（通用版）2023高考物理一轮复习第10章电磁感应第1节电磁感应现象楞次定律教师用书

PAGEPAGE2第1节电磁感应现象楞次定律[高考指南]说明：(1)导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于l垂直于B、v的情况．(2)在电磁感应现象里，不要求判断内电路中各点电势的上下．(3)不要求用自感系数计算自感电动势．第1节电磁感应现象楞次定律知识点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＝B·S.适用条件：(1)匀强磁场；(2)S为垂直磁场的有效面积．3．矢标性磁通量的正、负号不表示方向，磁通量是标量．知识点2电磁感应现象1．电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象．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：闭合电路的一局部导体在磁场内做切割磁感线运动．知识点3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场的磁通量的变化．(2)适用范围：一切电磁感应现象．2．右手定那么(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，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．(2)适用情况：导体切割磁感线产生感应电流．[物理学史链接](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．1．正误判断(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生．(×)(2)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生．(√)(3)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势．(√)(4)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．(×)(5)回路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍〞作用．(×)(6)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．(√)2．[感应电流的产生条件](2022·佛山高三质检)如图10­1­1所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合．要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有()【导学号：92492360】图10­1­1A．使通电螺线管中的电流发生变化B．使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动C．使线圈a以MN为轴转动D．使线圈绕垂直于MN的直径转动D[在A、B、C三种情况下，穿过线圈a的磁通量始终为零，因此不产生感应电流，A、B、C错误；选项D中，当线圈绕垂直于MN的直径转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，故D正确．]3．[判断感应电流的方向](2022·南京高三质检)如图10­1­2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()图10­1­2A．始终由A→B→C→AB．始终由A→C→B→AC．先由A→C→B→A再由A→B→C→AD．先由A→B→C→A再由A→C→B→AA[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，那么感应电流产生的磁场垂直桌面向下，由右手定那么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，那么感应电流产生的磁场垂直桌面向上，由右手定那么可知感应电流方向仍然为A→B→C→A，A正确．]4．[右手定那么的应用](多项选择)在北半球，地磁场的水平分量由南向北，竖直分量竖直向下．北京平安大街上，如图10­1­3所示，某人骑车从东往西行驶，那么以下说法正确的选项是()图10­1­3A．自行车左车把的电势比右车把的电势高B．自行车左车把的电势比右车把的电势低C．图中辐条AB此时A端比B端的电势高D．图中辐条AB此时A端比B端的电势低AD[从东往西，车把切割地磁场的竖直分量，由右手定那么知左车把电势高，而辐条切割水平分量，B端电势高，即A、D正确．]电磁感应现象的判断1．磁通量发生变化的三种常见情况(1)磁场强弱不变，回路面积改变；(2)回路面积不变，磁场强弱改变；(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变．2．判断电磁感应现象是否发生的一般流程[题组通关]1．(2022·全国卷Ⅰ)在法拉第时代，以下验证“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D[选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，应选项A、B不能观察到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，应选项C也不能观察到电流表的变化；选项D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选D.]2.将一圆形导线环水平放置，在圆环所在的空间加上一水平向右的匀强磁场，mn、pq为圆环上两条互相垂直的直径，mn为水平方向，pq为竖直方向．那么以下选项中能使圆环中产生感应电流的是()【导学号：92492361】图10­1­4A．让圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动B．让圆环在水平面内向右平动C．让圆环以mn为轴转动D．让圆环以pq为轴转动D[圆环在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，根据ΔΦ＝B·ΔS知：只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，那么磁通量一定改变，回路中一定有感应电流产生．当圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动时，圆环相对磁场的正对面积始终为零，因为ΔS＝0，因而无感应电流产生，A错误；当圆环水平向右平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错误；当圆环以mn为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当圆环以pq为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积发生了改变，回路中产生了感应电流，D正确．]对楞次定律的理解及应用1.楞次定律中“阻碍〞的含义2．感应电流方向判断的两种方法(1)用楞次定律判断(2)用右手定那么判断该方法适用于局部导体切割磁感线．判断时注意掌心、四指、拇指的方向：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．[多维探究]●考向1线圈类感应电流方向的判断1．如图10­1­5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～eq\f(T,2)时间内，直导线中电流向上，那么在eq\f(T,2)～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10­1­5A．顺时针，向左 B．逆时针，向右C．顺时针，向右 D．逆时针，向左B[在0～eq\f(T,2)时间内，直导线中电流向上，由题图乙知，在eq\f(T,2)～T时间内，直导线电流方向也向上，根据安培定那么知，导线右侧磁场的方向垂直纸面向里，电流逐渐增大，那么磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生逆时针方向的感应电流．根据左手定那么，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，那么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．]●考向2切割类感应电流方向的判断2．如图10­1­6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，垂直纸面向外的匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，那么()图10­1­6A．假设固定ab，使cd向右滑动，那么abdc回路有电流，电流方向为a→b→d→c→aB．假设ab、cd以相同的速度一起向右运动，那么abdc回路有电流，电流方向为a→c→d→b→aC．假设ab向左、cd向右同时运动，那么abdc回路中的电流为零D．假设ab、cd都向右运动，且两杆速度vcd>vab，那么abdc回路有电流，电流方向为a→c→d→b→aD[由右手定那么可判断出A项做法使回路产生顺时针方向的电流，故A项错；假设ab、cd同向运动且速度大小相同，ab、cd所围面积不变，磁通量不变，故不产生感应电流，故B项错；假设ab向左，cd向右，那么abdc回路中有顺时针方向的电流，故C项错；假设ab、cd都向右运动，且两杆速度vcd>vab，那么ab、cd所围面积变大，磁通量也变大，由楞次定律可判断出，abdc回路中产生顺时针方向的电流，故D项正确．]3．(多项选择)如图10­1­7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，在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时()【导学号：92492362】图10­1­7A．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．棒ab两端的电势φa>φbBD[根据右手定那么可确定棒b端聚积电子，A错，B对；由于a、b两端存在电势差，φa>φb，故金属棒中电场强度不等于零，C错，D对．]利用楞次定律判断感应电流方向的方法可概括为“一原二变三感四螺旋〞．第一步，确定原磁场的方向；第二步，确定磁通量的变化；第三步，根据楞次定律确定感应电流所产生的磁场的方向；第四步，根据右手螺旋定那么确定感应电流的方向．“三定那么、一定律〞的综合应用[母题](多项选择)如图10­1­8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，那么PQ所做的运动可能是()图10­1­8A．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【自主思考】(1)如何判断MN所在处的磁场方向？由MN的运动方向，如何进一步判断MN中的电流方向？提示：根据安培定那么判断ab中电流产生的磁场方向，进而确定MN处的磁场方向为垂直纸面向里，再由左手定那么判断MN中电流的方向，应为由M到N.(2)如何判断线圈L1中的磁场方向和L2中磁场的方向及变化情况？提示：根据安培定那么判断L1中的磁场方向，再由楞次定律判断L2中磁场的方向及变化．(3)如何判断PQ的运动情况？提示：L2中的磁场方向及变化情况，可根据安培定那么和右手定那么判断PQ的运动情况．BC[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eq\o(→,\s\up14(左手定那么))MN中的感应电流由M→Neq\o(→,\s\up14(安培定那么))L1中感应电流的磁场方向向上eq\o(→,\s\up14(楞次定律))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(L2中磁场方向向上减弱,L2中磁场方向向下增强))；假设L2中磁场方向向上减弱eq\o(→,\s\up14(安培定那么))PQ中电流为Q→P且减小eq\o(→,\s\up14(右手定那么))向右减速运动；假设L2中磁场方向向下增强eq\o(→,\s\up14(安培定那么))PQ中电流为P→Q且增大eq\o(→,\s\up14(右手定那么))向左加速运动．][母题迁移](多项选择)图10­1­9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10­1­9A．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BD[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．]“三个定那么、一个定律〞的应用比照名称根本现象因果关系应用的定那么或定律电流的磁效应运动电荷、电流产生磁场因电生磁安培定那么洛伦兹力、安培力磁场对运动电荷、电流有作用力因电受力左手定那么电磁感应局部导体做切割磁感线运动因动生电右手定那么闭合回路磁通量变化因磁生电楞次定律楞次定律推论的综合应用[母题]如图10­1­10所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如下图的电路．假设将滑动变阻器的滑片P向下滑动，以下表述正确的选项是()图10­1­10A．线圈a中将产生俯视时顺时针方向的感应电流B．穿过线圈a的磁通量变小C．线圈a有扩张的趋势D．线圈a对水平桌面的压力N将增大D[通过螺线管b的电流如下图，根据右手螺旋定那么判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下，滑片P向下滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路电流增大，所产生的磁场的磁感应强度增强，根据楞次定律可知，线圈a中所产生的感应电流的磁场方向竖直向上，再由右手定那么可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向，A错误；由于螺线管b中的电流增大，所产生的磁感应强度增强，线圈a中的磁通量应变大，B错误；根据楞次定律可知，线圈a将阻碍磁通量的增大，因此，线圈a有缩小且远离螺线管的趋势，线圈a对水平桌面的压力将增大，C错误、D正确．][母题迁移]●迁移1磁体靠近两自由移动的金属环1．如图10­1­11所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是()图10­1­11A．同时向左运动，间距增大B．同时向左运动，间距减小C．同时向右运动，间距减小D．同时向右运动，间距增大B[根据“来拒去留〞可知，两环同时向左运动，又因两环中产生同向的感应电流，相互吸引，故两环间距又减小，B正确．]●迁移2磁体靠近面积可变的金属线圈2.(多项选择)如图10­1­12所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时()图10­1­12A．P、Q将相互靠拢B．P、Q将相互远离C．磁铁的加速度仍为gD．磁铁的加速度小于gAD[根据楞次定律的