【步步高】2013年高考物理大一轮 第九章 44 电磁感应现象 楞次定律 选修3-2

用心 爱心 专心1 第九章第九章 电磁感应电磁感应 学案学案 4444 电磁感应现象电磁感应现象 楞次定律楞次定律 一 概念规律题组 图 1 1 如图 1 所示 通电直导线下边有一个矩形线框 线框平面与直导线共面 若使线框 逐渐远离 平动 通电导线 则穿过线框的磁通量将 A 逐渐增大 B 逐渐减小 C 保持不变 D 不能确定 2 下列情况中都是线框在磁场中切割磁感线运动 其中线框中有感应电流的是 3 某磁场磁感线如图 2 所示 有一铜线圈自图示 A 处落至 B 处 在下落过程中 自上 向下看 线圈中感应电流的方向是 图 2 A 始终顺时针 B 始终逆时针 C 先顺时针再逆时针 D 先逆时针再顺时针 图 3 4 如图 3 所示 导线框 abcd 与通电直导线在同一平面内 直导线通有恒定电流并通 过 ad 和 bc 的中点 当线框向右运动的瞬间 则 A 线框中有感应电流 且按顺时针方向 B 线框中有感应电流 且按逆时针方向 用心 爱心 专心2 C 线框中有感应电流 但方向难以判断 D 由于穿过线框的磁通量为零 所以线框中没有感应电流 二 思想方法题组 图 4 5 如图 4 所示 蹄形磁铁的两极间 放置一个线圈 abcd 磁铁和线圈都可以绕 OO 轴转动 磁铁如图示方向转动时 线圈的运动情况是 A 俯视 线圈顺时针转动 转速与磁铁相同 B 俯视 线圈逆时针转动 转速与磁铁相同 C 线圈与磁铁转动方向相同 但转速小于磁铁转速 D 线圈静止不动 图 5 6 如图 5 所示 光滑固定导轨 M N 水平放置 两根导体棒 P Q 平行放置于导轨上 形成一个闭合回路 一条形磁铁从高处下落接近回路时 A P Q 将相互靠拢 B P Q 将相互远离 C 磁铁的加速度仍为 g D 磁铁的加速度小于 g 一 楞次定律的含义及基本应用 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤 1 确定原磁场方向 2 明确闭合回路中磁通量变化的情况 3 应用楞次定律的 增反减同 确定感应电流的磁场的方向 4 应用安培定则 确定感应电流的方向 应用楞次定律的步骤可概括为 一原二变三感四螺旋 根据楞次定律的基本含义 按步就班解题一般不会出错 例 1 2009 浙江 17 如图 6 所示 在磁感应强度大小为 B 方向竖直向上的匀 强磁场中 有一质量为 m 阻值为 用心 爱心 专心3 图 6 R 的闭合矩形金属线框 abcd 用绝缘轻质细杆悬挂在 O 点 并可绕 O 点摆动 金属线框 从右侧某一位置由静止开始释放 在摆动到左侧最高点的过程中 细杆和金属线框平面始 终处于同一平面 且垂直纸面 则线框中感应电流的方向是 A a b c d a B d c b a d C 先是 d c b a d 后是 a b c d a D 先是 a b c d a 后是 d c b a d 规范思维 图 7 针对训练 1 某实验小组用如图 7 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 通过电流计的感应电流的方向是 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 二 楞次定律拓展含义的应用 感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因 具体有以下几种情形 1 当回路中的磁通量发生变化时 感应电流的效果是阻碍原磁通量的变化 2 当出现引起磁通量变化的相对运动时 感应电流的效果是阻碍导体间的相对运动 即 来时拒 去时留 3 当闭合回路发生形变时 感应电流的效果是阻碍回路发生形变 4 当线圈自身的电流发生变化时 感应电流的效果是阻碍原来的电流发生变化 例 2 如图 8 所示 粗糙水平桌面上有一质量为 m 的铜质矩形线圈 当一竖直放置 的条形磁铁从线圈中线 AB 的正上方等高快速经过时 若线圈始终不动 则关于线圈受到的 支持力 FN 及在水平方向上的运动趋势的判断正确的是 用心 爱心 专心4 图 8 A FN先小于 mg 后大于 mg 运动趋势向左 B FN先大于 mg 后小于 mg 运动趋势向左 C FN先小于 mg 后大于 mg 运动趋势向右 D FN先大于 mg 后小于 mg 运动趋势向右 规范思维 针对训练 2 如图 9 所示 图 9 通电螺线管置于闭合金属环 a 的轴线上 当螺线管中电流 I 减小时 A 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小 B 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小 C 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大 D 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大 图 10 针对训练 3 2010 上海物理 21 如图 10 金属环 A 用轻绳悬挂 与长直螺线管 共轴 并位于其左侧 若变阻器滑片 P 向左移动 则金属环 A 将向 填 左 或 右 运动 并有 填 收缩 或 扩张 趋势 三 楞次定律 右手定则 左手定则 安培定则的综合应用 1 规律比较 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 电流有作用力左手定则 电磁 感应 用心 爱心 专心5 部分导体做切割磁感线的运动右手定则 闭合回路的磁通量发生变化楞次定律 2 应用区别 关键是抓住因果关系 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 3 相互联系 1 应用楞次定律 必然要用到安培定则 2 感应电流受到安培力 有时可以先用右手定则确定电流的方向 再用左手定则确定 安培力的方向 有时也可以直接应用楞次定律的推论确定安培力的方向 图 11 例 3 如图 11 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 当 PQ 在外力作用下运动时 MN 在磁场力的作用下向右运动 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 规范思维 针对训练 4 图 12 2011 江苏 2 如图 12 所示 固定的水平长直导线中通有电流 I 矩形线框与导线 在同一竖直平面内 且一边与导线平行 线框由静止释放 在下落过程中 A 穿过线框的磁通量保持不变 B 线框中感应电流方向保持不变 C 线框所受安培力的合力为零 用心 爱心 专心6 D 线框的机械能不断增大 基础演练 1 2010 课标全国 14 在电磁学的发展过程中 许多科学家做出了贡献 下列说法 正确的是 A 奥斯特发现了电流磁效应 法拉第发现了电磁感应现象 B 麦克斯韦预言了电磁波 楞次用实验证实了电磁波的存在 C 库仑发现了点电荷的相互作用规律 密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值 D 安培发现了磁场对运动电荷的作用规律 洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律 图 13 2 电阻 R 电容 C 与一线圈连成闭合回路 条形磁铁静止于线圈的正上方 N 极朝下 如图 13 所示 现使磁铁开始自由下落 在 N 极接近线圈上端的过程中 流过 R 的电流方向 和电容器极板的带电情况是 A 从 a 到 b 上极板带正电 B 从 a 到 b 下极板带正电 C 从 b 到 a 上极板带正电 D 从 b 到 a 下极板带正电 图 14 3 直导线 ab 放在如图 14 所示的水平导体框架上 构成一个闭合回路 长直导线 cd 和框架处在同一个平面内 且 cd 和 ab 平行 当 cd 中通有电流时 发现 ab 向左滑动 关 于 cd 中的电流下列说法正确的是 A 电流肯定在增大 不论电流是什么方向 B 电流肯定在减小 不论电流是什么方向 C 电流大小恒定 方向由 c 到 d D 电流大小恒定 方向由 d 到 c 图 15 用心 爱心 专心7 4 2011 宿迁模拟 如图 15 所示是一种延时开关 S2闭合 当 S1闭合时 电磁铁 F 将衔铁 D 吸下 将 C 线路接通 当 S1断开时 由于电磁感应作用 D 将延迟一段时间才被 释放 则 A 由于 A 线圈的电磁感应作用 才产生延时释放 D 的作用 B 由于 B 线圈的电磁感应作用 才产生延时释放 D 的作用 C 如果断开 B 线圈的电键 S2 无延时作用 D 如果断开 B 线圈的电键 S2 延时将变长 图 16 5 2010 上海控江中学模拟 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 16 所示 闭合开关的瞬间 铝环跳起一定高度 保持开 关闭合 下列现象正确的是 A 铝环停留在这一高度 直到断开开关铝环回落 B 铝环不断升高 直到断开开关铝环回落 C 铝环回落 断开开关时铝环又跳起 D 铝环回落 断开开关时铝环不再跳起 图 17 6 2010 徐州市第三次模拟 如图 17 所示 通电螺线管置于水平放置的两根光滑平 行金属导轨 MN 和 PQ 之间 ab 和 cd 是放在导轨上的两根金属棒 它们分别放在螺线管的 左右两侧 保持开关闭合 最初两金属棒处于静止状态 当滑动变阻器的滑动触头向左滑 动时 ab 和 cd 棒的运动情况是 A ab 向左 cd 向右 B ab 向右 cd 向左 C ab cd 都向右运动 D ab cd 都不动 图 18 7 2009 海南单科 一长直铁芯上绕有一固定线圈 M 铁芯右端与一木质圆柱密接 木质圆柱上套有一闭合金属环 N N 可在木质圆柱上无摩擦移动 M 连接在如图 18 所示的 电路中 其中 R 为滑动变阻器 E1和 E2为直流电源 S 为单刀双掷开关 下列情况中 可 观测到 N 向左运动的是 A 在 S 断开的情况下 S 向 a 闭合的瞬间 用心 爱心 专心8 B 在 S 断开的情况下 S 向 b 闭合的瞬间 C 在 S 已向 a 闭合的情况下 将 R 的滑动头向 c 端移动时 D 在 S 已向 a 闭合的情况下 将 R 的滑动头向 d 端移动时 图 19 8 如图 19 所示 在匀强磁场中放有两条平行的铜导轨 它们与大导线圈 M 相连 接 要使小导线圈 N 获得顺时针方向的感应电流 则放在导轨上的裸金属棒 ab 的运动情况 是 两导线圈共面放置 A 向右匀速运动 B 向左加速运动 C 向右减速运动 D 向右加速运动 能力提升 9 如图 20 所示 通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈 线圈等距离排列 且 与传送带以相同的速度匀速运动 为了检测出个别未闭合的不合格线圈 让传送带通过一 固定匀强磁场区域 磁场方向垂直于传送带运动方向 根据穿过磁场后线圈间的距离 就 能够检测出不合格线圈 通过观察图形 判断下列说法正确的是 图 20 A 若线圈闭合 进入磁场时 线圈相对传送带向后滑动 B 若线圈不闭合 进入磁场时 线圈相对传送带向后滑动 C 从图中可以看出 第 3 个线圈是不合格线圈 D 从图中可以看出 第 4 个线圈是不合格线圈 题号 123456789 答案 10 在 研究电磁感应现象 的实验中 首先按图 21 a 接线 以查明电流表指针的偏 转方向与电流方向之间的关系 当闭合 S 时 观察到电流表指针向左偏 不通电时电流表 指针停在正中央 然后按图 b 所示将电流表与副线圈 B 连成一个闭合回路 将原线圈 A 电池 滑动变阻器和电键 S 串联成另一个闭合电路 1 S 闭合后 将螺线管 A 原线圈 插入螺线管 B 副线圈 的过程中 电流表的指针将 偏转 2 线圈 A 放在 B 中不动时 指针将 偏转 3 线圈 A 放在 B 中不动 将滑动变阻器的滑片 P 向左滑动时 电流表指针将 偏转 选填 向左 向右 或 不 图 21 用心 爱心 专心9 图 22 11 如图 22 所示 匀强磁场区域宽为 d 一正方形线框 abcd 的边长为 l 且 l d 线 框以速度 v 通过磁场区域 从线框进入到完全离开磁场的时间内 线框中没有感应电流的 时间是多少 图 23 12 如图 23 所示是家庭用的 漏电保护器 的关键部分的原理图 其中 P 是一个变压 器铁芯 入户的两根电线 火线和零线 采用双线绕法 绕在铁芯的一侧作为原线圈 然后 再接入户内的用电器 Q 是一个脱扣开关的控制部分 脱扣开关本身没有画出 它是串联在 本图左边的火线和零线上 开关断开时 用户的供电被切断 Q 接在铁芯另一侧副线圈的 两端 a b 之间 当 a b 间没有电压时 Q 使得脱扣开关闭合 当 a b 间有电压时 脱扣 开关立即断开 使用户断电 1 用户正常用电时 a b 之间有没有电压 为什么 2 如果某人站在地面上 手误触火线而触电 脱扣开关是否会断开 为什么 用心 爱心 专心10 学案学案 4444 电磁感应现象电磁感应现象 楞次定律楞次定律 课前双基回扣 1 B 2 BC 3 C 自 A 落至图示位置时 穿过线圈的磁通量增加 磁场方向向上 则感应电流的 磁场方向与之相反 即向下 故可由安培定则判断线圈中感应电流的方向为顺时针 自图 示位置落至 B 点时 穿过线圈的磁通量减少 磁场方向向上 则感应电流的磁场方向与之 相同 即向上 故可由安培定则判断线圈中感应电流的方向为逆时针 选 C 4 B 此题可用两种方法求解 借此感受右手定则和楞次定律分别在哪种情况下更便 捷 方法一 首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向 如下图所示 因 ab 导线向 右做切割磁感线运动 由右手定则判断感应电流由 a b 同理可判断 cd 导线中的感应电 流方向由 c d ad bc 两边不做切割磁感线运动 所以整个线框中的感应电流是逆时针方 向的 方法二 首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向 如右图所示 由对称性可 知合磁通量 0 其次当导线框向右运动时 穿过线框的磁通量增大 方向垂直向里 由楞次定律可知感应电流的磁场方向垂直纸面向外 最后由安培定则判断感应电流沿逆时 针方向 故 B 选项正确 5 C 本题 原因 是磁铁有相对线圈的运动 效果 便是线圈要阻碍两者的相对 运动 线圈阻止不了磁铁的运动 由 来拒去留 知 线圈只好跟着磁铁同向转动 如果 二者转速相同 就没有相对运动 线圈就不会转动了 故答案为 C 6 AD 根据楞次定律 感应电流的效果是总要阻碍产生感应电流的原因 本题中 原因 是回路中磁通量的增加 P Q 可通过缩小面积的方式进行阻碍 故可得 A 正 确 由 来拒去留 得回路电流受到向下的力的作用 由牛顿第三定律知磁铁受向上的作 用力 所以磁铁的加速度小于 g 选 A D 思维提升 1 磁通量的大小与线圈匝数无关 磁通量的变化量为末态磁通量减初态磁通量 即 2 1 2 无论回路是否闭合 只要穿过线圈平面的磁通量发生变化 线圈中就产生感应电动 势 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源 3 楞次定律的理解 感应电流的磁场起阻碍作用 阻碍原磁通量的变化 阻碍 不是阻止 最终要发生变化 阻碍的形式 来拒去留 增反减同 4 导线切割磁感线用右手定则来进行判断 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 并使拇指指向导线运动的方向 这时四指所指的方向就是感应电流的方向 核心考点突破 例 1 B 由楞次定律可知 在线框从右侧摆动到 O 点正下方的过程中 向上的磁通量 用心 爱心 专心11 在减小 感应电流的磁场与原磁场方向相同 即向上 再根据安培定则可以判断感应电流 的方向沿 a d c b a 同理 可知线框从 O 点正下方向左侧摆动的过程 电流方向沿 a d c b a 故选 B 规范思维 1 在判断感应电流的方向时 分析磁通量的变化只需看穿过平面的磁感 线的条数即可 还要注意磁感线是从正面穿入还是从正面穿出 正面是为了分析问题事先选 定的 2 根据楞次定律的基本含义 按步就班 一原二变三感四螺旋 解题一般不会出错 例 2 D 条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时 通过线圈的磁通量先增加后减 小 当通过线圈的磁通量增加时 为阻碍其增加 在竖直方向上线圈有向下运动的趋势 所以线圈受到的支持力大于重力 在水平方向上有向右运动的趋势 当通过线圈的磁通量 减小时 为阻碍其减小 在竖直方向上线圈有向上运动的趋势 所以线圈受到的支持力小 于重力 在水平方向上有向右运动的趋势 综上所述 线圈受到的支持力先大于重力后小 于重力 运动趋势总是向右 规范思维 本题是根据楞次定律的第二种描述解题的 根据磁通量的增 减 利用 阻碍相对运动来分析水平方向和竖直方向上安培力的方向 楞次定律的几种表述情况 都 可归纳为阻碍产生感应电流的原因 例 3 BC 设 PQ 向右运动 用右手定则和安培定则判定可知穿过 L1的磁感线方向向 上 若 PQ 向右加速运动 则穿过 L1的磁通量增加 用楞次定律判定可知通过 MN 的感应电 流方向是 N M 对 MN 用左手定则判定 可知 MN 向左运动 可见 A 选项不正确 若 PQ 向 右减速运动 则穿过 L1的磁通量减少 用楞次定律判定可知通过 MN 的感应电流方向是 M N 对 MN 用左手定则判定 可知 MN 是向右运动 可见 C 正确 同理设 PQ 向左运动 用 上述类似的方法可判定 B 正确 而 D 错误 规范思维 由导体运动分析产生感应电流的方向时用右手定则 由电流分析所受安 培力的方向时 用左手定则 安培定则又称右手螺旋定则 用来判断电流产生的磁场方向 它们的作用及操作方法都不同 学习时要明确区分 针对训练 1 D 确定原磁场的方向 条形磁铁在穿入线圈的过程中 磁场方向向下 明确闭合回路中磁通量变化的情况 向下的磁通量增加 由楞次定律的 增反减同 可知 线圈中的感应电流产生的磁场方向向上 应用右手定则可以判断感应电流的方向为逆时针 俯视 即 电流的方向从 b G a 同理可以判断出条形磁铁穿出线圈的过程中 向下的磁通量减小 由楞次定律可得 线圈中将产生顺时针的感应电流 俯视 即 电流的方向从 a G b 2 A 由于 I 减小 穿过闭合金属环的磁通量变小 通电螺线管在环 a 的轴线上 所 以环通过缩小面积来阻碍原磁通量的减小 所以 A 正确 3 左 收缩 解析 变阻器滑片 P 向左移动 电阻变小 电流变大 根据楞次定律 感应电流的磁 场方向与原电流的磁场方向相反 相互排斥 则金属环 A 将向左移动 因磁通量增大 金 属环 A 有收缩的趋势 4 B 直线电流的磁场离导线越远 磁感线越稀疏 故线圈在下落过程中磁通量一直 减小 A 错 由于上 下两边电流相等 上边磁场较强 线框所受合力不为零 C 错 由于 电磁感应 一部分机械能转化为电能 机械能减小 D 错 思想方法总结 用心 爱心 专心12 1 感应电流方向的判断方法 方法一 右手定则 适用于部分导体切割磁感线 方法二 楞次定律 楞次定律的应用步骤 2 1 若导体不动 回路中磁通量变化 应该用楞次定律判断感应电流方向而不能用 右手定则 2 若是回路中一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流 用右手定则判断较为简单 用楞次定律进行判定也可以 但较为麻烦 3 电磁感应现象 楞次定律等知识与生产 生活联系比较密切 如电磁阻尼现象 延 时开关等 这类题目往往以生产 生活实践和高新技术为背景 提出问题 并要求学生用 所学知识去解决问题 解决问题的关键是认真读题 弄清物理情景 建立正确的物理模型 再用相关的物理规律求解 课时效果检测 1 AC 赫兹用实验证实了电磁波的存在 B 错 安培发现了磁场对电流的作用规律 洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律 D 错 2 D 当 N 极接近线圈的上端时 线圈中的磁通量增大 由楞次定律可知感应电流的 方向 且流经 R 的电流为从 b 到 a 电容器下极板带正电 3 B 此题利用楞次定律的第二种描述比较方便 导线 ab 向左滑动 说明回路中的 磁通量在减小 即 cd 中的电流在减小 与电流的方向无关 故 B 正确 4 BC S1断开时 A 线圈中电流消失 磁通量减少 B 线圈中产生感应电流 阻碍线 圈中磁通量的减少 A 错 B 对 若断开 S2 B 线圈中无感应电流 磁通量立即减为零 不 会有延时作用 C 对 D 错 5 D 在闭合开关的瞬间 铝环的磁通量增加 铝环产生感应电流 由楞次定律的第 二种描述可知 铝环受到向上的安培力跳起一定高度 当保持开关闭合时 回路中电流不 再增加 铝环中不再有感应电流 不再受安培力 将在重力作用下回落 所以 A B 均错误 铝环回落后 断开开关时 铝环中因磁通量的变化产生感应电流 使铝环受到向下的安培 力 不会再跳起 所以 C 错误 D 正确 6 A 由楞次定律可知 A 正确 7 C 由楞次定律的第二种描述可知 只要线圈中电流增强 即穿过 N 的磁通量增加 N 就会受排