2020版高考物理新设计一轮复习江苏专版讲义：第九章第1节电磁感应现象楞次定律

第九章  电磁感应

第1节电磁感应现象__楞次定律

(1)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生。(×)

(2)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。(√)

(3)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。(√)

(4)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势。(√)

(5)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。 (×)

(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。(√)

(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。

突破点(一)　对电磁感应现象的理解和判断

1．判断感应电流的流程

(1)确定研究的回路。

(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ。

(3)

2．磁通量Φ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。

[题点全练]

1．(2018·徐州模拟)下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是(　　)

A.

开关S闭合稳定后，线圈N中

B.

磁铁向铝环A靠近，铝环A中

C.

金属框从A向B运动，金属框中

D.

铜盘在磁场中按图示方向转动，电阻R中

解析：选A　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A的磁通量在增大，铝环A产生感应电流，故B不符合题意；金属框从A向B运动，穿过线框的磁通量时刻在变化，线框产生感应电流，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。

2．(2018·上海模拟)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图连接。在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向右加速滑动时，电流计指针向右偏转。由此可以推断(　　)

A．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向

B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，电流计指针向右偏转

C．滑动变阻器的滑片P匀速向右滑动，电流计指针静止在中央

D．线圈A向上移动，电流计指针向左偏转

解析：选D　由题意可知当P向右加速滑动时，线圈A中的电流应越来越大，则其磁场增加，此时线圈B中产生的电流使指针向右偏转，由此可知，当B中的磁通量增加时，电流计指针右偏；虽然线圈A、线圈B的绕线方向未知，只要知道穿过线圈B的磁通量如何变化即可判断出电流计指针偏转方向，故A错误；线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，穿过线圈B的磁通量减小，电流计指针向左偏转，故B错误；滑动变阻器的滑片P匀速向右滑动，穿过线圈B的磁通量变化，则会产生感应电流，指针将会偏转，故C错误；线圈A向上移动，穿过线圈B的磁通量减少，电流计指针向左偏转，故D正确。

3．(2018·昆山质检)如图所示，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(　　)

A．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

解析：选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。

突破点(二)　感应电流方向的判断

1．楞次定律中“阻碍”的含义

2．判断感应电流方向的两种方法

方法一　用楞次定律判断

方法二　用右手定则判断

该方法适用于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：

[题点全练]

1.(2018·徐州模拟)如图所示，匀强磁场垂直圆形线圈指向纸内，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力在上述四点将线圈拉成正方形，且线圈仍处在原先所在平面内，则在线圈发生形变的过程中(　　)

A．线圈中将产生abcda方向的感应电流

B．线圈中将产生adcba方向的感应电流

C．线圈中感应电流方向无法判断

D．线圈中无感应电流

解析：选A　周长一定时，圆形的面积最大。本题线圈面积变小，磁通量变小，有感应电流产生。由楞次定律可知线圈中将产生顺时针方向的感应电流。故A正确。

2.如图所示，一平面线圈用细杆悬于P点，开始细杆处于水平位置，释放后它在图示的匀强磁场中运动。已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时，顺着磁场的方向看去，线圈中感应电流的方向依次为(　　)

A．位置Ⅰ和位置Ⅱ均为逆时针方向

B．位置Ⅰ逆时针方向，位置Ⅱ顺时针方向

C．位置Ⅰ和位置Ⅱ均为顺时针方向

D．位置Ⅰ顺时针方向，位置Ⅱ逆时针方向

解析：选B　由题图可知，当线圈从Ⅰ位置运动到最低点过程中，穿过线圈的磁通量增加，根据楞次定律可知，线圈中感应电流的方向，顺着磁场方向看是逆时针；当线圈从最低点运动到Ⅱ位置的过程中，穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律可知，线圈中感应电流的方向应是顺时针，所以当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时，顺着磁场的方向看去，线圈中感应电流的方向应是先逆时针方向，再顺时针方向，所以B正确，A、C、D错误。

3.[多选]如图所示，通电导线与矩形线圈abcd处于同一平面，下列说法中正确的是(　　)

A．若线圈向右运动，其中感应电流方向是a→d→c→b

B．若线圈竖直向下运动，无感应电流产生

C．当线圈以ab边为轴转动时(小于90°)，其中感应电流方向是a→b→c→d

D．当线圈向导线靠近时，其中感应电流方向是a→d→c→b

解析：选BCD　由安培定则可知导线右侧磁场方向垂直纸面向里，且越靠近导线，磁感应强度越大。当导线框向右平移时，穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律与右手螺旋定则可知，感应电流方向是a→b→c→d，即顺时针方向，故A错误；若线圈竖直向下平动，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流产生，故B正确；当线圈以ab边为轴转动时(小于90°)，穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律与右手螺旋定则可知，感应电流方向是a→b→c→d，故C正确；当线圈向导线靠近时，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，其中感应电流方向是a→d→c→b，故D正确。

突破点(三)　三定则、一定律的综合应用

1．规律比较

2．相互联系

(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，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的方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。

[典例]　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

[思路点拨]

(1)判断导体棒ab切割磁感线产生的感应电流→应用右手定则。

(2)判断导体棒ab受到的安培力→应用左手定则。

(3)判断螺线管中产生的磁场→应用安培定则。

[解析]　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棒所受安培力水平向左，故A、B错误；ab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B端为N极，A端为S极，D错误。

[答案]　C

[方法规律]　　左、右手定则巧区分

(1)区分左手定则和右手定则的根本是抓住“因果关系”：“因电而动”——用左手，“因动而电”——用右手。

(2)使用中左手定则和右手定则很容易混淆，为了便于记忆，可把两个定则简单地总结为通电受力，“力”的最后一笔“丿”向左，用左手；运动生电，“电”的最后一笔“乚”向右，用右手。

[集训冲关]

1.如图所示，矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，直导线中的电流方向由M到N，导线框的ab边与直导线平行。若直导线中的电流减小，导线框中将产生感应电流，导线框会受到安培力的作用，则以下判断正确的是(　　)

A．导线框的ab和cd两条边所受安培力的方向相同

B．导线框的ad和bc两条边所受安培力的方向相同

C．导线框中电流方向a→d→c→b→a

D．导线框中电流方向a→b→c→d→a

解析：选D　直导线中通有向上的减小的电流，根据安培定则知，通过线框的磁场方向垂直纸面向里，且逐渐减小，根据楞次定律知，感应电流的方向为顺时针方向，即a→b→c→d→a方向；由左手定则可知，各边所受的安培力方向：ad受力向下，bc受力向上，ab受力向左，cd受力向右，故A、B、C错误，D正确。

2.如图所示，圆形导体线圈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闭合电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，则下列表述正确的是(　　)

A．线圈a中将产生顺时针方向(俯视)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对水平桌面的压力将增大

解析：选D　通过螺线管b的电流沿顺时针方向(俯视)，根据右手螺旋定则可判断，螺线管b所产生的磁场方向竖直向下，若滑片P向下滑动，则滑动变阻器接入电路的电阻减小，电流增大，所产生的磁场的磁感应强度增大，故穿过线圈a的磁通量变大，B错误；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，由右手螺旋定则可判断，线圈a中的电流沿逆时针方向(俯视)，A错误；由楞次定律的推论可知，线圈a有缩小的趋势，线圈a对水平桌面的压力增大，C错误，D正确。

突破点(四)　利用楞次定律的推论速解电磁感应问题

电磁感应现象中因果相对的关系恰好反映了自然界的这种对立统一规律，对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的“效果”总是阻碍产生感应电流的原因，可由以下三种方式呈现：

(1)增反减同：

阻碍原磁通量的变化，适用于单向磁场问题，如回路中有两个方向的磁场不再适用。

(2)增缩减扩：

使回路面积有扩大或缩小的趋势，同样适用于单向磁场问题。

(3)来拒去留：

阻碍相对运动。

[多维探究]

(一)增反减同

[例1]　如图甲所示，长直导线与导线框abcd固定在同一平面内。直导线中通以如图乙所示的大小和方向都随时间作周期性变化的交流电，并取图甲所示向上的电流方向为直导线中电流的正方向。关于0～T时间内线框abcd中感应电流的方向，下列说法正确的是(　　)

A．由顺时针方向变为逆时针方向

B．由逆时针方向变为顺时针方向

C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向

D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向

[解析]　由题图乙，在0～时间内电流正向增大，根据安培定则，矩形线圈所处的磁场垂直纸面向里，由于磁通量增大，由增反减同，矩形线圈中的感应磁场应垂直纸面向外，感应电流为逆时针，同理，～，～，～T内感应电流

的方向依次为顺时针、顺时针、逆时针，故D正确。

[答案]　D

(二)增缩减扩

[例2]　如图，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，一条形磁铁从高处自由下落接近回路时(　　)

A．P、Q将相互远离　　　　 　B．磁铁的加速度大于g

C．磁铁的加速度仍为g   D．磁铁的加速度小于g

[解析]　当一条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律可知感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，可知P、Q将互相靠拢，回路的面积减小，使穿过回路的磁场减小，起到阻碍原磁通量增加的作用，故A错误；根据楞次定律可知，磁铁受到向上的排斥力，所以合力小于重力，磁铁的加速度一定小于g，故B、C错误，D正确。

[答案]　D

(三)来拒去留

[例3]　[多选]如图所示，轻质弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁，磁铁正下方不远处的水平面上放一个质量为m，电阻为R的闭合线圈。将磁铁慢慢托起到弹簧恢复原长时放开，磁铁开始上下振动，线圈始终静止在水平面上。不计空气阻力，则以下说法正确的是(　　)

A．磁铁保持上下振动不变

B．磁铁最终能静止

C．在磁铁振动过程中线圈对水平面的压力有时大于mg，有时小于mg

D．若线圈为超导线圈，磁铁最终也能静止

[解析]　根据楞次定律可知下面的线圈(即使为超导线圈)会阻碍磁铁运动做负功，所以磁铁最终会停止，A错误，B、D正确；因为磁铁在运动，所以穿过线圈的磁通量变化，产生安培力，当磁铁运动时，安培力方向向下时压力大于重力，安培力向上时压力小于重力，C正确。

[答案]　BCD

利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题

在电磁感应现象中，二次电磁感应问题在高考题中时常出现，解决该类问题的方法有程序法、逆向推理法等。

(一)程序法(正向推理法)

1．[多选]如图甲所示，螺线管内有平行于轴线的匀强磁场，规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向，螺线管与U型导线框cdef相连，导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导线框cdef在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时，下列说法正确的是(　　)

A．在t1～t2时间内，金属圆环L有收缩趋势

B．在t2时刻，导线框cdef内的感应电流最小

C．在t1时刻，导线框cdef内的感应电流最大

D．在t1～t2时间内，金属圆环L内有顺时针方向的感应电流

解析：选AD　在t1～t2时间内，穿过L的磁通量的变化率增加，感应电动势变大，导线框cdef中的电流增强，则L内的磁场增强，由楞次定律可知圆环L为阻碍磁通量的增加，有收缩的趋势，故A正确。由B­t图知，在t2时刻，磁感应强度为零，但是磁通量的变化率最大，则感应电流最大，B错误。由B­t图知，t1时刻磁通量的变化率为零，则感应电流为零，故C错误。在t1～t2时间内，磁通量的变化率不断变大，则线框内的感应电流不断变大，根据楞次定律，线框中的电流方向为从f到c，根据右手螺旋定则，穿过圆环的磁通量向外增大，则根据楞次定律，在金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，故D正确。

(二)逆向推理法

(1)首先依据二次感应产生的效应，判断二次感应电流的方向。

(2)其次依据螺线管中感应电流的方向，应用安培定则，判定二次感应电流产生的磁通量方向，明确它是阻碍第一个感应磁场变化的。

(3)然后依据楞次定律，得出第一个感应磁场的方向及相应的变化的可能情况，从而得到引起磁场变化的电流的方向与变化。

(4)最后，依据电流的方向，判断导体切割磁感线运动的方向与速度。

2．[多选]如图所示装置中，cd杆原来静止。当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(　　)

A．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

解析：选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。

3.(2017·全国卷Ⅲ)如图，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(　　)

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：选D　金属杆PQ向右切割磁感线，根据右手定则可知PQRS中感应电流沿逆时针方向；原来T中的磁场方向垂直于纸面向里，闭合回路PQRS中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外，使得穿过T的磁通量减小，根据楞次定律可知T中产生顺时针方向的感应电流，综上所述，可知A、B、C项错误，D项正确。

在二次感应现象中，“程序法”和“逆向推理法”的选择

1．如果要判断二次感应后的现象或结果，选择程序法。

2．如果已知二次感应后的结果，要判断导体棒的运动情况或磁场的变化，需选择逆向推理法。