专题26+楞次定律（精讲）-2019年高考物理双基突破（二）

专题26+楞次定律（精讲）-2019年高考物理双基突破（二）

一、磁通量 ‎1．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。‎ ‎（3）单位：韦伯，符号：Wb。‎ ‎2．对磁通量的理解 ‎（1）磁通量是标量，其正、负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面，大小与线圈的匝数无关。‎ ‎（2）合磁通量求法：若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在，当计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，其反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量。‎ ‎【题1】一磁感应强度大小为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角．将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量大小为 A．0　　　B．2BS　　　C．2BScosθ　　　D．2BSsinθ ‎【答案】C ‎3．“电生磁”到“磁生电”的发展里程 ‎（1）1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应．‎ ‎（2）法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，通有反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则（右手螺旋定则，用来判断电流与磁场的相互关系）和左手定则（判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向）。‎ ‎（3）英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。‎ ‎（4）俄国物理学家楞次发现了确定感应电流方向的定律——楞次定律。‎ ‎【题2】物理学的发展离不开物理学家的科学研究，以下符合史实的是 A．牛顿建立了万有引力定律，并测出了万有引力常量 B．伽利略通过“理想斜面实验”得出“力是维持物体运动的原因”的结论 C．楞次发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加完善 D．奥斯特发现了电流的磁效应，使人们突破了对电与磁认识的局限性 ‎【答案】D ‎4．电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量变化时，电路中有感应电流产生的现象。‎ ‎5．产生感应电流的两个必备条件 ‎（1）存在闭合回路。‎ ‎（2）磁通量发生变化。‎ ‎6．电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生了感应电动势，如果回路闭合则产生感应电流；如果回路不闭合，则只有感应电动势，而无感应电流。产生感应电动势的那部分导体相当于电源．发生电磁感应现象时，是机械能或其他形式的能转化为电能。‎ ‎【题3】（多选）如图所示，一个矩形线框从匀强磁场的上方自由落下，进入匀强磁场中，然后再从磁场中穿过。已知匀强磁场区域的宽度L大于线框的高度h，下列说法正确的是 A．线框只在进入和穿出磁场的过程中，才有感应电流产生 B．线框从进入到穿出磁场的整个过程中，都有感应电流产生 C．线框在进入和穿出磁场的过程中，都是机械能转化成电能 D．整个线框都在磁场中运动时，机械能转化成电能 ‎【答案】AC ‎【解析】产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，线框全部在磁场中时，磁通量不变，不产生感应电流，故选项B、D错误。线框进入和穿出磁场的过程中磁通量发生变化，产生了感应电流，故选项A正确。在产生感应电流的过程中线框消耗了机械能，故选项C正确。 ‎ 二、楞次定律 ‎1．内容：感应电流具有这样的方向，即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。适用于一切回路磁通量变化的情况。‎ ‎3．楞次定律的应用——运用楞次定律判定感应电流的思路 ‎（1）明确研究的对象是哪一个闭合电路；‎ ‎（2）该电路磁场的方向如何？该电路磁通量如何变化？‎ ‎（3）根据楞次定律判定感应电流磁场方向。‎ ‎（4）用安培定则判定感应电流方向。‎ 上面描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系，只要知道了其中任意两个因素，就可以确定第三个因素。‎ ‎【题6】（多选）下列各图是验证楞次定律实验的示意图，各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中与事实相符的是 ‎【答案】CD　‎ 三、右手定则 ‎1．使用范围：判定导线切割磁感线运动时感应电流的方向。‎ ‎2．使用方法：伸出右手，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，并使拇指指向磁场的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。‎ ‎【题7】（多选）如图所示，在直线电流附近有一根金属棒ab，当金属棒以b端为圆心，以ab为半径，‎ 在过导线的平面内逆时针匀速旋转到达图中的位置时 A．a端聚积电子 B．b端聚积电子 ‎ C．金属棒内电场强度等于零 D．Ua>Ub ‎【答案】BD　‎ 三、正确理解楞次定律中的“阻碍”一词 ‎1．弄清“阻碍”的几个层次 ‎（1）谁在阻碍——“感应电流的磁场”在阻碍；‎ ‎（2）阻碍什么——阻碍的是“引起感应电流的磁场的磁通量的变化”，而不是阻碍的引起感应电流的磁场、也不是阻碍的引起感应电流的磁通量。‎ ‎（3）如何阻碍——磁通量增加时，阻碍其增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，起抵消作用；磁通量减少时，阻碍其减少，感应电流的磁场与原磁场方向一致，起补偿作用。‎ ‎（4）为何阻碍——（原）磁场的磁通量发生了变化。‎ ‎（5）结果如何——阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化快慢，这种变化将继续进行，最终结果不受影响。‎ ‎2．楞次定律中“阻碍”的主要表现形式 ‎（1）阻碍原磁通量的变化—“增反减同”。 铁靠近线圈，B感与B原方向相反。‎ ‎（2）阻碍（导体的）相对运动—“来拒去留”。 磁铁靠近，是斥力；磁铁远离，是引力。‎ ‎ ‎ ‎（3）使线圈面积有扩大或缩小趋势—“增缩减扩”。P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒、磁铁下移，a、b靠近。‎ ‎（4）阻碍原电流的变化（自感现象）——“增反减同”。合上S，B先亮 ‎3．弄清阻碍与“阻止”、“相反”的区别 ‎（1）阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止”。‎ ‎（2）阻碍不等同相反，当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相同（增反减同）。‎ ‎（3）阻碍的是导体与磁体的相对运动，而不是阻碍导体或磁体的运动。‎ ‎4．判断流程 ‎（1）明确研究的闭合回路；‎ ‎（2）弄清该电路磁场的方向如何？‎ ‎（3）确定该电路磁通量如何变化？‎ ‎（4）根据楞次定律判定感应电流磁场方向；‎ ‎（5）由安培定则判定感应电流方向。‎ ‎【题8】很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落．条形磁铁在圆筒中的运动速率 A．均匀增大 B．先增大，后减小 C．逐渐增大，趋于不变 ‎ D．先增大，再减小，最后不变 ‎【答案】C 流，感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落。开始时的感应电流比较小，条形磁铁向下做加速运动，且随下落速度增大，其加速度变小。‎ 当条形磁铁的速度达到一定值后，相应铜环对条形磁铁的作用力趋近于条形磁铁的重力。故条形磁铁先加速运动，但加速度变小，最后的速度趋近于某个定值。选项C正确。‎ ‎【题9】（多选）如图，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形，则磁场可能 A．逐渐增强，方向向外 ‎ B．逐渐增强，方向向里 C．逐渐减弱，方向向外 ‎ D．逐渐减弱，方向向里 ‎【答案】CD ‎ 四、三定则一定律的综合应用 ‎1．安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律 ‎（1）应用于不同现象 基本现象 应用的定则或定律 运动电荷、电流产生磁场 安培定则 磁场对运动电荷、电流的作用力 左手定则 电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 右手定则 闭合回路磁通量变化 楞次定律 ‎（2）右手定则与左手定则的区别：‎ ‎“因电而动”——用左手定则，“因动而电”——用右手定则。‎ ‎（3）安培定则与楞次定律的区别：‎ ‎“因电生磁”——用安培定则。‎ ‎“因磁生电”——用楞次定律（或右手定则）。‎ ‎【题10】（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，MN的左边有一如图所示的闭合电路，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 ‎ ‎【题11】（多选）如图，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 ‎【答案】BC ‎【解析】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，无感应电流出现，A错；‎ ‎2．楞次定律与右手定则的区别及联系 楞次定律 右手定则 区 别 对象 整个闭合回路 闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导线 范围 各种电磁感应现象 只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况 应用 用于磁感应强度B随时间变化而产生电磁感应现象较方便 用于导体切割磁感线产生电磁感应的现象较方便 联系 右手定则是楞次定律的特例 ‎3．右手定则与左手定则的比较 项目 右手定则 左手定则 作用 判断感应电流方向 判断通电导体所受磁场力的方向 图例 因果 运动→电流 电流→运动 实例 发电机 电动机 ‎【题12】如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是 ‎ ‎ A．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a B．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a C．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b D．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b ‎【答案】B ‎【解析】法一　用右手定则直接判定 依据右手定则可判断出导体棒PQ中的电流由P到Q，Q处电势最高，P处电势最低，由P到Q电势依次升高。外电路中的电流方向总是从高电势流向低电势处，因此流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a，B正确。‎ 法二　用楞次定律判定 当PQ向左滑动时，穿过回路PQcd的磁通量是向里增加，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向外，再由右手定则可知，回路中电流为逆时针方向，通过R的电流由c到d；当PQ向左滑动时，穿过回路aMQb的磁通量是向里减少，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向向里，再由右手定则知，回路中的感应电流为顺时针方向，流过r的电流为由b到a。综上所述，B正确。 ‎ ‎【例13】如图所示，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→b→d→c B．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→d→b→a C．若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路电流为零 D．若ab、cd都向右运动，且两杆速度vcd>vab，则abdc回路有电流，电流方向由c→d→b→a ‎【答案】D ‎4．三个定则 ‎（1）区别 三个定则 应用对象 使用方法 安培定则 电流产生磁场 右手握住导线或螺线管 左手定则 判断安培力、洛伦兹力的方向 左手四个手指指向电流方向或正电荷运动方向 右手定则 导体切割磁感线产生感应电流 右手大拇指指向导体切割磁感线的运动方向 ‎（2）相互联系 ‎（1）电流可以产生磁场，当电流的磁场发生变化时，也会发生电磁感应现象．‎ ‎（2）感应电流在原磁场中也要受安培力，这是确定感应电流阻碍“相对运动”的依据．‎ ‎（3）有些综合问题中，有时要同时应用三个定则．‎ ‎（3）一般解题步骤 ‎①分析题干条件，找出闭合电路或切割磁感线的导体棒。‎ ‎②结合题中的已知条件和待求量的关系选择恰当的规律。‎ ‎③正确地利用所选择的规律进行分析和判断。‎ ‎（4）三定则的应用技巧 ‎①因电而生磁（I→B）安培定则。‎ ‎②因动而生电（v、B→I）右手定则。‎ ‎③因电而受力（I、B→F安）左手定则。‎ ‎【题14】（多选）如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经标出。左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法中正确的是 A．当金属棒ab向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点 B．当金属棒ab向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势 C．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点 D．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点 ‎【答案】BD 产生感应电流。当ab向右做加速运动时，由右手定则可推断φb>φa，电流沿逆时针方向。又由E＝Blv可知ab导体两端的E 不断增大，那么左边电路中的感应电流也不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的，并且场强不断增强，所以右边电路的线圈中的向上的磁通量不断增加。为了阻碍磁通量的增加，由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针方向，由此可知d点电势高于c点。综上可知，A、C错误，B、D正确。‎ ‎【题15】（多选）如图所示的电路中，若放在水平光滑金属导轨上的ab棒突然向右移动，这可能发生在 A．闭合开关S的瞬间 B．断开开关S的瞬间 C．闭合开关S后，减小滑动变阻器R的阻值时 D．闭合开关S后，增大滑动变阻器R的阻值时 ‎【答案】AC