1、电磁感应现象楞次定律(建议用时40分钟)1.如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是()A.线圈中通以恒定的电流B.通电时,使滑动变阻器的滑片P匀速移动C.通电时,使滑动变阻器的滑片P加速移动D.将开关突然断开的瞬间【解析】选A。线圈中通以恒定的电流时,线圈中产生稳恒的磁场,穿过铜环A的磁通量不变,没有感应电流产生,选项A正确;通电时,使滑动变阻器的滑片P匀速移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变化,回路中电流变化,线圈中产生的磁场变化,穿过铜环A的磁通量变化,产生感应电流,选项B错误;通电时,使滑
2、动变阻器的滑片P加速移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变化,则回路中电流变化,线圈产生的磁场变化,穿过铜环A的磁通量变化,产生感应电流,选项C错误;将开关突然断开的瞬间,线圈产生的磁场从有到无,穿过铜环A的磁通量减小,产生感应电流,选项D错误。【加固训练】(多选)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。某同学如下操作中均发现电流表的指针发生偏转,用法拉第总结的五种引起感应电流的方法,对产生的原因描述正确的是()A.闭合与打开开关均发现指针偏转,是变化的电流引起的B.闭合开关,线圈A向上拔出与向下插入,指针偏转,是运动的恒定电流引起的C.闭合开关,线圈A中的铁芯拔出与
3、插入,指针偏转是变化的电流引起的D.闭合开关,移动滑动变阻器滑片,指针偏转的原因是运动的恒定电流引起的【解析】选A、B。开关闭合或断开瞬间,线圈A内的变化电流,导致线圈B内的磁通量在变化,导致闭合线圈B中产生感应电动势,从而产生感应电流,电流表指针发生偏转,故A正确;闭合开关,线圈A向上拔出与向下插入,线圈A中的电流虽恒定,但因运动导致线圈B内的磁通量在变化,导致闭合线圈中产生感应电动势,从而产生感应电流,电流表指针发生偏转,故B正确,C错误;开关闭合后,移动滑动变阻器的滑片P时,线圈A中的电流变化,从而导致线圈B内的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转,故D错误。2.(多选)(2019温州模拟
4、)如图所示,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()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A、D。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,故A、D正确。3.(多选)如图所示,“U”形金属框架固定在水平面上,金属杆ab与框架间无摩擦,整个装
5、置处于竖直方向的磁场中。若因磁场的变化使杆ab向右运动,则磁感应强度()A.方向向下并减小B.方向向下并增大C.方向向上并增大D.方向向上并减小【解析】选A、D。因磁场变化,发生电磁感应现象,杆ab中的感应电流受磁场力的作用向右运动,使得回路的磁通量有增加的趋势,说明原磁场必定减弱,即磁感应强度正在减小,与方向无关,因此选A、D。4.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导轨平面,且与竖直方向的夹角为。在下列各过程中,一定能在导轨与导体棒构成的回路里产生感应电流的是()A.ab向右运动,同时使减小B.使磁感应强度B减小,同时也减小
6、C.ab向左运动,同时增大磁感应强度BD.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和(090)【解析】选A。设回路面积为S,据题意,磁通量=BScos ,若要使回路中产生感应电流,则需使磁通量发生变化。对A选项,S增大,减小,cos 增大,则增大,A正确;对B选项,B减小,减小,cos 增大,可能不变,B错误;对C选项,S减小,B增大,可能不变,C错误;对D选项,S增大,B增大,增大,cos 减小,可能不变,D错误。故只有A正确。5.如图,两上下平行的圆形线圈同轴放置,先闭合开关S,然后再打开。在闭合与打开的两个瞬间,由上向下观察,上方线圈中产生的感应电流()A.都沿逆时针方向B.都沿顺时针方向C.
7、闭合时沿逆时针方向,打开时沿顺时针方向D.闭合时沿顺时针方向,打开时沿逆时针方向【解析】选C。闭合时,下方线圈中电流为顺时针方向,根据安培定则穿过上方线圈的磁场方向向下,磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场方向反向,由安培定则判断感应电流为逆时针方向;打开时,穿过上方线圈的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,由安培定则得上方线圈中的感应电流沿顺时针方向;故C项正确,A、B、D项错误。【加固训练】(多选)如图是创意物理实验设计作品小熊荡秋千。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上,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如图放置,当用手左
8、右摆动线圈P时,线圈Q也会跟着摆动,仿佛小熊在荡秋千。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向右摆动的过程中,Q会向左摆动D.若用手左右摆动Q,P会始终保持静止【解析】选A、B。P向右摆动的过程中,线圈平面内从右往左的磁通量减小,根据楞次定律可以得出电流方向为顺时针方向(从右向左看),所以A项正确;根据P中产生的感应电流流过Q线圈方向也是顺时针(从右向左看),根据左手定则判断Q下边受安培力向右摆动,所以B项正确,C项错误;若用手左右摆动Q,线圈Q的下边切割磁感线会产生感应电流,线圈P中会有电流通过,在磁场
9、中,会受到安培力而运动,所以D项错误。6.(多选)闭合的铝环竖直放置,在其右侧的轴线上水平放置一小磁针,小磁针可在水平方向上自由运动,下列说法正确的是()A.如果铝环向右运动,则小磁针沿水平方向向右运动B.如果铝环向右运动,则小磁针沿水平方向向左运动C.如果铝环垂直轴线向上运动,则小磁针沿水平方向向右运动D.如果铝环垂直轴线向上运动,则小磁针沿水平方向向左运动【解析】选A、D。如果铝环向右运动,则穿过铝环的磁通量向左增加,则感应电流的磁场向右,从左向右看铝环中的感应电流沿顺时针方向,则铝环的右侧相当于N极,则小磁针沿水平方向向右运动,A正确,B错误;如果铝环垂直轴线向上运动,则穿过铝环的磁通量
10、向左减少,则感应电流的磁场向左,从左向右看铝环中的感应电流沿逆时针方向,则铝环的左侧相当于N极,则小磁针沿水平方向向左运动,C错误,D正确。7.某教室墙上有一朝南的钢窗,当把钢窗左侧向外推开时,下列说法项正确的是()A.穿过窗框的地磁场的磁通量变大B.穿过窗框的地磁场的磁通量不变C.从推窗人的角度看,窗框中的感应电流方向是逆时针D.从推窗人的角度看,窗框中的感应电流方向是顺时针【解析】选C。地磁场由南向北,当朝南的钢窗向外推开后,窗框平面与磁场平行,没有磁感线穿过窗框平面,穿过窗框的磁通量为0。根据楞次定律,穿过窗框的磁通量减小时,产生的感应电流的方向为逆时针,故选项A、B、D项错误,C项正确
11、。8.(多选)航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示。当固定线圈上突然通过直流电时,线圈左侧的金属环被弹射出去。现在线圈左侧同一位置,先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环,电阻率铜铝。则合上开关S的瞬间()A.从右侧看,环中产生沿逆时针方向的感应电流B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力C.若将金属环置于线圈右侧,环将向右弹射D.电池正、负极调换后,金属环仍能向左弹射【解析】选B、C、D。线圈中电流为左侧流入,磁场方向为向右,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,感应电流由右侧看为顺时针,A错误;由于铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大;故铜环
12、受到的安培力要大于铝环,B正确;若环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动,C正确;电池正负极调换后,金属环受力向左,故仍将向左弹出,D正确。【加固训练】(多选)如图所示,一根长导线弯成如图abcd的形状,在导线框中通以直流电,在框的正中间用绝缘的橡皮筋悬挂一个金属环P,环与导线框处于同一竖直平面内,当电流I增大时,下列说法中正确的是()A.金属环P中产生逆时针方向的电流B.橡皮筋的长度增大C.橡皮筋的长度不变D.橡皮筋的长度减小【解析】选A、B。导线框中的电流所产生的磁场在金属环P内的磁通量方向垂直于纸面向里,当电流I增大时,金属环P中的磁通量向里且增大,由楞次定律和安培定则可知金
13、属环P中产生逆时针方向的感应电流,故A正确;根据对称性及左手定则可知金属环P所受安培力的合力方向向下,并且随电流I的增大而增大,所以橡皮筋会被拉长,故B正确,C、D错误。9.(2019金华模拟)如图,两同心圆环A、B置于同一水平面上,其中B为均匀带负电绝缘环,A为导体环。当B绕环心转动时,导体环A产生顺时针电流且具有扩展趋势,则B的转动情况是()A.顺时针加速转动B.顺时针减速转动C.逆时针加速转动D.逆时针减速转动【解析】选A。由题可知,A中感应电流为顺时针,由楞次定律可知,感应电流的内部磁场向里,由右手螺旋定则可知,引起感应电流的磁场可能为:向外增大或向里减小。若原磁场向外,则B中电流应为
14、逆时针,由于B带负电,故B应顺时针转动且转速增大;若原磁场向里,则B中电流应为顺时针,则B应逆时针转动且转速减小;又因为导体环A具有扩展趋势,则B中电流应与A方向相反,即B应顺时针转动且转速增大,A正确。10.(多选)如图所示,螺线管内有一平行于轴线的磁场,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”形导线框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时刻,金属圆环L内的磁通量最大B.在t2时刻,金属圆环L内的磁通量最大C.在t1t2时间内,金属圆环L内有
15、逆时针方向的感应电流D.在t1t2时间内,金属圆环L有收缩的趋势【解析】选B、D。当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时,在导线框cdef内产生感应电动势和感应电流。在t1时刻,感应电流为零,金属圆环L内的磁通量为零,A项错误;在t2时刻,感应电流最大,金属圆环L内的磁通量最大,B项正确;由楞次定律知在t1t2时间内,导线框cdef内产生逆时针方向的感应电流,感应电流逐渐增大,金属圆环L内的磁通量增大,根据楞次定律知金属圆环L内有顺时针方向的感应电流,C项错误;在t1t2时间内,金属圆环L有收缩的趋势,D项正确。11.如图所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向,其中L1
16、为原线圈,L2为副线圈。(1)在给出的实物图中,将实验仪器连成完整的实验电路。(2)在实验过程中,除了查清流入检流计电流的方向与指针偏转方向之间的关系之外,还应查清_(选填“L1”“L2”或“L1和L2”)的绕制方向。闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑动头P处于最_(选填“左”或“右”)端。【解析】(1)电源,线圈L1,开关,滑动变阻器组成一个闭合回路,电流表和线圈L2组成一个闭合回路,如图所示:(2)还应查清“L1和L2” 绕制方向。(3)闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑动头P处于右端,此时滑动变阻器接入电路的阻值最大。答案:(1)见解析图(2)L1和L2(3)右12.如图所示,一个垂直纸面向
17、里的匀强磁场,磁感应强度B1=0.8 T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为2 cm,现于纸面内先后放上圆线圈,圆心均在O处,A线圈半径为1 cm,10匝;B线圈半径为0.5 cm,1匝。(1)在磁感应强度减为B2=0.4 T的过程中,A线圈中的磁通量改变多少?(2)当磁场转过30角的过程中,B线圈中磁通量改变多少?【解析】(1)对A线圈,1A=B1,2A=B2。磁通量改变量A=|2A-1A|=(0.8-0.4)3.1410-4Wb=1.25610-4Wb(2)对B线圈:1B=B1r2,磁场转过30,线圈面积在垂直磁场方向的投影为r2sin60,则2B=B1r2sin60磁通量改变量B=|2B-1B|=B1r2(1-sin60)=0.83.14(510-3)2(1-0.866) Wb=8.410-6Wb答案:(1)1.25610-4 Wb(2)8.410-6Wb【总结提升】磁通量公式=BS的计算问题(1)适用条件:磁场为匀强磁场。B与S要垂直。如果B与S不垂直,S投影到与B垂直的平面上(投影面积为S)或B分解为与S平行和垂直的分量B、B,则=BS=BS。S是指闭合回路中穿过的那部分有效面积,而不一定是线圈的面积。(2)磁通量与线圈的匝数无关,磁通量大小不受线圈匝数的影响。(3)磁通量的变化量=2-1也不受线圈匝数的影响。