時壓力小于重力，C正確。 [答案]　BCD 利用程序法和逆向推理法分析二次感應(yīng)問題 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，二次電磁感應(yīng)問題在高考題中時常出現(xiàn)，解決該類問題的方法有程序法、逆向推理法等。 (一)程序法(正向推理法) 1．[多選]如圖甲所示，螺線管內(nèi)有平行于軸線的勻強(qiáng)磁場，規(guī)定圖中箭頭所示方向為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的正方向，螺線管與U型導(dǎo)線框cdef相連，導(dǎo)線框cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導(dǎo)線框cdef在同一平面內(nèi)。當(dāng)螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時，下列說法正確的是(　　) A．在t1～t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有收縮趨勢 B．在t2時刻，導(dǎo)線框cdef內(nèi)的感應(yīng)電流最小 C．在t1時刻，導(dǎo)線框cdef內(nèi)的感應(yīng)電流最大 D．在t1～t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時針方向的感應(yīng)電流 解析：選AD　在t1～t2時間內(nèi)，穿過L的磁通量的變化率增加，感應(yīng)電動勢變大，導(dǎo)線框cdef中的電流增強(qiáng)，則L內(nèi)的磁場增強(qiáng)，由楞次定律可知圓環(huán)L為阻礙磁通量的增加，有收縮的趨勢，故A正確。由Bt圖知，在t2時刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，但是磁通量的變化率最大，則感應(yīng)電流最大，B錯誤。由Bt圖知，t1時刻磁通量的變化率為零，則感應(yīng)電流為零，故C錯誤。在t1～t2時間內(nèi)，磁通量的變化率不斷變大，則線框內(nèi)的感應(yīng)電流不斷變大，根據(jù)楞次定律，線框中的電流方向為從f到c，根據(jù)右手螺旋定則，穿過圓環(huán)的磁通量向外增大，則根據(jù)楞次定律，在金屬圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，故D正確。 (二)逆向推理法 (1)首先依據(jù)二次感應(yīng)產(chǎn)生的效應(yīng)，判斷二次感應(yīng)電流的方向。 (2)其次依據(jù)螺線管中感應(yīng)電流的方向，應(yīng)用安培定則，判定二次感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量方向，明確它是阻礙第一個感應(yīng)磁場變化的。 (3)然后依據(jù)楞次定律，得出第一個感應(yīng)磁場的方向及相應(yīng)的變化的可能情況，從而得到引起磁場變化的電流的方向與變化。 (4)最后，依據(jù)電流的方向，判斷導(dǎo)體切割磁感線運動的方向與速度。 2．[多選]如圖所示裝置中，cd桿原來靜止。當(dāng)ab桿做如下哪些運動時，cd桿將向右移動(　　) A．向右勻速運動　　　　　 　B．向右加速運動 C．向左加速運動 D．向左減速運動 解析：選BD　ab勻速運動時，ab中感應(yīng)電流恒定，L1中磁通量不變，穿過L2的磁通量不變，L2中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，cd保持靜止，A錯誤；ab向右加速運動時，L2中的磁通量向下增大，通過cd的電流方向向下，cd向右移動，B正確；同理可得C錯誤，D正確。 3.(2017全國卷Ⅲ)如圖，在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中有一U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與磁場垂直。金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)，線框與導(dǎo)軌共面。現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，關(guān)于感應(yīng)電流的方向，下列說法正確的是(　　) A．PQRS中沿順時針方向，T中沿逆時針方向 B．PQRS中沿順時針方向，T中沿順時針方向 C．PQRS中沿逆時針方向，T中沿逆時針方向 D．PQRS中沿逆時針方向，T中沿順時針方向 解析：選D　金屬桿PQ向右切割磁感線，根據(jù)右手定則可知PQRS中感應(yīng)電流沿逆時針方向；原來T中的磁場方向垂直于紙面向里，閉合回路PQRS中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，使得穿過T的磁通量減小，根據(jù)楞次定律可知T中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，綜上所述，可知A、B、C項錯誤，D項正確。 在二次感應(yīng)現(xiàn)象中，“程序法”和“逆向推理法”的選擇 1．如果要判斷二次感應(yīng)后的現(xiàn)象或結(jié)果，選擇程序法。 2．如果已知二次感應(yīng)后的結(jié)果，要判斷導(dǎo)體棒的運動情況或磁場的變化，需選擇逆向推理法。