高中物理鲁科版选修3-2 期末复习学案电磁感应现象　楞次定律Word版含解析

　电磁感应现象　楞次定律
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.矢标性：磁通量是标量，但有正负。
5.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。
6.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。
7.磁通量的变化量：ΔΦ＝Φ2－Φ1。
8.磁通量的变化率(磁通量变化的快慢)：磁通量的变化量与所用时间的比值，即，与线圈的匝数无关。
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。
感应电流的方向
小题速练
1.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)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势。(　　)
(6)由楞次定律知，感应电流的磁场方向一定与引起感应电流的磁场方向相反。(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
2.[人教版选修3－2P7第1题改编]如图1所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框。在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是(　　)
图1
A.如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B.如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动
C.如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D.如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
答案　C
3.[人教版选修3－2P8第4题改编]如图2所示，导线框abcd与直导线几乎在同一平面内，直导线中通有恒定电流I，当导线框由左向右匀速通过直导线时，线框中感应电流的方向是(　　)
图2
A.先abcd，后dcba，再abcd
B.始终dcba
C.先dcba，后abcd，再dcba
D.先abcd，后dcba
解析　当导线框从直导线左边向直导线靠近时，穿过导线框的磁感线是向外，磁通量增加，由楞次定律可判断导线框中电流方向是dcba；当导线框在通过直导线时穿过导线框的磁通量先向外减少，再向里增加，由楞次定律知电流方向总是abcd；当导线框在直导线右边远离时，穿过导线框的磁通量向里减少，由楞次定律可判断导线框中电流方向是dcba。
答案 C　
　磁通量、电磁感应现象的判断
1.对磁通量的理解
(1)面积S的含义
S不一定是某个线圈的真正面积，而是线圈在磁场范围内的有效面积。如图所示，S应为线圈面积的一半。
(2)多匝线圈的磁通量
多匝线圈的磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同。
(3)合磁通量的求法
若某个平面内有两个或多个不同方向和强弱的磁场共同存在，当计算穿过此平面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，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。
2.常见的产生感应电流的三种情况
【例1】　(2017·江苏单科，1)如图3所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(　　)
图3
A.1∶1 　　　 B.1∶2
C.1∶4 　 　　 D.4∶1
解析　两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样，则穿过两线圈的磁通量相同，故选项A正确。
答案　A
【例2】　(2018·徐州市考前模拟)下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是(　　)
解析　开关S闭合稳定后，穿过线圈的磁通量保持不变，线圈不产生感应电流，故A符合题意；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环的磁通量在增大，铝环中产生感应电流，故B不符合题意；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，故C不符合题意；铜盘在磁场中按图示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，产生感应电流，故D不符合题意。
答案　A
　楞次定律的理解及应用
1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.用楞次定律判断(“四步法”)
【例3】　(2018·镇江市一模)如图4所示，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内，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4
A.金属环向上运动，则环中产生顺时针方向的感应电流
B.金属环向下运动，则环中产生顺时针方向的感应电流
C.金属环向左侧直导线靠近，则环中产生逆时针方向的感应电流
D.金属环向右侧直导线靠近，则环中产生逆时针方向的感应电流
解析　直导线之间的磁场是对称的，金属环在中间时，通过金属环的磁通量为零，金属环上下运动的时候，穿过金属环的磁通量不变，不会有感应电流产生，故A、B项错误；金属环向左侧直导线靠近，则穿过金属环的磁场垂直纸面向外并且增强，根据楞次定律可得，环上的感应电流方向为顺时针，故C项错误；金属环向右侧直导线靠近，则穿过金属环的磁场垂直纸面向里并且增强，根据楞次定律可得，环上的感应电流方向为逆时针，故D项正确。
答案　D
　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”

P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒，磁铁下移，通过回路的磁通量增大，面积应减小，a、b靠近

阻碍原电流的变化——“增反减同”
(见第2讲)

【例4】　如图5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5
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
【例5】　(多选)如图6甲所示为放在同一水平面内的两个闭合同心圆形线圈A、B，线圈A中通入如图乙所示的电流，t＝0时电流方向为顺时针(如图中箭头所示)，则下列说法中正确的是(　　)
图6
A.在t1～t2时间段内，线圈B内有顺时针方向的电流，线圈B有扩张的趋势
B.在t1～t2时间段内，线圈B内感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里
C.在0～t1时间段内，线圈B内有逆时针方向的电流
D.在0～t1时间段内，线圈B有收缩的趋势
解析　在t1～t2时间段内，线圈A中的电流为逆时针方向，产生的磁场垂直纸面向外且是增大的，由此可判定线圈B中的电流为顺时针方向，线圈B内产生的磁场方向垂直纸面向里，线圈A、B中电流方向相反，相互排斥，线圈B有扩张趋势，故选项A、B正确；在0～t1时间段内，线圈A中的电流为顺时针方向，产生的磁场垂直纸面向里且是减小的，线圈B内有顺时针方向的感应电流，线圈A、B相互吸引，线圈B有收缩的趋势，选项C错误，D正确。
答案　ABD
综合思维能力的培养——“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
因果关系
应用的定则或定律
电流的磁效应
运动电荷、电流产生磁场
因电生磁
安培定则
洛伦兹力、安培力
磁场对运动电荷、电流有作用力
因电受力
左手定则
电磁感应
部分导体做切割磁感线运动
因动生电
右手定则
闭合回路磁通量变化
因磁生电
楞次定律
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。
【典例】　(多选)如图7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7
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处的磁场方向垂直纸面向里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　
1.(2019·宿迁中学月考)某同学在“探究感应电流产生的条件”的实验中，将直流电源、滑动变阻器、线圈A(有铁芯)、线圈B、灵敏电流计及开关按如图8所示连接成电路。在实验中，该同学发现开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向左偏。由此可以判断，在保持开关闭合的状态下(　　)
图8
A.当线圈A拔出时，灵敏电流计的指针向左偏
B.当线圈A中的铁芯拔出时，灵敏电流计的指针向右偏
C.当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，灵敏电流计的指针不偏转
D.当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，灵敏电流计的指针向右偏
解析　开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向左偏，则当磁通量增大时，指针左偏；若磁通量减小时，则右偏；当线圈A拔出，或线圈A中的铁芯拔出时，均导致磁通量减小，因此电流计指针向右偏，故A项错误，B项正确；滑动变阻器的滑片匀速滑动，穿过线圈的磁通量发生变化，电流计指针要发生偏转，故C项错误；当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，电阻减小，则电流增大，导致磁通量增大，因此灵敏电流计的指针向左偏，故D项错误。
答案　B
2.(多选)如图9所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力方向的说法正确的是(　　)
图9
A.感应电流方向是N→M
B.感应电流方向是M→N
C.安培力水平向左
D.安培力水平向右
解析　棒向右平动，根据右手定则可判断，感应电流方向为由N→M，选项A正确，B错误；再由左手定则可判定棒所受安培力的方向为水平向左，选项C正确，D错误。
答案　AC
3.(2018·江苏东台创新学校高三上学期月考)如图10所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向外。一个矩形闭合导线框abcd沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右)，则(　　)
图10
A.导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a
B.导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a
C.导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右
D.导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左
解析　线框进入磁场时，向外的磁通量增大，根据楞次定律可知感应电流方向为a→d→c→b→a，故A项错误；导线框离开磁场时，向外的磁通量减小，感应电流方向为a→b→c→d→a，故B项错误；导线框离开磁场时，由左手定则可知，受到的安培力方向水平向左，故C项错误；导线框进入磁场时，由左手定则可知，受到的安培力方向水平向左，故D项正确。
答案　D
4.(2018·如东高级中学四校联考)(多选)如图11所示是法拉第圆盘发电机的示意图。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中，当圆盘旋转时，下列说法正确的是(　　)
图11
A.实验中流过电阻R的电流是由于圆盘内产生涡流现象而形成的
B.若从上往下看，圆盘顺时针转动，则圆盘中心电势比边缘要高
C.实验过程中，穿过圆盘的磁通量发生了变化，产生感应电动势
D.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则有电流沿a到b的方向流经电阻R
解析　圆盘转动可等效成无数径向导体切割磁感线，因此是电磁感应现象，故A项错误；根据右手定则，从上往下看，圆盘顺时针转动产生由圆盘边缘指向圆盘中心的电流，故圆盘中心电势比边缘高，电流沿a到b的方向流经电阻R，故B、D项正确；实验过程中，穿过圆盘的磁通量没有发生变化，而是导体切割磁感线产生了感应电动势，故C项错误。
答案　BD