2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)教师用-第1讲　实验十五　探究影响感应电流方向的因素　电磁感应现象　楞次定律

第1讲实验十五探究影响感应电流方向的因素电磁感应现象楞次定律学习目标1.通过实验探究影响感应电流方向的因素。2.知道电磁感应现象的产生条件并会分析解决实际问题。3.会根据楞次定律判断感应电流的方向,会应用楞次定律的推论分析问题。4.能够综合应用安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律解决实际问题。考点一电磁感应现象1.磁通量(1)公式:Φ=BS,S为垂直磁场方向的投影面积,磁通量为标量(填“标量”或“矢量”)。(2)物理意义:磁通量的大小可形象表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。(3)磁通量变化:ΔΦ=Φ2-Φ1。2.电磁感应现象(1)当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中有感应电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应。(2)感应电流产生的条件穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。(3)电磁感应现象产生感应电动势,如果电路闭合,则有感应电流。如果电路不闭合,则只有感应电动势而无感应电流。判断正误(1)闭合电路内只要有磁通量,就一定有感应电流产生。(×)(2)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。(√)例1下列关于甲、乙、丙、丁四幅图的说法,正确的是()A.图甲中,当两导体棒以相同的速度在导轨上匀速向右运动时,导体棒中能产生感应电流B.图乙中,当导体棒ab在匀强磁场中以恒定的角速度绕圆心转动时,导体棒中能产生感应电流C.图丙中,当闭合圆环导体(水平放置)某一直径正上方的直导线中通有电流时,闭合圆环导体中能产生感应电流D.图丁中,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,不闭合的导体环中能产生感应电流答案B解析题图甲中,当两导体棒以相同的速度在导轨上匀速向右运动时,两导体棒所构成回路的面积固定不变,而回路所在磁场的磁感应强度也不变,则回路中的磁通量不变,因此不会产生感应电流,A错误;题图乙中,当导体棒ab在匀强磁场中以恒定的角速度转动时,导体棒切割磁感线,从而产生动生电动势,且形成闭合回路,能产生感应电流,B正确;题图丙中,当闭合圆环导体(水平放置)某一直径正上方的直导线中通有电流时,通电导线产生的磁场在以通电导线的投影为对称轴的闭合圆环导体前后面中,磁场方向相反,则闭合圆环导体的磁通量为零,因此不会产生感应电流,C错误;题图丁中,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,电路中的电阻增大,电流减小,从而使电流产生的磁场发生变化,使不闭合的导体环中产生感应电动势,但因为导体环不闭合,没有形成完整的回路,因此不闭合的导体环中不能产生感应电流,D错误。例2(多选)(2025·八省联考云南卷,8)法拉第在日记中记录了其发现电磁感应现象的过程,某同学用现有器材重现了其中一个实验。如图所示,线圈P两端连接到灵敏电流计上,线圈Q通过开关S连接到直流电源上。将线圈Q放在线圈P的里面后,则()A.开关S闭合瞬间,电流计指针发生偏转B.开关S断开瞬间,电流计指针不发生偏转C.保持开关S闭合,迅速拔出线圈Q瞬间,电流计指针发生偏转D.保持开关S闭合,迅速拔出线圈Q瞬间,电流计指针不发生偏转答案AC解析开关S闭合瞬间,通过线圈Q的电流增加,穿过线圈P的磁通量增加,P中会产生感应电流,即电流计指针发生偏转,故A正确;开关S断开瞬间,通过线圈Q的电流减小,则穿过线圈P的磁通量减小,P中会产生感应电流,即电流计指针发生偏转,故B错误;保持开关S闭合,迅速拔出线圈Q瞬间,穿过线圈P的磁通量减小,则P中会产生感应电流,即电流计指针发生偏转,故C正确,D错误。考点二实验:探究影响感应电流方向的因素1.实验原理:利用电流表指针偏转方向确定影响感应电流方向的因素。2.操作要领(1)如图,探究电流表指针偏转方向与电流方向的关系。(2)查明线圈绕向。(3)如图,将磁体插入或抽出,观察电流方向。3.记录分析(1)观察记录:图号磁场方向及磁通量变化感应电流的方向(从上往下看)感应电流的磁场方向(用安培定则来判断)甲磁场方向向下,磁通量增加逆时针向上乙磁场方向向上,磁通量增加顺时针向下丙磁场方向向下,磁通量减少顺时针向下丁磁场方向向上,磁通量减少逆时针向上(2)实验结论当线圈中磁通量增加时,感应电流的磁场方向跟磁体磁场方向相反;当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与磁体磁场方向相同。例3在“研究磁通量变化时感应电流的方向”实验中,实物电路连接如图:(1)实物图中有一个元件接错了回路,在错误导线上打“×”,用笔画线代替导线正确连接。(2)为了方便探究感应电流方向的规律,实验应研究原磁场方向、磁通量的变化情况、三者的关系。

(3)在实验过程中,除了查清流入电流表的电流方向与指针偏转方向之间的关系之外,还应查清中导线的绕制方向(选填“A”“B”或“A和B”)。

答案(1)开关应接入原线圈A所在的回路,见解析图(2)感应电流的磁场方向(3)A和B解析(1)开关应接入原线圈A所在的回路,改正后的接法如图所示。(2)为了方便探究感应电流方向的规律,实验应研究原磁场方向、磁通量的变化情况、感应电流的磁场方向三者之间的关系。(3)在实验过程中,需要确定线圈A中电流的磁场方向和线圈B中感应电流的磁场方向,故还应查清线圈A与线圈B中导线的绕制方向。考点三楞次定律及推广应用一、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。适用于一切电磁感应现象。2.运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路3.楞次定律中“阻碍”的含义可推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。根据引起感应电流的情境,常见以下几种具体推论:推论例证增反减同来拒去留磁体靠近,B感、B原反向,二者相斥;磁体远离,B感、B原同向,二者相吸增缩减扩P、Q是光滑固定导轨,a、b是可移动金属棒,磁体下移(上移),a、b靠近(远离),使回路面积缩小(扩大)增离减靠当开关S闭合时,左环向左摆动、右环向右摆动,远离通电线圈二、右手定则伸开右手,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。适用于判定导体切割磁感线时感应电流的方向。判断正误(1)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势。(√)(2)使用右手定则时必须让磁感线垂直穿过掌心。(×)(3)任何感应电流方向的判断既可使用楞次定律,又可使用右手定则。(×)例4(多选)如图甲所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方固定一螺线管Q,P和Q共轴,Q中的电流i随时间t变化的规律如图乙所示,取甲图中电流方向为正方向,P所受的重力为G,桌面对P的支持力为FN,则()A.在t1时刻,FN>G,P有收缩的趋势B.在t2时刻,FN=G,穿过P的磁通量不变C.在t3时刻,FN=G,P中有感应电流D.在t4时刻,FN>G,P有收缩的趋势答案ABC解析当螺线管中电流增大时,其形成的磁场不断增强,因此线圈P中的磁通量增大,根据楞次定律可知线圈P将阻碍其磁通量的增大,故线圈P有远离和面积收缩的趋势,即FN>G,P有收缩的趋势,故A正确;当螺线管中电流不变时,其形成磁场不变,线圈P中的磁通量不变,因此线圈P中无感应电流产生,则t2和t4时刻FN=G,P没有收缩的趋势,故B正确,D错误;t3时刻螺线管中电流为零,但是线圈P中磁通量是变化的,因此此时线圈P中有感应电流,但此时刻二者之间没有相互作用力,即FN=G,故C正确。例5如图,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到()A.拨至M端或N端,圆环都向左运动B.拨至M端或N端,圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动答案B解析开关S由断开状态拨至连接状态,不论拨至M端还是N端,通过圆环的磁通量均增加,根据楞次定律(增离减靠)可知圆环均会向右运动,故B正确。考点四“三定则、一定律”的应用“三定则、一定律”的比较名称用途选用原则安培定则判断电流产生的磁场(方向)分布电生磁左手定则判断通电导线、运动电荷所受磁场力的方向电受力右手定则判断导体切割磁感线产生的感应电流方向或等效电源正负极动生电楞次定律判断因回路磁通量改变而产生的感应电流方向磁生电例6如图所示,金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路,金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动,则()A.ab棒不受安培力作用B.ab棒所受安培力的方向向右C.ab棒向右运动速度v越大,所受安培力越大D.螺线管产生的磁场,A端为N极答案C解析金属棒ab向右运动切割磁感线,根据右手定则判断感应电流方向由b→a,再根据左手定则判断ab棒所受安培力水平向左,A、B错误;ab棒的速度越大,感应电流越大,所受安培力就越大,C正确;根据安培定则可判定螺线管的A端为S极,D错误。例7(2025·八省联考四川卷,3)如图所示,水平面MN下方存在垂直纸面向里的匀强磁场,纸面为竖直平面。不可形变的导体棒ab和两根可形变的导体棒组成三角形回路框,其中ab处于水平位置,框从MN上方由静止释放,框面始终在纸面内,框落入磁场且ab未到达MN的过程中,沿磁场方向观察,框的大致形状及回路中的电流方向为()答案C解析由楞次定律“增反减同”可知回路框中感应电流方向为逆时针,根据左手定则可知左侧导体棒所受安培力斜向右上方,右侧导体棒所受安培力斜向左上方,框的大致形状如选项C中所示,故C正确。限时作业(限时:35分钟)基础对点练对点练1电磁感应现象1.某同学搬运如图所示的磁电式电流表时,发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议,该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运,发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是()A.未接导线时,表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势B.未接导线时,表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用C.接上导线后,表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势D.接上导线后,表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用答案D解析未接导线时,表针晃动过程中导线切割磁感线,表内线圈会产生感应电动势,由于未连成闭合回路,没有感应电流,所以不受安培力,A、B错误;接上导线后,表针晃动过程中线圈中会产生感应电流,表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用,C错误,D正确。2.我国计划在2030年前实现载人登陆月球开展科学探索,其后将探索建造月球科研试验站,开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证。假设有一航天员登月后,想探测一下月球表面是否有磁场,他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈,则下列推断正确的是()A.将电流表与线圈连成闭合回路放于月球表面,根据电流表有无示数来判断磁场的有无B.将电流表与线圈连成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,若电流表有示数,则可以判断月球表面有磁场C.将电流表与线圈连成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,若电流表无示数,则可以判断月球表面无磁场D.将电流表与线圈连成闭合回路,使线圈在某一平面内沿各个方向运动,若电流表无示数,则可以判断月球表面无磁场答案B解析由于回路的磁通量不变,电流表一定没有示数,所以不能根据电流表有无示数来判断磁场的有无,故A错误;使线圈沿某一方向运动,若电流表有示数,说明回路的磁通量发生变化,则可以判断月球表面有磁场,故B正确;使线圈沿某一方向运动,若电流表无示数,不能判断月球表面无磁场,因为有可能运动的方向与磁场方向平行,回路的磁通量不变,故C错误;使线圈在某一平面内沿各个方向运动,若电流表无示数,不能判断月球表面无磁场,因为有可能线圈平面一直与磁场方向垂直,回路的磁通量不变,故D错误。对点练2实验:探究影响感应电流方向的因素3.某实验小组利用如图所示的条形磁体和楞次环“探究影响感应电流方向的因素”。用磁体磁极靠近和远离A环,观察实验现象,并完成下表,其中感应电流的方向从A环靠近磁体的一侧观察是顺时针还是逆时针。实验序号1234实验操作磁体N极靠近A环磁体S极靠近A环磁体N极远离A环磁体S极远离A环实验现象排斥排斥吸引吸引磁通量变化增加增加减少

原磁场方向指向A环指向磁体指向A环

感应电流磁场的方向与原磁场方向的关系相反相反相同

感应电流磁场的方向指向磁体指向A环指向A环

感应电流的方向逆时针顺时针顺时针

(1)由实验1、2得出的结论是。

(2)由实验3、4得出的结论是。

(3)由实验1、2、3、4得出的结论是。

答案减少指向磁体相同指向磁体逆时针(1)穿过闭合电路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反(2)穿过闭合电路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同(3)感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化对点练3楞次定律及推广应用4.(2024·广东卷,4)电磁俘能器可在汽车发动机振动时利用电磁感应发电实现能量回收,结构如图甲所示。两对永磁铁可随发动机一起上下振动,每对永磁铁间有水平方向的匀强磁场,磁感应强度大小均为B,磁场中,边长为L的正方形线圈竖直固定在减震装置上。某时刻磁场分布与线圈位置如图乙所示,永磁铁振动时磁场分界线不会离开线圈。关于图乙中的线圈,下列说法正确的是()A.穿过线圈的磁通量为BL2B.永磁铁相对线圈上升越高,线圈中感应电动势越大C.永磁铁相对线圈上升越快,线圈中感应电动势越小D.永磁铁相对线圈下降时,线圈中感应电流的方向为顺时针方向答案D解析根据题图乙可知此时穿过线圈的磁通量为0,故A错误;根据法拉第电磁感应定律可知永磁铁相对线圈上升越快,磁通量变化越快,线圈中感应电动势越大,故B、C错误;永磁铁相对线圈下降时,根据楞次定律可知线圈中感应电流的方向为顺时针方向,故D正确。5.如图所示,均匀带负电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置,当a环绕O点在其所在平面内旋转时,b环中产生顺时针方向的感应电流且具有收缩趋势,则圆环a()A.顺时针加速旋转 B.顺时针减速旋转C.逆时针加速旋转 D.逆时针减速旋转答案D解析由于环a带负电,当其顺时针加速旋转时,形成的电流为逆时针增大的电流,根据安培定则可知,其内有(金属圆环a内)垂直纸面向外增强的磁场,其外金属圆环b处有垂直纸面向里的磁场,产生的感应电流为顺时针,根据左手定则可知,此时金属圆环b有扩张的趋势,A错误;当其顺时针减速旋转时,形成的电流为逆时针减小的电流,根据安培定则可知,其内有(金属圆环a内)垂直纸面向外减弱的磁场,其外金属圆环b处有垂直纸面向外的磁场,产生的感应电流为逆时针,根据左手定则可知,此时金属圆环b有收缩的趋势,B错误;当环a逆时针加速旋转时,电流方向为顺时针,并且电流在增大,根据安培定则可知,其内有(金属圆环a内)垂直纸面向里的磁场,其外金属圆环b处有垂直纸面向外的磁场,金属环b产生的感应电流为逆时针,根据左手定则可知,金属圆环b有收缩的趋势,C错误;同理可知,D正确。6.如图所示平面内,在通有图示方向电流I的长直导线右侧,固定一矩形金属线框abcd,ad边与导线平行。调节电流I使得空间各点的磁感应强度随时间均匀增加,则()A.线框中产生的感应电流方向为a→b→c→d→aB.线框中产生的感应电流逐渐增大C.线框ad边所受的安培力大小恒定D.线框整体受到的安培力方向水平向右答案D解析由安培定则可知线框所在平面处磁场方向垂直纸面向里,再由楞次定律可判定线框中产生的感应电流方向为a→d→c→b→a,A错误;由于空间各点磁感应强度随时间均匀增大,则线框中磁通量均匀增大,由法拉第电磁感应定律可知,线框中产生的感应电流恒定,B错误;ad边所受安培力F=ILB随B均匀增大而增大,C错误;由左手定则可知线框各边所受安培力方向均垂直于各边向内使线框收缩,由于离场源电流越近磁场越强,故ab边与cd边所受安培力等大反向,ad边所受安培力大于bc边所受安培力,整体所受合力方向水平向右,D正确。对点练4“三定则、一定律”的应用7.下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,导体ab上的感应电流方向为a→b的是()答案A解析ab棒顺时针转动,运用右手定则时,磁感线穿过手心,拇指指向顺时针方向,则导体ab上的感应电流方向为a→b,故A正确;ab向纸外运动,运用右手定则时,磁感线穿过手心,拇指指向纸外,则导体ab上的感应电流方向为b→a,故B错误;穿过回路的磁通量减小,由楞次定律知,回路中感应电流方向由b→a→d→c,则导体ab上的感应电流方向为b→a,故C错误;ab棒沿导轨向下运动,由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a,故D错误。8.如图所示,在竖直方向上的两个匀强磁场B1和B2中,各放入一个完全一样的水平金属圆盘a和b,它们可绕竖直轴自由转动。用导线将a盘中心与b盘边缘相连,b盘中心与a盘边缘相连。从上向下看,当a盘顺时针转动时()A.b盘总是逆时针转动B.若B1、B2同向,b盘顺时针转动C.若B1、B2反向,b盘顺时针转动D.b盘总是顺时针转动答案C解析若B1、B2都竖直向上,从上向下看,当a盘顺时针转动时,其半径切割磁感线,感应电流方向为a'→O→b'→O'→a',b盘电流为b'→O',根据左手定则可知,b盘受到安培力沿逆时针方向(俯视)转动;若B1、B2都竖直向下,从上向下看,当a盘顺时针转动时,其半径切割磁感线,感应电流方向为O→a'→O'→b'→O,b盘电流为O'→b',根据左手定则可知,b盘受到安培力沿逆时针方向(俯视)转动;若B1向上,B2向下,从上向下看,当a盘顺时针转动时,b盘受到安培力沿顺时针方向(俯视)转动;若B1向下,B2向上,从上向下看,当a盘顺时针转动时,b盘受到安培力沿顺时针方向(俯视)转动,A、B、D错误,C正确。9.(多选)如图所示,铜圆盘安装在竖直的铜轴上,圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中。电路通过电刷与圆盘的边缘和铜轴接触良好,电源电动势为E,内阻为r,定值电阻为R。先将开关闭合,待圆盘转速稳定后再断开开关,不计一切摩擦,下列说法中正确的是()A.闭合开关时,从上往下看圆盘逆时针转动B.闭合开关转速稳定时,流过圆盘的电流为零C.断开开关时,a点电势低于b点电势D.断开开关后,流过电阻R上的电流方向与原电流方向相反答案BC解析闭合开关时,铜圆盘中有电流经过,圆盘中电流方向沿半径向外,根据左手定则可知,从上往下看圆盘顺时针转动,故A错误;闭合开关转速稳定时,圆盘不受安培力作用,根据F=ILB可知流过圆盘的电流为零,故B正确;断开开关时,从上往下看,圆盘顺时针转动,圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势,由右手定则知,圆盘中电流方向沿半径向里,所以a点电势低于b点电势,故C正确;闭合开关时,流过电阻R上的电流方向从b点经电阻R到a点;断开开关时,a点电势低于b点电势,流过电阻R上的电流方向从b点经电阻R到a点,所以断开开关后,流过电阻R上的电流方向与原电流方向相同,故D错误。综合提升练10.如图所示为安检门原理图,左边门框中有一通电线圈,右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向(从左向右看)均匀增大的电流,则()A.无金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为顺时针B.无金属片通过时,接收线圈中的感应电流增大C.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为顺时针D.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流大小发生变化答案D解析当左侧线圈中通有均匀增大的顺时针方向(从左向右看)的电流时,穿过右侧线圈的磁通量向右,且增大,根据楞次定律可知,右侧线圈中产生逆时针方向的电流,即使有金属片通过,接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针,故A、C错误;通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流,则通电线圈中的电流均匀增大,所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀增大,则磁通量的变化率是定值,由法拉第电