1、 第十单元电 磁 感 应 课时 1 电磁感应现象 楞次定律 见自学听讲P182 1.磁通量 (1)概念:在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为 S,我们把 B 与 S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。(2)公式:=BS。(3)单位:Wb。(4)公式的适用条件 匀强磁场。磁感线的方向与平面垂直,即 BS。(5)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。2.电磁感应现象 (1)电磁感应现象 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的现象。(2)产生感应电流的条件 条件:穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。特例:闭合导体回路的一部
2、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,如果导体回路闭合,那么产生感应电流;如果导体回路不闭合,那么只有感应电动势,而无感应电流。1.(2019 山东模拟)如图所示,匝数为 N、半径为 r1 的圆形线圈内有匀强磁场,匀强磁场在半径为 r2 的同心圆形区域内,且 r2r1,匀强磁场的磁感应强度 B 垂直于线圈平面。通过该线圈的磁通量为()。A.B12 B.B22 C.NB12 D.NB22 答案 B 2.(2019 江西摸底)如图所示,闭合线圈 abcd 水平放置,其面积为 S,匝数为 n,线圈与匀强磁场 B 的夹角=45。现将线圈以 a
3、b边为轴沿顺时针方向转动 90,则在此过程中线圈磁通量的改变量大小为()。A.0 B.2BS C.2nBS D.无法计算 答案 B 3.(2019 四川月考)如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框,在下列四种情况中,线框中会产生感应电流的是()。A.线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中左右运动 B.线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中上下运动 C.线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线 AB 转动 D.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 (4)常见的产生感应电流的三种情况 3.感应电流的方向 (1)楞次定律 内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的
4、变化。适用情况:所有的电磁感应现象。(2)右手定则 内容: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,并使拇指指向导体运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。适用情况:导体切割磁感线产生感应电流。4.(2019 山西模拟)下列图中能产生感应电流的是()。答案 B 5.(2018 湖北二模)(多选)如图所示,线圈 abcd 固定在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外。当磁场变化时,发现线圈产生顺时针方向的电流,则磁场的变化情况可能是图中的()。答案 ABD 1.(2018 全国卷,19)(多选)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源
5、连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是()。A.开关闭合后的瞬间,小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 解析 开关闭合瞬间,左侧线圈中磁通量变化,产生感应电流,由楞次定律可知直导线中的电流方向由南向北,再由安培定则可知小磁针处的磁场方向垂直纸面向里,小磁针 N 极向
6、垂直纸面向里的方向转动,A 项正确;开关闭合一段时间后,左侧线圈中磁通量不变,线圈中没有感应电流,直导线中无感应电流,小磁针恢复到原来状态,B、C 两项错误;开关闭合并保持一段时间再断开的瞬间,左侧线圈中磁通量变化,产生感应电流,根据楞次定律可知直导线中感应电流方向由北向南,再 由安培定则可知小磁针处的磁场方向垂直纸面向外,小磁针 N 极向垂直纸面向外的方向转动,D 项正确。答案 AD 2.(2017 全国卷,15)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,
7、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 金属杆 PQ 突然向右运动,由右手定则可得,金属杆 PQ 中的感应电流方向由 Q 到 P,则 PQRS 中的感应电流方向为逆时针方向。PQRS 中感应电流产生垂直纸面向外的磁场,故环形金属线框 T 中为阻碍此变化,会产生垂直纸面向里的磁场,则 T中感应电流方向为顺时针方向,D 项正确。
8、答案 D 见自学听讲P184 一 对磁通量的认识 1.在匀强磁场 B 中,若磁感线与平面不垂直,则穿过这个面积的磁通量=BScos。式中 Scos 即面积 S 在垂直于磁感线方向的投影,称为“有效面积”。2.磁通量的正负 磁通量是标量,但有正负,当规定磁感线从某一面上穿入时,磁通量为正值,则穿出时为负值。3.磁通量的变化 末态磁通量 2 减去初态磁通量 1,即=2-1。若磁感线沿相反方向先后穿过同一平面,且正向磁通量为 1,反向磁通量为 2,磁通量变化 的绝对值等于 2 与 1 的绝对值之和。甲 例 1 在边长为 2l 的正方形范围内存在磁感应强度为 B 的匀强磁场,有一个电阻为 R、边长为
9、l 的正方形导线框 abcd,沿垂直于磁感线方向,以速度 v 匀速通过磁场区域,如图甲所示。从 ab 进入磁场开始计时,画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象。解析 线框穿过磁场的过程可分为三个阶段:进入磁场阶段(cd 边不在磁场中),在磁场中运动阶段(ab、cd 两边均在磁场中),离开磁场阶段(ab 边不在磁场中)线框进入磁场阶段:t 为 0,线框进入磁场中的面积与时间成正比,即 S=lvt1 故=BS=Blvt1,t1=时,=Bl2 线框在磁场中运动阶段:t 为2,线框中的磁通量=Bl2,保持不变,此过程 t2=乙 线框离开磁场阶段:t 为23,线框中的磁通量均匀减小 即=Bl(l-vt3)
10、=Bl2-Blvt3 当 t=3时,t3=,=0 因此,穿过线框的磁通量随时间的变化图象如图乙所示。答案 如图乙所示 二 电磁感应现象的理解与判断 1.磁通量变化的方式(1)当 B 不变,有效面积 S 变化时,=BS。(2)当 B 变化,S 不变时,=BS。(3)B 和 S 同时变化,则=2-1,但 BS。(4)B 和 S 都不变化,B 和 S 之间的夹角发生变化,=BScos 2-BScos 1。2.判断是否产生电磁感应现象的一般流程 例 2 如图所示,一通电螺线管 b 放在闭合金属线圈 a 内,螺线管的中心线正好和线圈的一条直径 MN 重合。要使线圈 a中产生感应电流,可采用的方法有()。
11、A.将螺线管在线圈 a 所在平面内转动 B.使螺线管上的电流发生变化 C.使线圈 a 以 MN 为轴转动 D.使线圈 a 以与 MN 垂直的一条直径为轴转动 解析 图中位置,穿过线圈 a 中的磁通量为零,使螺线管上的电流发生变化,或使螺线管在线圈 a 所在平面内转动,或使线圈a 以 MN 为轴转动,穿过线圈中的磁通量依然总是为零,只有使线圈 a 以与 MN 垂直的一条直径为轴转动,才能改变穿过线圈中的磁通量,D 项正确。答案 D 三 楞次定律的理解与应用 1.楞次定律中“阻碍”的含义:2.感应电流方向判断的两种方法 方法一:用楞次定律判断 用楞次定律判断感应电流方向的“四步”方法二:用右手定则
12、判断 该方法适用于部分导体切割磁感线的情况。判断时注意掌心、四指、拇指的方向:(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。例 3 如图甲所示,一水平放置的矩形闭合线框 abcd 在细长磁铁的 N 极附近竖直下落,保持 bc 边在纸外,ad 边在纸内,由图中的位置经过位置到位置,位置和都很靠近,在这个过程中,线框中的感应电流()。A.沿 abcd 流动 B.沿 dcba 流动 C.由到沿 abcd 流动,由到沿 dcba 流动 D.由到沿 dcba 流动,由到沿 abcd 流动 甲 乙 解析 如图乙所示,线框在位置时磁感线从下方穿入,线框在位置时磁通量为
13、零,从位置到位置的过程中磁通量减少,根据楞次定律,感应电流产生的磁场与原磁场方向相同,再根据安培定则,知道线框中感应电流沿 abcd 流动;过位置后磁感线从上方穿入线框,从位置到位置的过程中磁通量增加,根据楞次定律,感应电流产生的磁场与原磁场方向相反,再根据安培定则,知道线框中感应电流仍沿 abcd 流动,故 A 项正确。答案 A 变式 1 如图所示,一个有界匀强磁场区域内的磁场方向垂直纸面向外,一个矩形闭合导线框 abcd,沿纸面由位置甲(左)匀速运动到位置乙(右),则()。A.导线框进入磁场时,感应电流方向为 abcda B.导线框离开磁场时,感应电流方向为 adcba C.导线框离开磁场
14、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 导线框进入磁场时 dc 边切割磁感线,由右手定则可判断出感应电流方向为 adcba,导线框离开磁场时 ab 边切割磁感线,由右手定则可判断出感应电流方向为 abcda,A、B 两项错误;由左手定则可判断导线框进入磁场时 dc 边受到的安培力水平向左,导线框离开磁场时,ab 边受到的安培力水平向左,因此 D 项正确。答案 D 四 楞次定律的拓展应用 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,可由以下四种方式呈现
15、:内容 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”阻碍原电流的变化“增反减同”例证 磁铁靠近线圈,B 感与 B 原方向相反 磁铁靠近,有斥力 磁铁远离,有引 P、Q 是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒、磁铁下移,a、b 靠近 闭合开关 S,B 先亮 力 例 4(多选)如图所示,光滑固定导轨 m、n 水平放置,两根导体棒 p、q 平行放于导轨上,形成一个闭合回路。当一条形磁铁从高处下落接近回路时,下列说法正确的是()。A.p、q 将互相靠拢 B.p、q 将互相远离 C.磁铁的加速度仍为 g D.磁铁的加速度小于 g 解析 方法一:假设磁铁的下端为
16、 N 极,穿过回路的磁通量增加,根据楞次定律可判断出感应电流的磁场方向向上,根据安培定则可判断出回路中感应电流的方向为逆时针方向。再根据左手定则可判断 p、q 所受的安培力的方向,安培力使 p、q 相互靠拢。由于回路所受的安培力的合力向下,根据牛顿第三定律知,磁铁将受到向上的反作用力,加速度小于 g。若磁铁的下端为 S 极,根据类似的分析可以得出相同的结果,所以 A、D 两项正确。方法二:根据楞次定律的另一表述感应电流的“效果”总是要反抗产生感应电流的“原因”,本题中的“原因”是回路中的磁通量增加,归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近,所以 p、q 将相互靠近且磁铁
17、的加速度小于 g,A、D 两项正确。答案 AD 变式 2 如图所示,粗糙水平桌面上有一质量为 m 的铜质矩形线圈。当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线 AB 正上方等高快速经过时,若线圈始终不动,则关于线圈受到的支持力 FN 及在水平方向运动趋势的判断,正确的是()。A.FN 先小于 mg 后大于 mg,运动趋势向左 B.FN 先大于 mg 后小于 mg,运动趋势向左 C.FN 先小于 mg 后大于 mg,运动趋势向右 D.FN 先大于 mg 后小于 mg,运动趋势向右 解析 条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时,通过线圈的磁通量先增加后减小。当通过线圈的磁通量增加时,为阻碍其增加,在竖直方向上线圈
18、有向下运动的趋势,所以线圈受到的支持力大于其重力,在水平方向上有向右运动的趋势;当通过线圈的磁通量减小时,为阻碍其减小,在竖直方向上线圈有向上运动的趋势,所以线圈受到的支持力小于其重力,在水平方向上有向右运动的趋势。综上所述,线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力,运动趋势总是向右,D 项正确。答案 D 变式 3 如图所示,在水平面内有一固定的 U 形金属框架,框架上静止放置一根粗糙的金属杆 ab,整个装置放在竖直方向的匀强磁场中。下列说法正确的是()。A.只有当磁场方向向上且增强时,ab 杆才可能向左移动 B.只有当磁场方向向下且减弱时,ab 杆才可能向右移动 C.无论磁场方向如何,只要磁场
19、减弱,ab 杆就可能向右移动 D.当磁场变化时,ab 杆中一定有电流产生,且一定会移动 解析 根据楞次定律中“增缩减扩”的原理,无论磁场方向如何,只要磁场增强,导体棒就可能向左移动,只要磁场减弱,导体棒就可能向右移动,A、B 两项错误,C 项正确;当磁场变化时,ab 杆中一定有电流产生,ab 杆也一定受安培力,但如果安培力小于金属杆与框架间的最大静摩擦力,则 ab 杆不会移动,D 项错误。答案 C 本例列出了判断感应电流、受力及其导体运动方向的方法,并从多个角度深刻理解楞次定律中阻碍的含义。虽然方法不同,但本质都是楞次定律,只有领会其精髓,才能运用它进行正确的判断。深刻理解楞次定律中“阻碍”的
20、含义是快速分析该类问题的前提。“三个定则,一个定律”的综合应用 1.规律比较 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 因磁生电 右手定则 闭合导体回路磁通量变化 因磁生电 楞次定律 2.应用区别 关键是抓住因果关系(1)因电而生磁(IB)安培定则。(2)因动而生电(v、BI 安)右手定则。(3)因电而受力(I、BF 安)左手定则。例 5(多选)如图所示,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 的左边有一如图
21、所示的闭合电路,当 PQ 在一外力的作用下运动时,MN 向右运动,则 PQ 所做的运动可能是()。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 处的磁场垂直纸面向里MN 中的感应电流方向为 MNL1 中感应电流的磁场方向向上2中磁场方向向上减弱2中磁场方向向下增强。若 L2 中磁场方向向上减弱PQ中电流方向为 QP 且减小PQ 向右减速运动;若 L2 中磁场方向向下增强PQ 中电流方向为 PQ 且增大PQ 向左加速运动。答案 BC 变式 4(多选)如图所示,要使铜制线圈 c 中有感应电流产生且被
22、螺线管吸引,则金属导轨上的导体棒 ab 在匀强磁场中沿导轨做的运动可能是()。A.向右的匀速运动 B.向左的减速运动 C.向右的减速运动 D.向右的加速运动 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,无感应电流出现,A 项错误;当导体棒向左做减速运动时,由右手定则可判定回路中出现了方向为 ba 且大小减小的感应电流,由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左且在减弱,由楞次定律知 c 中出现顺时针方向(从右向左看)的感应电流且被螺线管吸引,B 项正确;同理可判定 C 项正确,D 项错误。答案 BC 变式 5 从置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线,与套在铁芯上部的
23、线圈 A 相连。套在铁芯下部的线圈B 引出两根导线接在两根水平光滑的导轨上,如图所示,导轨上有一根金属棒 ab 静止在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是()。A.圆盘顺时针加速转动时,ab 棒将向右运动 B.圆盘顺时针匀速转动时,ab 棒将向右运动 C.圆盘顺时针减速转动时,ab 棒将向右运动 D.圆盘逆时针加速转动时,ab 棒将向左运动 解析 圆盘顺时针加速转动时,感应电流从圆盘边缘流出,线圈 A 中产生向下且增强的磁场,由楞次定律可知线圈 B 中产生的感应电流由 ab,由左手定则可知,金属棒 ab 将向左运动,A 项错误;同理可知,C 项正确。答案 C 见高效训练P107 1.(
24、2018 四川三模)图甲是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情景。当探测线圈靠近金属物体时,在金属物体中就会产生电流,如果能检测出这种变化,就可以判定探测线圈附近有金属物体了。图乙中能反映出金属探测器工作原理的是()。甲 解析 金属探测器从本质上是利用电磁感应原理来工作的,探测器靠近金属导体时,相当于闭合回路中的部分导体在切割磁感线,从而产生感应电流,图乙中的 A 和 D 是电流的周围产生磁场,磁场对磁体的作用,故 A、D 两项错误;图乙中的 C 是磁场对电流的作用,故 C 项错误;B 中金属棒切割磁感线产生感应电流,故 B 项正确。答案 B 2.(2019 南昌调研)如图所示,一条形磁
25、铁从左向右匀速穿过线圈,当磁铁经过 A、B 两位置时,线圈中()。A.感应电流方向相同,感应电流所受作用力的方向相同 B.感应电流方向相反,感应电流所受作用力的方向相反 C.感应电流方向相反,感应电流所受作用力的方向相同 D.感应电流方向相同,感应电流所受作用力的方向相反 解析 当磁铁经过 A 位置时,线圈中磁通量增大,由楞次定律可知,线圈中感应电流从左向右看为顺时针方向;当磁铁经过 B位置时,线圈中磁通量减小,由楞次定律可知,线圈中感应电流从左向右看为逆时针方向,感应电流所受作用力的方向相同,A、B、D 三项错误,C 项正确。答案 C 3.(2018 山东段考)如图甲所示,在同一平面内有两个
26、圆环 A、B,圆环 A 将圆环 B 分为面积相等的两部分。以圆环 A 中电流沿顺时针方向为正,当圆环 A 中的电流按图乙所示规律变化时,下列说法正确的是()。A.圆环 B 中始终没有感应电流 B.圆环 B 中有顺时针方向的感应电流 C.圆环 B 中有逆时针方向的感应电流 D.圆环 B 中的感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向 解析 圆环 B 在圆环 A 中的那部分的磁通量大于在圆环 A 外部的那部分的磁通量,由于圆环 A 中的电流发生了变化,故圆环 B 中一定有感应电流产生,由楞次定律判定圆环 B 中有顺时针方向的感应电流,B 项正确,A、C、D 三项错误。答案 B 4.(2018 山西调研
27、)如图甲所示,线圈与一通电直导线在同一平面内,、为线圈由左向右匀速运动的过程中的三个位置,通电直导线中的电流方向为竖直方向,其中处通电导线在线圈中间,关于线圈中的感应电流,下列说法错误的是()。甲 A.处电流为顺时针方向 B.处电流为顺时针方向 C.处电流为逆时针方向 D.处没有电流 解析 如图乙所示,线圈的 bc 边运动到导线位置之前磁通量垂直纸面向外增加,根据楞次定律,线圈中感应电流的磁场方向向里,由安培定则可知线圈中感应电流的方向为顺时针方向,A 项正确;之后磁通量减小到零,这时导线位于线框中间位置处,线圈再向右运动时磁通量又垂直纸面向里增加,直到 ad 边与导线重合,此过程线圈中感应电
28、流为逆时针方向,C 项正确,D 项错误;线圈再往右运动,垂直纸面向里的磁通量又变小,线圈中感应电流方向为顺时针方向,B 项正确。乙 答案 D 5.(2018 湖南质检)如图所示,线圈 A 内有竖直向上的磁场,磁感应强度 B 随时间均匀增大,等离子气流(由高温高压的等电荷量的正、负离子组成)由左方连续不断地以速度 v0 射入 P1 和 P2 两极板间的匀强磁场中,发现两直导线 a、b 互相吸引,由此可以判断P1、P2 两极板间的匀强磁场的方向为()。A.垂直于纸面向外 B.垂直于纸面向里 C.水平向左 D.水平向右 解析 线圈 A 内有竖直向上的磁场,磁感应强度 B 随时间均匀增大,根据楞次定律
29、可知 a 中电流的方向向下,又 a、b 相互吸引,说明 b 中电流的方向也向下,则 P1 带正电,正离子向上偏转,根据左手定则可知 P1、P2 间磁场的方向垂直于纸面向里,B 项正确,A、C、D 三项错误。答案 B 6.(2018 长沙模拟)(多选)如图所示为地磁场磁感线的示意图。在北半球,地磁场的竖直分量向下,飞机在我国上空匀速巡航,机翼保持水平,飞行高度不变,由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差。设飞行员左方机翼末端处的电势为 1,右方机翼末端处的电势为 2,则()。A.飞机从西往东飞时,1 比 2 高 B.飞机从东往西飞时,2 比 1 高 C.飞机从南往北飞时,1 比 2 高 D.飞机从
30、北往南飞时,2 比 1 高 解析 我国地处北半球,地磁场有竖直向下的分量,用右手定则判断,无论机翼向哪个水平方向切割磁感线,机翼中均产生自右向左的感应电动势,左侧电势高于右侧,A、C 两项正确,B、D 两项错误。答案 AC 7.(2018 山东调研)(多选)如图所示,两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒 C、D 固定在铁架台上,通过导线与两个铜线圈 P、Q 组成一闭合回路,两个磁性很强的条形磁铁按图示放置,当左右摆动线圈 P 时,线圈 Q 也会跟着摆动。以下说法正确的是()。A.P 向右摆动的过程中,P 中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)B.P 向右摆动的过程中,Q 也会向右摆动 C.P 向右摆
31、动的过程中,Q 会向左摆动 D.左右摆动 Q,P 会始终保持静止 解析 P 向右摆动的过程中,线圈 P 内从右往左的磁通量减小,根据楞次定律可知 P 中电流方向为顺时针方向(从右向左看),则 Q 线圈中的电流方向也是顺时针方向,根据左手定则判断出 Q 的下边所受安培力向右,故 Q 也会向右摆动,A、B 两项正确,C项错误;用手左右摆动 Q,则线圈 Q 的下边切割磁感线,Q 中会产生感应电流,线圈 P 中会有电流通过,P 在磁场中会受到安培力,P将会运动,D 项错误。答案 AB 8.(2018 河南检测)(多选)匀强磁场方向垂直纸面,规定垂直纸面向里为正方向,磁感应强度 B 随时间 t 变化的规
32、律如图甲所示。在磁场中有一细金属圆环,圆环平面位于纸面内,如图乙所示。令 I1、I2、I3 分别表示 Oa、ab、bc 段的感应电流,F1、F2、F3 分别表示 I1、I2、I3 时,金属环上很小一段受到的安培力。则()。A.I1 的方向沿逆时针方向,I2 的方向沿顺时针方向 B.I2 的方向沿逆时针方向,I3 的方向沿顺时针方向 C.F1 方向指向圆心,F2 方向指向圆心 D.F2 方向背离圆心向外,F3 方向指向圆心 解析 在 Oa 段,磁场垂直纸面向里且均匀增强,根据楞次定律可判断产生的感应电流的方向是逆时针的,同理分析,ab、bc段产生的感应电流的方向是顺时针的,A 项正确,B 项错误
33、;根据左手定则可判断 Oa、ab、bc 段对应金属圆环上很小一段受到的安培力方向,可得 F1、F3 方向指向圆心,而 F2 方向背离圆心向外,C 项错误,D 项正确。(或采用“增缩减扩”的方法也可以直接判断)答案 AD 9.(2018 江苏测试)(多选)如图所示,线圈与电源、开关相连,直立在水平桌面上。铁芯插在线圈中,质量较小的铝环套在铁芯上。闭合开关的瞬间,铝环向上跳起来。下列说法中正确的是()。A.若保持开关闭合,则铝环不断升高 B.开关闭合后,铝环上升到某一高度后回落 C.若保持开关闭合,则铝环跳起到某一高度停留 D.如果将电源的正、负极对调,还会观察到同样的现象 解析 闭合开关的瞬间,
34、线圈中电流增大,产生的磁场增强,则通过铝环的磁通量增大,根据楞次定律可知,铝环跳起以阻碍磁通量的增大,电流稳定后,铝环中磁通量恒定不变,铝环中不再产生感应电流,在重力作用下,铝环回落,A、C 两项错误,B 项正确。闭合开关的瞬间,铝环向上跳起的目的是阻碍磁通量的增大,与磁场的方向、线圈中电流的方向无关,D 项正确。答案 BD 10.(2019 湖北模拟)(多选)如图所示,通电螺线管 N 置于闭合金属环 M 的轴线上,当通电螺线管 N 中的电流突然减小时,则()。A.环 M 有缩小的趋势 B.环 M 有扩张的趋势 C.螺线管 N 有缩短的趋势 D.螺线管 N 有伸长的趋势 解析 对通电螺线管 N
35、,当通入的电流突然减小时,螺线管每匝间的相互吸引力也减小,所以匝间距增大;对金属环 M,穿过的磁通量也随之减少,由于它包围通电螺线管的内外磁场,只有减小面积才能阻碍磁通量的减少,因此金属环有缩小的趋势。A、D两项正确。答案 AD 11.(2018 四川诊断)图甲是探究“怎样产生感应电流”的实验装置。ab 是一根导体,通过导线、开关连接在灵敏电流计的两接线柱上。(1)本实验中,如果 ,我们就认为有感应电流产生。(2)闭合开关后,若导体不动,磁铁左右水平运动,电路 (选填“有”或“无”)感应电流。(3)小李所在实验小组想进一步探究“感应电流的大小跟哪些因素有关”,小李猜想:“可能跟导体切割磁感线运
36、动的快慢有关。”请你根据图示的实验装置,帮助小李设计实验来验证她的猜想,你设计的实验做法是:。甲 乙(4)在探究电磁感应现象的实验中,电流表刻度盘上的零刻度线在正中间,当电池的正极接电流表的右接线柱,电池的负极与电流表的左接线柱相碰时,指针向右偏转。如图乙所示电路,将线圈 A 放在线圈 B 中,在合上开关 S 的瞬间,电流表指针应向 偏转;保持开关闭合,将线圈 A 从线圈 B 中拔出时,电流表指针应向 偏转。解析(1)有微弱的电流通过灵敏电流计,其指针就会摆动。(2)由图可知,导体不动,磁铁左右水平运动,此时也相当于导体做切割磁感线运动,会产生感应电流。(3)本实验设计要应用控制变量法。在其他
37、条件不变的情况下,只改变导体切割磁感线运动的速度,然后观察电流计指针的偏转程度。(4)由“当电池的正极接电流表的右接线柱,电池的负极与电流表的左接线柱相碰时,指针向右偏转”,可知线圈 B 中感应电流为顺时针时,电流表指针向右偏。将线圈 A 放在线圈 B 中,在合上开关 S 的瞬间,线圈 B 中的磁通量向上增大,根据楞次定律可知线圈 B 中的感应电流为逆时针;将原线圈 A 从副线圈 B 中拔出时,线圈 B 中的磁通量向上减小,根据楞次定律可知线圈 B 中的感应电流为顺时针。答案(1)灵敏电流计的指针偏转(2)有(3)闭合开关,保持其他条件不变,只改变导体切割磁感线运动的速度,观察灵敏电流计的指针
38、偏转程度(4)左 右 12.(2019 西安检测)如图所示,固定于水平面上的金属架 CDEF 处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒 MN 沿框架以速度 v 向右做匀速运动。t=0 时,磁感应强度为 B0,此时 MN 所在的位置使 MDEN 构成一个边长为 l 的正方形。为使 MN 棒中不产生感应电流,从 t=0 开始,磁感应强度 B 随时间 t 应怎样变化?请推导出这种情况下 B 与 t 的关系式。解析 要使 MN 棒中不产生感应电流,应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化 在 t=0 时刻,穿过线圈平面的磁通量 1=B0S=B0l2 设 t 时刻的磁感应强度为 B,此时磁通量 2=Bl(l+vt)由 1=2 得 B=0l+。答案 B=0l+
