第05讲:楞次定律【八大考点+八大题型】-2025-2026学年高二下学期物理精讲与精练高分突破考点专题系列(人教版选择性必修第二册)
2025-12-23
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2份
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58页
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普通
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理人教版选择性必修 第二册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 1. 楞次定律 |
| 类型 | 教案-讲义 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 21.32 MB |
| 发布时间 | 2025-12-23 |
| 更新时间 | 2025-12-23 |
| 作者 | 启明数学物理探究室 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2025-12-23 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/55590915.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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摘要:
本讲义聚焦楞次定律核心知识点,先梳理电磁感应现象及感应电流产生条件,再阐述楞次定律内容、右手定则及判断步骤,通过推论(增反减同、来拒去留等)及方框图构建知识支架,形成从基础概念到应用的递进学习路径。
资料以8类题型(含例题与变式)系统覆盖楞次定律应用,结合表格、例证图直观呈现推论,培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。实验探究题强化科学探究素养,课中助力教师分层授课,课后高分突破部分供学生查漏补缺,强化知识应用。
内容正文:
第05讲:楞次定律
【考点归纳】
【知识归纳】
知识点01、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.
知识点02、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.从能量角度理解楞次定律
感应电流沿着楞次定律所述的方向,是能量守恒定律的必然结果,当磁极插入线圈或从线圈内抽出时,推力或拉力做功,使机械能转化为感应电流的电能.
知识点03、右手定则
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.
知识点04、判断感应电流方向的步骤
该方框图不仅概括了根据楞次定律判定感应电流方向的思路,同时也描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系,只要知道了其中任意两个因素,就可以判定第三个因素.
知识点05、楞次定律推论
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
【题型探究】
题型一:楞次定律的理解
【例1】.(25-26高二上·吉林长春·期中)关于楞次定律,下列说法正确的是( )
A.感应电流的磁场总要阻止引起感应电流的磁通量的变化
B.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向
C.楞次定律是能量守恒定律的一种体现
D.感应电流的磁场总是与原磁场反向,阻碍原磁场的变化
【答案】C
【详解】A.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,不是“阻止”,A错误;
B.原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场应与原磁场反向(阻碍 “增加”),B错误;
C.楞次定律体现了能量守恒(阻碍过程需要外力做功,将其他形式的能转化为电能),是能量守恒在电磁感应中的必然结果,C正确;
D.感应电流的磁场并非 “总是反向”,而是 “阻碍变化”:原磁通量增加时反向,原磁通量减少时同向,D错误。
故选C。
【变式1】.(24-25高三上·四川内江·期末)楞次定律中“阻碍”的含义是指( )
A.当引起感应电流的磁场增强时,感应电流的磁场方向与其相反;当引起感应电流的磁场减弱时,感应电流的磁场方向与其相同
B.感应电流形成的磁场只是阻碍引起感应电流的磁场的增强
C.感应电流形成的磁场只是阻碍引起感应电流的磁场的减弱
D.感应电流形成的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反
【答案】A
【详解】楞次定律中“阻碍”的含义是指:当引起感应电流的磁场增强时,感应电流的磁场方向与其相反;当引起感应电流的磁场减弱时,感应电流的磁场方向与其相同。
故选A。
【变式2】.(23-24高二上·河北邢台·阶段练习)关于楞次定律,下列说法正确的是( )
A.感应电流的磁场总是与原磁场反向,阻碍原磁场的变化
B.感应电流的磁场总是促进磁通量的变化
C.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向
【答案】C
【详解】A.原磁场穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场同向,故A错误;
BC.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,故B错误,C正确;
D.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场反向,故D错误。
故选C。
题型二:楞次定律的应用(增反减同)
【例2】.(25-26高二上·浙江·期中)如图所示,闭合线圈水平放置且固定,一条形磁铁竖直加速下落,分别经过A、B、C位置(设磁铁始终保持水平),在位置B时N极附近的磁感线正好与线圈平面平行,A、B之间和B、C之间的距离相等,且都比较小。下列说法正确的是( )
A.磁铁在位置A时线框感应电流的方向为逆时针(俯视)
B.磁铁在位置B时线框中的磁通量最大
C.磁铁在位置A时的加速度比位置C时的加速度大
D.磁铁在位置C时线框中的电功率比在位置A时的小
【答案】C
【详解】A.磁铁在位置时,通过线圈的磁场斜向下方,磁铁向下运动,通过线圈的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的方向为顺时针(俯视),A错误;
B.磁铁在位置时,线框内磁通量为零,故B错误;
D.、之间和、之间的距离相等,但线圈在位置时的运动速度较大,磁通量变化较快,故线圈中的感应电流
线框中的电功率,
所以,D错误;
C.、两位置关于线圈对称,当磁铁在、两位置时线圈处的磁感应强度大小相同,故线圈受到的安培力
根据牛顿第二定律有,
所以,C正确。
故选C。
【变式1】.(25-26高二上·贵州毕节·月考)如图所示,当条形磁铁沿线圈轴线ab从左向右穿过金属线圈的过程中,在金属线圈的左侧向右看,金属线圈的电流方向为( )
A.先顺时针后逆时针 B.先逆时针后顺时针
C.始终为顺时针 D.始终为逆时针
【答案】B
【详解】条形磁铁内部磁场的方向是从S极指向N极,可知条形磁铁自左向右穿过金属环的过程中磁场的方向都是向右的,当条形磁铁进入金属环的时候,穿过金属环的磁通量向右增大;当条形磁铁穿出金属环时,穿过金属环的磁通量向右减小,根据楞次定律判断条形磁铁进入和穿出金属环的过程中,感应电流的磁场方向分别是向左和向右的,再由安培定则可以判断出,先有逆时针方向的感应电流,后有顺时针方向的感应电流。
故选B。
【变式2】.(24-25高二下·山东东营·期末)水平桌面上放置梯形导线框与长直导线,二者彼此绝缘,其俯视图如图所示。线框被导线分成左右面积相等的两部分。在MN导线中通入如图所示电流的瞬间,下列说法正确的是( )
A.线框有向左运动的趋势
B.线框ab、cd边不受安培力作用
C.因为导线两侧线框面积相等,所以线框中无感应电流产生
D.线框中感应电流方向为a→b→c→d→a
【答案】D
【详解】CD.在MN导线中通入如图所示电流的瞬间,直导线左侧磁场向外,右侧向里;因越靠近直导线的位置磁场越强,而两边线圈面积相等,则穿过左侧的向外的磁通量大于右侧向里的磁通量,可知穿过整个线圈的磁通量向外增加,根据楞次定律可知,线圈中产生感应电流为a→b→c→d→a,选项D正确,C错误;
AB.根据左手定则可知,左右两侧线圈均受向右的安培力,即线圈有向右运动的趋势,选项AB错误。
故选D。
题型三:楞次定律的应用(来拒去留))
【例3】.(25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期中)某同学学习了电磁感应相关知识之后,做了探究性实验:将闭合线圈按图示方式放在电子秤上,线圈上方有一N极朝下竖直放置的条形磁铁,手握磁铁在线圈的正上方静止,此时电子秤的示数为m0。将磁铁N极加速插向线圈的过程中,下列说法正确的是( )
A.电子秤的示数等于m0
B.电子秤的示数小于m0
C.线圈中产生的电流沿逆时针方向(俯视)
D.线圈中产生的电流沿顺时针方向(俯视)
【答案】C
【详解】AB.将条形磁铁插向线圈的过程中,穿过线圈的磁通量发生了变化,线圈中产生了感应电流,线圈与条形磁铁会发生相互作用,根据楞次定律的推论“来拒去留”可知,将磁铁N极加速插向线圈的过程中,线圈与磁铁相互排斥,导致电子秤的示数大于m0,故AB错误;
CD.根据楞次定律和安培定则可判断,将条形磁铁的N极加速插向线圈时,线圈中产生的感应电流方向为逆时针方向(俯视),故C正确,D错误。
故选C。
【变式1】.(25-26高二上·江苏·期中)如图所示,水平绝缘的桌面上放置一个金属环,现有一个竖直的条形磁铁从圆环左上方沿水平方向快速移动经过正上方到达右上方,在此过程中( )
A.圆环一定向右运动
B.圆环受到的摩擦力方向不变
C.圆环对桌面的压力一直增大
D.圆环对桌面的压力先减小后增大
【答案】B
【详解】A.当磁铁向右运动时,线圈中的磁通量增大,根据楞次定律可知,线圈有向下和向右的趋势,但不知道圆环受到水平面的摩擦力大小,所以金属环不一定运动,故A错误;
BCD.当磁铁向右运动靠近环时,线圈中的磁通量增大,根据楞次定律可知,线圈有向下和向右的趋势,安培力合力斜向右下方;而磁铁远离线框时,线圈有向右和向上的运动趋势,同时运动趋势向右,安培力合力斜向右上方,可知环有向右运动的趋势,可能向右运动,受到的摩擦力的方向一定始终向左,方向不变,同时环对桌面的压力先增大后减小,故B正确,CD错误。
故选B。
【变式2】.(24-25高二下·天津武清·期末)如图3所示,有一固定的金属圆环,在其右侧放着一条形磁铁,此时圆环中没有电流。当把磁铁向左方移近并通过圆环的过程中,圆环中产生了一定的电流,则( )
A.靠近时电流的方向与图中所示方向相反
B.靠近时磁铁与圆环相互吸引
C.远离时电流的方向与图中所示方向相同
D.远离时磁铁与圆环相互吸引
【答案】D
【详解】A.穿过圆环的原磁场方向向左,磁铁向左方移近,原磁通量增大,故产生感应电流,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,方向向右,根据安培定则,感应电流的方向与图示方向相同,故A错误;
BD.根据楞次定律的推论“来拒去留”,磁铁靠近圆环时是排斥力,远离圆环时是吸引力,故BD错误,D正确;
C.磁铁远离时,穿过圆环的原磁场方向向左,原磁通量减小,故产生感应电流,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,也向左,根据安培定则,感应电流的方向与图示方向相反,故C错误。
故选D。
题型四:楞次定律的应用(增缩减扩)
【例4】.(24-25高二下·江西新余·期末)一种新型合金被发现,只要略微提高温度,这种合金就会从非磁合金变成强磁性合金,从而使环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图所示。A为圆柱形合金材料,B为线圈,套在圆柱形合金材料中间,线圈的半径大于合金材料的半径。现对A进行加热,下列说法正确的是( )
A.B线圈的磁通量将减小
B.B线圈一定有收缩的趋势
C.将线圈B向左移动,磁通量大小不变
D.若从右向左看线圈B中产生顺时针方向的电流,则A左端是强磁性合金的S极
【答案】D
【详解】A.穿过线圈B的磁感线从无变有,磁通量增加,故A错误;
B.合金A内部磁场与外部磁场方向相反,B线圈的总磁通量与A内部磁场方向相同,加热使得磁通量变大,由楞次定律可知,B线圈一定有扩张的趋势,故B错误;
C.由题意可得,初始线圈在合金中间,向左移动,磁通量变小,故C错误;
D.对A进行加热,A磁性增强。根据右手螺旋定则和楞次定律可知,若从右向左看B中产生顺时针方向的电流,感应电流产生的磁场向左,则B中原磁场方向向右,A内部磁场大于外部磁场,因此磁场方向要看内部,即A左端是强磁性合金的S极,故D正确。
故选D。
【变式1】.(2025·云南昆明·模拟预测)如图所示,在一水平固定的铝环上方,有一条形磁铁,从离地面高h处由静止开始下落,最后落在地面上。磁铁下落过程从铝环中心穿过,且不与铝环接触。若不计空气阻力,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.磁铁靠近铝环的过程中,铝环有收缩趋势
B.磁铁下落过程中,从上往下看铝环中的感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向
C.磁铁下落过程中,磁铁的机械能不变
D.磁铁落地时的速率等于
【答案】A
【详解】A.磁铁靠近铝环的过程中,铝环中的磁通量增大,根据楞次定律“增缩减扩”可知,铝环有收缩趋势,故A正确;
B.由题图可知,在磁铁下落过程中,穿过铝环的磁场方向向下,在磁铁靠近铝环时,穿过铝环的磁通量变大,在磁铁远离铝环时穿过铝环的磁通量减小,由楞次定律可知,从上向下看,铝环中的感应电流先沿逆时针方向,后沿顺时针方向,故B错误;
C.在磁铁下落过程中,铝环中产生感应电流,铝环中有电能产生,磁铁在整个下落过程中,磁铁的部分机械能转化为电能,由能量守恒定律可知,磁铁的机械能减少,故C错误;
D.若磁铁自由下落时,根据机械能守恒有
解得落地速度为
由于磁铁下落穿过铝环时机械能有损失,所以磁铁落地速度小于,故D错误。
故选A。
【变式2】.(24-25高二下·天津·期末)如图所示,ef、gh为两相互平行水平固定放置的金属导轨,ab、cd为搁在金属导轨上的两金属棒,与导轨接触良好且无摩擦。当一条形磁铁向下靠近导轨时,下列描述正确的是( )
A.两金属棒将互相靠近
B.金属棒对导轨的压力将减小
C.回路中电流方向为顺时针方向
D.回路中电流方向为逆时针方向
【答案】A
【详解】AB.当条形磁铁向下靠近导轨时,穿过导轨和金属棒围成的闭合回路的磁通量增大,根据楞次定律判断出导轨中产生感应电流,其产生的磁场将会阻碍磁通量增大,故两棒向内靠近,减小穿过的面积,从而起到阻碍磁通量增大的作用,与磁铁存在相互排斥的力。因此由于磁铁的靠近,则两棒靠近,金属棒对导轨的压力将增大,故A正确,B错误;
CD.因为不知道条形磁铁下端是S极还是N极,故无法判断原磁场的方向,也无法判断感应电流的方向,故C、D错误。
故选A。
题型五:右手定则
【例5】.(23-24高二下·浙江·期中)地磁学家曾经尝试用“自激发电”假说解释地球磁场的起源,其原理如图所示:一个金属圆盘A在某一大小恒定、方向时刻沿切线方向的外力作用下,在弱的轴向磁场B中绕金属轴转动,根据法拉第电磁感应定律,盘轴与盘边之间将产生感应电动势,用一根带有电刷的螺旋形导线MN在圆盘下方连接盘边与盘轴,MN中就有感应电流产生,最终回路中的电流达到稳定值,磁场也达到稳定状态。下列说法正确的是( )
A.MN中的电流方向从N→M
B.圆盘转动的速度逐渐减小
C.MN中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同
D.磁场达到稳定状态后,MN中不再产生感应电流
【答案】C
【详解】A.根据右手定则知,MN中的电流方向从M→N,A错误;
B.圆盘在大小恒定、方向时刻沿切线方向的外力作用下,转动的速度先越来越大,磁场也越来越大,根据法拉第电磁感应定律
知产生的电动势也越来越大,流过电阻R的电流也越来越大,最终回路中的电流达到稳定值,磁场也达到稳定状态,则圆盘转动的速度也达到稳定值,B错误;
C.根据右手螺旋定则判断知MN中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,C正确;
D.可将圆盘看成若干个沿着半径方向的幅条组成,因此在任何时刻都有幅条切割磁感线,故磁场达到稳定状态后,MN中也产生感应电流,D错误;
故选C。
【变式1】.(22-23高二下·河南商丘·期末)如图所示,矩形导线框在匀强磁场中沿垂直磁场方向向右做匀速运动,下列说法正确的是( )
A.线框中无感应电流,A、B两点电势相等
B.线框中无感应电流,A点电势高于B点电势
C.线框中无感应电流,A点电势低于B点电势
D.线框中有感应电流,A点电势高于B点电势
【答案】B
【详解】线圈沿垂直磁场方向向右做匀速运动时,穿过线圈的磁通量不变,线圈中没有感应电流,而线圈在磁场中运动时AB边切割磁感线产生感应电动势,由右手定则可知,A点电势比B点电势高。
故选B。
【变式2】.(22-23高二下·陕西渭南·期中)两根相互平行的金属导轨水平放置于图中所示的匀强磁场中,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,下列说法中正确的是( )
A.磁场对导体棒CD的作用力水平向左
B.磁场对导体棒AB的作用力水平向右
C.导体棒CD内有电流通过,方向是
D.导体棒CD内有电流通过,方向是
【答案】C
【详解】
当AB在外力F作用下向右运动时,导体棒AB和CD和两导体棒间的导轨组成一个闭合回路,由右手定则可知回路中电流方向为
又由左手定则,可知磁场对导体棒CD的作用力水平向右,磁场对导体棒AB的作用力水平向左,故ABD错误,C正确。
故选C。
题型六:楞次定律重要结论的应用
【例6】.(24-25高二下·山东日照·期末)某同学受电吉他启发,设计了一个如图所示的发声装置,装置内部安装有线圈,弹性金属线通有恒定电流(图中箭头所示),弹奏时金属线在线圈所处的平面振动时,线圈中会产生感应电流,经信号放大器放大后由扬声器发出音乐,下列说法正确的是( )
A.金属线向右振动的过程中,线圈有扩张的趋势
B.金属线向右振动的过程中,金属线所受安培力向左
C.金属线向左振动的过程中,线圈的感应电流方向为逆时针
D.取走线圈,其他条件不变,停止弹奏时金属线会更快的停下来
【答案】B
【详解】A金属线向右振动的过程中,穿过线圈的磁通量增大,根据“增缩减扩”可知线圈有缩小的趋势,故A错误;
B金属线向右振动的过程中,根据“来拒去留”可知金属线所受安培力向左,故B正确;
C金属线向左振动的过程中,穿过线圈的磁通量减小,根据“增反减同”可知线圈的感应电流方向为顺时针,故C错误;
D.取下线圈,就不存在感应电流,也就没有安培力阻碍琴弦振动,所以琴弦会振动更久,故D错误。
故选B。
【变式1】.(24-25高二下·广西桂林·期末)如图所示,置于垂直纸面向里的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光滑水平导轨上,导轨上有一根金属棒ab静止在垂直纸面向外的匀强磁场中。要使ab棒向左运动,则圆盘可以( )
A.顺时针匀速转动 B.顺时针减速转动 C.逆时针加速转动 D.逆时针减速转动
【答案】D
【详解】A.当圆盘顺时针匀速转动时,线圈A中产生恒定的电流,那么线圈B的磁通量不变,则ab棒没有感应电流,则将不会运动,故A错误;
B.由右手定则可知,圆盘顺时针减速转动时,感应电流从圆心流向边缘,线圈A中产生的磁场方向向下且磁场减弱。由楞次定律可知,线圈B中的感应磁场方向向下,由右手螺旋定则可知,ab棒中感应电流方向由b→a,由左手定则可知,ab棒受的安培力方向向右,ab棒将向右运动,故B错误;
C.由右手定则可知,圆盘逆时针加速转动时,感应电流从边缘流向圆心,线圈A中产生的磁场方向向上且磁场增强。由楞次定律可知,线圈B中的感应磁场方向向下,由右手螺旋定则可知,ab棒中感应电流方向由b→a,由左手定则可知,ab棒受的安培力方向向右,ab棒将向右运动,故C错误;
D.由右手定则可知,圆盘逆时针减速转动时,感应电流从边缘流向圆心,线圈A中产生的磁场方向向上且磁场减弱。由楞次定律可知,线圈B中的感应磁场方向向上,由右手螺旋定则可知,ab棒中感应电流方向由a→b,由左手定则可知,ab棒受的安培力方向向左,ab棒将向左运动,故D正确。
故选D。
【变式2】.(24-25高二下·四川·期中)如图,汽车测速利用了电磁感应现象,汽车可简化为一个闭合水平矩形线圈abcd,安装在地下的水平线圈分别为1、2(线圈1、2的间距较大),矩形线圈的ab边小于线圈1、2的宽度。当线圈1、2中通上逆时针方向(俯视)的恒定电流后,汽车经过线圈时( )
A.恒定电流在线圈1、2内产生的磁场方向竖直向下
B.汽车进入线圈1的过程中产生的感应电流方向为adcba
C.汽车离开线圈1的过程中产生的感应电流方向为adcba
D.汽车离开线圈2的过程中受到的安培力方向与速度方向相同
【答案】C
【详解】A.安装在地下的线圈1、2通上逆时针方向(俯视)的电流,根据安培定则可知,恒定电流在线圈1、2内产生的磁场方向竖直向上,A错误;
B.汽车进入线圈1的过程中,穿过线圈abcd的磁通量增大,根据楞次定律可知,产生的感应电流方向为abcda(顺时针),B错误;
C.汽车离开线圈1的过程中,穿过线圈abcd的磁通量减小,根据楞次定律可知,产生的感应电流方向为adcba(逆时针),C正确;
D.汽车离开线圈2的过程中,穿过线圈abcd的磁通量减小,根据楞次定律可知,产生的感应电流方向为adcba(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。
故选C。
题型七:感应电路的图像问题
【例7】.(24-25高二下·山东聊城·期中)在竖直方向的匀强磁场中,水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图甲所示,磁场向上为正。当磁感应强度随时间按图乙变化时,下列关于导体环中的感应电流随时间变化的图像正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【详解】均匀变化的磁场产生恒定的电流,在0~1s内,磁感应强度方向竖直向上,并且均匀增大,根据楞次定律可知感应电流方向为正;1~2s内磁场方向竖直向上,保持不变,则感应电流为0,2~4s内磁场变化情况与1~2s内相反,根据楞次定律可知2~4s内感应电流方向为负方向,4~5s内磁场方向竖直向下,保持不变,则感应电流为0,5~6s内,磁场向下减小,根据楞次定律可知感应电流方向为正。
故选D。
【变式1】.(24-25高二上·河北保定·期末)如图甲所示,金属圆环的直径与两匀强磁场的边界重合,边界右侧有垂直纸面向里,大小恒为的匀强磁场(图中未画出)。边界左侧的磁感应强度随时间变化的关系如图乙所示,取垂直纸面向外为正方向。关于0~2T时间内,金属环中感应电流的方向,下列说法正确的是( )
A.先逆时针方向后顺时针方向 B.先顺时针方向后逆时针方向
C.顺时针方向 D.逆时针方向
【答案】D
【详解】设金属圆环的面积为,则边界右侧的磁通量为
边界左侧磁通量初始为
所以,金属圆环的合磁通量先为零,此后时间内,左侧磁通量减小,所以金属圆环的合磁通量垂直纸面向里增加;时间内,左侧磁场也垂直纸面向里增大,即磁通量也垂直纸面向里增加,则金属圆环的合磁通量垂直纸面向里增加。即时间内,金属圆环的合磁通量一直垂直纸面向里增加,根据楞次定律可知,金属环中感应电流的方向逆时针。
故选D。
【变式2】.(24-25高二上·广西玉林·期末)如图所示,在铁芯上绕着两个线圈A和B,设电流自左边接线柱即图中箭头方向进入A时取正,若在这段时间内电流计G表中有向左的电流通过,则线圈A中电流随时间变化的关系图象是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】根据题意这段时间内电流计G表中有向左的电流通过,根据右手螺旋定则可知,B产生的磁场方向向右,根据楞次定律可知,穿过B的磁通量向左增大,则结合右手螺旋定则可知这段时间内电流正向增大。
故选B。
题型八:楞次定律探究实验
【例8】.(25-26高二上·辽宁大连·期中)(1)在探究楞次定律的实验中,除需要已知绕向的螺线管、条形磁铁外,还要用到一个电表,请从下列电表中选择 。
A.量程为的电压表 B.量程为的电流表
C.量程为的电流表 D.零刻度在中间的灵敏电流计
(2)同学利用实验探究的结论,可以推断出螺线管导线绕向。如图(d)所示,当强条形磁铁N极向下快速插入螺线管时,二极管发光。则可推断:该螺线管的导线绕向应如图 (选填“e”或“f”)
(3)同学们通过进一步实验和查阅资料发现,楞次定律是 在电磁感应现象中的具体体现。
A.库仑定律 B.欧姆定律 C.能量守恒定律
【答案】(1)D (2)e (3)C
【详解】(1)在探究楞次定律的实验中,除需要已知绕向的螺线管、条形磁铁外,还要用到一个零刻度在中间的灵敏电流计,故选D。
(2)当强条形磁铁N极向下快速插入螺线管时,螺线管中磁场向下,磁通量增大,据楞次定律可知,感应电流应沿逆时针(俯视)方向,二极管发光,说明流过二极管的电流自下而上,可推断该螺线管的导线绕向应如图e中所示。
(3)根据楞次定律可知,感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,因此,为了维持原磁场磁通量的变化,就必须有动力作用,这种动力克服感应电流的磁场的阻碍作用做功,将其他形式的能转变为感应电流的电能,所以“楞次定律”中的阻碍过程,实质上就是能量转化的过程,即楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现,故选C。
【变式1】.(25-26高二上·浙江宁波·期中)为探究影响感应电流方向的因素,某兴趣小组的同学们使用图甲所示的电磁感应实验装置进行实验,其中线圈A中有铁芯。
(1)如图甲所示,是小明同学进行“探究感应电流方向”的实验装置,为了完成该实验,请用笔画线代替导线完成余下电路 :
(2)小明同学将线圈A插入线圈B中,闭合开关S时,发现灵敏电流计G的指针向左偏转,接着保持线圈A、B不动,将线圈A中的铁芯拔出,则灵敏电流计G的指针将向 (填“左”或“右”)偏转;
(3)图乙是小军同学对课本演示实验装置改进后制作的“楞次定律演示仪”。演示仪由反向并联的红、蓝两只发光二极管(简称LED)、一定匝数的螺线管、灵敏电流计G以及强力条形磁铁组成。正确连接好实验电路后,将条形磁铁从图示位置迅速向下移动过程中, (填“红”或“蓝”)色二极管发光;
(4)小军同学发现,条形磁铁向上移动得越快,灵敏电流计G的示数越大,这说明感应电动势随 (填“磁通量”“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”)的增大而增大。
【答案】(1)
(2)右
(3)红
(4)磁通量的变化率
【详解】(1)电路连接如图所示
(2)依题意知,当穿过线圈B的磁通量增加时,电流计指针向左偏,将铁芯拔出,穿过线圈B的磁通量会减小,根据楞次定律,可知电流计指针向右偏;
(3)将条形磁铁向下移动一小段距离,穿过线圈的磁通量增大,由楞次定律以及安培定则可知回路中的电流沿逆时针方向,故红色二极管发光;
(4)依题意可知,条形磁铁向上移动得越快,越大,越大
由
得越大,越大,说明感应电动势随磁通量的变化率的增大而增大。
【变式2】.(24-25高三上·吉林长春·月考)在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中,请回答下列问题。
(1)为弄清灵敏电流表指针摆动方向与电流方向的关系,可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡,含有直流电源,他应选用多用电表的 (选填“欧姆”、“直流电流”、“直流电压”、“交流电流”或“交流电压”)挡,对灵敏电流表进行测试,由实验可知当电流从正接线柱流入电流表时,指针向右摆动。
(2)实验中,该同学将磁铁某极向下从线圈上方插入线圈时,发现电流表的指针向右偏转,请在图中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁铁的极性 。
(3)另一位同学利用图乙所示的实验器材来研究电磁感应现象及判定感应电流方向。在给出的实物图中,已用实线作为导线连接了部分实验电路。
①请用实线作为导线从箭头1和2处开始完成其余部分电路的连接 ;
②将L1插入L2后,下列实验操作产生的感应电流与合上开关时产生的感应电流方向相同的是 。
A.闭合开关,稳定后拔出软铁棒
B.闭合开关,稳定后使变阻器滑片P右移
C.闭合开关,稳定后使变阻器滑片P左移
D.闭合开关,稳定后断开开关
【答案】(1)欧姆
(2)
(3) C
【详解】(1)欧姆表内部含有直流电源,所以应选用多用电表的欧姆挡,对灵敏电流表进行测试。
(2)电流表的指针向右偏转,说明电流从正接线柱流入电流表,感应电流的磁场方向向下,根据楞次定律可知,原磁场方向向上,故插入的磁铁下端为S极,如图所示
(3)[1]将线圈L2与电流计串联形成回路,将电源、开关、滑动变阻器、线圈L1串联形成另一个回路,实物图如图所示
[2]AD.根据题意,闭合开关时,穿过线圈L2的磁通量增大,产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,而拔出软铁棒、断开开关S,穿过线圈L2的磁通量均减小,产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,故AD错误;
BC.当使滑动变阻器滑片P左移,电流增大,穿过线圈L2的磁通量增大,产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,故B错误,C正确。
故选C。
【高分突破】
一、单选题
1.(25-26高二下·全国·随堂练习)关于楞次定律,下列说法正确的是( )
A.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
B.感应电流的磁场总是阻止磁通量的变化
C.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向
D.感应电流的磁场总是与原磁场反向,阻碍原磁场的变化
【答案】A
【详解】A.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,故A正确;
B.阻碍并不是阻止,只起到延缓的作用,故B错误;
C.当原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场反向以阻碍增加,故C错误;
D.感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化,若原磁场增强则反向,若原磁场减弱则同向,故D错误。
故选A。
2.(25-26高二下·全国·随堂练习)关于感应电流,下列说法正确的是( )
A.感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量
B.感应电流的磁场方向一定与引起感应电流的磁场方向相反
C.感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同,也可能相反
D.当导体切割磁感线运动时,只能用右手定则确定感应电流的方向
【答案】C
【详解】A. 感应电流的磁场阻碍的是磁通量的变化,而非磁通量本身。楞次定律指出“阻碍变化”,故A错误。
B. 当原磁场磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同(以阻碍减少);当原磁场磁通量增加时,方向相反。因此“一定相反”的表述错误,故B错误。
C. 感应电流的磁场方向与原磁场方向可能相同(原磁场减弱时)或相反(原磁场增强时),故C正确。
D. 右手定则适用于导体切割磁感线的情况,但此时也可通过楞次定律判断方向,因此“只能用”的表述错误,故D错误。
故选C。
3.(25-26高二上·吉林长春·期中)如图所示,矩形线圈位于通电长直导线附近,线圈与导线在同一平面内,线圈的AB边和CD边与导线平行。下列说法正确的是( )
A.线圈内磁感应强度方向垂直于纸面向外
B.仅增大直导线电流,线圈内不会产生感应电流
C.保持线圈边平行于直导线在平面内远离导线移动时,线圈内将产生逆时针感应电流
D.保持线圈边平行于直导线在平面内远离导线移动时,线圈内将产生顺时针感应电流
【答案】D
【详解】A.根据右手螺旋定则可知,线圈内磁感应强度方向垂直于纸面向里,故A错误;
B.仅增大直导线电流,穿过线圈的磁通量发生变化,则线圈内会产生感应电流,故B错误;
CD.保持线圈边平行于直导线在平面内远离导线移动时,通过线圈的磁通量向里减小,根据楞次定律可知,线圈内将产生顺时针方向的感应电流,故C错误,D正确。
故选D。
4.(25-26高二下·全国·课后作业)如图所示,导线框abcd与直导线在同一平面内(两者相互绝缘),直导线通有恒定电流I,在线框由左向右匀速通过直导线的过程中,线框中感应电流的方向是( )
A.先abcd,后dcba,再abcd
B.先abcd,后dcba
C.始终dcba
D.先dcba,后abcd,再dcba
【答案】D
【详解】做出长直导线周围产生的磁场分布,如下图所示
当线圈向右移动,未到达直导线之前,线圈内磁通量垂直纸面向外增多,根据楞次定律可得感应电流方向为dcba;当线圈穿过直导线过程中,线圈内磁通量垂直纸面向外减少,同时磁通量垂直纸面向内增大,所以先是合磁通量为垂直纸面向外减小后是合磁通量为垂直纸面向内增大,则感应电流的磁场方向为垂直纸面向外,根据楞次定律可得感应电流方向为abcd;线圈穿过直导线后,线圈内磁通量为垂直纸面向内减少,根据楞次定律可得感应电流方向仍为dcba。
故选D。
5.(25-26高二下·全国·随堂练习)如图所示,一水平放置的矩形闭合线圈abcd在条形磁体的N极附近竖直下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,且ad边、bc边一直在同一水平面上,由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ,这个过程中线圈中的感应电流( )
A.沿abcda流动
B.沿dcbad流动
C.先沿abcda流动,后沿dcbad流动
D.先沿dcbad流动,后沿abcda流动
【答案】A
【详解】根据题意,由条形磁铁的磁场分布情况可知,线圈在Ⅱ位置时穿过线圈的磁通量最少,线圈从Ⅰ位置到Ⅱ位置,穿过线圈自下而上的磁通量减少,由楞次定律可知,感应电流的磁场阻碍其减少,则在线圈中产生的感应电流的方向为abcda,线圈从Ⅱ位置到Ⅲ位置,穿过线圈自上而下的磁通量在增加,感应电流的磁场阻碍其增加,由楞次定律可知感应电流的方向仍然是abcda。
故选A。
6.(24-25高二下·贵州安顺·期末)如图所示,通有水平向右恒定电流的固定长直导线的正上方用绝缘细线悬挂一金属圆环,静止时金属圆环的中心位于O点。将金属圆环的中心拉到a位置无初速度释放,金属圆环的中心运动到b位置后反向运动,金属圆环和长直导线始终在同一竖直平面内,且细线始终处于张紧状态。从a到b过程中金属圆环的感应电流方向( )
A.顺时针 B.逆时针 C.先顺时针再逆时针 D.先逆时针再顺时针
【答案】C
【详解】根据安培定则,通电直导线下方区域磁场方向垂直纸面向里,上方区域磁场方向垂直纸面向外,圆环由a位置开始运动到最低点过程中,磁通量增大,根据楞次定律,圆环中感应电流的磁场方向垂直纸面向里,感应电流的方向为顺时针方向,由最低点运动到b位置的过程中,磁通量减小,圆环中电流的方向为逆时针。
故选C。
7.(24-25高二下·贵州·月考)如图所示,铁芯左边悬挂一个轻质金属环,铁芯上绕有线圈M,线圈M和电源、开关、热敏电阻相连。已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,下列说法正确的是( )
A.开关闭合瞬间,从左向右看,金属环中有顺时针方向的电流
B.开关闭合瞬间,金属环向左摆动
C.若将金属环挂在铁芯右侧,开关闭合瞬间,金属环向左摆动
D.保持开关闭合,当温度迅速升高时,从左向右看,金属环中有顺时针方向的电流
【答案】B
【详解】A.开关闭合瞬间,穿过金属环的磁通量向右增加,根据楞次定律“增反减同”,金属环中感应电流产生的磁场方向向左。再根据安培定则,从左向右看,金属环中有逆时针方向的电流,A错误;
B.开关闭合瞬间,穿过金属环的磁通量增加,根据楞次定律的“来拒去留”,金属环会阻碍磁通量的增加,所以金属环向左摆动,B正确;
C.若将金属环挂在铁芯右侧,开关闭合瞬间,穿过金属环的磁通量向右增加,根据“来拒去留”,金属环会阻碍磁通量的增加,所以金属环向右摆动,C错误;
D.保持开关闭合,当温度迅速升高时,热敏电阻的阻值减小,电路中电流增大,线圈产生的磁场增强,穿过金属环的磁通量向右增加。根据楞次定律,金属环中感应电流产生的磁场方向向左,从左向右看,金属环中有逆时针方向的电流,D错误。
故选B。
8.(24-25高二下·四川绵阳·期末)如图所示,用一根带绝缘外皮的铜导线制成的闭合“8”字环,交叉位置固定且互相绝缘,左右两侧圆环分别处在以OO'为界的两侧,右侧无磁场,左侧磁场方向垂直纸面向里,在磁场快速减小的过程中( )
A.左侧圆环中有顺时针方向的感应电流
B.右侧圆环中有顺时针方向的感应电流
C.右侧圆环中的电流大小小于左侧圆环的电流大小
D.右侧圆环中的电流大小大于左侧圆环的电流大小
【答案】A
【详解】AB.在磁场快速减小的过程中,左侧圆环的磁通量减小,根据楞次定律,左侧圆环中有顺时针方向的感应电流,右侧圆环中有逆时针方向的感应电流,A正确,B错误;
CD.两个圆环串联,右侧圆环中的电流大小等于左侧圆环的电流大小,CD错误。
故选A。
9.(24-25高二下·江西景德镇·期末)如图甲,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同的线圈Q,P和Q共轴。从上往下看,P、Q中均以逆时针方向电流为正。现Q中通如图乙所示变化电流,则P中感应电流随时间的关系为( )
A.B.C. D.
【答案】C
【详解】0−t0时间内,Q中电流沿逆时针方向均匀增大,根据安培定则判断可知,Q产生的磁场方向向上,且磁场B均匀增大,由楞次定律得知P中感应电流方向沿顺时针,方向为负;因为Q中产生的磁感应强度与电流成正比,有B=ki,则
则P中感应电动势为
感应电流大小为
同理,t0−2t0时间内,P中感应电流的方向沿逆时针,为正,感应电流大小为
2t0−3t0时间内,P中感应电流方向沿顺时针,为负,感应电流大小为。
故选C。
10.(24-25高二下·湖北武汉·期中)如图所示,铝环A用轻线静止悬挂于长直螺线管左侧,且与长直螺线管共轴。下列说法正确的是( )
A.闭合开关S瞬间,铝环A将向右摆动
B.闭合开关S稳定后,断开开关S瞬间,铝环A的面积有收缩趋势
C.保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑,从左往右看铝环A中将产生逆时针方向的感应电流
D.保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向左滑,铝环A将向左摆动
【答案】D
【详解】A.闭合开关S 瞬间,穿过铝环A的磁通量突然增加,根据楞次定律中阻碍观点,可知铝环A将阻碍原磁场在铝环A中的磁通量增加,铝环A将向左摆动,故A错误;
B.闭合开关S稳定后,断开开关S瞬间,穿过铝环A的磁通量减小,根据楞次定律中阻碍观点-“增缩减扩”,可知铝环A的面积有扩张趋势,故B错误;
C.保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑,滑动变阻器接入电路中的有效阻值变大,螺线管中的电流将减小,产生的向右的磁场减弱。根据楞次定律可知,铝环A 中将产生与螺线管上同方向的感应电流,则从左往右看铝环A 中将产生顺时针方向的感应电流,故C错误;
D.保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向左滑,滑动变阻器接入电路中的有效阻值变小,电路中电流变大,穿过铝环A的磁通量增加,根据楞次定律中阻碍观点,可知铝环A将向左摆动,故D正确。
故选D。
11.(24-25高二下·四川德阳·期中)如图(a),螺线管内有一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 abcd相连,abcd内有一柔软的正方形金属环L,L与abcd共面,当B随时间t按图(b)所示规律变化时( )
A.内,导线框中有逆时针方向的感应电流
B.内,金属环L有收缩趋势
C.内,a点电势高于d点电势
D. 内,金属环L中有逆时针方向的感应电流
【答案】C
【详解】AB.在0~t1时间内,穿过圆环的磁通量向上均匀增大,由楞次定律可以确定螺线管产生的感应电流为dcba方向,即顺时针方向,由安培定则可知,L内的磁场的方向向里;由于穿过螺线管的磁通量均匀增加,所以螺线管产生的感应电动势不变,感应电流也不变,则穿过L的磁通量不变,L中无感应电流,也无收缩趋势,故AB错误;
C.在t1-t2时间内,穿过圆环的磁通量向上减小,由楞次定律可以确定螺线管产生的感应电流为逆时针方向,则a点电势高于d点电势,之后是向下增大的,由楞次定律可以确定螺线管产生的感应电流为逆时针方向,则a点电势高于d点电势,故C正确;
D.在t2-t3时间内,向下的磁通量减小,由于减小的速率逐渐减小,根据法拉第电磁感应定律可知,螺线管产生的感应电流也逐渐减小,则穿过L的磁通量减小,根据右手螺旋定则,穿过圆环L的磁通量向里减小,则根据楞次定律,L有顺时针感应电流,故D错误。
故选C。
二、多选题
12.(25-26高二下·全国·课后作业)如图所示,线圈P、Q同轴放置,P与开关S、电源和滑动变阻器R组成回路,Q与电流计G相连,要使Q线圈产生图示方向的电流,可采用的方法有( )
A.闭合开关S后,把R的滑片右移
B.闭合开关S后,把R的滑片左移
C.闭合开关S后,把Q靠近P
D.无需闭合开关S,只要把Q靠近P即可
【答案】BC
【详解】ABC.闭合开关S后,线圈P产生的磁场向右穿过线圈Q,线圈Q中的原磁场方向水平向右,要使线圈Q产生图示方向的电流,即线圈Q中的感应磁场方向水平向左,根据“增反减同”的结论,线圈Q中的原磁场的磁通量要增加,则可以把R的滑片左移或者使Q靠近P,故A错误,BC正确;
D.开关S不闭合,线圈Q中无磁场通过,Q中不会有电流产生,故D错误。
故选BC。
13.(25-26高二上·浙江·期中)如图所示,开始时,一个金属圆环静止放在水平的光滑绝缘桌面上,圆心的正上方有一个竖直的条形强磁铁,S极在下,N极在上。下列说法正确的是( )
A.若磁铁水平向右运动,则圆环跟随向右运动
B.若调换磁极,仍让磁铁水平向右运动,则圆环跟随向右运动
C.若磁铁向上运动,圆环一定静止在桌面上
D.若磁铁向上运动,圆环一定会从桌面上跳起
【答案】AB
【详解】AB.根据“来拒去留”可知,若磁铁水平向右运动,金属圆环将受到水平向右的驱动力,金属圆环将向右运动,故AB正确;
CD.将金属圆环等效成条形磁体,则上面为N极,与条形磁铁相吸,则环对桌面的压力小于重力,但是不能确定该力与重力的大小关系,所以不能确定圆环是静止在桌面上还是从桌面上跳起,故CD错误。
故选AB。
14.(25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期中)在我国南海上有一浮桶式灯塔,其结构如图所示,浮桶下部由内、外两密封圆筒构成,其内部为产生辐向磁场的磁体,磁体通过支柱固定在暗礁上,浮桶内置圆形线圈与塔灯连接,线圈能够随波浪相对磁体沿竖直方向上、下运动,下列说法正确的是( )
A.该装置利用了电磁感应原理
B.当海面无波浪时,塔灯发光
C.圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等
D.线圈向上运动时产生感应电流的方向为顺时针(俯视)
【答案】AC
【详解】A.该装置的工作原理是电磁感应现象,故A正确;
B.当海面无波浪时,线圈没有相对磁体上下运动,则线圈没有切割磁感线,所以该灯塔无法发光,故B错误;
C.根据对称性可知,圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等,故C正确;
D.根据右手定则可知,线圈向上运动时产生感应电流的方向为逆时针(俯视),D错误。
故选AC。
15.(25-26高二上·辽宁锦州·期中)如图甲所示,粗糙水平面上固定一长直导线,其左侧放置一个长方形的金属线框(俯视图),现导线中通以如图乙所示的电流,线框始终保持静止状态,规定导线中电流方向向下为正,在时间内,则( )
A.线框中感应电流先逆时针后顺时针 B.线框中感应电流一直沿顺时针方向
C.线框受到的安培力先向右,后向左 D.线框受到的安培力方向始终向左
【答案】BC
【详解】AB.在0~t0时间内,电流方向向下减小,根据安培定则,线框所在处的磁场方向垂直纸面向里减小,根据楞次定律,线框中感应电流的方向为顺时针;同理在t0~2t0时间内,电流方向向上增加,根据安培定则,线框所在处的磁场方向垂直纸面向外增加,感应电流的方向还是顺时针方向,故A错误,B正确;
CD.线框上下两边受到的安培力等大反向,ab边受到的安培力小于cd边受到的安培力,所以线框受到的安培力大小可以根据cd边受到的安培力情况进行分析。根据左手定则,线框受到的安培力先向右,后向左,故C正确,D错误。
故选BC。
16.(25-26高二上·浙江·期中)在如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈,与滑动变阻器、电源构成闭合电路,a、b、c为三个闭合金属圆环,假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内,则当滑动变阻器的滑片向右滑动时,下列说法正确的是( )
A.穿过a、b两个环的磁通量始终相同
B.穿过环的磁通量始终是环的一半
C.a、c两个环中都有感应电流
D.从上往下看b中感应电流的方向为顺时针
【答案】AD
【详解】A.线圈产生的磁场全部集中在铁芯内,所以穿过a、b两个环的磁通量始终相同,故A正确;
B.由于向左和向右穿过c环的磁感线条数相等,完全抵消,因此c环总的磁通量为零,故B错误;
C.当滑动变阻器的滑片向右滑动时,线圈中电流将发生改变,产生的磁场随之改变,穿过a环的磁通量会发生改变,因此a环中会产生感应电流;而向左和向右穿过c环的磁感线条数相等,完全抵消,总的磁通量为零,不发生变化,因此c环中没有感应电流产生,故C错误;
D.根据安培定则可知,穿过b环的磁场方向向上,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,线圈中电流变大,穿过b环的磁通量增加,根据楞次定律可知,感应电流产生的磁场方向向下,结合安培定则可知,b环中感应电流的方向为顺时针(从上往下看),故D正确。
故选AD。
17.(25-26高二下·全国·随堂练习)如图所示,水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环,在圆心的正上方一定高度处有一个竖直的条形磁体。把条形磁体水平向右移动时,金属圆环始终保持静止。下列说法正确的是 ( )
A.金属圆环相对桌面有向右的运动趋势
B.金属圆环对桌面的压力小于其自身重力
C.金属圆环有扩张的趋势
D.金属圆环受到水平向右的摩擦力
【答案】ABC
【详解】ABD.根据“来拒去留”规律,把条形磁体水平向右移动时,条形磁铁远离金属环,二者相互吸引,金属环受到向右上方的引力作用,所以金属圆环相对桌面有向右的运动趋势,金属圆环对桌面的压力小于其自身重力,金属圆环受到水平向左的摩擦力,故AB正确,D错误;
C.条形磁铁向右移动时,穿过金属环的磁通量减少,根据“增缩减扩”规律,金属圆环有扩大的趋势,故C正确。
故选ABC。
18.(24-25高二下·广西贵港·阶段练习)如图所示,在水平放置的条形磁铁的N极附近,一个闭合线圈始终竖直向下加速运动,并始终保持水平。在位置B时N极附近的磁感线正好与线圈平面平行,A、B之间和B、C之间的距离相等,且都比较小。下列说法正确的是( )
A.线圈在位置A时感应电流的方向为逆时针(俯视)
B.线圈在位置C时感应电流的方向为顺时针(俯视)
C.线圈在位置B时线圈中无感应电流
D.线圈在位置C时的感应电流比在位置A时的大
【答案】AD
【详解】A.在位置A时,穿过线圈的磁感应强度斜向上,线圈向下运动,磁通量减小,根据“增反减同”和右手螺旋定则,可判断出线圈中感应电流的方向为逆时针(俯视),故A正确;
B.线圈在位置C时,穿过线圈的磁感应强度斜向下,线圈向下运动,磁通量增加,根据“增反减同”和右手螺旋定则,可判断出线圈中感应电流的方向为逆时针(俯视),故B错误;
C.线圈在位置B时,线圈平面和磁场平行,磁通量为0,但是磁通量的变化不为0,所以依然有感应电流,故C错误;
D.A、C两处磁通量大小相等,但是线圈加速下降,所以在C处磁通量变化快,根据
可知,在C时,线圈中感应电动势大,感应电流大,故D正确。
故选AD。
19.(24-25高二下·广东梅州·期末)如图甲所示,等离子气流(由高温高压的等电量的正、负离子组成)由左方连续不断地以速度射入和两极间的匀强磁场中,当线圈A中加入如图乙所示变化的磁场,规定向左为磁感应强度B的正方向,下列说法正确的是( )
A.图甲中极电势比极电势低
B.图甲中A线圈内感应电流的方向从左向右看为逆时针方向
C.图甲中A线圈内和内产生的感应电流方向不同
D.图甲中两导线在内相互吸引
【答案】BD
【详解】A.图甲中由左手定则可知,正离子偏向上极板,负离子偏向下极板,可知极电势比极电势高,选项A错误;
B.图甲中A线圈内穿过线圈的磁通量向左减小,根据楞次定律,则感应电流的方向从左向右看为逆时针方向,选项B正确;
C.图甲中A线圈内和内B-t图像的斜率相同,可知产生的感应电流大小方向都相同,选项C错误;
D.同理在内根据楞次定律,则线圈A中的感应电流的方向从左向右看为顺时针方向,即从c到d,而导线ab中的电流从a到b,两导线中电流同向,可知相互吸引,选项D正确。
故选BD。
20.(24-25高二下·云南·期中)如图所示,圆环形导体线圈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如图所示的电路.若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列表述正确的是( )
A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
B.穿过线圈a的磁通量变大
C.线圈a有收缩的趋势
D.线圈a对水平桌面的压力FN减小
【答案】BC
【详解】A.根据楞次定律即可判断出线圈a中感应电流方向俯视应为逆时针,A错误;
B.当滑动触头P向下移动时,接入电路的电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知通过线圈b的电流增大,从而判断出穿过线圈a向下的磁通量增加,B正确;
C.再根据微元法将线圈a无限分割,根据左手定则不难判断出线圈a应有收缩的趋势,或直接根据楞次定律的第二描述“感应电流产生的效果总是阻碍引起感应电流的原因”,因为滑动触头向下滑动导致穿过线圈a的磁通量增加,故只有线圈面积减少时才能阻碍磁通量的增加,故线圈a应有收缩的趋势,C正确;
D.开始时线圈a对桌面的压力等于线圈a的重力,当滑动触头向下滑动时,可以用“等效法”,即将线圈a和b看作两个条形磁铁,不难判断此时两磁铁的N极相对,互相排斥,故线圈a对水平桌面的压力将增大,D错误。
故选BC。
21.(24-25高二下·湖南·期中)如图所示,在一水平固定的铝环上方,有一条形磁铁,从离地而高h处由静止开始下落,最后落在地面上。磁铁下落过程从铝环中心穿过,且不与铝环接触。若不计空气阻力,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.磁铁靠近铝环的过程中,铝环有收缩趋势
B.磁铁下落过程中,从上往下看铝环中的感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向
C.磁铁下落过程中,磁铁的机械能不断减少
D.磁铁落地时的速率等于
【答案】AC
【详解】A.磁铁靠近铝环的过程中,铝环中的磁通量增大,根据楞次定律“增缩减扩”可知,铝环有收缩趋势,故A正确;
B.由题图可知,在磁铁下落过程中,穿过铝环的磁场方向向下,在磁铁靠近铝环时,穿过铝环的磁通量变大,在磁铁远离铝环时穿过铝环的磁通量减小,由楞次定律可知,从上向下看,铝环中的感应电流先沿逆时针方向,后沿顺时针方向,故B错误;
C.在磁铁下落过程中,铝环中产生感应电流,铝环中有电能产生,磁铁在整个下落过程中,磁铁的机械能转化为电能,由能量守恒定律可知,磁铁的机械能减少,故C正确;
D.磁铁自由下落时,落地速度,由于磁铁下落穿过铝环时能量有损失,磁铁落地速度应小于,故D错误。
故选AC。
三、实验题
22.(24-25高二下·内蒙古赤峰·期末)某实验小组使用如图所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。
(1)实验前 (选填“需要”或“不需要”)判明电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系;
(2)实验时,闭合开关前滑动变阻器的滑片应位于 端(选填“左”或“右”),当闭合开关时,发现灵敏电流计的指针右偏。指针稳定后,迅速将滑动变阻器的滑片P向左移动时灵敏电流计的指针 (选填“左偏”“不动”或“右偏”)。
(3)该组同学经过以上实验探究,对家中“自发电”无线门铃按钮原理进行研究,其“发电”原理如图乙所示,按下门铃按钮过程,磁铁靠近螺线管;松开门铃按钮过程,磁铁远离螺线管回归原位,下列说法正确的是( )
A.按下按钮时,门铃会响
B.按住按钮不动,门铃会响
C.按下和松开按钮过程,通过门铃的感应电流大小一定相等
【答案】(1)需要
(2) 右 右偏
(3)A
【详解】(1)由于本实验通过电流计指针偏转方向确定感应电流方向,所以实验前需要判明电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系。
(2)[1]实验时,闭合开关前滑动变阻器接入电路的电阻最大,所以滑动变阻器的滑片应位于右端;
[2]由于闭合开关时,灵敏电流计的指针右偏,即穿过线圈的磁通量增大时,指针右偏,所以指针稳定后迅速将滑动变阻器的滑片P向左移动时,回路中电阻减小,电流增大,穿过线圈的磁通量增大,则灵敏电流计的指针右偏。
(3)A.按下和松开按钮过程,螺线管中磁通量发生变化,螺线管产生感应电动势,门铃均会响,故A正确;
B.按住按钮不动,螺线管中磁通量不变,螺线管中的感应电动势为零,门铃不会响,故B错误;
C.按下和松开按钮过程,螺线管中磁通量的变化率不一定相同,故螺线管产生的感应电动势不一定相同,通过门铃感应电流大小不一定相等,故C错误。
故选A。
23.(24-25高二下·山东烟台·开学考试)完成下列填空,如图所示是探究电磁感应现象的实验装置。
(1)如图甲,用绝缘线将导体AB悬挂在蹄形磁铁的磁场中,闭合开关后,在下面的实验探究中,关于电流表的指针是否偏转填写在下面的空格处。
①磁体不动,使导体AB向上或向下运动,并且不切割磁感线,电流表的指针 ;
②导体AB不动,使磁体左右运动,电流表的指针 。(选填“偏转”或“不偏转”)
(2)如图乙,各电路连接完好,线圈A在线圈B中,在开关闭合的瞬间,实验小组发现电流表的指针向左偏一下后又迅速回到中间位置,则:保持开关闭合,在把滑动变阻器的滑片向左移动的过程中,会观测到电流表的指针 ;断开开关的瞬间,会观测到电流表的指针 后又迅速回到中间位置。(选填“向左偏”、“向右偏”或“不动”)
【答案】(1) 不偏转 偏转
(2) 向左偏 向右偏
【详解】(1)①[1]磁体不动,使导体向上或向下运动,并且不切割磁感线,不会产生感应电流,则电流表的指针不偏转。
②[2]导体不动,使磁体左右运动,导体棒会切割磁感线产生感应电流,则电流表的指针会偏转。
(2)[1][2]在开关闭合的瞬间,电流表的指针向左偏一下后又迅速回到中间位置,可知当穿过线圈B的磁通量增加时,电流表指针左偏;保持开关闭合,在把滑动变阻器的滑片向左移动的过程中,电阻变小,电流增大,则穿过线圈B的磁通量增大,会观测到电流表的指针向左偏。断开开关的瞬间,穿过线圈B的磁通量减小,会观测到电流表的指针向右偏。
24.(24-25高二下·浙江杭州·期中)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下的实验。
(1)所用电流计指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“﹢”接线柱流入电流计时,指针向右偏转。如图甲,将条形磁铁S极向下插入螺线管时,发现电流计的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图乙所示,则螺线管中感应电流产生的磁场方向 (填“向下”或“向上”)。
(2)关于该实验,下列说法正确的是( )
A.将磁铁插入的速度越大,电流计指针偏转幅度越大
B.将磁铁插入的速度越大,电流计指针偏转幅度越小
C.将磁铁的N极向下,并将其抽出,电流计指针向左偏转
D.将磁铁的N极向下,并将其插入,电流计指针向右偏转
(3)本实验也可以用发光二极管代替电流计进行实验,如图丙所示,将条形磁铁极向下插入螺线管,可观察到发光二极管 (填“D1”或“D2”)短暂发光。由此可分析得出:当穿过螺线管的磁通量增加时,感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向 (填“相同”或“相反”)。
【答案】(1)向下
(2)A
(3) D1 相反
【详解】(1)将条形磁铁S极向下插入螺线管时,发现电流计的指针向右偏转,说明感应电流方向为从B经螺线管到A,由右手螺旋定则可知,螺线管中感应电流产生的磁场方向向下。
(2)AB.将磁铁插入的速度越大,可知穿过螺线管的磁通量变化率越大,产生的感应电动势越大,则感应电流越大,电流计指针偏转幅度越大,故A正确,B错误;
C.将磁铁的N极向下,并将其抽出,则穿过螺线管的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流由电流计的正极流入,指针向右偏转,故C错误;
D.将磁铁的N极向下,并将其插入,则穿过螺线管的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流由电流计的负极流入,电流计指针向左偏转,故D错误。
故选A。
(3)[1]将条形磁铁N极向下插入螺线管,则穿过螺线管的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流从上端经螺线管到下端,可观察到发光二极管D1短暂发光;
[2]由此可知,当穿过螺线管的磁通量增加时,感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向相反。
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第05讲:楞次定律
【考点归纳】
【知识归纳】
知识点01、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.
知识点02、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.从能量角度理解楞次定律
感应电流沿着楞次定律所述的方向,是能量守恒定律的必然结果,当磁极插入线圈或从线圈内抽出时,推力或拉力做功,使机械能转化为感应电流的电能.
知识点03、右手定则
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.
知识点04、判断感应电流方向的步骤
该方框图不仅概括了根据楞次定律判定感应电流方向的思路,同时也描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系,只要知道了其中任意两个因素,就可以判定第三个因素.
知识点05、楞次定律推论
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
【题型探究】
题型一:楞次定律的理解
【例1】.(25-26高二上·吉林长春·期中)关于楞次定律,下列说法正确的是( )
A.感应电流的磁场总要阻止引起感应电流的磁通量的变化
B.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向
C.楞次定律是能量守恒定律的一种体现
D.感应电流的磁场总是与原磁场反向,阻碍原磁场的变化
【变式1】.(24-25高三上·四川内江·期末)楞次定律中“阻碍”的含义是指( )
A.当引起感应电流的磁场增强时,感应电流的磁场方向与其相反;当引起感应电流的磁场减弱时,感应电流的磁场方向与其相同
B.感应电流形成的磁场只是阻碍引起感应电流的磁场的增强
C.感应电流形成的磁场只是阻碍引起感应电流的磁场的减弱
D.感应电流形成的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反
【变式2】.(23-24高二上·河北邢台·阶段练习)关于楞次定律,下列说法正确的是( )
A.感应电流的磁场总是与原磁场反向,阻碍原磁场的变化
B.感应电流的磁场总是促进磁通量的变化
C.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向
题型二:楞次定律的应用(增反减同)
【例2】.(25-26高二上·浙江·期中)如图所示,闭合线圈水平放置且固定,一条形磁铁竖直加速下落,分别经过A、B、C位置(设磁铁始终保持水平),在位置B时N极附近的磁感线正好与线圈平面平行,A、B之间和B、C之间的距离相等,且都比较小。下列说法正确的是( )
A.磁铁在位置A时线框感应电流的方向为逆时针(俯视)
B.磁铁在位置B时线框中的磁通量最大
C.磁铁在位置A时的加速度比位置C时的加速度大
D.磁铁在位置C时线框中的电功率比在位置A时的小
【变式1】.(25-26高二上·贵州毕节·月考)如图所示,当条形磁铁沿线圈轴线ab从左向右穿过金属线圈的过程中,在金属线圈的左侧向右看,金属线圈的电流方向为( )
A.先顺时针后逆时针 B.先逆时针后顺时针
C.始终为顺时针 D.始终为逆时针
【变式2】.(24-25高二下·山东东营·期末)水平桌面上放置梯形导线框与长直导线,二者彼此绝缘,其俯视图如图所示。线框被导线分成左右面积相等的两部分。在MN导线中通入如图所示电流的瞬间,下列说法正确的是( )
A.线框有向左运动的趋势
B.线框ab、cd边不受安培力作用
C.因为导线两侧线框面积相等,所以线框中无感应电流产生
D.线框中感应电流方向为a→b→c→d→a
题型三:楞次定律的应用(来拒去留))
【例3】.(25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期中)某同学学习了电磁感应相关知识之后,做了探究性实验:将闭合线圈按图示方式放在电子秤上,线圈上方有一N极朝下竖直放置的条形磁铁,手握磁铁在线圈的正上方静止,此时电子秤的示数为m0。将磁铁N极加速插向线圈的过程中,下列说法正确的是( )
A.电子秤的示数等于m0
B.电子秤的示数小于m0
C.线圈中产生的电流沿逆时针方向(俯视)
D.线圈中产生的电流沿顺时针方向(俯视)
【变式1】.(25-26高二上·江苏·期中)如图所示,水平绝缘的桌面上放置一个金属环,现有一个竖直的条形磁铁从圆环左上方沿水平方向快速移动经过正上方到达右上方,在此过程中( )
A.圆环一定向右运动
B.圆环受到的摩擦力方向不变
C.圆环对桌面的压力一直增大
D.圆环对桌面的压力先减小后增大
【变式2】.(24-25高二下·天津武清·期末)如图3所示,有一固定的金属圆环,在其右侧放着一条形磁铁,此时圆环中没有电流。当把磁铁向左方移近并通过圆环的过程中,圆环中产生了一定的电流,则( )
A.靠近时电流的方向与图中所示方向相反
B.靠近时磁铁与圆环相互吸引
C.远离时电流的方向与图中所示方向相同
D.远离时磁铁与圆环相互吸引
题型四:楞次定律的应用(增缩减扩)
【例4】.(24-25高二下·江西新余·期末)一种新型合金被发现,只要略微提高温度,这种合金就会从非磁合金变成强磁性合金,从而使环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图所示。A为圆柱形合金材料,B为线圈,套在圆柱形合金材料中间,线圈的半径大于合金材料的半径。现对A进行加热,下列说法正确的是( )
A.B线圈的磁通量将减小
B.B线圈一定有收缩的趋势
C.将线圈B向左移动,磁通量大小不变
D.若从右向左看线圈B中产生顺时针方向的电流,则A左端是强磁性合金的S极
【变式1】.(2025·云南昆明·模拟预测)如图所示,在一水平固定的铝环上方,有一条形磁铁,从离地面高h处由静止开始下落,最后落在地面上。磁铁下落过程从铝环中心穿过,且不与铝环接触。若不计空气阻力,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.磁铁靠近铝环的过程中,铝环有收缩趋势
B.磁铁下落过程中,从上往下看铝环中的感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向
C.磁铁下落过程中,磁铁的机械能不变
D.磁铁落地时的速率等于
【变式2】.(24-25高二下·天津·期末)如图所示,ef、gh为两相互平行水平固定放置的金属导轨,ab、cd为搁在金属导轨上的两金属棒,与导轨接触良好且无摩擦。当一条形磁铁向下靠近导轨时,下列描述正确的是( )
A.两金属棒将互相靠近
B.金属棒对导轨的压力将减小
C.回路中电流方向为顺时针方向
D.回路中电流方向为逆时针方向
题型五:右手定则
【例5】.(23-24高二下·浙江·期中)地磁学家曾经尝试用“自激发电”假说解释地球磁场的起源,其原理如图所示:一个金属圆盘A在某一大小恒定、方向时刻沿切线方向的外力作用下,在弱的轴向磁场B中绕金属轴转动,根据法拉第电磁感应定律,盘轴与盘边之间将产生感应电动势,用一根带有电刷的螺旋形导线MN在圆盘下方连接盘边与盘轴,MN中就有感应电流产生,最终回路中的电流达到稳定值,磁场也达到稳定状态。下列说法正确的是( )
A.MN中的电流方向从N→M
B.圆盘转动的速度逐渐减小
C.MN中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同
D.磁场达到稳定状态后,MN中不再产生感应电流
【变式1】.(22-23高二下·河南商丘·期末)如图所示,矩形导线框在匀强磁场中沿垂直磁场方向向右做匀速运动,下列说法正确的是( )
A.线框中无感应电流,A、B两点电势相等
B.线框中无感应电流,A点电势高于B点电势
C.线框中无感应电流,A点电势低于B点电势
D.线框中有感应电流,A点电势高于B点电势
【变式2】.(22-23高二下·陕西渭南·期中)两根相互平行的金属导轨水平放置于图中所示的匀强磁场中,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,下列说法中正确的是( )
A.磁场对导体棒CD的作用力水平向左
B.磁场对导体棒AB的作用力水平向右
C.导体棒CD内有电流通过,方向是
D.导体棒CD内有电流通过,方向是
题型六:楞次定律重要结论的应用
【例6】.(24-25高二下·山东日照·期末)某同学受电吉他启发,设计了一个如图所示的发声装置,装置内部安装有线圈,弹性金属线通有恒定电流(图中箭头所示),弹奏时金属线在线圈所处的平面振动时,线圈中会产生感应电流,经信号放大器放大后由扬声器发出音乐,下列说法正确的是( )
A.金属线向右振动的过程中,线圈有扩张的趋势
B.金属线向右振动的过程中,金属线所受安培力向左
C.金属线向左振动的过程中,线圈的感应电流方向为逆时针
D.取走线圈,其他条件不变,停止弹奏时金属线会更快的停下来
【变式1】.(24-25高二下·广西桂林·期末)如图所示,置于垂直纸面向里的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光滑水平导轨上,导轨上有一根金属棒ab静止在垂直纸面向外的匀强磁场中。要使ab棒向左运动,则圆盘可以( )
A.顺时针匀速转动 B.顺时针减速转动 C.逆时针加速转动 D.逆时针减速转动
【变式2】.(24-25高二下·四川·期中)如图,汽车测速利用了电磁感应现象,汽车可简化为一个闭合水平矩形线圈abcd,安装在地下的水平线圈分别为1、2(线圈1、2的间距较大),矩形线圈的ab边小于线圈1、2的宽度。当线圈1、2中通上逆时针方向(俯视)的恒定电流后,汽车经过线圈时( )
A.恒定电流在线圈1、2内产生的磁场方向竖直向下
B.汽车进入线圈1的过程中产生的感应电流方向为adcba
C.汽车离开线圈1的过程中产生的感应电流方向为adcba
D.汽车离开线圈2的过程中受到的安培力方向与速度方向相同
题型七:感应电路的图像问题
【例7】.(24-25高二下·山东聊城·期中)在竖直方向的匀强磁场中,水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图甲所示,磁场向上为正。当磁感应强度随时间按图乙变化时,下列关于导体环中的感应电流随时间变化的图像正确的是( )
A. B.
C. D.
【变式1】.(24-25高二上·河北保定·期末)如图甲所示,金属圆环的直径与两匀强磁场的边界重合,边界右侧有垂直纸面向里,大小恒为的匀强磁场(图中未画出)。边界左侧的磁感应强度随时间变化的关系如图乙所示,取垂直纸面向外为正方向。关于0~2T时间内,金属环中感应电流的方向,下列说法正确的是( )
A.先逆时针方向后顺时针方向 B.先顺时针方向后逆时针方向
C.顺时针方向 D.逆时针方向
【变式2】.(24-25高二上·广西玉林·期末)如图所示,在铁芯上绕着两个线圈A和B,设电流自左边接线柱即图中箭头方向进入A时取正,若在这段时间内电流计G表中有向左的电流通过,则线圈A中电流随时间变化的关系图象是( )
A.B.C. D.
题型八:楞次定律探究实验
【例8】.(25-26高二上·辽宁大连·期中)(1)在探究楞次定律的实验中,除需要已知绕向的螺线管、条形磁铁外,还要用到一个电表,请从下列电表中选择 。
A.量程为的电压表 B.量程为的电流表
C.量程为的电流表 D.零刻度在中间的灵敏电流计
(2)同学利用实验探究的结论,可以推断出螺线管导线绕向。如图(d)所示,当强条形磁铁N极向下快速插入螺线管时,二极管发光。则可推断:该螺线管的导线绕向应如图 (选填“e”或“f”)
(3)同学们通过进一步实验和查阅资料发现,楞次定律是 在电磁感应现象中的具体体现。
A.库仑定律 B.欧姆定律 C.能量守恒定律
【变式1】.(25-26高二上·浙江宁波·期中)为探究影响感应电流方向的因素,某兴趣小组的同学们使用图甲所示的电磁感应实验装置进行实验,其中线圈A中有铁芯。
(1)如图甲所示,是小明同学进行“探究感应电流方向”的实验装置,为了完成该实验,请用笔画线代替导线完成余下电路 :
(2)小明同学将线圈A插入线圈B中,闭合开关S时,发现灵敏电流计G的指针向左偏转,接着保持线圈A、B不动,将线圈A中的铁芯拔出,则灵敏电流计G的指针将向 (填“左”或“右”)偏转;
(3)图乙是小军同学对课本演示实验装置改进后制作的“楞次定律演示仪”。演示仪由反向并联的红、蓝两只发光二极管(简称LED)、一定匝数的螺线管、灵敏电流计G以及强力条形磁铁组成。正确连接好实验电路后,将条形磁铁从图示位置迅速向下移动过程中, (填“红”或“蓝”)色二极管发光;
(4)小军同学发现,条形磁铁向上移动得越快,灵敏电流计G的示数越大,这说明感应电动势随 (填“磁通量”“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”)的增大而增大。
【变式2】.(24-25高三上·吉林长春·月考)在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中,请回答下列问题。
(1)为弄清灵敏电流表指针摆动方向与电流方向的关系,可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡,含有直流电源,他应选用多用电表的 (选填“欧姆”、“直流电流”、“直流电压”、“交流电流”或“交流电压”)挡,对灵敏电流表进行测试,由实验可知当电流从正接线柱流入电流表时,指针向右摆动。
(2)实验中,该同学将磁铁某极向下从线圈上方插入线圈时,发现电流表的指针向右偏转,请在图中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁铁的极性 。
(3)另一位同学利用图乙所示的实验器材来研究电磁感应现象及判定感应电流方向。在给出的实物图中,已用实线作为导线连接了部分实验电路。
①请用实线作为导线从箭头1和2处开始完成其余部分电路的连接 ;
②将L1插入L2后,下列实验操作产生的感应电流与合上开关时产生的感应电流方向相同的是 。
A.闭合开关,稳定后拔出软铁棒
B.闭合开关,稳定后使变阻器滑片P右移
C.闭合开关,稳定后使变阻器滑片P左移
D.闭合开关,稳定后断开开关
【高分突破】
一、单选题
1.(25-26高二下·全国·随堂练习)关于楞次定律,下列说法正确的是( )
A.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
B.感应电流的磁场总是阻止磁通量的变化
C.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向
D.感应电流的磁场总是与原磁场反向,阻碍原磁场的变化
2.(25-26高二下·全国·随堂练习)关于感应电流,下列说法正确的是( )
A.感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量
B.感应电流的磁场方向一定与引起感应电流的磁场方向相反
C.感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同,也可能相反
D.当导体切割磁感线运动时,只能用右手定则确定感应电流的方向
3.(25-26高二上·吉林长春·期中)如图所示,矩形线圈位于通电长直导线附近,线圈与导线在同一平面内,线圈的AB边和CD边与导线平行。下列说法正确的是( )
A.线圈内磁感应强度方向垂直于纸面向外
B.仅增大直导线电流,线圈内不会产生感应电流
C.保持线圈边平行于直导线在平面内远离导线移动时,线圈内将产生逆时针感应电流
D.保持线圈边平行于直导线在平面内远离导线移动时,线圈内将产生顺时针感应电流
4.(25-26高二下·全国·课后作业)如图所示,导线框abcd与直导线在同一平面内(两者相互绝缘),直导线通有恒定电流I,在线框由左向右匀速通过直导线的过程中,线框中感应电流的方向是( )
A.先abcd,后dcba,再abcd
B.先abcd,后dcba
C.始终dcba
D.先dcba,后abcd,再dcba
5.(25-26高二下·全国·随堂练习)如图所示,一水平放置的矩形闭合线圈abcd在条形磁体的N极附近竖直下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,且ad边、bc边一直在同一水平面上,由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ,这个过程中线圈中的感应电流( )
A.沿abcda流动
B.沿dcbad流动
C.先沿abcda流动,后沿dcbad流动
D.先沿dcbad流动,后沿abcda流动
6.(24-25高二下·贵州安顺·期末)如图所示,通有水平向右恒定电流的固定长直导线的正上方用绝缘细线悬挂一金属圆环,静止时金属圆环的中心位于O点。将金属圆环的中心拉到a位置无初速度释放,金属圆环的中心运动到b位置后反向运动,金属圆环和长直导线始终在同一竖直平面内,且细线始终处于张紧状态。从a到b过程中金属圆环的感应电流方向( )
A.顺时针 B.逆时针 C.先顺时针再逆时针 D.先逆时针再顺时针
7.(24-25高二下·贵州·月考)如图所示,铁芯左边悬挂一个轻质金属环,铁芯上绕有线圈M,线圈M和电源、开关、热敏电阻相连。已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,下列说法正确的是( )
A.开关闭合瞬间,从左向右看,金属环中有顺时针方向的电流
B.开关闭合瞬间,金属环向左摆动
C.若将金属环挂在铁芯右侧,开关闭合瞬间,金属环向左摆动
D.保持开关闭合,当温度迅速升高时,从左向右看,金属环中有顺时针方向的电流
8.(24-25高二下·四川绵阳·期末)如图所示,用一根带绝缘外皮的铜导线制成的闭合“8”字环,交叉位置固定且互相绝缘,左右两侧圆环分别处在以OO'为界的两侧,右侧无磁场,左侧磁场方向垂直纸面向里,在磁场快速减小的过程中( )
A.左侧圆环中有顺时针方向的感应电流
B.右侧圆环中有顺时针方向的感应电流
C.右侧圆环中的电流大小小于左侧圆环的电流大小
D.右侧圆环中的电流大小大于左侧圆环的电流大小
9.(24-25高二下·江西景德镇·期末)如图甲,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同的线圈Q,P和Q共轴。从上往下看,P、Q中均以逆时针方向电流为正。现Q中通如图乙所示变化电流,则P中感应电流随时间的关系为( )
A.B.C. D.
10.(24-25高二下·湖北武汉·期中)如图所示,铝环A用轻线静止悬挂于长直螺线管左侧,且与长直螺线管共轴。下列说法正确的是( )
A.闭合开关S瞬间,铝环A将向右摆动
B.闭合开关S稳定后,断开开关S瞬间,铝环A的面积有收缩趋势
C.保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑,从左往右看铝环A中将产生逆时针方向的感应电流
D.保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向左滑,铝环A将向左摆动
11.(24-25高二下·四川德阳·期中)如图(a),螺线管内有一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 abcd相连,abcd内有一柔软的正方形金属环L,L与abcd共面,当B随时间t按图(b)所示规律变化时( )
A.内,导线框中有逆时针方向的感应电流
B.内,金属环L有收缩趋势
C.内,a点电势高于d点电势
D. 内,金属环L中有逆时针方向的感应电流
二、多选题
12.(25-26高二下·全国·课后作业)如图所示,线圈P、Q同轴放置,P与开关S、电源和滑动变阻器R组成回路,Q与电流计G相连,要使Q线圈产生图示方向的电流,可采用的方法有( )
A.闭合开关S后,把R的滑片右移
B.闭合开关S后,把R的滑片左移
C.闭合开关S后,把Q靠近P
D.无需闭合开关S,只要把Q靠近P即可
13.(25-26高二上·浙江·期中)如图所示,开始时,一个金属圆环静止放在水平的光滑绝缘桌面上,圆心的正上方有一个竖直的条形强磁铁,S极在下,N极在上。下列说法正确的是( )
A.若磁铁水平向右运动,则圆环跟随向右运动
B.若调换磁极,仍让磁铁水平向右运动,则圆环跟随向右运动
C.若磁铁向上运动,圆环一定静止在桌面上
D.若磁铁向上运动,圆环一定会从桌面上跳起
14.(25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期中)在我国南海上有一浮桶式灯塔,其结构如图所示,浮桶下部由内、外两密封圆筒构成,其内部为产生辐向磁场的磁体,磁体通过支柱固定在暗礁上,浮桶内置圆形线圈与塔灯连接,线圈能够随波浪相对磁体沿竖直方向上、下运动,下列说法正确的是( )
A.该装置利用了电磁感应原理
B.当海面无波浪时,塔灯发光
C.圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等
D.线圈向上运动时产生感应电流的方向为顺时针(俯视)
15.(25-26高二上·辽宁锦州·期中)如图甲所示,粗糙水平面上固定一长直导线,其左侧放置一个长方形的金属线框(俯视图),现导线中通以如图乙所示的电流,线框始终保持静止状态,规定导线中电流方向向下为正,在时间内,则( )
A.线框中感应电流先逆时针后顺时针 B.线框中感应电流一直沿顺时针方向
C.线框受到的安培力先向右,后向左 D.线框受到的安培力方向始终向左
16.(25-26高二上·浙江·期中)在如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈,与滑动变阻器、电源构成闭合电路,a、b、c为三个闭合金属圆环,假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内,则当滑动变阻器的滑片向右滑动时,下列说法正确的是( )
A.穿过a、b两个环的磁通量始终相同
B.穿过环的磁通量始终是环的一半
C.a、c两个环中都有感应电流
D.从上往下看b中感应电流的方向为顺时针
17.(25-26高二下·全国·随堂练习)如图所示,水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环,在圆心的正上方一定高度处有一个竖直的条形磁体。把条形磁体水平向右移动时,金属圆环始终保持静止。下列说法正确的是 ( )
A.金属圆环相对桌面有向右的运动趋势
B.金属圆环对桌面的压力小于其自身重力
C.金属圆环有扩张的趋势
D.金属圆环受到水平向右的摩擦力
18.(24-25高二下·广西贵港·阶段练习)如图所示,在水平放置的条形磁铁的N极附近,一个闭合线圈始终竖直向下加速运动,并始终保持水平。在位置B时N极附近的磁感线正好与线圈平面平行,A、B之间和B、C之间的距离相等,且都比较小。下列说法正确的是( )
A.线圈在位置A时感应电流的方向为逆时针(俯视)
B.线圈在位置C时感应电流的方向为顺时针(俯视)
C.线圈在位置B时线圈中无感应电流
D.线圈在位置C时的感应电流比在位置A时的大
19.(24-25高二下·广东梅州·期末)如图甲所示,等离子气流(由高温高压的等电量的正、负离子组成)由左方连续不断地以速度射入和两极间的匀强磁场中,当线圈A中加入如图乙所示变化的磁场,规定向左为磁感应强度B的正方向,下列说法正确的是( )
A.图甲中极电势比极电势低
B.图甲中A线圈内感应电流的方向从左向右看为逆时针方向
C.图甲中A线圈内和内产生的感应电流方向不同
D.图甲中两导线在内相互吸引
20.(24-25高二下·云南·期中)如图所示,圆环形导体线圈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如图所示的电路.若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列表述正确的是( )
A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流 B.穿过线圈a的磁通量变大
C.线圈a有收缩的趋势 D.线圈a对水平桌面的压力FN减小
21.(24-25高二下·湖南·期中)如图所示,在一水平固定的铝环上方,有一条形磁铁,从离地而高h处由静止开始下落,最后落在地面上。磁铁下落过程从铝环中心穿过,且不与铝环接触。若不计空气阻力,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.磁铁靠近铝环的过程中,铝环有收缩趋势
B.磁铁下落过程中,从上往下看铝环中的感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向
C.磁铁下落过程中,磁铁的机械能不断减少
D.磁铁落地时的速率等于
三、实验题
22.(24-25高二下·内蒙古赤峰·期末)某实验小组使用如图所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。
(1)实验前 (选填“需要”或“不需要”)判明电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系;
(2)实验时,闭合开关前滑动变阻器的滑片应位于 端(选填“左”或“右”),当闭合开关时,发现灵敏电流计的指针右偏。指针稳定后,迅速将滑动变阻器的滑片P向左移动时灵敏电流计的指针 (选填“左偏”“不动”或“右偏”)。
(3)该组同学经过以上实验探究,对家中“自发电”无线门铃按钮原理进行研究,其“发电”原理如图乙所示,按下门铃按钮过程,磁铁靠近螺线管;松开门铃按钮过程,磁铁远离螺线管回归原位,下列说法正确的是( )
A.按下按钮时,门铃会响
B.按住按钮不动,门铃会响
C.按下和松开按钮过程,通过门铃的感应电流大小一定相等
23.(24-25高二下·山东烟台·开学考试)完成下列填空,如图所示是探究电磁感应现象的实验装置。
(1)如图甲,用绝缘线将导体AB悬挂在蹄形磁铁的磁场中,闭合开关后,在下面的实验探究中,关于电流表的指针是否偏转填写在下面的空格处。
①磁体不动,使导体AB向上或向下运动,并且不切割磁感线,电流表的指针 ;
②导体AB不动,使磁体左右运动,电流表的指针 。(选填“偏转”或“不偏转”)
(2)如图乙,各电路连接完好,线圈A在线圈B中,在开关闭合的瞬间,实验小组发现电流表的指针向左偏一下后又迅速回到中间位置,则:保持开关闭合,在把滑动变阻器的滑片向左移动的过程中,会观测到电流表的指针 ;断开开关的瞬间,会观测到电流表的指针 后又迅速回到中间位置。(选填“向左偏”、“向右偏”或“不动”)
24.(24-25高二下·浙江杭州·期中)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下的实验。
(1)所用电流计指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“﹢”接线柱流入电流计时,指针向右偏转。如图甲,将条形磁铁S极向下插入螺线管时,发现电流计的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图乙所示,则螺线管中感应电流产生的磁场方向 (填“向下”或“向上”)。
(2)关于该实验,下列说法正确的是( )
A.将磁铁插入的速度越大,电流计指针偏转幅度越大
B.将磁铁插入的速度越大,电流计指针偏转幅度越小
C.将磁铁的N极向下,并将其抽出,电流计指针向左偏转
D.将磁铁的N极向下,并将其插入,电流计指针向右偏转
(3)本实验也可以用发光二极管代替电流计进行实验,如图丙所示,将条形磁铁极向下插入螺线管,可观察到发光二极管 (填“D1”或“D2”)短暂发光。由此可分析得出:当穿过螺线管的磁通量增加时,感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向 (填“相同”或“相反”)。
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