2019年高中物理第一章电磁感应微专题培优（一）电磁感应中的“一定律三定则”问题讲义（含解析）粤教版选修3_2.doc

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1、- 1 -电 磁 感 应 中 的 “一 定 律 三 定 则 ”问 题来拒去留法导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动，简称口诀“来拒去留” 。图 1例 1 如图 1 所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是( )A向右摆动 B向左摆动C静止 D无法判定思路点拨 磁 铁 靠近 铜 环 变 化 产 生 感应 电 流 来 拒 去 留 二 者 间为 斥 力解析 当磁铁靠近铜环时，铜环中磁通量增加，产生感应电流，根据“来拒去留”原则，知铜环将受斥力作用远离磁铁向右摆动，A 正确。答案 A增缩减扩法电磁感应致使回路面积有变化趋势时，则收

2、缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化，即磁通量增大时，面积有收缩趋势，磁通量减少时，面积有增大趋势。特别提醒 本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况。例 2 如图 2 所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨 A、 B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两可自由滑动的导体 ab 和 cd。当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体 ab 和 cd 的运动情况是( )图 2A一起向左运动B一起向右运动C ab 和 cd 相向运动，相互靠近D ab 和 cd 相背运动，相互远离- 2 -思路点拨思路 1：Error! 楞 次 定 律 感 应 磁 场的 方 向 安 培 定 则 感 应 电流 方

3、 向 左 手 定 则 安 培 力 方 向思路 2： 电 流 变 化 磁 通 量 变 化 回 路 面 积 变 化解析 直导线中电流增强时，回路 abcd 中磁通量增大产生感应电流，根据“增缩减扩”原则知，回路 abcd 的面积减小，即 C 正确。答案 C增离减靠法发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定。可能是阻碍导体的相对运动，也可能是改变线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化。即：(1)若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用。(2)若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用。例 3 一长直铁芯上绕有一固定线圈 M，

4、铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环 N， N 可在木质圆柱上无摩擦移动， M 连接在如图 3 所示的电路中，其中 R 为滑动变阻器， E1和 E2为直流电源，S 为单刀双掷开关，下列情况中，可观测到 N 向左运动的是( )图 3A在 S 断开的情况下，S 向 a 闭合的瞬间B在 S 断开的情况下，S 向 b 闭合的瞬间C在 S 已向 a 闭合的情况下，将 R 的滑片向 c 端移动时D在 S 已向 a 闭合的情况下，将 R 的滑片向 d 端移动时思路点拨 N向 左 运 动 减 小 电 流 减 小解析 根据题意知，圆环 N 向左运动，根据“增离减靠”原则知，线圈 M 上的磁场在减

5、弱，流过 M 的电流在减小，故 C 正确。答案 C“一定律三定则”的综合应用1右手定则是楞次定律的特殊情况(1)楞次定律的研究对象为整个闭合导体回路，适用于磁通量变化引起感应电流的各种情况。- 3 -(2)右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分，适用于一段导线在磁场中做切割磁感线运动。2区别安培定则、左手定则、右手定则的关键是抓住因果关系(1)因电而生磁( I B)安培定则。(判断电流周围磁感线的方向)(2)因动而生电( v、 B I 感 )右手定则。(导体切割磁感线产生感应电流)(3)因电而受力( I、 B F 安 )左手定则。(磁场对电流有作用力)例 4 如图 4 所示，两个线圈套在同一

6、个铁芯上，线圈的绕向如图。左线圈连着平行导轨 M 和 N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒 ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是( )图 4A当金属棒向右匀速运动时， a 点电势高于 b 点， c 点电势高于 d 点B当金属棒向右匀速运动时， b 点电势高于 a 点， c 点电势高于 d 点C当金属棒向右加速运动时， b 点电势高于 a 点， c 点电势高于 d 点D当金属棒向右加速运动时， b 点电势高于 a 点， d 点电势高于 c 点解析 当金属棒向右匀速运动时产生恒定感应电流，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流，A、B 错误；当金属棒向右做加

7、速运动时，由右手定则可推断 b a，电流沿逆时针方向且不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线沿逆时针方向且不断增加，所以右线圈中的磁通量向上且不断增加。由楞次定律可知右线圈的感应磁场向下，则右边电路的感应电流方向应沿逆时针，所以 d 点电势高于 c 点，C 错误、D 正确。答案 D1如图 1 所示，两个相同的铝环穿在一根光滑杆上，将一根条形磁铁向左插入铝环的过程中，两环的运动情况是( )图 1A同时向左运动，间距增大B同时向左运动，间距不变C同时向左运动，间距变小D同时向右运动，间距增大- 4 -解析：选 C 将一根条形磁铁向左插入铝环的过程中，两个环中均产生感应电流。根据楞次定律，感应

8、电流将阻碍与磁体间的相对运动，所以两环均向左运动。靠近磁铁的环所受的安培力大于另一个，又可判断两环在靠近。选项 C 正确。2如图 2 所示，闭合螺线管固定在置于光滑水平面上的小车上，现将一条形磁铁从左向右插入螺线管中的过程中，则( )图 2A小车将向右运动B使条形磁铁向右插入时外力所做的功全部转变为电能，最终转化为螺线管的内能C条形磁铁会受到向右的力D小车会受到向左的力解析：选 A 磁铁向右插入螺线管中，根据楞次定律的扩展含义“来拒去留” ，磁铁与小车相互排斥，小车在光滑水平面上受力向右运动，所以选项 A 正确，选项 C、D 错误。电磁感应现象中满足能量守恒，由于小车动能增加，外力做的功转化为

9、小车的动能和螺线管中的内能，所以选项 B 错误。3如图 3 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正确判断是( )图 3A 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：选 D 根据楞次定律的另一种表述判断，磁铁靠近线圈时两者排斥， FN大于 mg，磁铁远离线圈时两者吸引， FN小于 mg，由于安培力阻碍两者

10、间的相对运动，所以线圈一直有向右运动的趋势。故选 D。4(多选)如图 4 所示，光滑固定导轨 M、 N 水平放置，两根导体棒 P、 Q 平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时( )- 5 -图 4A P、 Q 将相互靠拢B P、 Q 将相互远离C磁铁的加速度仍为 gD磁铁的加速度小于 g解析：选 AD 本题考查用楞次定律判断物体的运动情况。根据楞次定律的另一种表述感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因，本题的“原因”是回路中磁通量增加，归根结底是磁铁靠近回路， “效果”是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近，所以 P、 Q 将互相靠近且磁铁的加速度小于 g。5如图 5

11、所示， ab 是一个可绕垂直于纸面的轴 O 转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器 R 的滑片自左向右滑动时，线框 ab 的运动情况是( )图 5A保持静止不动B逆时针转动C顺时针转动D发生转动，但电源极性不明，无法确定转动的方向解析：选 C 本题考查了楞次定律的另一种表述，关键是分析出穿过闭合导线框的磁通量如何变化。由图示电路，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电流减弱，则穿过闭合导线框 ab 的磁通量将减少，根据楞次定律，感应电流磁场将阻碍原磁通量的变化，线框 ab 只有顺时针转动，才能使穿过线框的磁通量增加。6如图 6 所示，一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，

12、拿一条形磁铁插向其中一个小环后又取出插向另一个小环，发生的现象是( )图 6A磁铁插向左环，横杆发生转动- 6 -B磁铁插向右环，横杆发生转动C无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动D无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动解析：选 B 本题考查电磁感应现象、安培力的简单应用。磁铁插向左环，横杆不发生转动，因为左环不闭合，不能产生感应电流，不受安培力的作用；磁铁插向右环，横杆发生转动，因为右环闭合，能产生感应电流，在磁场中受到安培力的作用，选项 B 正确。7如图 7 所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈始终静止不

13、动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是( )图 7A先向左、后向右 B先向左、后向右、再向左C一直向右 D一直向左解析：选 D 根据楞次定律的“阻碍变化”和“来拒去留” ，当两磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动的趋势，受木板的摩擦力向左，当磁铁远离时，线圈要阻碍其远离，仍有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故选项 D 正确。8如图 8 所示，条形磁铁从高 h 处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关 S断开时，至落地用时 t1，落地时速度为 v1；S 闭合时，至落地用时 t2，落地时速度为 v2。则它们的大小关系正确的是( )图 8A t1t2， v1v2 B t1

14、t2， v1 v2C t1v2解析：选 D 开关 S 断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a g；当 S 闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故 av2。9如图 9 所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，在下落过程中，下列判断正确的是( )- 7 -图 9A金属环在下落过程中的机械能守恒B金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量C金属环的机械能先减小后增大D磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力解析：选 B 金属环在下落过程中，磁通量发生变化产生感应电流，金属环受到磁场力的作用，机械能不守恒，A 错。由能量守恒，金属环重力势能的减少量等于其

15、动能的增加量和在金属环中产生的电能之和，B 对。金属环下落的过程中，机械能不停地转变为电能，机械能一直减少，C 错误。当金属环下落到磁铁中央位置时，金属环中的磁通量不变，无感应电流，环和磁铁间无作用力，磁铁对桌面的压力大小等于磁铁的重力，D 错误。10(多选)如图 10 所示装置中， cd 杆原来静止。当 ab 杆做如下哪些运动时， cd 杆将向右移动( )图 10A向右匀速运动 B向右加速运动C向左加速运动 D向左减速运动解析：选 BD ab 杆匀速运动时， ab 杆中感应电流恒定， L1中磁通量不变，穿过 L2的磁通量不变化， L2中无感应电流产生， cd 杆保持静止，A 错误； ab 杆

16、向右加速运动时， L2中的磁通量向下，且增大，根据楞次定律可知，通过 cd 杆的电流方向向下， cd 杆向右移动，B正确；同理可得 C 错误，D 正确。11(多选)如图 11 所示，在匀强磁场中放有平行金属导轨，它与大线圈 M 相连接，要使小线圈 N 获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的祼金属棒 ab 的运动情况是(两线圈共面)( )图 11A向右匀速运动 B向左加速运动- 8 -C向右减速运动 D向右加速运动解析：选 BC 当 ab 匀速运动时，在 M 中产生的感应电流是稳定的，穿过小线圈 N 的磁通量不变， N 中无感应电流，A 错误；当 ab 向左加速运动时， M 中的感应电流沿逆时

17、针方向且增大，穿过 N 的磁通量向外且增大，则 N 中感应电流的磁场向里，感应电流的方向沿顺时针，B 正确；同理可得 C 正确，D 错误。12(多选) AOC 是光滑的直角金属导轨， AO 沿竖直方向， OC 沿水平方向， ab 是一根靠立在导轨上的金属直棒(开始时 b 离 O 点很近)，如图 12 所示。它从静止开始在重力作用下运动，运动过程中 a 端始终在 AO 上， b 端始终在 OC 上，直到 ab 完全落在 OC 上，整个装置放在一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，则 ab 棒在运动过程中( )图 12A感应电流方向始终是 b aB感应电流方向先是 b a，后变为 a bC所受安培力

18、方向垂直于 ab 向上D所受安培力方向先垂直于 ab 向下，后垂直于 ab 向上解析：选 BD ab 棒下滑过程中，穿过闭合回路的磁通量先增大后减小，由楞次定律可知，感应电流方向先由 b a，后变为 a b，B 正确；由左手定则可知， ab 棒所受安培力方向先垂直 ab 向下，后垂直于 ab 向上，D 正确。13(多选)(2016上海卷)如图 13(a)，螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框 abcd 相连，导线框内有一小金属圆环 L，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度 B 随时间按图(b)所示规律变化时( )图 13A在 t1 t2时

19、间内， L 有收缩趋势B在 t2 t3时间内， L 有扩张趋势C在 t2 t3时间内， L 内有逆时针方向的感应电流D在 t3 t4时间内， L 内有顺时针方向的感应电流解析：选 AD 据题意，在 t1 t2时间内，外加磁场磁感应强度增加且斜率在增大，则在- 9 -导线框中产生沿顺时针方向增加的电流，该电流激发出增加的磁场，该磁场通过圆环，在圆环内产生感应电流，根据结论“增缩减扩”可以判定圆环有收缩趋势，故选项 A 正确；在t2 t3时间内，外加磁场均匀变化，在导线框中产生稳定电流，该电流激发出稳定磁场，该磁场通过圆环时，圆环中没有感应电流，故选项 B、C 错误；在 t3 t4时间内，外加磁场

20、向下减小，且斜率也减小，在导线框中产生沿顺时针方向减小的电流，该电流激发出向内减小的磁场，故圆环内产生顺时针方向电流，选项 D 正确。14如图 14 所示，线圈 A 处在匀强磁场中，磁场的方向垂直线圈平面向里，磁感应强度均匀减小，开关 S 闭合时流过电阻 R 的电流方向如何？图 14解析：本题应用楞次定律进行分析。当开关 S 闭合时磁感应强度均匀减小，通过线圈 A的磁通量向里且减少，回路中产生的感应电流的磁场阻碍磁通量的减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，再根据右手螺旋定则知线圈 A 中产生顺时针方向的感应电流，故流过电阻 R 的电流方向为 a R b。答案：流过电阻 R 的电流方向从 a 通过 R 到 b。