第12章 第1课时 电磁感应现象 楞次定律（Word教参）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

高考命题研究 四年考向分析 命题金线之 核心价值 1.科学本质、科学态度：以探测气体放电过程的装置、近场通信器件、眼动仪为试题情境，培养学生学以致用的科学态度，提高探索自然的动力 2．社会责任：以汽车测速、手机无线充电为试题情境，培养学生的学以致用，服务社会的责任感 1.感应电流的产生及方向： 江苏卷(2023)，海南卷(2023)，北京卷(2022) 2．法拉第电磁感应定律： 湖北卷(2023)，山东卷(2022)，全国甲卷(2022)，浙江卷(2023、2022、2021)，重庆卷(2021)，辽宁卷(2021) 3．动力学问题： 山东卷(2023)，全国甲卷(2021)，全国乙卷(2021) 4．能量相关的综合问题： 浙江卷(2023)，重庆卷(2022)，湖南卷(2021) 5．动量相关的综合问题： 湖南卷(2023)，全国甲卷(2023)，辽宁卷(2023、2022) 命题银线之 能力引领 1.物理观念：在楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律的应用中，在运动学规律、牛顿运动定律、能量规律及动量规律的应用中提升能量的观念、力与运动的观念 2．科学思维：过程分析法、等效法、图像法、数学函数法的应用，在解决力与运动、能量及动量的综合问题中提升综合分析、推理论证、模型构建的能力 第1课时　电磁感应现象　楞次定律 [对应学生用书P247] 一、磁通量 1．公式：Φ＝BS，S为垂直于磁场的投影面积，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。 二、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 (1)导体电路闭合。 (2)穿过导体回路的磁通量发生变化。 产生感应电流的实质是电路中产生了感应电动势。当穿过电路的磁通量发生变化时，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。 三、楞次定律 1．楞次定律：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．右手定则 楞次定律中，“阻碍”的是磁通量的变化；“阻碍”也不是阻止，而是延缓了磁通量的变化。 [链接1] 人教选择性必修第二册P27例题2： 如图2.1­5所示，在通有电流I的长直导线附近有一个矩形线圈ABCD。 …… (2022·北京卷)如图所示的平面内，在通有图示方向电流I的长直导线右侧，固定一矩形金属线框abcd，ad边与导线平行。调节电流I使得空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，则(　　) A．线框中产生的感应电流的方向为a→b→c→d→a B．线框中产生的感应电流逐渐增大 C．线框ad边所受安培力的大小恒定 D．线框整体受到的安培力方向水平向右 D　解析：根据安培定则可知，通电直导线右侧的磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度随时间均匀增加，根据楞次定律可知线框中产生的感应电流的方向为a→d→c→b→a，A错误；线框中产生的感应电流为I＝＝n＝n·，空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，故线框中产生的感应电流不变，B错误；线框ad边感应电流的大小保持不变，磁感应强度随时间均匀增加，根据安培力表达式F安＝BIL，可知ad边所受安培力变大，C错误；线框所处空间的磁场方向垂直于纸面向里，线框中产生的感应电流方向为a→d→c→b→a，根据左手定则可知，线框ad边所受安培力水平向右，线框bc边所受安培力水平向左，由通电直导线磁场的分布特点可知，ad边位置处的磁场较大，根据安培力表达式F安＝BIL可知，线框整体受到的安培力方向水平向右，D正确。 [链接2] 人教选择性必修第二册P37插图： 　 图2.3­8 (2021·北京卷)某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运， 发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是(　　) A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 B．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用 C．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用 D　解析：未接导线时，表针晃动过程中导线切割磁感线，表内线圈会产生感应电动势，A错误；未接导线时，未连成闭合回路，没有感应电流，所以不受安培力，B错误；接上导线后，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势，根据楞次定律可知，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用，C错误，D正确。 [对应学生用书P248] 考点一　探究影响感应电流方向的因素 1．实验器材 条形磁体、螺线管、灵敏电流计、导线、干电池、滑动变阻器、开关。 2．实验设计 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，根据电流计指针的偏转方向判断感应电流的方向 3.实验现象 表1　线圈内磁通量增大时的情况 图号 磁体磁场的方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 向下 逆时针(俯视) 向上 乙 向上 顺时针(俯视) 向下 丙 向下 顺时针(俯视) 向下 丁 向上 逆时针(俯视) 向上 4.实验结论 表1说明：当线圈中的磁通量增大时，感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向相反。 表2说明：当线圈中的磁通量减小时，感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向相同。 5．注意事项 实验前应先查明电流的流向与灵敏电流计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与灵敏电流计串联，开关S闭合后立即断开，记录指针偏转方向与电流方向的关系。 [典例1] (2024·江苏扬州测试)物理探究小组选用图示器材和电路研究电磁感应规律。 (1)请用笔画线代表导线，将图中各器材连接起来，组成正确的实验电路。 (2)把A线圈插入B线圈中，如果闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转了一下，下面操作出现的情况有： ①向右移动滑动变阻器滑片，灵敏电流计指针将向________(填“左”或“右”)偏转； ②保持滑动变阻器滑片位置不变，拔出线圈A中的铁芯，灵敏电流计指针将向________(填“左”或“右”)偏转； (3)根据实验结果判断产生感应电流的本质是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)见解析图　(2)①右　②左　(3)穿过B线圈的磁通量发生变化 解析：(1)将电源、开关、A线圈、滑动变阻器串联成一个回路，再将电流计与B线圈串联成另一个回路，电路图如图所示(说明：滑动变阻器接下端左接线柱也正确，相应(2)中①填“左”)。 (2)①闭合开关，穿过B线圈的磁通量增大，灵敏电流计的指针向右偏了一下，滑片向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，A线圈中电流增大，穿过B线圈的磁通量增大，指针向右偏转；②拔出铁芯，穿过B线圈的磁通量减小，指针向左偏转。 (3)产生感应电流的本质是穿过B线圈的磁通量发生变化。 1．(2024·甘肃兰州测试)如图所示的是某小组的同学探究感应电流方向与哪些因素有关的实验情景(图中箭头表示导体的运动方向)，下列说法正确的是(　　) A．比较图a和图b可知，感应电流的方向与磁场方向有关 B．比较图b和图c可知，感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向无关 C．比较图a和图c可知，感应电流的方向与磁场方向无关 D．由图d可以得出感应电流的方向跟导体是否运动无关 A　解析：题图a、b中导体棒的运动方向相同，磁场方向相反，电流方向也相反，说明感应电流方向与磁场方向有关，A正确；题图a、c中磁场方向相同，导体棒的运动方向相反，电流方向也相反，说明电流方向与导体运动方向有关，C错误；题图b、c中磁场方向与导体棒的运动方向均不同，电流方向相同，变量不唯一，无法得出结论，d中不产生感应电流，也不能作出判断，B、D错误。 2．(2024·广东珠海测试)我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。以下是实验探究过程的一部分，请补充完整。 　　　 (1)如图甲所示，当磁体的N极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生的感应电流的方向，必须知道 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏。电路稳定后，若向左移动滑动触头，电流表指针向________偏转，若将线圈A抽出，电流表指针向________偏转。(均填“左”或“右”) 答案：(1)电流表指针偏转方向与电流方向间的关系　(2)右　左 解析：(1)探究线圈中感应电流的方向必须先知道：①电流表指针偏转方向与电流从正(负)接线柱流入时的关系；②线圈的绕向；③电流表指针的偏转方向；由指针偏转方向得出电流流入电流表的方向，再进一步得到线圈中电流的流向，即必须知道电流表指针偏转方向与电流方向间的关系。 (2)开关闭合时，线圈A产生的磁场由无到有，穿过线圈B的磁通量增加，若将滑动触头向左移动，线圈A中电流增加，穿过B的磁通量也增加，且磁场方向未变，所以电流表指针偏转方向与开关闭合时的偏转方向相同，即向右偏转；若将线圈A抽出，穿过线圈B的磁通量减少，电流表指针向左偏转。 考点二　感应电流方向的判断 用楞次定律判断感应电流的方向 楞次定律中“阻碍”的含义 [典例2] (2024·湖北武汉江岸区模拟)武汉二中的某教室墙上有一个朝南的钢窗，当把钢窗向右推开时，下列说法正确的是(　　) 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 C　解析：在地球外部空间，磁感线从地理南极发出，回到地理北极，从推窗人的角度看，由于钢窗朝南，则磁感线穿过窗口指向人，当把钢窗向右推开时，钢窗平面趋向于和地磁场方向平行，即有效面积减小，穿过窗框的地磁场的磁通量变小，根据楞次定律可知，感应电流的方向是逆时针，C正确。 楞次定律的拓展应用 1.“来拒去留”—— 阻碍相对运动 磁体靠近线圈，B感、B原反向，线圈与磁体相互排斥 磁体远离线圈，B感、B原同向，线圈与磁体相互吸引 2.“增缩减扩”—— 使回路面积有扩大或缩小的趋势 P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒，磁体下移，导轨与金属棒围成的面积会减小，a、b相互靠近 B减小，线圈面积扩大 “增缩减扩”的结论只适用于磁感线单方向穿过回路的情境 [典例3] (2024·广东珠海测试)如图所示，长直导线MN置于三角形金属线框abc上，彼此绝缘，线框被导线分成面积相等的两部分。导线通入由M到N的电流，当电流逐渐增大时，线框中(　　) A．磁通量的变化量为零 B．没有产生感应电流 C．感应电流的方向为a→b→c→a D．感应电流的方向为a→c→b→a C　解析：虽然线框被导线分成面积相等的两部分，但离导线越远，磁场越弱。所以下部分区域磁场比上部分区域磁场强，故线框的磁通量向里；当电流均匀增大时，线框的磁通量向里均匀增大，根据楞次定律可知，线框中的感应电流方向为a→b→c→a；根据法拉第电磁感应定律E＝n可知，由于磁通量均匀增大，线框产生的感应电动势恒定不变，感应电流恒定不变，C正确，A、B、D错误。 3.(2024·四川成都一诊)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，在导轨上与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动。当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法正确的是(　　) A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→C B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→D C．磁场对导体棒CD的作用力向左 D．磁场对导体棒AB的作用力向右 B　解析：两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路，当AB向右运动时，由右手定则判定导体棒AB中感应电流的方向是B→A，则导体棒CD中的电流方向为C→D，A错误，B正确；再根据左手定则，判定导体棒CD受到的磁场力向右、导体棒AB受到的磁场力向左，C、D错误。 4．(2024·山东日照测试)闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情境如图所示，导体ab上的感应电流方向为a→b的是(　　) 　　　 A　解析：导体ab顺时针转动，运用右手定则，磁感线穿过手心，拇指指向顺时针方向，则导体ab上的感应电流方向为a→b，A正确；导体ab向纸外运动，运用右手定则时，磁感线穿过手心，拇指指向纸外，则知导体ab上的感应电流方向为b→a，B错误；导体框向右运动出磁场，穿过回路的磁通量减小，由楞次定律知，回路中感应电流方向为b→a→d→c→b，则导体ab上的感应电流方向为b→a，C错误；导体ab沿导轨向下运动，由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a，D错误。 考点三　“三定则”“一定律”的综合应用 1．“三定则”“一定律”的比较 基本现象 应用的定 则或定律 运动电荷、电流产生磁场 安培定则 磁场对运动电荷、电流有力的作用 左手定则 电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 右手定则 闭合回路磁通量的变化 楞次定律 2.“三定则”“一定律”的应用技巧 (1)应用楞次定律时，一般要用到右手螺旋定则。 (2)研究感应电流受到的安培力时，一般先用右手定则确定感应电流的方向，再用左手定则确定安培力的方向，有时也可以直接用楞次定律的推广应用确定。 [典例4] (2024·河北保定测试)如图所示，金属导轨间的磁场方向垂直于纸面向里，当与导轨接触良好的导线MN在导轨上向右加速滑动时，正对电磁铁A的圆形金属环B中(　　) A．有感应电流，且B被A吸引 B．无感应电流 C．可能有，也可能没有感应电流 D．有感应电流，且B被A排斥 D　解析：MN向右加速滑动，根据右手定则，MN中的电流方向从N→M，且大小在逐渐变大，根据安培定则可知，电磁铁A的左端为N极，且磁场逐渐增强，根据楞次定律可知，B环中感应电流产生的磁场方向向右，B被A排斥，D正确。 5．(2024·上海黄浦区模拟)如图所示，矩形金属线框abcd置于光滑的绝缘水平面上，直导线MN与cd平行放置且固定在水平面上，直导线MN与电源、滑动变阻器R、开关S构成闭合回路。闭合开关S，将滑动变阻器的滑片从e端移到f端的过程中(　　) A．线框abcd中有沿a→b→c→d→a方向的感应电流，在水平面上静止不动 B．线框abcd中有沿a→d→c→b→a方向的感应电流，沿水平面向右运动 C．线框abcd中有沿a→b→c→d→a方向的感应电流，沿水平面向右运动 D．线框abcd中有沿a→d→c→b→a方向的感应电流，在水平面上静止不动 C　解析：滑动变阻器的滑片从e端移到f端的过程中，电阻R变大，电路中电流减小，穿过线框的磁通量减小，原磁通量方向为垂直线框平面向外，则由楞次定律可知感应电流沿a→b→c→d→a方向，由左手定则可知cd边所受安培力向右，ab边所受安培力向左，因为cd边所在位置磁感应强度大于ab边所在位置磁感应强度，所以cd边所受安培力大于ab边所受安培力，线框沿水平面向右运动，C正确。 6．(多选)(2024·广东广州测试)如图所示，两条水平光滑金属导轨固定在电磁铁两磁极之间，导轨两端a、b断开，金属杆L垂直导轨放置。闭合开关S，下列判断正确的是(　　) A．电磁铁两磁极之间的磁场方向向下 B．若给金属杆向左的初速度，则a点电势高于b点 C．若a、b间接导线，向下移动滑片P，则金属杆向左运动 D．若a、b间接直流电源，a接正极、b接负极，则金属杆向左运动 AC　解析：闭合开关S，根据右手螺旋定则可知，电磁铁两磁极之间的磁场方向向下，A正确；根据右手定则可知，若给金属杆向左的初速度，则a点电势低于b点，B错误；若a、b间接导线，向下移动滑片P，则螺线管中的电流变大，磁场增强，由于穿过闭合回路的磁通量增加，由楞次定律可知，金属杆向左运动，C正确；若a、b间接直流电源，a接正极、b接负极，由左手定则可知，金属杆向右运动，D错误。 [对应学生用书P251] 1．(多选)(2020·天津卷)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中(　　) A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变 C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递 D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失 AC　解析：送电线圈中通入了正弦式交变电流，则电流产生的磁场也呈周期性变化，A正确；由变压器的工作原理可知，受电线圈中输出的电流按余弦规律变化，因此受电线圈中感应电流产生的磁场随电流的变化而变化，B错误；送电线圈和受电线圈的能量传递是通过互感现象实现的，C正确；由于送电线圈产生的磁场并没有全部穿过受电线圈，即有磁通量的损失，又由于送电线圈和受电线圈中的电流会产生热效应，因此该充电过程存在能量的损失，D错误。 2．(2023·海南卷)汽车测速利用了电磁感应现象，汽车可简化为一个矩形线圈abcd，埋在地下的线圈分别为1、2，通上顺时针(俯视)方向电流，当汽车经过线圈时(　　) A．线圈1、2产生的磁场方向竖直向上 B．汽车进入线圈1过程产生感应电流方向为abcd C．汽车离开线圈1过程产生感应电流方向为abcd D．汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同 C　解析：埋在地下的线圈1、2通上顺时针(俯视)方向的电流，则根据右手定则可知，线圈1、2产生的磁场方向竖直向下，A错误；汽车进入线圈1过程中，向下的磁通量增大，根据楞次定律和安培定则可知产生感应电流方向为adcb(逆时针)，B错误；汽车离开线圈1过程中，向下的磁通量减小，根据楞次定律和安培定则可知产生感应电流方向为abcd(顺时针)，C正确；汽车进入线圈2过程中，向下的磁通量增大，根据楞次定律和安培定则可知产生感应电流方向为adcb(逆时针)，再根据左手定则可知，汽车受到的安培力方向与速度方向相反，D错误。 3．(多选)(2022·广东卷)如图所示，水平地面(Oxy平面)下有一根平行于y轴且通有恒定电流I的长直导线。P、M和N为地面上的三点，P点位于导线正上方，MN平行于y轴，PN平行于x轴。一个闭合的圆形金属线圈，圆心在P点，可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动，运动过程中线圈平面始终与地面平行。下列说法正确的有(　　) A．N点与M点的磁感应强度大小相等，方向相同 B．线圈沿PN方向运动时，穿过线圈的磁通量不变 C．线圈从P点开始竖直向上运动时，线圈中无感应电流 D．线圈从P点到M点产生的感应电动势与从P点到N点产生的感应电动势相等 AC　解析：M、N两点连线与长直导线平行，两点到长直导线的距离相同，根据右手螺旋定则可知，通电长直导线在M、N两点产生的磁感应强度大小相等，方向相同，A正确；根据右手螺旋定则，线圈在P点时磁通量为零，在N点时磁通量不为零，B错误；根据右手螺旋定则，线圈从P点竖直向上运动的过程中，磁感线穿进与穿出线圈抵消，线圈的磁通量始终为零，没有发生变化，线圈无感应电流，C正确；线圈从P点到M点与从P点到N点，磁通量的变化量相同，依题意P点到M点所用时间较从P点到N点时间长，根据法拉第电磁感应定律，可知两次的感应电动势不相等，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$