(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 第1節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 楞次定律學(xué)案(含解析)
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1、(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 第1節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 楞次定律學(xué)案(含解析) 新課程標(biāo)準(zhǔn) 核心知識提煉 1.收集資料,了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程,體會科學(xué)探索中科學(xué)思想和科學(xué)態(tài)度的重要作用。 2.通過實驗,探究并了解感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。能舉例說明電磁感應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。 3.通過實驗,探究影響感應(yīng)電流方向的因素,理解楞次定律。理解法拉第電磁感應(yīng)定律。 4.通過實驗,了解自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象。能舉例說明自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件 楞次定律 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象 實驗:探究影響感應(yīng)電
2、流方向的因素 第1節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 楞次定律 一、磁通量 1.概念:在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,與磁場方向垂直的面積S與B的乘積叫做穿過這個面積的磁通量。 2.公式:Φ=BS,單位符號是Wb。[注1] 3.適用條件: (1)勻強磁場。 (2)S為垂直于磁場的有效面積。 4.物理意義:相當(dāng)于穿過某一面積的磁感線的條數(shù)。 二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1.定義:當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時,閉合導(dǎo)體回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)。 2.感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 (1)表述一:閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割磁感線的運動。 (2)表述二:穿
3、過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。 3.實質(zhì) 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,如果電路閉合,則有感應(yīng)電流。如果電路不閉合,則只有感應(yīng)電動勢而無感應(yīng)電流。 三、感應(yīng)電流方向的判定 1.楞次定律 (1)內(nèi)容:感應(yīng)電流的磁場總要阻礙[注2]引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 (2)適用范圍:一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 2.右手定則[注3] (1)內(nèi)容:如圖,伸開右手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使拇指指向?qū)Ь€運動的方向,這時四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。 (2)適用情況:導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流。 【注解釋疑】 [注1] 磁通量是標(biāo)量,但有正負(fù),若磁通
4、量為正,表示磁感線從規(guī)定的正面穿入;磁通量為負(fù)則反之。 [注2] “阻礙”不一定是相反,“阻礙”的是磁通量的變化;“阻礙”也不是阻止,而是延緩了磁通量的變化過程。 [注3] 右手定則是楞次定律的特例,楞次定律適用于所有電磁感應(yīng)現(xiàn)象,而右手定則適用于一段導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運動的情況。 [深化理解] 1.感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件表述一、表述二本質(zhì)相同。 2.右手定則常用于感應(yīng)電流產(chǎn)生條件表述一對應(yīng)的問題,楞次定律對表述一、表述二對應(yīng)的問題都適用。 3.楞次定律的本質(zhì)是能量守恒。 4.解題中常用到的二級結(jié)論: (1)楞次定律的三個推廣含義:“增反減同”“增縮減擴”“來拒去留”。 (2
5、)楞次定律的雙解:①“加速向左運動”與“減速向右運動”等效。 ②“×增加”與“·減少”所產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向一樣,反之亦然。 [基礎(chǔ)自測] 一、判斷題 (1)1831年,英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。(√) (2)閉合電路內(nèi)只要有磁通量,就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(×) (3)穿過線圈的磁通量和線圈的匝數(shù)無關(guān)。(√) (4)線框不閉合時,即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化,線框中也沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(√) (5)當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線時,一定產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。(√) (6)由楞次定律知,感應(yīng)電流的磁場一定與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反。 (×) (7)感應(yīng)電流的磁場一定阻礙引起感應(yīng)電流的磁場
6、的磁通量的變化。(√) 二、選擇題 1.[魯科版選修3-2 P8T3]如圖所示,條形磁鐵以速度v向螺線管靠近,下面幾種說法中正確的是( ) A.螺線管中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流 B.螺線管中會產(chǎn)生感應(yīng)電流 C.只有磁鐵速度足夠大時,螺線管中才能產(chǎn)生感應(yīng)電流 D.只有在磁鐵的磁性足夠強時,螺線管中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流 解析:選B 當(dāng)條形磁鐵以速度v向螺線管靠近,穿過螺線管的磁通量增大,則螺線管中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,與磁鐵的速度、磁鐵的磁性強弱無關(guān),故B正確。 2.[粵教版選修3-2 P12T2改編]一矩形線框abcd與長直通電導(dǎo)線處于同一平面內(nèi),ad邊與導(dǎo)線平行,如圖所示。當(dāng)線框在此平面內(nèi)
7、向右運動到導(dǎo)線的右邊的過程中,線框內(nèi)感應(yīng)電流的方向為( ) A.一直沿順時針方向 B.一直沿逆時針方向 C.先沿順時針方向,再沿逆時針方向 D.先沿順時針方向,再沿逆時針方向,最后沿順時針方向 解析:選D 根據(jù)“來拒去留”“同向吸引異向排斥”“近大遠(yuǎn)小”等規(guī)律可得,電流方向依次為b→c、c→b、a→d、d→a,即先順時針,再逆時針,最后順時針,故D正確。 3.[人教版選修3-2 P14T6改編][多選]如圖所示,一輕質(zhì)絕緣橫桿兩側(cè)各固定一金屬環(huán),橫桿可繞中心點自由轉(zhuǎn)動。拿一條形磁鐵插向其中一個小環(huán),后又取出插向另一個小環(huán),看到的現(xiàn)象及現(xiàn)象分析正確的是( ) A.磁鐵插向左環(huán),
8、橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動 B.磁鐵插向右環(huán),橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動 C.磁鐵插向左環(huán),左環(huán)中不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流 D.磁鐵插向右環(huán),右環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流 解析:選BD 左環(huán)不閉合,磁鐵插向左環(huán)時,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,不產(chǎn)生感應(yīng)電流,環(huán)不受力,橫桿不轉(zhuǎn)動,故A、C錯誤;右環(huán)閉合,磁鐵插向右環(huán)時,環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,環(huán)受到磁場的作用,橫桿轉(zhuǎn)動,故B、D正確。 4.如圖所示,兩個線圈A、B套在一起,線圈A中通有電流,方向如圖所示。當(dāng)線圈A中的電流突然增強時,線圈B中的感應(yīng)電流方向為( ) A.沿順時針方向 B.沿逆時針方向 C.無感應(yīng)電流 D.先沿順時針方向,再沿逆時針方向 解析:選A
9、由安培定則可判斷,線圈A中電流在線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場向外,在線圈外產(chǎn)生的磁場向里,穿過線圈B的合磁通量向外。當(dāng)線圈A中的電流增大時,產(chǎn)生的磁場增強,通過線圈B的磁通量增加,由楞次定律可知線圈B中的感應(yīng)電流方向為順時針方向,故A正確。 高考對本節(jié)內(nèi)容的考查,主要集中在對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的判斷、楞次定律及其推論的理解應(yīng)用、“三個定則,一個定律”的綜合應(yīng)用,對這些考點的考查,主要以選擇題的形式呈現(xiàn),難度一般。 考點一 對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的判斷 [基礎(chǔ)自修類] [題點全練] 1.[感應(yīng)電流有無的判斷] 如圖所示,閉合圓形導(dǎo)體線圈放置在勻強磁場中,線圈平面與磁場平行,當(dāng)磁感應(yīng)強度逐漸增大時,以下說法
10、正確的是( ) A.線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流 B.線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流 C.線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流 D.線圈面積有縮小的傾向 解析:選C 由于線圈平面與磁場平行,所以穿過線圈的磁通量為零。當(dāng)磁感應(yīng)強度增大時,穿過線圈的磁通量仍然為零,則線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故只有C正確。 2.[感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件] 在法拉第時代,下列驗證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實驗中,能觀察到感應(yīng)電流的是( ) A.將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路,然后觀察電流表的變化 B.在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈,然后觀察電流表的變化 C.將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表
11、連接,往線圈中插入條形磁鐵后,再到相鄰房間去觀察電流表的變化 D.繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈,分別接電源和電流表,在給線圈通電或斷電的瞬間,觀察電流表的變化 解析:選D 只形成閉合回路,回路中的磁通量不變化,不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,A、B、C錯誤;給線圈通電或斷電瞬間,通過閉合回路的磁通量變化,會產(chǎn)生感應(yīng)電流,能觀察到電流表的變化,D正確。 3.[電磁感應(yīng)現(xiàn)象與現(xiàn)代科技] (2017·全國卷Ⅰ)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動,在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板,并施加磁場來快速衰減其微小振動,如圖所示。無擾動時,
12、按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場;出現(xiàn)擾動后,對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是( ) 解析:選A 施加磁場來快速衰減STM的微小振動,其原理是電磁阻尼,在振動時通過紫銅薄板的磁通量變化,紫銅薄板中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,則其受到安培力作用,該作用阻礙紫銅薄板振動,即促使其振動衰減。方案A中,無論紫銅薄板上下振動還是左右振動,通過它的磁通量都發(fā)生變化;方案B中,當(dāng)紫銅薄板上下振動時,通過它的磁通量可能不變,當(dāng)紫銅薄板向右振動時,通過它的磁通量不變;方案C中,紫銅薄板上下振動、左右振動時,通過它的磁通量可能不變;方案D中,當(dāng)紫銅薄板上下振動時,紫銅薄板中磁通量可能不變。綜
13、上可知,對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是A。 [名師微點] 考點二 楞次定律的理解及應(yīng)用 [基礎(chǔ)自修類] [題點全練] 1.[判斷感應(yīng)電流的方向] (多選)磁懸浮高速列車在我國已投入運行數(shù)年。如圖所示就是磁懸浮的原理,圖中A是圓柱形磁鐵,B是用高溫超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)圓環(huán)。將超導(dǎo)圓環(huán)B水平放在磁鐵A上,它就能在磁力的作用下懸浮在磁鐵A的上方空中,則( ) A.在B放入磁場的過程中,B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流;當(dāng)穩(wěn)定后,感應(yīng)電流消失 B.在B放入磁場的過程中,B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流;當(dāng)穩(wěn)定后,感應(yīng)電流仍存在 C.若A的N極朝上,B中感應(yīng)電流的方向為順時針方向(從上往下
14、看) D.若A的N極朝上,B中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向(從上往下看) 解析:選BC 在B放入磁場的過程中,穿過B的磁通量增加,B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,因為B是超導(dǎo)體,沒有電阻,所以感應(yīng)電流不會消失,故A錯誤,B正確;若A的N極朝上,在B放入磁場的過程中,磁通量向上增加,根據(jù)楞次定律可判斷B中感應(yīng)電流的方向為順時針方向,C正確,D錯誤。 2.[電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的運動分析] (多選)(2018·全國卷Ⅰ)如圖,兩個線圈繞在同一根鐵芯上,其中一線圈通過開關(guān)與電源連接,另一線圈與遠(yuǎn)處沿南北方向水平放置在紙面內(nèi)的直導(dǎo)線連接成回路。將一小磁針懸掛在直導(dǎo)線正上方,開關(guān)未閉合時小磁針處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法
15、正確的是( ) A.開關(guān)閉合后的瞬間,小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉(zhuǎn)動 B.開關(guān)閉合并保持一段時間后,小磁針的N極指向垂直紙面向里的方向 C.開關(guān)閉合并保持一段時間后,小磁針的N極指向垂直紙面向外的方向 D.開關(guān)閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間,小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉(zhuǎn)動 解析:選AD 根據(jù)安培定則,開關(guān)閉合時鐵芯上產(chǎn)生水平向右的磁場。開關(guān)閉合后的瞬間,根據(jù)楞次定律,直導(dǎo)線上將產(chǎn)生由南向北的電流,根據(jù)安培定則,直導(dǎo)線上方的磁場垂直紙面向里,故小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉(zhuǎn)動,故A正確。同理D正確。開關(guān)閉合并保持一段時間后,直導(dǎo)線上沒有感應(yīng)電流,故小磁針的N極指北,
16、故B、C錯誤。 3.[電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的功能分析] 如圖所示,螺線管與靈敏電流計相連,磁鐵從螺線管的正上方由靜止釋放,向下穿過螺線管。下列說法正確的是( ) A.電流計中的電流先由a到b,后由b到a B.a(chǎn)點的電勢始終低于b點的電勢 C.磁鐵減少的重力勢能等于回路中產(chǎn)生的熱量 D.磁鐵剛離開螺線管時的加速度小于重力加速度 解析:選D 由楞次定律可知,電流計中的電流先由b到a,后由a到b,A錯誤;a點的電勢先比b點低,后比b點高,B錯誤;磁鐵減少的機械能等于回路中產(chǎn)生的熱量,C錯誤;根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場總是阻礙磁鐵與閉合回路間的相對運動,磁鐵剛離開螺線管時,受到向上的磁場力
17、,加速度小于重力加速度,D正確。 [名師微點] 1.判斷感應(yīng)電流的方法 (1)楞次定律;(2)右手定則。 2.判斷感應(yīng)電流方向的“四步法” 3.楞次定律中“阻礙”的含義 考點三 楞次定律推論的應(yīng)用[多維探究類] 楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為:感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因。列表說明如下: 內(nèi)容 例證 阻礙原磁通量變化 ——“增反減同” 阻礙相對運動 ——“來拒去留” 使回路面積有擴大或縮小 的趨勢——“增縮減擴” 阻礙原電流的變化 ——“增反減同” 考法(一) 增反減同 [例1] 如圖所示,一個N極朝下的條形
18、磁鐵豎直下落,恰能穿過水平放置的固定矩形導(dǎo)線框,則( ) A.磁鐵經(jīng)過位置①時,線框中感應(yīng)電流沿abcd方向;經(jīng)過位置②時,沿adcb方向 B.磁鐵經(jīng)過位置①時,線框中感應(yīng)電流沿adcb方向;經(jīng)過位置②時,沿abcd方向 C.磁鐵經(jīng)過位置①和②時,線框中的感應(yīng)電流都沿abcd方向 D.磁鐵經(jīng)過位置①和②時,線框中感應(yīng)電流都沿adcb方向 [解析] 當(dāng)磁鐵經(jīng)過位置①時,穿過線框的磁通量向下且不斷增加,由楞次定律可確定感應(yīng)電流的磁場方向向上,阻礙磁通量的增加,根據(jù)右手螺旋定則可判定感應(yīng)電流應(yīng)沿abcd方向。同理可判斷當(dāng)磁鐵經(jīng)過位置②時,感應(yīng)電流沿adcb方向。故A正確。 [答案]
19、 A 考法(二) 來拒去留 [例2] 如圖所示,通電導(dǎo)線MN與單匝矩形線圈abcd共面,位置靠近ab且相互絕緣。當(dāng)矩形線圈突然向右運動時,線圈所受安培力的合力方向( ) A.向左 B.向右 C.垂直紙面向外 D.垂直紙面向里 [解析] 當(dāng)矩形線圈突然向右運動時,線圈中會產(chǎn)生逆時針方向的電流,根據(jù)左手定則可知,ab邊受的安培力向左,cd邊受的安培力向左,合力的方向向左,A正確?;蚋鶕?jù)楞次定律,“來拒去留”,感應(yīng)電流的效果總是阻礙相對運動,所以線圈向右運動時所受安培力向左。故A正確。 [答案] A 考法(三) 增縮減擴 [例3] (多選)如圖所示,兩同心圓環(huán)A、B置于同
20、一水平面上,其中B為均勻帶負(fù)電絕緣環(huán),A為導(dǎo)體環(huán)。當(dāng)B繞軸心順時針轉(zhuǎn)動且轉(zhuǎn)速增大時,下列說法正確的是( ) A.A中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流 B.A中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流 C.A具有收縮的趨勢 D.A具有擴展的趨勢 [解析] 由題圖可知,B為均勻帶負(fù)電絕緣環(huán),B中電流為逆時針方向,由右手螺旋定則可知,電流的磁場垂直紙面向外且逐漸增強;由楞次定律可知,磁場增強時,感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反,所以感應(yīng)電流的磁場的方向垂直紙面向里,A中感應(yīng)電流的方向為順時針方向,故選項A錯誤,B正確。B環(huán)外的磁場的方向與B環(huán)內(nèi)的磁場的方向相反,當(dāng)B環(huán)內(nèi)的磁場增強時,A環(huán)具有面積擴展的趨勢,故選
21、項C錯誤,D正確。 [答案] BD [題點全練] 1.[增反減同] 如圖甲所示,在同一平面內(nèi)有兩個圓環(huán)A、B,圓環(huán)A將圓環(huán)B分為面積相等的兩部分,以圖甲中A環(huán)電流沿順時針方向為正,當(dāng)圓環(huán)A中的電流如圖乙所示變化時,下列說法正確的是( ) A.B中始終沒有感應(yīng)電流 B.B中有順時針方向的感應(yīng)電流 C.B中有逆時針方向的感應(yīng)電流 D.B中的感應(yīng)電流先沿順時針方向,后沿逆時針方向 解析:選B 由于圓環(huán)A中的電流發(fā)生了變化,故圓環(huán)B中一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生,由楞次定律判定B中有順時針方向的感應(yīng)電流,故B選項正確。 2.[增縮減擴] 如圖所示,A為水平放置的膠木圓盤,在其側(cè)面均勻分
22、布著負(fù)電荷,在A的正上方用絕緣絲線懸掛一個金屬圓環(huán)B,使B的環(huán)面水平且與圓盤面平行,其軸線與膠木盤A的軸線OO′重合?,F(xiàn)使膠木盤A由靜止開始繞其軸線OO′按箭頭所示方向加速轉(zhuǎn)動,則( ) A.金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢,絲線受到的拉力增大 B.金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢,絲線受到的拉力減小 C.金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢,絲線受到的拉力減小 D.金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢,絲線受到的拉力增大 解析:選B 使膠木盤A由靜止開始繞其軸線OO′按箭頭所示方向加速轉(zhuǎn)動,通過金屬環(huán)B內(nèi)的磁通量增大,根據(jù)楞次定律,金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢,且B有向上升的趨勢,絲線受到的拉力減小,B正確。
23、 考點四 “三定則、一定律”的綜合應(yīng)用 [師生共研類] 1.規(guī)律比較 名稱 基本現(xiàn)象 因果關(guān)系 應(yīng)用的定則或定律 電流的 磁效應(yīng) 電流、運動電荷 產(chǎn)生磁場 因電生磁 安培定則 安培力、 洛倫茲力 磁場對電流、運動 電荷有作用力 因電受力 左手定則 電磁感應(yīng) 部分導(dǎo)體做切割磁感線運動 因動生電 右手定則 閉合回路磁通量變化 因磁生電 楞次定律 2.相互聯(lián)系 (1)應(yīng)用楞次定律時,一般要用到安培定則。 (2)研究感應(yīng)電流受到的安培力,一般先用右手定則確定電流的方向,再用左手定則確定安培力的方向,有時也可以直接應(yīng)用
24、楞次定律的推論確定。 [典例] 如圖所示,金屬棒ab、金屬導(dǎo)軌和螺線管組成閉合回路,金屬棒ab在勻強磁場B中沿導(dǎo)軌向右運動,則( ) A.a(chǎn)b棒不受安培力作用 B.a(chǎn)b棒所受安培力的方向向右 C.a(chǎn)b棒向右運動速度v越大,所受安培力越大 D.螺線管產(chǎn)生的磁場,A端為N極 [解析] 金屬棒ab向右運動切割磁感線,根據(jù)右手定則判斷感應(yīng)電流方向由b→a,再根據(jù)左手定則判斷棒所受安培力水平向左,故A、B錯誤;ab的速度越大,感應(yīng)電流越大,所受安培力就越大,C正確;根據(jù)安培定則可判定螺線管的B端為N極,A端為S極,D錯誤。 [答案] C [解題方略] 左、右手定則巧區(qū)分 (1)區(qū)
25、分左手定則和右手定則的根本是抓住“因果關(guān)系”:“因電而動”——用左手,“因動生電”——用右手。 (2)使用中左手定則和右手定則很容易混淆,為了便于記憶,可把兩個定則簡單地總結(jié)為通電受力,“力”的最后一筆“丿”向左,用左手;運動生電,“電”的最后一筆“乚”向右,用右手。 [題點全練] 1.[楞次定律、安培定則及左手定則的綜合應(yīng)用] (多選)如圖是創(chuàng)意物理實驗設(shè)計作品《小熊蕩秋千》。兩根彼此靠近且相互絕緣的金屬棒C、D固定在鐵架臺上,與兩個銅線圈P、Q組成一閉合回路,兩個磁性很強的條形磁鐵如圖放置,當(dāng)用手左右擺動線圈P時,線圈Q也會跟著擺動,仿佛小熊在蕩秋千。以下說法正確的是( )
26、 A.P向右擺動的過程中,P中的電流方向為順時針方向(從右向左看) B.P向右擺動的過程中,Q也會向右擺動 C.P向右擺動的過程中,Q會向左擺動 D.若用手左右擺動Q,P會始終保持靜止 解析:選AB P向右擺動的過程中,線框中的磁通量減少,根據(jù)楞次定律,P中的電流方向為順時針方向(從右向左看),選項A正確。P向右擺動的過程中,P中的電流方向為順時針方向(從右向左看),Q中的電流方向也為順時針方向(從右向左看),Q線圈下側(cè)將受到向右的安培力作用,所以Q也會向右擺動,選項B正確,C錯誤。若用手左右擺動Q,切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,在P線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,受到安培力作用,由左手定則可判斷出
27、P將擺動,不會保持靜止,選項D錯誤。 2.[安培定則及楞次定律的綜合應(yīng)用] 如圖所示,繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關(guān)組成閉合回路。在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A。不計鐵芯和銅環(huán)A之間的摩擦,下列情況中銅環(huán)A會向右運動的是( ) A.線圈中通以恒定的電流 B.通電時,使滑動變阻器的滑片P向右勻速移動 C.通電時,使滑動變阻器的滑片P向左加速移動 D.開關(guān)突然斷開的瞬間 解析:選C 銅環(huán)A向右運動,說明穿過A的磁通量在增加,繞在鐵芯上的線圈中的電流在增大,故選項C正確。 3.[楞次定律與法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用] (多選)一個水平固定的金屬大圓環(huán)A,通有恒定
28、的電流,方向如圖所示?,F(xiàn)有一小金屬環(huán)B自A環(huán)上方落下并穿過A環(huán),B環(huán)在下落過程中始終保持水平,并與A環(huán)共軸,那么在B環(huán)下落過程中( ) A.B環(huán)中感應(yīng)電流方向始終與A環(huán)中電流方向相反 B.B環(huán)中感應(yīng)電流方向與A環(huán)中電流方向先相反后相同 C.經(jīng)過A環(huán)所在平面的瞬間,B環(huán)中感應(yīng)電流最大 D.經(jīng)過A環(huán)所在平面的瞬間,B環(huán)中感應(yīng)電流為零 解析:選BD 剛開始的下落過程,穿過B環(huán)的磁通量增加,由楞次定律可知,B環(huán)中應(yīng)產(chǎn)生與A環(huán)中方向相反的感應(yīng)電流。當(dāng)B環(huán)運動到A環(huán)下方后,隨著B環(huán)的下落,穿過B環(huán)的磁通量逐漸減少,由楞次定律可知,此時B環(huán)中將產(chǎn)生與A環(huán)中方向相同的感應(yīng)電流,故選項A錯誤,B正確
29、。當(dāng)B環(huán)經(jīng)過A環(huán)所在平面的瞬間,此時穿過B環(huán)的磁通量最大,磁通量的變化率為零,故此時B環(huán)中的感應(yīng)電流為零,選項C錯誤,D正確。 考點五 實驗:探究影響感應(yīng)電流方向的因素 1.實驗器材:條形磁鐵、電流表、線圈、導(dǎo)線、干電池(用來查明線圈中電流的流向與電流表中指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系)。 2.實驗現(xiàn)象 (1)線圈內(nèi)磁通量增加時的情況 圖號 磁場方向 感應(yīng)電流的方向 感應(yīng)電流的磁場方向 甲 向下 逆時針(俯視) 向上 乙 向上 順時針(俯視) 向下 (2)線圈內(nèi)磁通量減少時的情況 圖號 磁場方向 感應(yīng)電流的方向 感應(yīng)電流的磁場方向 丙 向下 順時
30、針(俯視) 向下 丁 向上 逆時針(俯視) 向上 3.實驗結(jié)論 表述一:當(dāng)穿過線圈的磁通量增加時,感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反;當(dāng)穿過線圈的磁通量減少時,感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相同。 表述二:當(dāng)磁鐵靠近線圈時,兩者相斥;當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離線圈時,兩者相吸。 [基礎(chǔ)考法] 1.(2019·蘭州一中模擬)在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象和磁通量變化時感應(yīng)電流方向的實驗中,所需的實驗器材已用導(dǎo)線連接成如圖所示的實驗電路。 (1)將線圈A插入線圈B中,閉合開關(guān)的瞬間,線圈B中感應(yīng)電流與線圈A中電流的繞行方向________(填“相同”或“相反”)。 (2)某同學(xué)設(shè)想使一線圈中電流逆時針
31、流動,另一線圈中感應(yīng)電流順時針流動,可行的實驗操作是________。 A.抽出線圈A B.插入軟鐵棒 C.使變阻器滑片P右移 D.?dāng)嚅_開關(guān) 解析:(1)將線圈A插入線圈B中,閉合開關(guān)的瞬間,穿過線圈B的磁通量變大,由楞次定律可得,線圈B中感應(yīng)電流與線圈A中電流的繞行方向相反。 (2)使一線圈中電流逆時針流動,另一線圈中感應(yīng)電流順時針流動,兩線圈電流磁場方向相反,則穿過副線圈的磁通量應(yīng)增加;抽出線圈A時,穿過副線圈的磁通量減小,原、副線圈電流方向相同,故A錯誤;插入軟鐵棒,穿過副線圈的磁通量增大,原、副線圈電流方向相反,故B正確;由電路圖可知,使變阻器滑片P右移,原線圈
32、電流增大,穿過副線圈的磁通量增大,原、副線圈電流方向相反,故C正確;斷開開關(guān),穿過副線圈B的磁通量減小,原、副線圈電流方向相同,故D錯誤。 答案:(1)相反 (2)BC 2.(2019·河南林州一中模擬)在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實驗中,首先按圖甲接線,以查明電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向之間的關(guān)系。然后按圖乙將電流表與線圈B連成一個閉合電路,將線圈A、電源、滑動變阻器和開關(guān)串聯(lián)成另一個閉合電路。在圖甲中,當(dāng)閉合S時,觀察到電流表指針向左偏(不通電時指針停在正中央)。在圖乙中:(以下均填“向左”或“向右”或“不”) (1)S閉合后,將螺線管A插入螺線管B的過程中,電流表的指針_______
33、_____偏轉(zhuǎn)。 (2)線圈A放在B中不動,將滑動變阻器的滑片向右滑動時,電流表指針____________偏轉(zhuǎn)。 (3)線圈A放在B中不動,突然斷開開關(guān)S時,電流表指針____________偏轉(zhuǎn)。 解析:在圖甲中,閉合開關(guān),電流從正接線柱流入電流表,電流表指針向左偏轉(zhuǎn),即電流從哪個接線柱流入,指針就向哪側(cè)偏轉(zhuǎn);在圖乙中,閉合開關(guān)后,由安培定則可知,線圈A中的電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致線圈B中的磁通量變化,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流,因此指針會偏轉(zhuǎn)。 (1)S閉合后,將螺線管A插入螺線管B的過程中,穿過B的磁場向上,磁通量變大,由楞次定律可知,感應(yīng)電流從電流表負(fù)接線柱流入,則電流表的指針將向右偏轉(zhuǎn)。
34、 (2)螺線管A放在B中不動,穿過B的磁場向上,將滑動變阻器的滑動觸片向右滑動時,穿過B的磁通量變大,由楞次定律可知,感應(yīng)電流從電流表負(fù)接線柱流入,則電流表的指針將向右偏轉(zhuǎn)。 (3)螺線管A放在B中不動,穿過B的磁場向上,突然斷開開關(guān)S時,穿過B的磁通量減小,由楞次定律可知,感應(yīng)電流從電流表正接線柱流入,則電流表的指針將向左偏轉(zhuǎn)。 答案:(1)向右 (2)向右 (3)向左 “專項研究”拓視野——利用程序法和逆向推理法分析二次感應(yīng)問題 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,二次電磁感應(yīng)問題在高考題中時常出現(xiàn),解決該類問題的方法有程序法、逆向推理法等。 (一)程序法(正向推理法) 1.(多
35、選)如圖所示裝置中,cd桿原來靜止。當(dāng)ab桿做如下哪些運動時,cd桿將向右移動( ) A.向右勻速運動 B.向右加速運動 C.向左加速運動 D.向左減速運動 解析:選BD ab勻速運動時,ab中感應(yīng)電流恒定,L1中磁通量不變,穿過L2的磁通量不變,L2中無感應(yīng)電流產(chǎn)生,cd保持靜止,A錯誤;ab向右加速運動時,根據(jù)右手定則,知在ab桿上產(chǎn)生增大的從a到b的電流,根據(jù)安培定則,在L1中產(chǎn)生向上增強的磁場,該磁場向下通過L2,根據(jù)楞次定律可知通過cd的感應(yīng)電流方向向下,由左手定則可知cd向右移動,B正確;同理可得C錯誤,D正確。 (二)逆向推理法 2.(多選)如圖所示
36、,水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN,MN的左邊有一閉合電路。當(dāng)PQ在外力的作用下運動時,MN向右運動,則PQ所做的運動可能是( ) A.向右加速運動 B.向左加速運動 C.向右減速運動 D.向左減速運動 解析:選BC MN向右運動,說明MN受到向右的安培力,因為ab在MN處的磁場垂直紙面向里MN中的感應(yīng)電流由M→NL1中感應(yīng)電流的磁場方向向上;若L2中磁場方向向上減弱PQ中電流為Q→P且減小向右減速運動;若L2中磁場方向向下增強PQ中電流為P→Q且增大向左加速運動。故B、C正確。 3.(多選)如圖所示,金屬導(dǎo)軌上的導(dǎo)體棒ab在勻強磁場中沿導(dǎo)軌做下列哪種
37、運動時,銅制線圈c中將有感應(yīng)電流產(chǎn)生且被螺線管吸引( ) A.向右做勻速運動 B.向左做減速運動 C.向右做減速運動 D.向右做加速運動 解析:選BC 當(dāng)導(dǎo)體棒向右勻速運動時產(chǎn)生恒定的電流,線圈中的磁通量恒定不變,無感應(yīng)電流出現(xiàn),選項A錯誤;當(dāng)導(dǎo)體棒向左減速運動時,由右手定則可判定回路中出現(xiàn)從b→a的感應(yīng)電流且減小,由安培定則知螺線管中感應(yīng)電流的磁場向左且減弱,由楞次定律知c中出現(xiàn)順時針方向的感應(yīng)電流(從右向左看),且被螺線管吸引,選項B正確;同理可判定選項C正確,D錯誤。 在二次感應(yīng)現(xiàn)象中,“程序法”和“逆向推理法”的選擇 (1)如果要判斷二次感應(yīng)后的現(xiàn)象或結(jié)果,選擇程序法。 (2)如果已知二次感應(yīng)后的結(jié)果,要判斷導(dǎo)體棒的運動情況或磁場的變化,需選擇逆向推理法?! ?
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