高三物理一轮复习优质学案：电磁感应现象 楞次定律

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考点内容要求

高考(全国卷)三年命题情况对照分析

2015 2016 2017

电磁感应现象Ⅰ

Ⅰ卷·T19：楞次

定律、涡流

Ⅱ卷·T15：转动

切割和电路综

合

Ⅰ卷·T24：电磁感应

中的力、电综合

Ⅱ卷·T20：转动切割

和电路综合

T24：电磁感应中的

力、电综合

Ⅲ卷·T25：电磁感应

中的力、电综合

Ⅰ卷·T18：电磁感应

现象与阻尼

Ⅱ卷·T20：法拉第电

磁感应定律、E－t

图象

Ⅲ卷·T15：楞次定律、

安培定则磁通量Ⅰ

法拉第电磁感

应定律

Ⅱ

楞次定律Ⅱ

自感、涡流Ⅰ

基础课1电磁感应现象楞次定律

知识排查

磁通量

1.磁通量

(1)定义：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积。

(2)公式：Φ＝BS(B⊥S)；单位：韦伯(Wb)。

(3)矢标性：磁通量是标量，但有正负。

2.磁通量的变化量：ΔΦ＝Φ2－Φ1。

3.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ΔΦ

Δt，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)闭合电路；(2)磁通量发生变化。

感应电流的方向

图1

1.楞次定律：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.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；让磁感线穿入掌心，右手拇指指向导线运动方向，这时其余四指指向就是感应电流的方向。适用于导线切割磁感线产生感应电流。

小题速练

1.思考判断

(1)磁通量是矢量，有正、负之分。()

(2)当导体切割磁感线运动时，导体中一定产生感应电流。()

(3)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。()

(4)电路中磁通量发生变化时，就一定会产生感应电流。()

答案(1)×(2)×(3)×(4)×

2.[人教版选修3－2·P14·T6改编](多选)如图2所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象及现象分析正确的是()

图2

A.磁铁插向左环，横杆发生转动

B.磁铁插向右环，横杆发生转动

C.磁铁插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流

D.磁铁插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流

答案BD

电磁感应现象的判断

常见的产生感应电流的三种情况

1.[人教版选修3－2·P7·T1改编]如图3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3

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

2.(2017·江苏单科，1)如图4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4

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

3.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5所示连接。下列说法正确的是()

图5

A.开关闭合后，线圈A插入或拔出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

解析线圈A插入或拔出，都将造成线圈B处磁场的变化，因此线圈B处的磁通量变化，产生感应电流，故选项A正确；开关闭合和断开均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流，故选项B错误；开关闭合后，只要移动滑片P，线圈B中磁通变化而产生感应电流，故选项C、D错误。

答案 A

4.(多选)如图6所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若使线框中产生感应电流，则线框的运动情况应该是()

图6

A.向右平动(ad边还没有进入磁场)

B.向上平动(ab边还没有离开磁场)

C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)

D.以ab边为轴转动(转角不超过90°)

解析选项A和D所描述的情况中，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A 情况下S增大，D情况下S减小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流。而选项B、C所描述的情况中，线框中的磁通量均不改变，不会产生感应电流。

答案AD

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。

楞次定律的理解及应用

楞次定律中“阻碍”的含义

1.(2018·绵阳市一诊)大小不等的两导电圆环P、Q均固定于水平桌面，Q环位于P环内。在两环间的范围内存在方向竖直向下、大小随时间均匀增强的匀强磁场B，则()

图7

A.Q环内有顺时针方向的感应电流

B.Q环内有逆时针方向的感应电流

C.P环内有顺时针方向的感应电流

D.P环内有逆时针方向的感应电流

解析由楞次定律可知P环内有逆时针方向的感应电流，Q环内没有感应电流产生，故选项A、B、C错误，D正确。

答案 D

2.为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如图8甲所示的装置，它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(测量记录仪未画出)。当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，P、Q为接测量仪器的端口。若俯视轨道平面磁场垂直地面向里(如图乙)，则在列车经过测量线圈的过程中，流经线圈的电流方向()

图8

A.始终沿逆时针方向

B.先沿逆时针，再沿顺时针方向

C.先沿顺时针，再沿逆时针方向

D.始终沿顺时针方向

答案 B

3.(2017·全国卷Ⅲ，15)如图9，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直，金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是()

图9

A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向

B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向

C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向

D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向

解析金属杆PQ突然向右运动，由右手定则可知，PQRS中有沿逆时针方向的感应电流，由于感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，则穿过圆环形金属线框T 中的磁通量减小，由楞次定律可知，T中有沿顺时针方向的感应电流，故选项D 正确，A、B、C错误。

答案 D

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”

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”磁铁靠近线圈，B感与B原反向

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”

B减小，线圈扩张

阻碍原电流的变化

合上S，B先亮——“增反减同”

1.如图10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10

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，穿过闭合导体线圈的磁通量是增大的，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.(2018·广东广州名校联考)如图11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b与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的

是()

图11

A.线圈a中将产生沿顺时针方向(俯视)的感应电流

B.穿过线圈a的磁通量减小

C.线圈a有扩张的趋势

D.线圈a对水平桌面的压力F N将增大

解析当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，螺线管中的电流将增大，使穿过线圈a的磁通量变大，选项B错误；由楞次定律可知，线圈a中将产生沿逆时针方向(俯视)的感应电流，并且线圈a有缩小和远离螺线管的趋势，线圈a对水平桌面的压力F N将增大，故选项D正确，A、C错误。

答案 D

3.(2018·重庆一中模拟)如图12所示，质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上。当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈，沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时，线圈始终保持不动。则关于线圈在此过程中受到的支持力F N和摩擦力F f的情况，以下判断正确的是()

图12

A.F N先大于mg，后小于mg

B.F N一直大于mg

C.F f先向左，后向右

D.线圈中的电流方向始终不变

解析当磁铁靠近线圈时，穿过线圈的磁通量增加，线圈中产生感应电流，线圈

受到磁铁的安培力作用，根据楞次定律可知，线圈受到的安培力斜向右下方，则线圈对桌面的压力增大，即F N大于mg，线圈相对桌面有向右运动趋势，受到桌面向左的静摩擦力。当磁铁远离线圈时，穿过线圈的磁通量减小，同理，根据楞次定律可知，线圈受到的安培力斜向右上方，则线圈对桌面的压力减小，即F N 小于mg，线圈相对桌面有向右运动趋势，受到桌面向左的静摩擦力。综上可知，F N先大于mg，后小于mg，F f始终向左，故选项B、C错误，A正确；当磁铁靠近线圈时，穿过线圈向下的磁通量增加，线圈中产生感应电流从上向下看是逆时针方向；当磁铁远离线圈时，穿过线圈向下的磁通量减小，线圈中产生感应电流从上向下看是顺时针方向，故选项D错误。

答案 A

“三个定则与一个定律”的综合应用

1.“三个定则

”“一个定律”的比较

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、电流有力的作用左手定则

电磁感应部分导体做切割磁感线运动右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律

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。

1.(多选)如图13所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引()

图13

A.向右做匀速运动

B.向左做减速运动

C.向右做减速运动

D.向右做加速运动

解析当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流，线圈中的磁通量恒定不变，无感应电流出现，选项A错误；当导体棒向左减速运动时，由右手定则可判定回路中出现从b―→a的感应电流且减小，由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左在减弱，由楞次定律知c中出现顺时针感应电流

(从右向左看)且被螺线管吸引，选项B正确；同理可判定选项C正确，D错误。答案BC

2.(2018·聊城模拟)(多选)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图14所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈端点的金属环被弹射出去。现在固定线圈左侧同一位置，先后放有分别用横截面积相等的铜和铝

导线制成形状、大小相同的两个闭合环，且电阻率ρ

铜<ρ

铝

。闭合开关S的瞬间

()

图14

A.从左侧看环中感应电流沿顺时针方向

B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力

C.若将环放置在线圈右方，环将向左运动

D.电池正负极调换后，金属环不能向左弹射

解析线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，电流由左侧看为顺时针，选项A正确；由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环的，选项B正

确；若将环放在线圈右方，根据楞次定律可得，环将向右运动，选项C错误；电池正负极调换后，金属环受力仍向左，故仍将向左弹出，选项D错误。

答案AB

楞次定律的应用

[题源：人教版选修3－2·P8·T3]

如图4.2－10所示，垂直于纸面的匀强磁场局限在虚线框内，闭合线圈由位置1穿过虚线框运动到位置2。线圈在运动过程中什么时候有感应电流，什么时候没有感应电流？为什么？

图4.2－10

拓展1如上题图所示，垂直于纸面的匀强磁场局限在虚线框内，闭合线圈由位置1穿过虚线框运动到位置2。线圈在运动过程中所受安培力情况的判断正确的是()

A.线框从刚进入到完全进入磁场的过程中，不受安培力作用

B.线框从刚进入到完全进入磁场的过程中，受安培力作用，且方向水平向左

C.线框完全进入磁场到刚要出磁场的过程中，受安培力的作用，且方向水平向左

D.线框在离开磁场到刚好完全离开的过程中，受安培力的作用，方向水平向右答案 B

拓展2(多选)如图15所示，虚线矩形abcd为匀强磁场区域，磁场方向竖直向下，圆形闭合金属线框以一定的速度沿光滑绝缘水平面向磁场区域运动。如图所示给出的是圆形闭合金属线框的四个可能到达的位置，则圆形闭合金属线框的速度可能为零的位置是()

图15

答案AD

拓展3(2017·全国卷Ⅰ，18)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图16所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是()

图16

解析感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在A图中，系统震动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，在磁场中的部分有时多有时少，磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的震动；在B、D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无电流产生；在C图中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流，故选项A正确，B、C、D 错误。

答案 A