【物理】2019届一轮复习鲁科版第十章电磁感应现象　楞次定律学案

【物理】2019届一轮复习鲁科版第十章电磁感应现象　楞次定律学案

基础课1　电磁感应现象　楞次定律 知识点一、磁通量 ‎1．概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积。‎ ‎2．公式：Φ＝BS。‎ ‎3．单位：1 Wb＝1__T·m2。‎ ‎4．公式的适用条件 ‎(1)匀强磁场；‎ ‎(2)磁感线的方向与平面垂直，即B⊥S。‎ ‎5．磁通量的意义 磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数。‎ 知识点二、电磁感应现象 ‎1．电磁感应现象 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。因磁通量变化而产生电流的现象叫做电磁感应。‎ ‎2．产生感应电流的条件 ‎(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。‎ ‎(2)特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动。‎ ‎3．产生电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则产生感应电流；如果回路不闭合，那么只有感应电动势，而无感应电流。‎ 知识点三、楞次定律 ‎　[思考判断]‎ ‎(1)1831年，英国物理学家法拉第发现了——电磁感应现象。(　　)‎ ‎(2)1834年，俄国物理学家楞次总结了确定感应电流方向的定律——楞次定律。(　　)‎ ‎(3)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生。(　　)‎ ‎(4)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数有关。(　　)‎ ‎(5)由楞次定律知，感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。(　　)‎ ‎(6)感应电流的磁场一定阻止引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(　　)‎ 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×‎ ‎　电磁感应现象的判断 常见的产生感应电流的三种情况 ‎1．[磁通量的计算]如图1所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数 为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为(　　)‎ 图1‎ A. B. C．BL2 D．NBL2‎ 解析　穿过线圈的磁通量Φ＝BS＝B·L2＝，选项A正确。‎ 答案　A ‎2．[磁场变化]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2所示连接。下列说法中正确的是(　　)‎ 图2‎ A．开关闭合后，线圈A插入或拔出线圈B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　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的磁通量的变化，从而使电流计指针偏转，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的磁通量会发生变化，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的电流变化，使线圈B的磁通量变化，电流计指针都会发生偏转，选项C、D错误。‎ 答案　A ‎3．[“有效”面积变化](2016·上海浦东新区质检)如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是(　　)‎ 解析　根据产生感应电流的条件，闭合回路内磁通量发生变化才能产生感应电流，只有选项B正确。‎ 答案　B ‎4．(2014·全国卷Ⅰ，14)在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是(　　)‎ A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化 B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化 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，再到相邻房间去观察电流表的变化 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，观察电流表的变化 解析　产生感应电流的条件是：穿过闭合回路中的磁通量发生变化，引起磁通量变化的原因有①闭合回路中的磁场变化；②在磁场不变的条件下，闭合回路中的有效面积变化；③闭合回路的面积、磁场均变化。选项A、B、C中的闭合回路的面积及回路中的磁场均不变，故选项A、B、C均错误；在选项D中线圈通电或断电的瞬间改变了电流的大小，使另一个闭合回路中的磁场发生变化，故有感应电流产生，选项D正确。‎ 答案　D 方法技巧 电磁感应现象能否发生的判断流程 ‎(1)确定研究的闭合回路。‎ ‎(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定其磁通量Φ。‎ ‎(3) ‎　楞次定律的理解及应用 ‎1．楞次定律中“阻碍”的含义 ‎2．应用楞次定律的两点注意 ‎(1)感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向并非总是相同或相反，而是“增反减同”。‎ ‎(2)由于运动而产生感应电流时，感应电流的效果是阻碍物体间的相对运动，而不是阻碍物体的运动。‎ ‎1．[楞次定律的应用]某实验小组用如图3所示的实验装置来验证楞次定律，当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流表的感应电流方向是(　　)‎ 图3‎ A．a→G→b B．先a→G→b，后b→G→a C．b→G→a D．先b→G→a，后a→G→b 解析　(1)条形磁铁在穿入线圈的过程中，原磁场方向向下。‎ ‎(2)穿过线圈向下的磁通量增加。‎ ‎(3)由楞次定律可知：感应电流的磁场方向向上。‎ ‎(4)应用安培定则可判断：感应电流的方向为逆时针(俯视)，即由b→G→a。同理可以判断：条形磁铁穿出线圈的过程中，向下的磁通量减小，感应电流产生的磁场方向向下，感应电流的方向为顺时针(俯视)，即由a→G→b。‎ 答案　D ‎2．[右手定则的应用]如图4所示，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增为2B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2。则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1∶E2分别为(　　)‎ 图4‎ A．c→a，2∶1 B．a→c，2∶1 C．a→c，1∶2 D．c→a，1∶2‎ 解析　用右手定则判断出两次金属棒MN中的电流方向为N→M，所以电阻R中的电流方向a→c。由电动势公式E＝Blv可知：＝＝，故选项C正确。‎ 答案　C ‎3．[楞次定律的逆应用](2017·长沙模拟)如图5所示，一个金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中，若要使圆环中产生如图中箭头所示方向的感应电流，下列方法可行的是(　　)‎ 图5‎ A．仅使匀强磁场的磁感应强度均匀增大 B．仅使圆环绕水平轴ab如图转动30°‎ C．仅使圆环绕水平轴cd如图转动30°‎ D．保持圆环水平并仅使其绕过圆心的竖直轴转动 解析　原磁场的方向向上，圆环中顺时针(从上向下看)‎ 方向的感应电流的磁场方向向下，与原磁场的方向相反，所以穿过圆环的磁通量应增大。仅使匀强磁场的磁感应强度均匀增大，穿过圆环的磁通量增大，根据楞次定律可知，圆环产生顺时针(从上向下看)方向的感应电流，选项A正确；仅使圆环绕水平轴ab或cd按题图所示方向转动30°，转动过程中穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可知，圆环中产生逆时针(从上向下看)方向的感应电流，选项B、C错误；保持圆环水平并仅使其绕过圆心的竖直轴转动，穿过圆环的磁通量保持不变，不能产生感应电流，选项D错误。‎ 答案　A 方法技巧 判断感应电流方向的两种方法 方法一　用楞次定律判断(“四步法”)‎ 方法二　用右手定则判断 该方法适用于闭合电路的部分导体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。‎ ‎　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”‎ 阻碍相对运动——“来拒去留”‎ 　 使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”‎ 阻碍原电流的变化——“增反减同”(见基础课2)‎ ‎1．[增反减同]如图6所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中，线圈ab将 (　　)‎ 图6‎ ‎ A．静止不动 ‎ B．顺时针转动 ‎ C．逆时针转动 ‎ D．发生转动，但电源的极性不明，无法确定转动方向 解析　题图中的两个通电的电磁铁之间的磁场方向总是水平的，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中，电路的电流是增大的，两个电磁铁之间的磁场的磁感应强度也是增大的，闭合导体线圈中的磁通量是增大的，线圈在原磁场中所受的磁场力肯定使线圈向磁通量减小的方向运动，显然只有顺时针方向的运动才能使线圈中的磁通量减小。‎ 答案　B ‎2．[来距去留](多选)如图7所示，闭合导体环水平固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直轴线下落，穿过导体环的过程中，关于导体环中的感应电流及条形磁铁的加速度，下列说法正确的是(　　)‎ 图7‎ A．从上向下看，导体环中的感应电流的方向先顺时针后逆时针 B．从上向下看，导体环中的感应电流的方向先逆时针后顺时针 C．条形磁铁的加速度一直小于重力加速度 D．条形磁铁的加速度开始小于重力加速度，后大于重力加速度 解析　当条形磁铁的中心恰好位于导体环所在的水平面时，条形磁铁内部向上的磁感线都穿过了导体环，而条形磁铁外部向下穿过导体环的磁通量最少，所以此时刻穿过导体环的磁通量最大，因此全过程导体环中磁通量方向向上，先增大后减小，从上向下看，感应电流方向先顺时针后逆时针，A正确，B错误；导体环中的感应电流产生的磁场始终阻碍条形磁铁运动，所以条形磁铁的加速度一直小于重力加速度，C正确，D错误。‎ 答案　AC ‎3．[增缩减扩](2017·湖南长郡中学月考)如图8所示，A为水平放置的橡胶圆盘，在其侧面均匀带有负电荷，在A正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B(丝线未画出)，使B的环面与圆盘A平行，其轴线与圆盘A的轴线重合。现使圆盘A由静止开始绕其轴线按图中箭头方向加速转动，则(　　)‎ 图8‎ A．金属圆环B有扩张的趋势，丝线受到的拉力增大 B．金属圆环B有收缩的趋势，丝线受到的拉力减小 C．金属圆环B有扩张的趋势，丝线受到的拉力减小 D．金属圆环B有收缩的趋势，丝线受到的拉力增大 解析　带电圆盘加速转动时，形成顺时针方向(从上往下看)‎ 的电流，根据右手螺旋定则可知，在圆盘上方形成的磁场方向向下，由于加速转动，所以电流增大，磁场增强，穿过金属圆环B的磁通量增大，根据楞次定律可知，金属圆环B有缩小的趋势，且金属圆环B有向上的运动趋势，所以丝线受到的拉力减小，故选B。‎ 答案　B ‎“三个定则与一个定律”的综合应用 ‎1．“三个定则与一个定律”的比较 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 安培定则 ‎(因电而生磁)‎ 洛伦兹力、‎ 安培力 磁场对运动电荷、‎ 电流有作用力 左手定则 ‎(因电而受力)‎ 电磁感应 部分导体做切 割磁感线运动 右手定则 ‎(因动而生电)‎ 闭合回路磁 通量变化 楞次定律 ‎(因磁而生电)‎ ‎2.三定则一定律的应用技巧 ‎(1)应用楞次定律时，一般要用到安培定则。‎ ‎(2)研究感应电流受到的安培力时，一般先用右手定则确定电流方向，再用左手定则确定安培力方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。‎ (多选)如图9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的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动。则PQ所做的运动可能是(　　)‎ 图9‎ 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 解析　MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流由M→NL1中感应电流的磁场方向向上；若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动。‎ 答案　BC (多选)图10所示装置中，cd杆原来静止。当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(　　)‎ 图10‎ A．向右匀速运动 B．向右加速运动 C．向左加速运动 D．向左减速运动 解析　ab匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变，L2中无感应电流产生，cd保持静止，A错误；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下增大，通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C错误，D正确。‎ 答案　BD ‎1．(2016·海南单科，4)如图11，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直面内，环的圆心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若(　　)‎ 图11‎ A．金属环向上运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向 B．金属环向下运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向 C．金属环向左侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向 D．金属环向右侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向 解析　根据楞次定律，当金属圆环上、下移动时，穿过圆环的磁通量不发生变化，故没有感应电流产生，故选项A、B错误；当金属圆环向左移动时，则穿过圆环的磁场垂直纸面向外并且增强，故根据楞次定律可以知道，产生的感应电流为顺时针，故选项C错误；当金属圆环向右移动时，则穿过圆环的磁场垂直纸面向里并且增强，故根据楞次定律可以知道，产生的感应电流为逆时针，故选项D正确。‎ 答案　D ‎2．(2016·江苏单科，6)(多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图12所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有(　　)‎ 图12‎ A．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作 B．取走磁体，电吉他将不能正常工作 C．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势 D．弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化 解析　铜质弦为非磁性材料，不能被磁化，选用铜质弦，电吉他不能正常工作，A项错误；若取走磁体，金属弦不能被磁化，其振动时，不能在线圈中产生感应电动势，电吉他不能正常工作，B项对；由E＝n可知，C项正确；弦 振动过程中，穿过线圈的磁通量大小不断变化，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向不断变化，D项正确。‎ 答案　BCD ‎3．(2017·湖北武汉名校联考)如图13甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示。在0～时间内，直导线中电流向上，则在～T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是(　　)‎ 图13‎ A．顺时针，向左 B．逆时针，向右 C．顺时针，向右 D．逆时针，向左 解析　在0～时间内，直导线中电流向上，由题图乙知，在～T时间内，直导线电流方向也向上，根据安培定则知，导线右侧磁场的方向垂直纸面向里，电流逐渐增大，则磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生逆时针方向的感应电流。根据左手定则，金属线框左边受到的安培力方向向右，右边受到的安培力向左，离导线越近，磁场越强，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属线框所受安培力的合力方向向右，故B正确，A、C、D错误。‎ 答案　B