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课时限时练
(限时：30分钟)
对点练1　电磁感应现象的理解和判断
1.[2020·北京市丰台区第二学期统一练习(一)]图示装置是某同学探究感应电流产生条件的实验装置。在电路正常接通并稳定后，他发现：当开关断开时，电流表的指针向右偏转。则能使电流表指针向左偏转的操作是(　　)
图1
A.拔出线圈A
B.在线圈A中插入铁芯
C.滑动变阻器的滑动触头向左匀速滑动
D.滑动变阻器的滑动触头向左加速滑动
答案　B
解析　开关断开时，代表通过线圈B的磁通量减小时，产生感应电流使得电流表的指针向右偏，这是一个参考方向，则如果让电流表的指针向左偏，则必须让通过线圈B的磁通量增大；拔出线圈A，穿过线圈B的磁通量减小，电流表的指针右偏，故A错误；在线圈A中插入铁芯，会使线圈B中的磁通量增大，故B正确；滑动变阻器的滑动触头向左匀速滑动时，它的电阻增大，则电路中的电流减小，穿过线圈B的磁通量减小，电流表的指针右偏，故C错误；滑动变阻器的滑动触头向左加速滑动，使电阻变大，电流变小，穿过线圈B的磁通量变小，电流表的指针右偏，故D错误。
2.(多选)下列各图所描述的物理情境中，能产生感应电流的是(　　)
图2
答案　BCD
解析　开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，故A错误；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流，故B正确；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，故C正确；铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，产生感应电流，故D正确。
3.(多选)(2020·广东深圳市第二次统测)电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)
图3
A.图(a)中利用了发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电
B.图(b)中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热
C.图(c)中如果线圈B不闭合，S断开将不会产生延时效果
D.图(d)中给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子获得恒定的加速度
答案　AC
解析　电流流过发射线圈会产生变化的磁场，当接收线圈靠近该变化的磁场时就会产生感应电流给手机充电，即利用发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电，故A正确；恒定的电流激发恒定的磁场，穿过金属锅的磁通量不变，不会发生电磁感应现象，没有涡流产生，故B错误；如果线圈不闭合，则B线圈中会有电磁感应现象，但不产生感应电流，故不会产生延时效果，故C正确；给电子感应加速器通以恒定电流时产生的磁场不变，即磁通量不变，则不会产生感生电场，则不能加速电子，故D错误。
4.如图4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轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是(　　)
图4
A.ab向右运动，同时使θ减小
B.使磁感应强度B减小，θ角同时也减小
C.ab向左运动，同时增大磁感应强度B
D.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°＜θ＜90°)
答案　A
解析　设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScos
θ，S增大，θ减小，cos
θ增大，则Φ增大，A正确；B减小，θ减小，cos
θ增大，Φ可能不变，B错误；S减小，B增大，Φ可能不变，C错误；S增大，B增大，θ增大，cos
θ减小，Φ可能不变，D错误。
对点练2　感应电流方向的判断
5.(2020·海南省新高考一模)如图5(a)所示，一根直导线和一个矩形导线框固定在同一竖直平面内，直导线在导线框上方，规定图(a)中箭头方向为电流的正方向。直导线中通以图(b)所示的电流，则在0～t1时间内，导线框中感应电流的方向(　　)
图5
A.先顺时针后逆时针
B.先逆时针后顺时针
C.始终沿顺时针
D.始终沿逆时针
答案　C
解析　开始阶段直导线中电流向右减小，则穿过线圈的磁通量向里减小，由楞次定律可知，线框中感应电流为顺时针方向；后一阶段直导线中电流向左增加，则穿过线圈的磁通量向外增加，由楞次定律可知，线框中感应电流为顺时针方向，故C正确。
6.(2020·北京市昌平区二模练习)如图6所示，MN是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场。以下过程中，abcd中有感应电流产生且感应电流的方向为abcda的是(　　)
图6
A.将abcd向左平移
B.将abcd垂直纸面向外平移
C.将abcd以MN为轴转动30°
D.将abcd以ab为轴转动30°
答案　C
解析　将abcd向左平移，则穿过线圈的磁通量向外增加，根据楞次定律可知线圈中产生的感应电流方向是adcba，选项A错误；将abcd垂直纸面向外平移，则穿过线圈的磁通量不变，则线圈中无感应电流产生，选项B错误；将abcd以MN为轴转动30°，则穿过线圈的磁通量向外减小，根据楞次定律可知线圈中产生的感应电流方向是abcda，选项C正确；将abcd以ab为轴转动30°，则穿过线圈的磁通量不变，则线圈中无感应电流产生，选项D错误。
7.如图7所示，在通电长直导线AB的一侧悬挂一可以自由摆动的闭合矩形金属线圈P，AB在线圈平面内。当发现闭合线圈向右摆动时(　　)
图7
A.AB中的电流减小，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流
B.AB中的电流不变，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流
C.AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流
D.AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生顺时针方向的电流
答案　C
解析　根据楞次定律知线圈中的感应电流产生的磁场阻碍导线AB产生的磁场引起线圈P中磁通量变化，则线圈中电流方向为逆时针方向，导线AB的电流在增大，故C正确。
对点练3　楞次定律推论的应用
8.(2020·北京市石景山区上学期期末)如图8所示，两个很轻的铝环a、b，环a闭合，环b不闭合，a、b环都固定在一根可以绕O点自由转动的水平细杆上，此时整个装置静止。下列选项正确的是(　　)
图8
A.条形磁铁N极垂直环a靠近a，环a将靠近磁铁
B.条形磁铁S极垂直环a远离a，环a将不动
C.条形磁铁N极垂直环b靠近b，环b将靠近磁铁
D.条形磁铁S极垂直环a靠近a，环a将远离磁铁
答案　D
解析　当条形磁铁N极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故A错误；当条形磁铁S极垂直a环靠近a时，同理分析，B错误，D正确；当条形磁铁N极垂直b环靠近b时，b环中不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动，故C错误。
9.如图9所示是某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置，在电梯挂厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是(　　)
图9
A.当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中
B.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B中的电流方向相反
C.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，只有闭合线圈A在阻碍电梯下落
D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，只有闭合线圈B在阻碍电梯下落
答案　B
解析　若电梯突然坠落，穿过闭合线圈A、B内的磁通量发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻碍磁铁的相对运动，可起到应急避险作用，但不能阻止磁铁的运动，故A错误；当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，闭合线圈B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知闭合线圈A与B中感应电流方向相反，故B正确；结合A的分析可知，当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故C、D错误。
10.如图10所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下。在将磁铁的S极插入线圈的过程中(　　)
图10
A.通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥
B.通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥
C.通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互吸引
D.通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引
答案　A
解析　将磁铁的S极插入线圈的过程中，由楞次定律知，通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥。故选项A正确。
对点练4　三定则一定律的应用
11.如图11所示，在一有界匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，虚线为有界磁场的左边界，导轨跟圆形线圈M相接，图中线圈N与线圈M共面、彼此绝缘，且两线圈的圆心重合，半径RM＜RN。在磁场中垂直于导轨放置一根导体棒ab，已知磁场垂直于导轨所在平面向外。欲使线圈N有收缩的趋势，下列说法正确的是(　　)
图11
A.导体棒可能沿导轨向左做加速运动
B.导体棒可能沿导轨向右做加速运动
C.导体棒可能沿导轨向左做减速运动
D.导体棒可能沿导轨向左做匀速运动
答案　C
解析　导体棒ab加速向左运动时，导体棒ab产生的感应电动势和感应电流增大，由右手定则判断知ab中电流方向由b→a，根据安培定则可知M产生的磁场方向垂直纸面向外，穿过N的磁通量增大，所以线圈N要通过增大面积以阻碍磁通量的增大，故A错误；同理分析知，导体棒向右加速运动，线圈N有扩张趋势，故B错误；导体棒向左减速运动，线圈N有收缩趋势，故C正确；导体棒向左匀速运动，线圈N中无感应电流产生，故D错误。
12.(多选)如图12所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，MN固定不动，位置靠近ab且相互绝缘。当MN中电流突然增大时，则(　　)
图12
A.线圈所受安培力的合力方向向左
B.线圈所受安培力的合力方向向右
C.感应电流方向为abcda
D.感应电流方向为adcba
答案　AC
解析　当MN中电流突然增大时，根据楞次定律可知，线圈中产生逆时针方向的感应电流，即abcda方向；由左手定则可知ab边和cd边受安培力均向左，可知线圈所受安培力的合力方向向左，选项A、C正确，B、D错误。
13.
(2020·北京市朝阳区5月模拟)如图13所示为一对同轴的螺线管(轴线水平)剖面图。现给线圈A通电，其中的电流方向用“·”和“×”表示，且电流不断增大，线圈B中就会产生感应电流。下列说法正确的是(　　)
图13
A.线圈A中的磁场方向向左
B.线圈B中感应电流的磁场方向向右
C.线圈B中产生的感应电流大小不可能保持恒定
D.从左向右看线圈B中产生的感应电流为逆时针方向
答案　D
解析　由右手螺旋定则可知，线圈A中的磁场方向向右，故A错误；由于线圈A中电流增大，则磁场增大，穿过B线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈B中感应电流的磁场方向向左，如果线圈A中电流均匀增大，则线圈B中的电流大小不变，故B、C错误；由楞次定律可知，从左向右看线圈B中产生的感应电流为逆时针方向，故D正确。
14.(2020·浙江绍兴市适应性考试)如图14所示是动圈式麦克风的示意简图，磁铁固定在适当的位置，线圈与一个膜片连接，声波传播时可使膜片左右移动，从而引起线圈运动产生感应电流，则线圈(　　)
图14
A.磁通量增大时，感应电流从a流向b
B.磁通量减小时，感应电流从b流向a
C.磁通量先增大后减小时，感应电流一直从a流向b
D.磁通量先增大后减小时，感应电流先从b流向a再从a流向b
答案　D
解析　由图可知，螺线管中原磁场方向向右；当磁通量增大时，感应电流磁场方向向左，由右手螺旋定则可知感应电流方向从b流向a；磁通量减小时，感应电流磁场方向向右，由右手螺旋定则可知感应电流方向从a流向b，故A、B、C错误，D正确。
15.(2020·浙江衢州、湖州、丽水三地市4月教学质量监测)如图15所示，光滑绝缘水平面上有两条固定导线ab、cd相互垂直彼此绝缘，在角平分线上，对称固定着四个相同的圆形金属线圈。某段时间内两导线均通以由零均匀增加到某个值的电流，在这段时间内1、3线圈不受安培力，2、4线圈中电流方向分别为顺时针和逆时针，且受到指向各自圆心的安培力作用，则两导线的电流方向为(　　)
图15
A.a→b、c→d
B.a→b、d→c
C.b→a、c→d
D.b→a、d→c
答案　A
解析　由题意知，在导线电流逐渐增大的情况下，1、3线圈不受安培力，不产生感应电流，说明1、3象限中的线圈磁通量始终为零，2线圈产生顺时针感应电流，说明2象限中磁场垂直纸面向外，4线圈产生逆时针感应电流，说明4象限中磁场垂直纸面向里，同时当电流增大时，2与4内的磁通量都增大，根据楞次定律可知，产生的感应电流都会阻碍磁通量的增大，即受到指向各自圆心的安培力作用，综上所述，根据安培定则可判A正确，B、C、D错误。(共47张PPT)
第1讲
电磁感应现象　楞次定律
第十一章
电磁感应
课程标准内容及要求
核心素养及关键能力
核心素养
关键能力
1.通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。
科学探究，基于证据得出结论
探究、论证能力
2.实验十四：探究影响感应电流方向的因素。
理解楞次定律。
科学探究及规律的理解应用
理解能力和分析推理能力
3.通过实验，理解法拉第电磁感应定律。
规律的理解和应用
分析综合能力
4.通过实验，了解自感现象和涡流现象。能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用。
物理概念
理解能力
一、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______的面积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：Φ＝______。
3.适用条件
(1)匀强磁场。
(2)S为垂直磁场的__________。
4.磁通量是______
(填“标量”或“矢量”)。
垂直
BS
有效面积
标量
5.物理意义
相当于穿过某一面积的________的条数。如图1所示，矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则：
(1)通过矩形abcd的磁通量为___________或________。
(2)通过矩形a′b′cd的磁通量为________。
(3)通过矩形abb′a′的磁通量为____。
6.磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1。
图1
磁感线
BS1cos
θ
BS3
BS3
0
二、电磁感应现象
1.定义：当穿过闭合导体回路的________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做电磁感应。
2.产生感应电流的条件
(1)穿过闭合电路的磁通量__________。
(2)闭合电路的一部分导体在磁场内做____________的运动。
3.实质
产生____________，如果电路闭合，则有感应电流。如果电路不闭合，则只有____________而无感应电流。
磁通量
发生变化
切割磁感线
感应电动势
感应电动势
【自测1】
(多选)下列说法正确的是(　　)
A.闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生
B.穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生
C.线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生
D.当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势
CD
三、感应电流方向的判定
1.楞次定律
(1)内容：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总要______引起感应电流的________的变化。
(2)适用范围：一切电磁感应现象。
2.右手定则
(1)内容：如图2，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平面内；让________从掌心进入，并使拇指指向__________的方向，这时四指所指的方向就是__________的方向。
(2)适用情况：导线____________产生感应电流。
图2
阻碍
磁通量
磁感线
导线运动
感应电流
切割磁感线
【自测2】
(2019·全国卷Ⅲ，14)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现(　　)
A.电阻定律
B.库仑定律
C.欧姆定律
D.能量守恒定律
解析　楞次定律中的“阻碍”作用，是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现，在克服这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，选项D正确。
D
研透命题点
命题点二　电磁感应现象的理解和判断
命题点一　实验十四　探究影响感应电流方向的因素
命题点三　感应电流方向的判断
命题点四　楞次定律推论的应用
命题点五　三定则一定律的应用
命题点一　实验十四　探究影响感应电流方向的因素
【例1】
(2020·江苏省如东高级中学月考)在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中。
(1)如图3甲所示，当磁铁的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感应电流的方向，必须知道_________________________________。
图3
①为弄清灵敏电流计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________挡(填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)对灵敏电流计进行测试。由实验可知，当电流从正接线柱流入电流计时，指针向右摆动。
②如图甲所示，实验中该同学将条形磁铁从线圈上方向下插入线圈过程中(线圈绕向如图乙所示)，电流计的指针向________(填“左”或“右”)偏转。
(2)已知线圈由a端开始绕至b端，当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转，将磁铁N极向下插入线圈，发现指针向左偏转，俯视线圈，其绕向为________(填“顺时针”或“逆时针”)。
解析　(1)电流表没有电流通过时，指针指向中央，要探究线圈中电流的方向，必须知道电流从正(负)接线柱流入时，指针的偏转方向以及线圈的绕向；
①多用电表作为欧姆表使用时，内部有电源，故应该选择欧姆挡；
②将条形磁铁从线圈上方向下插入线圈过程中，线圈中磁场方向向下，且磁通量增加，根据楞次定律判断出电流为逆时针方向，从正接线柱流入电流计，指针向右摆动；
(2)将磁铁N极向下插入线圈，线圈中磁场方向向下，且磁通量增加，想要指针向左偏转，根据楞次定律可知，俯视线圈，其绕向为顺时针。
答案　(1)电流表指针偏转方向与电流方向间的关系及线圈的绕向　①欧姆　②右　(2)顺时针
【变式1】
(1)如图4所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置：
①如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，电流计指针将________偏转(填“向左”“向右”或
“不”)；
②连好电路后，并将A线圈插入B线圈中后，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是________；
A.插入铁芯
B.拔出A线圈
C.变阻器的滑片向左滑动
D.断开开关S瞬间
图4
(2)G为指针零刻度在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况如图(1)中所示，即电流从电流表G的左接线柱进时，指针也从中央向左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图(2)中的条形磁铁的运动方向是向________(填“上”“下”)；图(3)中电流表指针应________(填“向左”“向右”)偏转；图(4)中的条形磁铁下端为________极(填“N”“S”)。
答案　(1)①向右　②BD　(2)下　向右　S
解析　(1)①已知闭合开关瞬间，A线圈中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转，可知磁通量增加时，灵敏电流计的指针向右偏转；当开关闭合后，将A线圈迅速插入B线圈中时，B线圈中的磁通量增加，所以产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转。
②要使灵敏电流计的指针向左偏转，根据楞次定律知，磁通量应减小。插入铁芯时，B线圈中的磁通量增加，故A错误；拔出A线圈时，B线圈中的磁通量减小，故B正确；
变阻器的滑片向左滑动时，电流增大，B线圈中的磁通量增大，故C错误；断开开关S瞬间，电流减小，B线圈中的磁通量减小，故D正确。
(2)图(2)中指针向左偏，可知感应电流的方向是顺时针(俯视)，感应电流的磁场方向向下，条形磁铁的磁场方向向上，由楞次定律可知，磁通量增加，条形磁铁向下插入；图(3)中条形磁铁N极向下运动，线圈中为向下磁通量增大，感应电流方向应为逆时针方向，电流表指针向右偏转；图(4)中可知指针向右偏，则感应电流的方向逆时针(俯视)，由安培定则可知，感应电流的磁场方向向上，条形磁铁向上拔出，即磁通量减小，由楞次定律可知，条形磁铁的磁场方向应该向上，所以条形磁铁上端为N极，下端为S极。
命题点二　电磁感应现象的理解和判断
常见的产生感应电流的三种情况
【例2】
(多选)(2020·天津卷，6)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图5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能量装置上的线圈，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
图5
AC
解析　由题意可知送电线圈中通入了正弦式交变电流，可知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。
【变式2】
(2020·全国卷Ⅱ，14)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图6所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为(　　)
A.库仑
B.霍尔
C.洛伦兹
D.法拉第
解析　高频焊接利用的电磁学规律是电磁感应现象，发现者是法拉第，A、B、C项错误，D项正确。
图6
D
【变式3】
(2020·山东青岛市5月统一质量检测)
物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图7所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是(　　)
A.线圈接在了直流电源上
B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多
D.所用套环的材料与老师的不同
图7
D
解析　金属套环跳起来的原因是开关S闭合时，套环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的，线圈接在直流电源上时，金属套环也会跳起。电压越高线圈匝数越多，S闭合时，金属套环跳起越剧烈。若套环是非导体材料，则套环不会跳起，故选项A、B、C错误，D正确。
命题点三　感应电流方向的判断
1.用楞次定律判断
(1)楞次定律中“阻碍”的含义
(2)应用楞次定律的思路
2.用右手定则判断
该方法只适用于导体切割磁感线产生的感应电流，注意三个要点：
(1)掌心——磁感线穿入。
(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】
(多选)(2020·海南省新高考3月线上诊断)如图8所示，螺线管导线的两端与平行金属板相接，一个带正电的小球用绝缘细线悬挂在两金属板间，并处于静止状态。若使一条形磁铁从左向右靠近螺线管，则(　　)
A.小球向右摆动
B.小球向左摆动
C.螺线管的左端相当于条形磁铁的N极
D.螺线管的左端相当于条形磁铁的S极
图8
AD
解析　当磁铁靠近时，导致线圈的磁通量发生变化，从而导致线圈中产生感应电动势，假设电路闭合，则由楞次定律可知，感应电流方向是从右极向下通过线圈再到左极，由于线圈相当于电源，因此左极电势高，所以带正电小球将向右摆动，故A正确，B错误；
假如电路闭合，则螺线管中的电流方向如图所示，根据右手螺旋定则可知螺线管的左端相当于S极，故C错误，D正确。
【变式4】
(多选)(2020·山东省济南市第一次模拟)如图9所示，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中。电路通过电刷与圆盘的边缘和铜轴接触良好，电源电动势为E，内阻为r，定值电阻为R。先将开关闭合，待圆盘转速稳定后再断开开关，不计一切摩擦，下列说法中正确的是(　　)
A.闭合开关时，从上往下看圆盘逆时针转动
B.闭合开关转速稳定时，流过圆盘的电流为零
C.断开开关时，a点电势低于b点电势
D.断开开关后，流过电阻R上的电流方向与原电流方向相反
BC
图9
解析　闭合开关时，铜圆盘中有电流经过，圆盘中电流方向沿半径向外，根据左手定则可知，从上往下看圆盘顺时针转动，故A错误；
闭合开关转速稳定时，圆盘不受安培力作用，根据F＝BIL可知流过圆盘的电流为零，故B正确；
断开开关时，从上往下看，圆盘顺时针转动，圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势，由右手定则知，圆盘中电流方向沿半径向里，所以a点电势低于b点电势，故C正确；
闭合开关时，流过电阻R上的电流方向从b点经电阻R到a点；断开开关时，a点电势低于b点电势，流过电阻R上的电流方向从b点经电阻R到a点，所以断开开关后，流过电阻R上的电流方向与原电流方向相同，故D错误。
【变式5】
(2020·江苏卷，3)如图10所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　)
A.同时增大B1减小B2
B.同时减小B1增大B2
C.同时以相同的变化率增大B1和B2
D.同时以相同的变化率减小B1和B2
图10
B
解析　当同时增大B1减小B2时，通过金属圆环的总磁通量增加，且方向垂直纸面向里，根据楞次定律知，感应电流产生的磁场方向应为垂直纸面向外，根据右手螺旋定则知，此时金属圆环中产生逆时针方向的感应电流，A项错误；同理当同时减小B1增大B2时，金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，B项正确；当同时以相同的变化率增大或减小B1和B2时，金属圆环中的总磁通量没有变化，仍然为0，金属圆环中无感应电流产生，C、D项均错误。
命题点四　楞次定律推论的应用
内容
例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同”
磁铁靠近线圈，B感与B原方向相反
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”
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
阻碍原电流的变化——“增反减同”
合上S，B先亮
【例4】
(2020·全国卷Ⅲ，14)如图11，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到(　　)
A.拨至M端或N端，圆环都向左运动
B.拨至M端或N端，圆环都向右运动
C.拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动
D.拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动
B
图11
解析　将开关S由断开状态拨至M端或N端，都会使线圈中的电流突然增大，穿过右边圆环的磁通量突然增大，由楞次定律可知，圆环都会向右运动以阻碍磁通量的增大，选项B正确，A、C、D均错误。
【变式6】
(多选)(2020·广东广州市二模)某电磁弹射装置的简化模型如图12所示，线圈固定在水平放置的光滑绝缘杆上，将金属环放在线圈左侧。闭合开关时金属环被弹射出去，若(　　)
A.从右向左看，金属环中感应电流沿逆时针方向
B.将电源正负极调换，闭合开关时金属环将向右运动
C.将金属环放置在线圈右侧，闭合开关时金属环将向右运动
D.金属环不闭合，则闭合开关时金属环不会产生感应电动势
图12
AC
解析　闭合开关后，由右手定则可知螺线管的左边为N极，故穿过圆环的磁场方向向左，由于圆环中磁通量变大，由楞次定律可知，圆环中感应电流的磁场方向向右，故从右向左看，圆环中电流方向为逆时针，故A正确；
将电源正负极对调，闭合开关时，圆环中的磁通量仍然增加，由楞次定律可知，圆环仍然向左运动，故B错误；
金属环放置在右侧时，闭合开关，圆环中磁通量增加，由楞次定律可知，它将向右运动，故C正确；
金属环不闭合，磁通量变化时会产生感应电动势，但是没有感应电流，故D错误。
【例5】
(多选)[2020·陕西渭南市教学质量检测(Ⅰ)]如图13所示，在一固定水平放置的铝环上方，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。磁铁下落过程中从铝环中心穿过圆环，而不与铝环接触。若不计空气阻力，下列说法正确的是(　　)
图13
AC
解析　由图示可知，在磁铁下落过程中，穿过圆环的磁场方向向下，在磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，在磁铁远离圆环时穿过圆环的磁通量减小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向，A正确；
据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在下落过程中，受圆环对它的作用力始终竖直向上；但当条形磁铁的中心与环在同一个平面内时，穿过环的磁通量最大，磁通量的变化率为0，所以此时环内没有感应电流，所以在该点条形磁铁的加速度等于g，B错误；
在磁铁下落过程中，线圈中产生感应电流，线圈中有电能产生，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，C正确；
【变式7】
如图14所示，质量为m的铜质闭合线圈静置于粗糙水平桌面上。当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈，沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时，线圈始终保持不动。则关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力Ff的情况，以下判断正确的是(　　)
A.FN先大于mg，后小于mg
B.FN一直大于mg
C.Ff先向左，后向右
D.线圈中的电流方向始终不变
图14
A
解析　根据“来拒去留”，磁铁靠近线圈时受到斜向上的斥力，由牛顿第三定律知，线圈受到斜向下的斥力。故它受到的支持力FN大于重力mg，磁铁远离线圈时受到斜向下的引力作用，线圈受到斜向上的引力，支持力FN小于重力mg，故A正确，B错误；
整个过程磁铁对线圈的作用力都有向右的分量，即线圈有向右运动的趋势，摩擦力的方向始终向左，C错误；由于线圈中的磁通量先变大后变小，方向不变，故线圈中电流前后方向相反，D错误。
命题点五　三定则一定律的应用
安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用对比
基本现象
因果关系
应用规律
运动电荷、电流产生磁场
因电生磁
安培定则
磁场对运动电荷、电流有作用力
因电受力
左手定则
部分导体做切割磁感线运动
因动生电
右手定则
闭合回路磁通量变化
因磁生电
楞次定律
【例6】
(多选)如图15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
图15
BC
【变式8】
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导轨上，如图16所示。导轨上有一根金属棒ab静止处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
C
图16
解析　当圆盘顺时针加速转动时，根据右手定则可知产生的感应电流方向为由圆心指向盘边缘，在线圈A中的磁场方向为由A指向B，且磁场在增强，在线圈B中产生感应电流方向为由a指向b，根据左手定则可知ab棒向左运动；同理可知，圆盘顺时针减速转动时，ab棒向右运动；圆盘匀速转动时，ab棒不受力，静止不动；圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向右运动，故C正确，A、B、D错误。
课时限时练
本节内容结束
THANKS课程标准内容及要求
核心素养及关键能力
核心素养
关键能力
1.通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。
科学探究，基于证据得出结论
探究、论证能力
2.实验十四：探究影响感应电流方向的因素。
理解楞次定律。
科学探究及规律的理解应用
理解能力和分析推理能力
3.通过实验，理解法拉第电磁感应定律。
规律的理解和应用
分析综合能力
4.通过实验，了解自感现象和涡流现象。能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用。
物理概念
理解能力
第1讲　电磁感应现象　楞次定律
一、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面积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：Φ＝BS。
3.适用条件
(1)匀强磁场。
(2)S为垂直磁场的有效面积。
4.磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)。
5.物理意义
图1
相当于穿过某一面积的磁感线的条数。如图1所示，矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则：
(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cos__θ或BS3。
(2)通过矩形a′b′cd的磁通量为BS3。
(3)通过矩形abb′a′的磁通量为0。
6.磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1。
二、电磁感应现象
1.定义：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做电磁感应。
2.产生感应电流的条件
(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化。
(2)闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动。
3.实质
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。
【自测1】
(多选)下列说法正确的是(　　)
A.闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生
B.穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生
C.线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生
D.当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势
答案　CD
三、感应电流方向的判定
1.楞次定律
(1)内容：感应电流具有这样的方向，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)适用范围：一切电磁感应现象。
2.右手定则
图2
(1)内容：如图2，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。
(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流。
【自测2】
(2019·全国卷Ⅲ，14)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现(　　)
A.电阻定律
B.库仑定律
C.欧姆定律
D.能量守恒定律
答案　D
解析　楞次定律中的“阻碍”作用，是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现，在克服这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，选项D正确。
命题点一　实验十四　探究影响感应电流方向的因素
【例1】
(2020·江苏省如东高级中学月考)在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中。
(1)如图3甲所示，当磁铁的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感应电流的方向，必须知道______________________________________。
图3
①为弄清灵敏电流计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________挡(填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)对灵敏电流计进行测试。由实验可知，当电流从正接线柱流入电流计时，指针向右摆动。
②如图甲所示，实验中该同学将条形磁铁从线圈上方向下插入线圈过程中(线圈绕向如图乙所示)，电流计的指针向________(填“左”或“右”)偏转。
(2)已知线圈由a端开始绕至b端，当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转，将磁铁N极向下插入线圈，发现指针向左偏转，俯视线圈，其绕向为________(填“顺时针”或“逆时针”)。
答案　(1)电流表指针偏转方向与电流方向间的关系及线圈的绕向　①欧姆　②右　(2)顺时针
解析　(1)电流表没有电流通过时，指针指向中央，要探究线圈中电流的方向，必须知道电流从正(负)接线柱流入时，指针的偏转方向以及线圈的绕向；
①多用电表作为欧姆表使用时，内部有电源，故应该选择欧姆挡；
②将条形磁铁从线圈上方向下插入线圈过程中，线圈中磁场方向向下，且磁通量增加，根据楞次定律判断出电流为逆时针方向，从正接线柱流入电流计，指针向右摆动；
(2)将磁铁N极向下插入线圈，线圈中磁场方向向下，且磁通量增加，想要指针向左偏转，根据楞次定律可知，俯视线圈，其绕向为顺时针。
【变式1】
(1)如图4所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置：
图4
①如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，电流计指针将________偏转(填“向左”“向右”或
“不”)；
②连好电路后，并将A线圈插入B线圈中后，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是________；
A.插入铁芯
B.拔出A线圈
C.变阻器的滑片向左滑动
D.断开开关S瞬间
(2)G为指针零刻度在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况如图(1)中所示，即电流从电流表G的左接线柱进时，指针也从中央向左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图(2)中的条形磁铁的运动方向是向________(填“上”“下”)；图(3)中电流表指针应________(填“向左”“向右”)偏转；图(4)中的条形磁铁下端为________极(填“N”“S”)。
答案　(1)①向右　②BD　(2)下　向右　S
解析　(1)①已知闭合开关瞬间，A线圈中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转，可知磁通量增加时，灵敏电流计的指针向右偏转；当开关闭合后，将A线圈迅速插入B线圈中时，B线圈中的磁通量增加，所以产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转。
②要使灵敏电流计的指针向左偏转，根据楞次定律知，磁通量应减小。插入铁芯时，B线圈中的磁通量增加，故A错误；拔出A线圈时，B线圈中的磁通量减小，故B正确；
变阻器的滑片向左滑动时，电流增大，B线圈中的磁通量增大，故C错误；断开开关S瞬间，电流减小，B线圈中的磁通量减小，故D正确。
(2)图(2)中指针向左偏，可知感应电流的方向是顺时针(俯视)，感应电流的磁场方向向下，条形磁铁的磁场方向向上，由楞次定律可知，磁通量增加，条形磁铁向下插入；图(3)中条形磁铁N极向下运动，线圈中为向下磁通量增大，感应电流方向应为逆时针方向，电流表指针向右偏转；图(4)中可知指针向右偏，则感应电流的方向逆时针(俯视)，由安培定则可知，感应电流的磁场方向向上，条形磁铁向上拔出，即磁通量减小，由楞次定律可知，条形磁铁的磁场方向应该向上，所以条形磁铁上端为N极，下端为S极。
命题点二　电磁感应现象的理解和判断
常见的产生感应电流的三种情况
【例2】
(多选)(2020·天津卷，6)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图5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能量装置上的线圈，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(　　)
图5
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
答案　AC
解析　由题意可知送电线圈中通入了正弦式交变电流，可知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。
【变式2】
(2020·全国卷Ⅱ，14)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图6所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为(　　)
图6
A.库仑
B.霍尔
C.洛伦兹
D.法拉第
答案　D
解析　高频焊接利用的电磁学规律是电磁感应现象，发现者是法拉第，A、B、C项错误，D项正确。
【变式3】
(2020·山东青岛市5月统一质量检测)
物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图7所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是(　　)
图7
A.线圈接在了直流电源上
B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多
D.所用套环的材料与老师的不同
答案　D
解析　金属套环跳起来的原因是开关S闭合时，套环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的，线圈接在直流电源上时，金属套环也会跳起。电压越高线圈匝数越多，S闭合时，金属套环跳起越剧烈。若套环是非导体材料，则套环不会跳起，故选项A、B、C错误，D正确。
命题点三　感应电流方向的判断
1.用楞次定律判断
(1)楞次定律中“阻碍”的含义
(2)应用楞次定律的思路
2.用右手定则判断
该方法只适用于导体切割磁感线产生的感应电流，注意三个要点：
(1)掌心——磁感线穿入。
(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】
(多选)(2020·海南省新高考3月线上诊断)如图8所示，螺线管导线的两端与平行金属板相接，一个带正电的小球用绝缘细线悬挂在两金属板间，并处于静止状态。若使一条形磁铁从左向右靠近螺线管，则(　　)
图8
A.小球向右摆动
B.小球向左摆动
C.螺线管的左端相当于条形磁铁的N极
D.螺线管的左端相当于条形磁铁的S极
答案　AD
解析　当磁铁靠近时，导致线圈的磁通量发生变化，从而导致线圈中产生感应电动势，假设电路闭合，则由楞次定律可知，感应电流方向是从右极向下通过线圈再到左极，由于线圈相当于电源，因此左极电势高，所以带正电小球将向右摆动，故A正确，B错误；假如电路闭合，则螺线管中的电流方向如图所示，根据右手螺旋定则可知螺线管的左端相当于S极，故C错误，D正确。
【变式4】
(多选)(2020·山东省济南市第一次模拟)如图9所示，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中。电路通过电刷与圆盘的边缘和铜轴接触良好，电源电动势为E，内阻为r，定值电阻为R。先将开关闭合，待圆盘转速稳定后再断开开关，不计一切摩擦，下列说法中正确的是(　　)
图9
A.闭合开关时，从上往下看圆盘逆时针转动
B.闭合开关转速稳定时，流过圆盘的电流为零
C.断开开关时，a点电势低于b点电势
D.断开开关后，流过电阻R上的电流方向与原电流方向相反
答案　BC
解析　闭合开关时，铜圆盘中有电流经过，圆盘中电流方向沿半径向外，根据左手定则可知，从上往下看圆盘顺时针转动，故A错误；闭合开关转速稳定时，圆盘不受安培力作用，根据F＝BIL可知流过圆盘的电流为零，故B正确；断开开关时，从上往下看，圆盘顺时针转动，圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势，由右手定则知，圆盘中电流方向沿半径向里，所以a点电势低于b点电势，故C正确；闭合开关时，流过电阻R上的电流方向从b点经电阻R到a点；断开开关时，a点电势低于b点电势，流过电阻R上的电流方向从b点经电阻R到a点，所以断开开关后，流过电阻R上的电流方向与原电流方向相同，故D错误。
【变式5】
(2020·江苏卷，3)如图10所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　)
图10
A.同时增大B1减小B2
B.同时减小B1增大B2
C.同时以相同的变化率增大B1和B2
D.同时以相同的变化率减小B1和B2
答案　B
解析　当同时增大B1减小B2时，通过金属圆环的总磁通量增加，且方向垂直纸面向里，根据楞次定律知，感应电流产生的磁场方向应为垂直纸面向外，根据右手螺旋定则知，此时金属圆环中产生逆时针方向的感应电流，A项错误；同理当同时减小B1增大B2时，金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，B项正确；当同时以相同的变化率增大或减小B1和B2时，金属圆环中的总磁通量没有变化，仍然为0，金属圆环中无感应电流产生，C、D项均错误。
命题点四　楞次定律推论的应用
内容
例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同”
磁铁靠近线圈，B感与B原方向相反
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”
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
阻碍原电流的变化——“增反减同”
合上S，B先亮
【例4】
(2020·全国卷Ⅲ，14)如图11，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到(　　)
图11
A.拨至M端或N端，圆环都向左运动
B.拨至M端或N端，圆环都向右运动
C.拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动
D.拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动
答案　B
解析　将开关S由断开状态拨至M端或N端，都会使线圈中的电流突然增大，穿过右边圆环的磁通量突然增大，由楞次定律可知，圆环都会向右运动以阻碍磁通量的增大，选项B正确，A、C、D均错误。
【变式6】
(多选)(2020·广东广州市二模)某电磁弹射装置的简化模型如图12所示，线圈固定在水平放置的光滑绝缘杆上，将金属环放在线圈左侧。闭合开关时金属环被弹射出去，若(　　)
图12
A.从右向左看，金属环中感应电流沿逆时针方向
B.将电源正负极调换，闭合开关时金属环将向右运动
C.将金属环放置在线圈右侧，闭合开关时金属环将向右运动
D.金属环不闭合，则闭合开关时金属环不会产生感应电动势
答案　AC
解析　闭合开关后，由右手定则可知螺线管的左边为N极，故穿过圆环的磁场方向向左，由于圆环中磁通量变大，由楞次定律可知，圆环中感应电流的磁场方向向右，故从右向左看，圆环中电流方向为逆时针，故A正确；将电源正负极对调，闭合开关时，圆环中的磁通量仍然增加，由楞次定律可知，圆环仍然向左运动，故B错误；金属环放置在右侧时，闭合开关，圆环中磁通量增加，由楞次定律可知，它将向右运动，故C正确；金属环不闭合，磁通量变化时会产生感应电动势，但是没有感应电流，故D错误。
【例5】
(多选)[2020·陕西渭南市教学质量检测(Ⅰ)]如图13所示，在一固定水平放置的铝环上方，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。磁铁下落过程中从铝环中心穿过圆环，而不与铝环接触。若不计空气阻力，下列说法正确的是(　　)
图13
A.磁铁下落过程中，圆环中的电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)
B.不考虑起始位置，磁铁下落过程中，磁铁的加速度始终小于g
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
解析　由图示可知，在磁铁下落过程中，穿过圆环的磁场方向向下，在磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，在磁铁远离圆环时穿过圆环的磁通量减小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向，A正确；据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在下落过程中，受圆环对它的作用力始终竖直向上；但当条形磁铁的中心与环在同一个平面内时，穿过环的磁通量最大，磁通量的变化率为0，所以此时环内没有感应电流，所以在该点条形磁铁的加速度等于g，B错误；在磁铁下落过程中，线圈中产生感应电流，线圈中有电能产生，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，C正确；磁铁自由下落时，落地速度v＝，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v＝，D错误。
【变式7】
如图14所示，质量为m的铜质闭合线圈静置于粗糙水平桌面上。当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈，沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时，线圈始终保持不动。则关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力Ff的情况，以下判断正确的是(　　)
图14
A.FN先大于mg，后小于mg
B.FN一直大于mg
C.Ff先向左，后向右
D.线圈中的电流方向始终不变
答案　A
解析　根据“来拒去留”，磁铁靠近线圈时受到斜向上的斥力，由牛顿第三定律知，线圈受到斜向下的斥力。故它受到的支持力FN大于重力mg，磁铁远离线圈时受到斜向下的引力作用，线圈受到斜向上的引力，支持力FN小于重力mg，故A正确，B错误；整个过程磁铁对线圈的作用力都有向右的分量，即线圈有向右运动的趋势，摩擦力的方向始终向左，C错误；由于线圈中的磁通量先变大后变小，方向不变，故线圈中电流前后方向相反，D错误。
命题点五　三定则一定律的应用
安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用对比
基本现象
因果关系
应用规律
运动电荷、电流产生磁场
因电生磁
安培定则
磁场对运动电荷、电流有作用力
因电受力
左手定则
部分导体做切割磁感线运动
因动生电
右手定则
闭合回路磁通量变化
因磁生电
楞次定律
【例6】
(多选)如图15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(　　)
图15
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
答案　BC
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M→NL1中感应电流的磁场方向向上。若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流方向为Q→P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P→Q且增大PQ向左加速运动。故选项B、C正确，A、D错误。
【变式8】
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导轨上，如图16所示。导轨上有一根金属棒ab静止处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是(　　)
图16
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
答案　C
解析　当圆盘顺时针加速转动时，根据右手定则可知产生的感应电流方向为由圆心指向盘边缘，在线圈A中的磁场方向为由A指向B，且磁场在增强，在线圈B中产生感应电流方向为由a指向b，根据左手定则可知ab棒向左运动；同理可知，圆盘顺时针减速转动时，ab棒向右运动；圆盘匀速转动时，ab棒不受力，静止不动；圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向右运动，故C正确，A、B、D错误。
课时限时练
(限时：30分钟)
对点练1　电磁感应现象的理解和判断
1.[2020·北京市丰台区第二学期统一练习(一)]图示装置是某同学探究感应电流产生条件的实验装置。在电路正常接通并稳定后，他发现：当开关断开时，电流表的指针向右偏转。则能使电流表指针向左偏转的操作是(　　)
图1
A.拔出线圈A
B.在线圈A中插入铁芯
C.滑动变阻器的滑动触头向左匀速滑动
D.滑动变阻器的滑动触头向左加速滑动
答案　B
解析　开关断开时，代表通过线圈B的磁通量减小时，产生感应电流使得电流表的指针向右偏，这是一个参考方向，则如果让电流表的指针向左偏，则必须让通过线圈B的磁通量增大；拔出线圈A，穿过线圈B的磁通量减小，电流表的指针右偏，故A错误；在线圈A中插入铁芯，会使线圈B中的磁通量增大，故B正确；滑动变阻器的滑动触头向左匀速滑动时，它的电阻增大，则电路中的电流减小，穿过线圈B的磁通量减小，电流表的指针右偏，故C错误；滑动变阻器的滑动触头向左加速滑动，使电阻变大，电流变小，穿过线圈B的磁通量变小，电流表的指针右偏，故D错误。
2.(多选)下列各图所描述的物理情境中，能产生感应电流的是(　　)
图2
答案　BCD
解析　开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，故A错误；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流，故B正确；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，故C正确；铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，产生感应电流，故D正确。
3.(多选)(2020·广东深圳市第二次统测)电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)
图3
A.图(a)中利用了发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电
B.图(b)中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热
C.图(c)中如果线圈B不闭合，S断开将不会产生延时效果
D.图(d)中给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子获得恒定的加速度
答案　AC
解析　电流流过发射线圈会产生变化的磁场，当接收线圈靠近该变化的磁场时就会产生感应电流给手机充电，即利用发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电，故A正确；恒定的电流激发恒定的磁场，穿过金属锅的磁通量不变，不会发生电磁感应现象，没有涡流产生，故B错误；如果线圈不闭合，则B线圈中会有电磁感应现象，但不产生感应电流，故不会产生延时效果，故C正确；给电子感应加速器通以恒定电流时产生的磁场不变，即磁通量不变，则不会产生感生电场，则不能加速电子，故D错误。
4.如图4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轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是(　　)
图4
A.ab向右运动，同时使θ减小
B.使磁感应强度B减小，θ角同时也减小
C.ab向左运动，同时增大磁感应强度B
D.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°＜θ＜90°)
答案　A
解析　设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScos
θ，S增大，θ减小，cos
θ增大，则Φ增大，A正确；B减小，θ减小，cos
θ增大，Φ可能不变，B错误；S减小，B增大，Φ可能不变，C错误；S增大，B增大，θ增大，cos
θ减小，Φ可能不变，D错误。
对点练2　感应电流方向的判断
5.(2020·海南省新高考一模)如图5(a)所示，一根直导线和一个矩形导线框固定在同一竖直平面内，直导线在导线框上方，规定图(a)中箭头方向为电流的正方向。直导线中通以图(b)所示的电流，则在0～t1时间内，导线框中感应电流的方向(　　)
图5
A.先顺时针后逆时针
B.先逆时针后顺时针
C.始终沿顺时针
D.始终沿逆时针
答案　C
解析　开始阶段直导线中电流向右减小，则穿过线圈的磁通量向里减小，由楞次定律可知，线框中感应电流为顺时针方向；后一阶段直导线中电流向左增加，则穿过线圈的磁通量向外增加，由楞次定律可知，线框中感应电流为顺时针方向，故C正确。
6.(2020·北京市昌平区二模练习)如图6所示，MN是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场。以下过程中，abcd中有感应电流产生且感应电流的方向为abcda的是(　　)
图6
A.将abcd向左平移
B.将abcd垂直纸面向外平移
C.将abcd以MN为轴转动30°
D.将abcd以ab为轴转动30°
答案　C
解析　将abcd向左平移，则穿过线圈的磁通量向外增加，根据楞次定律可知线圈中产生的感应电流方向是adcba，选项A错误；将abcd垂直纸面向外平移，则穿过线圈的磁通量不变，则线圈中无感应电流产生，选项B错误；将abcd以MN为轴转动30°，则穿过线圈的磁通量向外减小，根据楞次定律可知线圈中产生的感应电流方向是abcda，选项C正确；将abcd以ab为轴转动30°，则穿过线圈的磁通量不变，则线圈中无感应电流产生，选项D错误。
7.如图7所示，在通电长直导线AB的一侧悬挂一可以自由摆动的闭合矩形金属线圈P，AB在线圈平面内。当发现闭合线圈向右摆动时(　　)
图7
A.AB中的电流减小，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流
B.AB中的电流不变，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流
C.AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流
D.AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生顺时针方向的电流
答案　C
解析　根据楞次定律知线圈中的感应电流产生的磁场阻碍导线AB产生的磁场引起线圈P中磁通量变化，则线圈中电流方向为逆时针方向，导线AB的电流在增大，故C正确。
对点练3　楞次定律推论的应用
8.(2020·北京市石景山区上学期期末)如图8所示，两个很轻的铝环a、b，环a闭合，环b不闭合，a、b环都固定在一根可以绕O点自由转动的水平细杆上，此时整个装置静止。下列选项正确的是(　　)
图8
A.条形磁铁N极垂直环a靠近a，环a将靠近磁铁
B.条形磁铁S极垂直环a远离a，环a将不动
C.条形磁铁N极垂直环b靠近b，环b将靠近磁铁
D.条形磁铁S极垂直环a靠近a，环a将远离磁铁
答案　D
解析　当条形磁铁N极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故A错误；当条形磁铁S极垂直a环靠近a时，同理分析，B错误，D正确；当条形磁铁N极垂直b环靠近b时，b环中不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动，故C错误。
9.如图9所示是某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置，在电梯挂厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是(　　)
图9
A.当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中
B.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B中的电流方向相反
C.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，只有闭合线圈A在阻碍电梯下落
D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，只有闭合线圈B在阻碍电梯下落
答案　B
解析　若电梯突然坠落，穿过闭合线圈A、B内的磁通量发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻碍磁铁的相对运动，可起到应急避险作用，但不能阻止磁铁的运动，故A错误；当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，闭合线圈B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知闭合线圈A与B中感应电流方向相反，故B正确；结合A的分析可知，当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故C、D错误。
10.如图10所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下。在将磁铁的S极插入线圈的过程中(　　)
图10
A.通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥
B.通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥
C.通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互吸引
D.通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引
答案　A
解析　将磁铁的S极插入线圈的过程中，由楞次定律知，通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥。故选项A正确。
对点练4　三定则一定律的应用
11.如图11所示，在一有界匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，虚线为有界磁场的左边界，导轨跟圆形线圈M相接，图中线圈N与线圈M共面、彼此绝缘，且两线圈的圆心重合，半径RM＜RN。在磁场中垂直于导轨放置一根导体棒ab，已知磁场垂直于导轨所在平面向外。欲使线圈N有收缩的趋势，下列说法正确的是(　　)
图11
A.导体棒可能沿导轨向左做加速运动
B.导体棒可能沿导轨向右做加速运动
C.导体棒可能沿导轨向左做减速运动
D.导体棒可能沿导轨向左做匀速运动
答案　C
解析　导体棒ab加速向左运动时，导体棒ab产生的感应电动势和感应电流增大，由右手定则判断知ab中电流方向由b→a，根据安培定则可知M产生的磁场方向垂直纸面向外，穿过N的磁通量增大，所以线圈N要通过增大面积以阻碍磁通量的增大，故A错误；同理分析知，导体棒向右加速运动，线圈N有扩张趋势，故B错误；导体棒向左减速运动，线圈N有收缩趋势，故C正确；导体棒向左匀速运动，线圈N中无感应电流产生，故D错误。
12.(多选)如图12所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，MN固定不动，位置靠近ab且相互绝缘。当MN中电流突然增大时，则(　　)
图12
A.线圈所受安培力的合力方向向左
B.线圈所受安培力的合力方向向右
C.感应电流方向为abcda
D.感应电流方向为adcba
答案　AC
解析　当MN中电流突然增大时，根据楞次定律可知，线圈中产生逆时针方向的感应电流，即abcda方向；由左手定则可知ab边和cd边受安培力均向左，可知线圈所受安培力的合力方向向左，选项A、C正确，B、D错误。
13.
(2020·北京市朝阳区5月模拟)如图13所示为一对同轴的螺线管(轴线水平)剖面图。现给线圈A通电，其中的电流方向用“·”和“×”表示，且电流不断增大，线圈B中就会产生感应电流。下列说法正确的是(　　)
图13
A.线圈A中的磁场方向向左
B.线圈B中感应电流的磁场方向向右
C.线圈B中产生的感应电流大小不可能保持恒定
D.从左向右看线圈B中产生的感应电流为逆时针方向
答案　D
解析　由右手螺旋定则可知，线圈A中的磁场方向向右，故A错误；由于线圈A中电流增大，则磁场增大，穿过B线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈B中感应电流的磁场方向向左，如果线圈A中电流均匀增大，则线圈B中的电流大小不变，故B、C错误；由楞次定律可知，从左向右看线圈B中产生的感应电流为逆时针方向，故D正确。
14.(2020·浙江绍兴市适应性考试)如图14所示是动圈式麦克风的示意简图，磁铁固定在适当的位置，线圈与一个膜片连接，声波传播时可使膜片左右移动，从而引起线圈运动产生感应电流，则线圈(　　)
图14
A.磁通量增大时，感应电流从a流向b
B.磁通量减小时，感应电流从b流向a
C.磁通量先增大后减小时，感应电流一直从a流向b
D.磁通量先增大后减小时，感应电流先从b流向a再从a流向b
答案　D
解析　由图可知，螺线管中原磁场方向向右；当磁通量增大时，感应电流磁场方向向左，由右手螺旋定则可知感应电流方向从b流向a；磁通量减小时，感应电流磁场方向向右，由右手螺旋定则可知感应电流方向从a流向b，故A、B、C错误，D正确。
15.(2020·浙江衢州、湖州、丽水三地市4月教学质量监测)如图15所示，光滑绝缘水平面上有两条固定导线ab、cd相互垂直彼此绝缘，在角平分线上，对称固定着四个相同的圆形金属线圈。某段时间内两导线均通以由零均匀增加到某个值的电流，在这段时间内1、3线圈不受安培力，2、4线圈中电流方向分别为顺时针和逆时针，且受到指向各自圆心的安培力作用，则两导线的电流方向为(　　)
图15
A.a→b、c→d
B.a→b、d→c
C.b→a、c→d
D.b→a、d→c
答案　A
解析　由题意知，在导线电流逐渐增大的情况下，1、3线圈不受安培力，不产生感应电流，说明1、3象限中的线圈磁通量始终为零，2线圈产生顺时针感应电流，说明2象限中磁场垂直纸面向外，4线圈产生逆时针感应电流，说明4象限中磁场垂直纸面向里，同时当电流增大时，2与4内的磁通量都增大，根据楞次定律可知，产生的感应电流都会阻碍磁通量的增大，即受到指向各自圆心的安培力作用，综上所述，根据安培定则可判A正确，B、C、D错误。

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