(新高考)高考物理一轮复习第11章第1讲《电磁感应现象 实验：探究影响感应电流方向的因素》 (含解析)

考查内容 自主命题卷 全国卷 考情分析 楞次定律 2020·江苏卷·T3 2018·全国卷Ⅰ·T19 2019·全国卷Ⅲ·T14 2020·全国卷Ⅲ·T14 法拉第电磁感应定律及应用 2020·江苏卷·T14 2021·辽宁卷·T9 2021·天津卷·T12 2021·山东卷·T12 2021·浙江6月选考·T21 2021·广东卷·T10 2021·湖南卷·T10 2018·全国卷Ⅰ·T17 2018·全国卷Ⅲ·T20 2019·全国卷Ⅰ·T20 2020·全国卷Ⅰ·T21 2021·全国甲卷·T21 2021·全国乙卷·T25 电磁感应图像问题 2020·山东卷·T12 2018·全国卷Ⅱ·T18 2019·全国卷Ⅱ·T21 2019·全国卷Ⅲ·T19 试题情境 生活 实践类 电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接技术、磁电式速度传感器、真空管道超高速列车、磁悬浮列车、电磁轨道炮、电磁驱动、电磁阻尼等各种实际应用模型 学习 探究类 杆轨模型问题，电磁感应与动力学、能量、动量结合问题，电磁感应的图像问题 第1讲　电磁感应现象　楞次定律 实验：探究影响感应电流方向的因素 目标要求　1.知道电磁感应现象的产生条件并会分析解决实际问题.2.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.3.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　电磁感应现象的理解和判断 1.磁通量 (1)公式：Φ＝BS，S为垂直磁场的投影面积，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 穿过闭合电路的磁通量发生变化． (3)电磁感应中产生感应电动势，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． 1．穿过线圈的磁通量与线圈的匝数有关．(　×　) 2．只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生．(　√　) 3．当导体做切割磁感线运动时，一定产生感应电流．(　×　) 例1　用图中三套实验装置探究感应电流产生的条件，下列选项中能产生感应电流的操作是(　　) A．甲图中，使导体棒AB顺着磁感线方向运动，且保持穿过ABCD的磁感线条数不变 B．乙图中，使条形磁体匀速穿过线圈 C．丙图中，开关S保持闭合，A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动 D．丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A在大螺线管B中保持不动 答案　B 解析　题图甲中，使导体棒AB顺着磁感线方向运动，AB不切割磁感线，穿过ABCD的磁通量也没变化，故不能产生感应电流，A错误；题图乙中，使条形磁体匀速穿过线圈，在磁体从上向下穿过时，穿过线圈的磁通量会变化，故产生感应电流， B正确；题图丙中，开关S保持闭合，A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动，两线圈没有相对运动，穿过B的磁通量没发生变化，故不产生感应电流， C错误；题图丙中，开关S保持闭合，使小螺线管A在大螺线管B中保持不动时，也不会使穿过B的磁通量发生变化，故也不能产生感应电流， D错误． 例2　如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ(0<θ<90°)．在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是(　　) A．ab向右运动，同时使θ减小 B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小 C．ab向左运动，同时增大磁感应强度B D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角 答案　A 解析　设此时回路面积为S，据题意，穿过回路的磁通量Φ＝BScos θ.ab向右运动，则S增大，θ减小，则cos θ增大，因此Φ增大，回路里一定能产生感应电流，A正确；B减小，θ减小，cos θ增大，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，B错误；ab向左运动，则S减小，B增大，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，C错误；ab向右运动，则S增大，B增大，θ增大，cos θ减小，Φ可能不变，回路里不一定能产生感应电流，D错误． 考点二　感应电流方向的判定 1．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． (2)适用范围：一切电磁感应现象． 2．右手定则 (1)内容：如图，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． (2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流． 1．感应电流的磁场总是与原磁场相反．(　×　) 2．感应电流的磁场总是阻止引起感应电流的磁通量的变化．(　×　) 3．楞次定律与右手定则都可以判断感应电流方向，二者没有什么区别．(　×　) 考向1　实验：探究影响感应电流方向的因素 1.实验设计 如图所示，通过将条形磁体插入或拔出线圈来改变穿过螺线管的磁通量，根据电流表指针的偏转方向判断感应电流的方向． 2．实验器材 电流表、条形磁体、螺线管、电池、开关、导线、滑动变阻器等． 3．实验现象 　　　 4．实验结论 当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同． 5．注意事项 实验前应先查明电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系：把一节干电池、滑动变阻器、开关S与电流表串联，开关S采用瞬间接触，记录指针偏转方向与电流方向的关系． 例3　(多选)某同学在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，设计了如图所示的装置：线圈A通过电流表甲、高阻值的电阻R′、滑动变阻器R和开关S连接到干电池上，线圈B的两端接到另一个电流表乙上，两个电流表相同，零刻度居中．闭合开关后，当滑动变阻器R的滑片P不动时，甲、乙两个电流表指针的不同的位置如图所示，则(　　) A．当滑片P较快地向左滑动时，甲表指针向右偏转 B．当滑片P较快地向左滑动时，乙表指针向左偏转 C．断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，甲表指针向左偏转 D．断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，乙表指针向左偏转 答案　ABD 解析　当滑片P较快地向左滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，闭合电路总电流变大，甲表指针向右偏转，穿过线圈的磁通量变大，由楞次定律可知乙表指针向左偏转，故A、B正确；断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，总电流变大，甲表指针向右偏转，由楞次定律可知乙表指针向左偏转，故C错误，D正确． 考向2　感应电流方向的判断 1．用楞次定律判断 (1)楞次定律中“阻碍”的含义： (2)应用楞次定律的思路： 2．用右手定则判断 该方法只适用于导体切割磁感线产生的感应电流，注意三个要点： (1)掌心——磁感线穿入； (2)拇指——指向导体运动的方向； (3)四指——指向感应电流的方向． 例4　(2020·江苏卷·3)如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反．金属圆环的直径与两磁场的边界重合．下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　) A．同时增大B1减小B2 B．同时减小B1增大B2 C．同时以相同的变化率增大B1和B2 D．同时以相同的变化率减小B1和B2 答案　B 解析　若同时增大B1减小B2，则穿过环向里的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流产生的磁场方向向外，由安培定则，环中产生的感应电流是逆时针方向，故选项A错误；同理可推出，选项B正确，C、D错误． 例5　如图所示，空间存在垂直纸面向里的磁场，磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，且关于竖直平面MN对称，绝缘轻线上端固定在M点，下端与一个粗细均匀的铜制圆环相连．现将圆环由P处无初速度释放，圆环第一次向右摆动最远能到达Q处(图中未画出)．已知圆环始终在同一竖直平面内摆动，则在圆环从P摆向Q的过程中，下列说法正确的是(　　) A．位置P与Q可能在同一高度 B．感应电流方向始终逆时针 C．感应电流方向先逆时针后顺时针 D．圆环整体所受安培力先做负功后做正功 答案　C 解析　圆环从P摆向Q的过程中，由于磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，导致环中磁通量变化，从而产生感应电流，产生焦耳热，则在整个运动过程中环的机械能会减少，因此Q不可能与P在同一高度，故A错误；根据楞次定律，环在向下摆的过程中，穿过环垂直向里的磁通量在增加，当向上摆的过程中，穿过环垂直向里的磁通量在减少，则感应电流方向先逆时针后顺时针，故B错误，C正确；安培力一直阻碍圆环与磁铁的相对运动，做负功，故D错误． 考点三　楞次定律的推论 内容 例证 增反减同 磁体靠近线圈，B感与B原方向相反 当I1增大时，环B中的感应电流方向与I1相反；当I1减小时，环B中的感应电流方向与I2相同 来拒去留 　 磁体靠近，是斥力　磁体远离，是引力阻碍磁体与圆环相对运动 增缩减扩(适用于单向磁场) P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒，磁体下移(上移)，a、b靠近(远离)，使回路面积有缩小(扩大)的趋势 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 通过远离和靠近阻碍磁通量的变化 说明 以上情况“殊途同归”，实质上都是以不同的方式阻碍磁通量的变化 例6　(2020·全国卷Ⅲ·14)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)可知圆环会阻碍磁通量的增加，即向右运动，故选B. 例7　如图所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁体．当条形磁体沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是(　　) A．铝环有收缩的趋势，对桌面的压力增大 B．铝环有收缩的趋势，对桌面的压力减小 C．铝环有扩张的趋势，对桌面的压力减小 D．铝环有扩张的趋势，对桌面的压力增大 答案　A 解析　根据楞次定律可知：当条形磁体沿轴线竖直向下迅速移动时，穿过闭合铝环的磁通量增加，因此铝环有收缩的趋势，同时有远离磁体的趋势，从而阻碍磁通量的增加，故增加了和桌面的挤压程度，从而使铝环对桌面的压力增大，选项A正确，B、C、D错误． 例8　(多选)两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环．当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时，B中产生如图所示方向的感应电流，则(　　) A．A可能带正电且转速减小 B．A可能带正电且转速增大 C．A可能带负电且转速减小 D．A可能带负电且转速增大 答案　BC 解析　若A带正电，顺时针转动产生顺时针方向的电流，A内磁场方向垂直纸面向里，当转速增大时，穿过B的磁通量增加，B中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，即感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，故B中产生逆时针方向的电流，A错误，B正确； 若A带负电，顺时针转动产生逆时针方向的电流，A内磁场方向垂直纸面向外，当转速减小时，穿过B的磁通量减少，B中产生感应电流，根据楞