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课时31 电磁感应现象 楞次定律
考纲对本模块内容的具体要求如下：
1、知道磁通量的变化及其求解方法，理解产生感应电流、感应电动势的条件；
2、理解楞次定律的基本含义与拓展形式；
3、理解安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的异同，并能在实际问题中熟练运用。
物理观念：
1.知道电磁感应现象的产生条件并会分析解决实际问题.
2.会根据楞次定律判断感应电流的方向，会应用楞次定律的推论分析问题.
3.能够综合应用安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律解决实际问题．
知识点一：磁通量
磁通量
　　磁通量，是一个标量，但有正、负之分。
　　可以形象地理解为穿过某面积磁感线的净条数。
2、物理意义：
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：
图1
(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.
　　3、磁通量的变化
　　磁通量的变化．
　　要点诠释：
的值可能是、绝对值的差，也可能是绝对值的和。例如当一个线圈从与磁感线垂直的位置转动的过程中．
　　4、磁通量的变化率
　　磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢，它是回路感应电动势的大小的决定因素。
　　　　，
　　在回路面积和位置不变时（叫磁感应强度的变化率）；
　　在B均匀不变时，与线圈的匝数无关。
知识点二：电磁感应现象
产生感应电流的条件
　　只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，即，则闭合电路中就有感应电流产生。
2.引起磁通量变化的常见情况
　（1）闭合电路的部分导体做切割磁感线运动。
　（2）线圈绕垂直于磁场的轴转动。
　（3）磁感应强度B变化。
要点诠释：
1.分析有无感应电流的方法
　　首先看电路是否闭合，其次看穿过闭合电路的磁通量是否发生了变化。
2.产生感应电动势的条件
　　无论电路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
　　电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流；电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。
3.电流的磁效应与电磁感应现象的区别与联系
（1）区别：“动电生磁”和“动磁生电”是两个不同的过程，要抓住过程的本质，动电生磁是指运动电荷周围产生磁场；动磁生电是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流。要从本质上来区分它们。
（2）联系：二者都是反映了电流与磁场之间的关系。
知识点三：感应电流的方向判定
1.楞次定律
（1）定律内容：感应电流具有这样的方向：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量发生变化。
　　（2）感应电流方向的决定因素是：电路所包围的引起感应电流的磁场的方向和磁通量的增减情况。
　　（3）楞次定律适用范围：适用于所有电磁感应现象。
　　（4）应用楞次定律判断感应电流产生的力学效果（楞次定律的变式说法）：感应电流受到的安培力总是阻碍线圈或导体棒与磁场的相对运动，即线圈与磁场靠近时则相斥，远离时则相吸。
　　（5）楞次定律是能的转化和守恒定律的必然结果。
2．右手定则
(1)内容：如图4，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．
图4
(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流．
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、电流的作用力 左手定则
电磁感应 部分导体切割磁感线运动 右手定则
闭合回路磁通量发生变化 楞次定律
技巧点拨：
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．
考点一：感应电流产生条件的总结
例1.（2021·福建莆田·）如图是漏电保护器的部分电路图，由金属环，线圈，控制器组成，其工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开，即称电路跳闸，下列有关漏电保护器的说法正确的是（　　）
A．当接负载的电线中电流均匀变化时，绕在铁芯上的线圈中有稳定的电流
B．当接负载的电线短路或电流超过额定值时，漏电保护器会发出信号使电路跳闸
C．只有当接负载的电线漏电时，绕在铁芯上的线圈中才会有电流通过
D．当接负载的电线中电流不稳定时，漏电保护器会发出信号使电路跳闸
【答案】C
【详解】
漏电保护器的工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开，线圈的磁通量是由流入负载的导线中的电流和流出负载的导线中的电流在线圈中产生的磁通量的叠加，由于一般情况下，流入负载导线中的电流和流出负载导线中的电流等大反向，故线圈中的磁通量为零，无电流产生。而发生漏电时，流入负载导线中的电流和流出负载导线中的电流大小不等，线圈的磁通量发生变化，有电流产生。
故选C。
变式训练：（2022·全国高三专题练习）如图，1831年8月29日，法拉第在一个软铁圆环上绕两个互相绝缘的线圈和。与电池、开关组成回路，的两端用导线连接，导线正下方有一枚小磁针。使法拉第在“磁生电”方面取得突破性进展的现象是（　　）
A．闭合开关瞬间，观察到小磁针发生偏转 B．闭合开关后，观察到小磁针保持偏转状态
C．断开开关瞬间，观察到小磁针不发生偏转 D．断开开关后，观察到小磁针保持偏转状态
【答案】A
【详解】
A．闭合开关瞬间，线圈a中电流发生变化，在线圈b中会产生感应电流，可观察到小磁针发生偏转，选项A正确；
B．闭合开关后，线圈a中电流不发生变化，在线圈b中不会产生感应电流，观察到小磁针不偏转，选项B错误；
C．断开开关瞬间，线圈a中电流发生变化，在线圈b中会产生感应电流，观察到小磁针发生偏转，选项C错误；
D．断开开关后，线圈a中电流不发生变化，在线圈b中不会产生感应电流，观察到小磁针不偏转，选项D错误。
故选A。
考点二：插入拔出铁芯电流表指针的变化
例2.（2021·全国高三专题练习）在探究影响感应电流方向的因素实验中，用灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过“插入”和“拔出”磁铁，使线圈中产生感应电流，记录实验过程中的相关信息，就可以分析得出感应电流方向遵循的规律。下图为某同学的部分实验记录，在图1中，电流计指针向左偏转。以下说法正确的是（　　）
A．在图2所示实验过程中，电流计指针应该向左偏转
B．在图3所示实验过程中，电流计指针应该向左偏转
C．这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与线圈的绕向有关
D．这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向有关
【答案】D
【详解】
如图1所示，当磁铁的N极向下运动时，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向下，此时电流从下向上流过电流表，发现电流表指针向左偏转，可知电流表指针偏转方向与电流方向间的关系：电流从下向上流过电流表，电流表指针向左偏转，电流从上向下流过电流表，则电流表指针向右偏转；
A．在图2所示实验过程中，磁铁的S极向下运动时，穿过螺线管向上的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向上，此时电流从上向下流过电流表，电流计指针应该向右偏转，故A错误；
B．在图3所示实验过程中，磁铁的N极向上运动时，穿过螺线管向下的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向上，此时电流从上向下流过电流表，电流计指针应该向右偏转，故B错误；
CD．同理可知图4穿过螺线管向上的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向下，此时电流从下向上流过电流表，电流计指针应该向左偏转，所以这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向、磁铁运动的方向有关，而实验中线圈缠绕方向一致，所以不能研究感应电流的磁场方向与线圈的绕向的关系，故C错误，D正确。
故选D。
变式训练：（2020·上海长宁·高三）在“研究磁通量变化时感应电流的方向”的实验中，先通过实验确定了电流流过检流计时指针的偏转方向如图。在后续的实验中，竖直放置的感应线圈固定不动，条形磁铁从上方插入线圈或从线圈拔出时，检流计指针会偏转。下列四图中分别标出了条形磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向。其中方向关系表示正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【详解】
由题中图可知，电流向右通过检流计时，检流计指针向左偏转。
A．磁铁向下插入线圈时，穿过线圈的磁场方向向上，磁通量增加，根据楞次定律可以知道，回路中产生顺时针方向的电流，通过检流计的电流方向向右，其指针向左偏转，故A错误；
B．磁铁向上拔出线圈时，穿过线圈的磁场方向向上，磁通量减小，根据楞次定律可以知道，回路中产生逆时针方向的电流，通过检流计的电流方向向左，其指针向右偏转，故B错误；
C．磁铁向上拔出线圈时，穿过线圈的磁场方向向上，磁通量减小，根据楞次定律可以知道，回路中产生逆时针方向的电流，通过检流计的电流方向向左，其指针向右偏转，故C错误；
D．磁铁向下插入线圈时，穿过线圈的磁场方向向下，磁通量增加，根据楞次定律可以知道，回路中产生顺时针方向的电流，通过检流计的电流方向向右，其指针向左偏转，故D正确。
故选D。
考点三：磁铁靠近或远离线圈时产生感应电流
例3.（2017·上海浦东新·高三）“研究感应电流方向”的实验装置如图所示，下列对实验现象描述正确的是（ ）
A．条形磁铁N极朝下，插入螺线管的过程中，通过电流计G的感应电流方向为a→b
B．条形磁铁S极朝下，插入螺线管的过程中，通过电流计G的感应电流方向为b→a
C．条形磁铁N极朝下，拔出螺线管的过程中，通过电流计G的感应电流方向为a→b
D．条形磁铁S极朝下，拔出螺线管的过程中，通过电流计G的感应电流方向为a→b
【答案】C
【详解】
A．当条形磁铁极朝下，插入螺线管的过程中，穿过线圈的磁通量向下，且增加，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场向上，故感应电流为逆时针方向（俯视），通过电流计的感应电流方向为，故A错误；
B．条形磁铁极朝下，插入螺线管的过程中，穿过线圈的磁通量向上，且增加，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场向下，故感应电流为顺时针方向（俯视），通过电流计的感应电流方向为，故B错误；
C．条形磁铁极朝下，拔出螺线管的过程中，穿过线圈的磁通量向下，且减小，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场向下，故感应电流为顺时针方向（俯视），通过电流计的感应电流方向为，故C正确；
D．条形磁铁极朝下，拔出螺线管的过程中，穿过线圈的磁通量向上，且减小，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场向上，故感应电流为逆时针方向（俯视），通过电流计的感应电流方向为，故D错误；
故选C。
变式训练：（2021·广东汕头·高三）在物理兴趣小组的活动中，某同学将轻质圆形铝板用细棉线悬挂在固定点O上，铝板可以绕O点自由摆动，如图所示。在平行于铝板的竖直面内将一竖放的条形磁铁在铝板附近左右来回拉动（与铝板始终不相碰），若空气流动对铝板的影响可忽略不计，则下列对这个实验结果的判断，正确的是（　　）
A．铝板内不会产生感应电动势
B．铝板内能产生感应电动势但不会产生感应电流
C．铝板可以在安培力的作用下摆动起来
D．铝板始终保持静止不动
【答案】C
【详解】
A．当条形磁铁靠近和远离铝板时，铝板切割磁感线，产生感应电动势，故A错误；
B．因铝板各部分切割磁感线的密集程度不同，磁通量的改变量不同，故各部分产生的感应电动势不同，由此能产生感应电流，B错误；
CD．铝板产生感应电流后，可安培力的作用下摆动起来，故C正确，D错误；
故选C。
考点四：右手定则的灵活应用
例4.（2021·四川乐山·）如图所示，上、下两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。一金属圆环垂直磁场放置，其直径与两磁场的边界重合。下列情况中，可使圆环受到垂直边界向上的安培力的是（　　）
A．仅增大B1
B．仅增大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
【详解】
A．仅增大B1由右手定则得，圆环中产生逆时针方向的电流，由左手定则得圆环受到垂直边界向下的安培力，故A错误；
B．仅增大B2由右手定则得，圆环中产生顺时针方向的电流，由左手定则得圆环受到垂直边界向上的安培力，故B正确；
CD．同时以相同的变化率增大或减小B1和B2，金属环中的磁通量始终为0，不发生变化，圆环中不会出现感应电流，没有安培力，故CD错误。
故选B。
变式训练：（2022·安徽蚌埠·高三）如图所示，有界匀强磁场的宽度为，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里。正方形是粗细均匀的导体框，总电阻为，边长为L，该导体框处于纸面内。导体框在外力作用下沿对角线（垂直于磁场边界）由Ⅰ位置匀速运动到Ⅲ位置，速度大小为v，则（　　）
A．导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中感应电流的方向保持不变
B．导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中最大感应电流为
C．导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中通过的电荷量
D．导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中外力的最大功率为
【答案】BC
【详解】
A.导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中磁通量增加，根据右手定则可知图中电流方向为逆时针，导体框由Ⅱ位置到Ⅲ位置过程中磁通量减小，根据右手定则可知图中电流方向为顺时针，选项A错误 ；
B. 导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中当bd位于磁场两边界上时，导体框切割磁场的有效切割长度的最长的，为，则产生的最大电动势为
根据闭合电路欧姆定律知最大电流
故最大感应电流为
选项B正确；
C. 导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中平均感应电动势为
则平均感应电流为
通过的电荷量
C选项正确；
D. 导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中，bd位于磁场左边界上时，感应电流最大为，安培力最大为
因为匀速，合力为零，则最大外力
外力的最大功率
联立可得
D选项错误；
故选BC。
考点五：楞次定律重要结论的推广应用
例5.（2021·湖南高三）如图所示，光滑绝缘斜面倾角为θ。斜面底端有一直导线通有M至N的恒定电流I。斜面上有一闭合导线框abcd正沿斜面下滑，ab边始终与MN平行。在导线框下滑至ab边未到达斜面底端过程中，下列说法正确的是（　　）
A．线框有扩张的趋势
B．线框中有沿abcda流动的感应电流
C．线框cd边受到的安培力沿斜面向下
D．整个线框所受安培力的合力为零
【答案】C
【详解】
A．根据直导线产生的磁场特点：离导线越近磁场越强，在导线框下滑过程中，穿过线框的磁通量增大，由楞次定律可知，线框有收缩的趋势，A错误；
B．在导线框下滑过程中，穿过线框的磁通量增大，磁场方向垂直斜面向上，根据“楞次定律”可知，线框中有沿adcba方向的感应电流，B错误；
C．cd中的电流由d到c，磁场方向垂直斜面向上，根据左手定则可知，线框cd边受到的安培力沿斜面向下，C正确；
D．由于ab边与cd边所在处的磁场不同，ab与cd中的电流相同，所以ab、cd所受安培力大小不同，ad与ad所受安培力大小相同，所以整个线框所受安培力的合力不为零，D错误；
故选C。
变式训练：（2021·广西来宾·高三）如图所示，两光滑的平行导轨固定在绝缘水平面上，整个空间存在竖直向上的匀强磁场，两导体棒垂直地放在导轨上与导轨始终保持良好的接触，现该导体棒水平方向的速度分别为，取水平向右的方向为正方向。则下列说法正确的是（　　）
A．如果，则感应电流方向沿
B．如果，则回路中没有感应电流
C．如果，则感应电流方向沿
D．如果，则感应电流方向沿
【答案】D
【详解】
A．如果，由右手定则可判断出应产生顺时针方向的电流，故A错误；
B．如果所围的线圈面积增大，磁通量增大，由楞次定律得知，中有顺时针方向的电流，故B错误；
C．如果所围的线圈面积不变，磁通量不变，故不产生感应电流，故C错误；
D．如果，则所围面积增大，磁通量也增大，故由楞次定律可判断岀产生的电流，故D正确。
故选D。
1．（2021·天津高考真题）科学研究方法对物理学的发展意义深远，实验法、归纳法、演绎法、类比法、理想实验法等对揭示物理现象的本质十分重要。下列哪个成果是运用理想实验法得到的（　　）
A．牛顿发现“万有引力定律” B．库仑发现“库仑定律”
C．法拉第发现“电磁感应现象” D．伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”
2．（2020·全国高考真题）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
3．（2019·全国课时练习）老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆克绕中心点自由转动，老师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，同学们看到的现象是（ ）
A．磁铁插向左环，横杆发生转动
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
4．（2021·北京高考真题）如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，水平U型导体框左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒ab置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。ab以水平向右的初速度v0开始运动，最终停在导体框上。在此过程中 （　　）
A．导体棒做匀减速直线运动 B．导体棒中感应电流的方向为
C．电阻R消耗的总电能为 D．导体棒克服安培力做的总功小于
5．（2021·北京高考真题）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
6．（2020·江苏高考真题）如图所示，两匀强磁场的磁感应强度和大小相等、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．同时增大减小
B．同时减小增大
C．同时以相同的变化率增大和
D．同时以相同的变化率减小和
7．（2020·全国高考真题）如图，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
8．（2019·全国高考真题）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
9.（2019·江苏高考真题）如图所示，匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈，线圈平面与磁场垂直．已知线圈的面积S=0.3m2、电阻R=0.6Ω，磁场的磁感应强度B=0.2T.现同时向两侧拉动线圈，线圈的两边在Δt=0.5s时间内合到一起．求线圈在上述过程中
（1）感应电动势的平均值E；
（2）感应电流的平均值I，并在图中标出电流方向；
（3）通过导线横截面的电荷量q．
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课时31 电磁感应现象 楞次定律
考纲对本模块内容的具体要求如下：
1、知道磁通量的变化及其求解方法，理解产生感应电流、感应电动势的条件；
2、理解楞次定律的基本含义与拓展形式；
3、理解安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的异同，并能在实际问题中熟练运用。
物理观念：
1.知道电磁感应现象的产生条件并会分析解决实际问题.
2.会根据楞次定律判断感应电流的方向，会应用楞次定律的推论分析问题.
3.能够综合应用安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律解决实际问题．
知识点一：磁通量
磁通量
　　磁通量，是一个标量，但有正、负之分。
　　可以形象地理解为穿过某面积磁感线的净条数。
2、物理意义：
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：
图1
(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.
　　3、磁通量的变化
　　磁通量的变化．
　　要点诠释：
的值可能是、绝对值的差，也可能是绝对值的和。例如当一个线圈从与磁感线垂直的位置转动的过程中．
　　4、磁通量的变化率
　　磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢，它是回路感应电动势的大小的决定因素。
　　　　，
　　在回路面积和位置不变时（叫磁感应强度的变化率）；
　　在B均匀不变时，与线圈的匝数无关。
知识点二：电磁感应现象
产生感应电流的条件
　　只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，即，则闭合电路中就有感应电流产生。
2.引起磁通量变化的常见情况
　（1）闭合电路的部分导体做切割磁感线运动。
　（2）线圈绕垂直于磁场的轴转动。
　（3）磁感应强度B变化。
要点诠释：
1.分析有无感应电流的方法
　　首先看电路是否闭合，其次看穿过闭合电路的磁通量是否发生了变化。
2.产生感应电动势的条件
　　无论电路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
　　电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流；电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。
3.电流的磁效应与电磁感应现象的区别与联系
（1）区别：“动电生磁”和“动磁生电”是两个不同的过程，要抓住过程的本质，动电生磁是指运动电荷周围产生磁场；动磁生电是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流。要从本质上来区分它们。
（2）联系：二者都是反映了电流与磁场之间的关系。
知识点三：感应电流的方向判定
1.楞次定律
（1）定律内容：感应电流具有这样的方向：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量发生变化。
　　（2）感应电流方向的决定因素是：电路所包围的引起感应电流的磁场的方向和磁通量的增减情况。
　　（3）楞次定律适用范围：适用于所有电磁感应现象。
　　（4）应用楞次定律判断感应电流产生的力学效果（楞次定律的变式说法）：感应电流受到的安培力总是阻碍线圈或导体棒与磁场的相对运动，即线圈与磁场靠近时则相斥，远离时则相吸。
　　（5）楞次定律是能的转化和守恒定律的必然结果。
2．右手定则
(1)内容：如图4，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．
图4
(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流．
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、电流的作用力 左手定则
电磁感应 部分导体切割磁感线运动 右手定则
闭合回路磁通量发生变化 楞次定律
技巧点拨：
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．
考点一：感应电流产生条件的总结
例1.（2021·福建莆田·）如图是漏电保护器的部分电路图，由金属环，线圈，控制器组成，其工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开，即称电路跳闸，下列有关漏电保护器的说法正确的是（　　）
A．当接负载的电线中电流均匀变化时，绕在铁芯上的线圈中有稳定的电流
B．当接负载的电线短路或电流超过额定值时，漏电保护器会发出信号使电路跳闸
C．只有当接负载的电线漏电时，绕在铁芯上的线圈中才会有电流通过
D．当接负载的电线中电流不稳定时，漏电保护器会发出信号使电路跳闸
【答案】C
【详解】
漏电保护器的工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开，线圈的磁通量是由流入负载的导线中的电流和流出负载的导线中的电流在线圈中产生的磁通量的叠加，由于一般情况下，流入负载导线中的电流和流出负载导线中的电流等大反向，故线圈中的磁通量为零，无电流产生。而发生漏电时，流入负载导线中的电流和流出负载导线中的电流大小不等，线圈的磁通量发生变化，有电流产生。
故选C。
变式训练：（2022·全国高三专题练习）如图，1831年8月29日，法拉第在一个软铁圆环上绕两个互相绝缘的线圈和。与电池、开关组成回路，的两端用导线连接，导线正下方有一枚小磁针。使法拉第在“磁生电”方面取得突破性进展的现象是（　　）
A．闭合开关瞬间，观察到小磁针发生偏转 B．闭合开关后，观察到小磁针保持偏转状态
C．断开开关瞬间，观察到小磁针不发生偏转 D．断开开关后，观察到小磁针保持偏转状态
【答案】A
【详解】
A．闭合开关瞬间，线圈a中电流发生变化，在线圈b中会产生感应电流，可观察到小磁针发生偏转，选项A正确；
B．闭合开关后，线圈a中电流不发生变化，在线圈b中不会产生感应电流，观察到小磁针不偏转，选项B错误；
C．断开开关瞬间，线圈a中电流发生变化，在线圈b中会产生感应电流，观察到小磁针发生偏转，选项C错误；
D．断开开关后，线圈a中电流不发生变化，在线圈b中不会产生感应电流，观察到小磁针不偏转，选项D错误。
故选A。
考点二：插入拔出铁芯电流表指针的变化
例2.（2021·全国高三专题练习）在探究影响感应电流方向的因素实验中，用灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过“插入”和“拔出”磁铁，使线圈中产生感应电流，记录实验过程中的相关信息，就可以分析得出感应电流方向遵循的规律。下图为某同学的部分实验记录，在图1中，电流计指针向左偏转。以下说法正确的是（　　）
A．在图2所示实验过程中，电流计指针应该向左偏转
B．在图3所示实验过程中，电流计指针应该向左偏转
C．这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与线圈的绕向有关
D．这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向有关
【答案】D
【详解】
如图1所示，当磁铁的N极向下运动时，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向下，此时电流从下向上流过电流表，发现电流表指针向左偏转，可知电流表指针偏转方向与电流方向间的关系：电流从下向上流过电流表，电流表指针向左偏转，电流从上向下流过电流表，则电流表指针向右偏转；
A．在图2所示实验过程中，磁铁的S极向下运动时，穿过螺线管向上的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向上，此时电流从上向下流过电流表，电流计指针应该向右偏转，故A错误；
B．在图3所示实验过程中，磁铁的N极向上运动时，穿过螺线管向下的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向上，此时电流从上向下流过电流表，电流计指针应该向右偏转，故B错误；
CD．同理可知图4穿过螺线管向上的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，由安培定则可知感应电流的方向螺旋向下，此时电流从下向上流过电流表，电流计指针应该向左偏转，所以这组实验可以说明，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向、磁铁运动的方向有关，而实验中线圈缠绕方向一致，所以不能研究感应电流的磁场方向与线圈的绕向的关系，故C错误，D正确。
故选D。
变式训练：（2020·上海长宁·高三）在“研究磁通量变化时感应电流的方向”的实验中，先通过实验确定了电流流过检流计时指针的偏转方向如图。在后续的实验中，竖直放置的感应线圈固定不动，条形磁铁从上方插入线圈或从线圈拔出时，检流计指针会偏转。下列四图中分别标出了条形磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向。其中方向关系表示正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【详解】
由题中图可知，电流向右通过检流计时，检流计指针向左偏转。
A．磁铁向下插入线圈时，穿过线圈的磁场方向向上，磁通量增加，根据楞次定律可以知道，回路中产生顺时针方向的电流，通过检流计的电流方向向右，其指针向左偏转，故A错误；
B．磁铁向上拔出线圈时，穿过线圈的磁场方向向上，磁通量减小，根据楞次定律可以知道，回路中产生逆时针方向的电流，通过检流计的电流方向向左，其指针向右偏转，故B错误；
C．磁铁向上拔出线圈时，穿过线圈的磁场方向向上，磁通量减小，根据楞次定律可以知道，回路中产生逆时针方向的电流，通过检流计的电流方向向左，其指针向右偏转，故C错误；
D．磁铁向下插入线圈时，穿过线圈的磁场方向向下，磁通量增加，根据楞次定律可以知道，回路中产生顺时针方向的电流，通过检流计的电流方向向右，其指针向左偏转，故D正确。
故选D。
考点三：磁铁靠近或远离线圈时产生感应电流
例3.（2017·上海浦东新·高三）“研究感应电流方向”的实验装置如图所示，下列对实验现象描述正确的是（ ）
A．条形磁铁N极朝下，插入螺线管的过程中，通过电流计G的感应电流方向为a→b
B．条形磁铁S极朝下，插入螺线管的过程中，通过电流计G的感应电流方向为b→a
C．条形磁铁N极朝下，拔出螺线管的过程中，通过电流计G的感应电流方向为a→b
D．条形磁铁S极朝下，拔出螺线管的过程中，通过电流计G的感应电流方向为a→b
【答案】C
【详解】
A．当条形磁铁极朝下，插入螺线管的过程中，穿过线圈的磁通量向下，且增加，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场向上，故感应电流为逆时针方向（俯视），通过电流计的感应电流方向为，故A错误；
B．条形磁铁极朝下，插入螺线管的过程中，穿过线圈的磁通量向上，且增加，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场向下，故感应电流为顺时针方向（俯视），通过电流计的感应电流方向为，故B错误；
C．条形磁铁极朝下，拔出螺线管的过程中，穿过线圈的磁通量向下，且减小，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场向下，故感应电流为顺时针方向（俯视），通过电流计的感应电流方向为，故C正确；
D．条形磁铁极朝下，拔出螺线管的过程中，穿过线圈的磁通量向上，且减小，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场向上，故感应电流为逆时针方向（俯视），通过电流计的感应电流方向为，故D错误；
故选C。
变式训练：（2021·广东汕头·高三）在物理兴趣小组的活动中，某同学将轻质圆形铝板用细棉线悬挂在固定点O上，铝板可以绕O点自由摆动，如图所示。在平行于铝板的竖直面内将一竖放的条形磁铁在铝板附近左右来回拉动（与铝板始终不相碰），若空气流动对铝板的影响可忽略不计，则下列对这个实验结果的判断，正确的是（　　）
A．铝板内不会产生感应电动势
B．铝板内能产生感应电动势但不会产生感应电流
C．铝板可以在安培力的作用下摆动起来
D．铝板始终保持静止不动
【答案】C
【详解】
A．当条形磁铁靠近和远离铝板时，铝板切割磁感线，产生感应电动势，故A错误；
B．因铝板各部分切割磁感线的密集程度不同，磁通量的改变量不同，故各部分产生的感应电动势不同，由此能产生感应电流，B错误；
CD．铝板产生感应电流后，可安培力的作用下摆动起来，故C正确，D错误；
故选C。
考点四：右手定则的灵活应用
例4.（2021·四川乐山·）如图所示，上、下两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。一金属圆环垂直磁场放置，其直径与两磁场的边界重合。下列情况中，可使圆环受到垂直边界向上的安培力的是（　　）
A．仅增大B1
B．仅增大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
【详解】
A．仅增大B1由右手定则得，圆环中产生逆时针方向的电流，由左手定则得圆环受到垂直边界向下的安培力，故A错误；
B．仅增大B2由右手定则得，圆环中产生顺时针方向的电流，由左手定则得圆环受到垂直边界向上的安培力，故B正确；
CD．同时以相同的变化率增大或减小B1和B2，金属环中的磁通量始终为0，不发生变化，圆环中不会出现感应电流，没有安培力，故CD错误。
故选B。
变式训练：（2022·安徽蚌埠·高三）如图所示，有界匀强磁场的宽度为，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里。正方形是粗细均匀的导体框，总电阻为，边长为L，该导体框处于纸面内。导体框在外力作用下沿对角线（垂直于磁场边界）由Ⅰ位置匀速运动到Ⅲ位置，速度大小为v，则（　　）
A．导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中感应电流的方向保持不变
B．导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中最大感应电流为
C．导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中通过的电荷量
D．导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中外力的最大功率为
【答案】BC
【详解】
A.导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中磁通量增加，根据右手定则可知图中电流方向为逆时针，导体框由Ⅱ位置到Ⅲ位置过程中磁通量减小，根据右手定则可知图中电流方向为顺时针，选项A错误 ；
B. 导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中当bd位于磁场两边界上时，导体框切割磁场的有效切割长度的最长的，为，则产生的最大电动势为
根据闭合电路欧姆定律知最大电流
故最大感应电流为
选项B正确；
C. 导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中平均感应电动势为
则平均感应电流为
通过的电荷量
C选项正确；
D. 导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中，bd位于磁场左边界上时，感应电流最大为，安培力最大为
因为匀速，合力为零，则最大外力
外力的最大功率
联立可得
D选项错误；
故选BC。
考点五：楞次定律重要结论的推广应用
例5.（2021·湖南高三）如图所示，光滑绝缘斜面倾角为θ。斜面底端有一直导线通有M至N的恒定电流I。斜面上有一闭合导线框abcd正沿斜面下滑，ab边始终与MN平行。在导线框下滑至ab边未到达斜面底端过程中，下列说法正确的是（　　）
A．线框有扩张的趋势
B．线框中有沿abcda流动的感应电流
C．线框cd边受到的安培力沿斜面向下
D．整个线框所受安培力的合力为零
【答案】C
【详解】
A．根据直导线产生的磁场特点：离导线越近磁场越强，在导线框下滑过程中，穿过线框的磁通量增大，由楞次定律可知，线框有收缩的趋势，A错误；
B．在导线框下滑过程中，穿过线框的磁通量增大，磁场方向垂直斜面向上，根据“楞次定律”可知，线框中有沿adcba方向的感应电流，B错误；
C．cd中的电流由d到c，磁场方向垂直斜面向上，根据左手定则可知，线框cd边受到的安培力沿斜面向下，C正确；
D．由于ab边与cd边所在处的磁场不同，ab与cd中的电流相同，所以ab、cd所受安培力大小不同，ad与ad所受安培力大小相同，所以整个线框所受安培力的合力不为零，D错误；
故选C。
变式训练：（2021·广西来宾·高三）如图所示，两光滑的平行导轨固定在绝缘水平面上，整个空间存在竖直向上的匀强磁场，两导体棒垂直地放在导轨上与导轨始终保持良好的接触，现该导体棒水平方向的速度分别为，取水平向右的方向为正方向。则下列说法正确的是（　　）
A．如果，则感应电流方向沿
B．如果，则回路中没有感应电流
C．如果，则感应电流方向沿
D．如果，则感应电流方向沿
【答案】D
【详解】
A．如果，由右手定则可判断出应产生顺时针方向的电流，故A错误；
B．如果所围的线圈面积增大，磁通量增大，由楞次定律得知，中有顺时针方向的电流，故B错误；
C．如果所围的线圈面积不变，磁通量不变，故不产生感应电流，故C错误；
D．如果，则所围面积增大，磁通量也增大，故由楞次定律可判断岀产生的电流，故D正确。
故选D。
1．（2021·天津高考真题）科学研究方法对物理学的发展意义深远，实验法、归纳法、演绎法、类比法、理想实验法等对揭示物理现象的本质十分重要。下列哪个成果是运用理想实验法得到的（　　）
A．牛顿发现“万有引力定律” B．库仑发现“库仑定律”
C．法拉第发现“电磁感应现象” D．伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”
【答案】D
【详解】
牛顿发现“万有引力定律”；库伦发现“库仑定律”；法拉第发现“电磁感应现象”，这些都是建立在大量的实验的基础上直接得出的结论；而伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”，是在实验的基础上经过抽象推理得出的结论，即运用了理想实验法。
故选D。
2．（2020·全国高考真题）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
【答案】D
【详解】
由题意可知，圆管为金属导体，导体内部自成闭合回路，且有电阻，当周围的线圈中产生出交变磁场时，就会在导体内部感应出涡电流，电流通过电阻要发热。该过程利用原理的是电磁感应现象，其发现者为法拉第。故选D。
3．（2019·全国课时练习）老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆克绕中心点自由转动，老师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，同学们看到的现象是（ ）
A．磁铁插向左环，横杆发生转动
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
【答案】B
【详解】
左环没有闭合，在磁铁插入过程中，不产生感应电流，故横杆不发生转动．右环闭合，在磁铁插入过程中，产生感应电流，横杆将发生转动，故B正确，ACD错误．
4．（2021·北京高考真题）如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，水平U型导体框左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒ab置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。ab以水平向右的初速度v0开始运动，最终停在导体框上。在此过程中 （　　）
A．导体棒做匀减速直线运动 B．导体棒中感应电流的方向为
C．电阻R消耗的总电能为 D．导体棒克服安培力做的总功小于
【答案】C
【详解】
AB．导体棒向右运动，根据右手定则，可知电流方向为b到a，再根据左手定则可知，导体棒向到向左的安培力，根据法拉第电磁感应定律，可得产生的感应电动势为
感应电流为
故安培力为
根据牛顿第二定律有
可得
随着速度减小，加速度不断减小，故导体棒不是做匀减速直线运动，故AB错误；
C．根据能量守恒定律，可知回路中产生的总热量为
因R与r串联，则产生的热量与电阻成正比，则R产生的热量为
故C正确；
D．整个过程只有安培力做负功，根据动能定理可知，导体棒克服安培力做的总功等于，故D错误。
故选C。
5．（2021·北京高考真题）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
【答案】D
【详解】
A．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，故A错误；
B．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，故B错误；
CD．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，故C错误D正确。
故选D。
6．（2020·江苏高考真题）如图所示，两匀强磁场的磁感应强度和大小相等、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．同时增大减小
B．同时减小增大
C．同时以相同的变化率增大和
D．同时以相同的变化率减小和
【答案】B
【详解】
AB．产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，圆环中的净磁通量变化为向里磁通量减少或者向外的磁通量增多，A错误，B正确。
CD．同时以相同的变化率增大B1和B2，或同时以相同的变化率减小B1和B2，两个磁场的磁通量总保持大小相同，所以总磁通量为0，不会产生感应电流，CD 错误。
故选B。
7．（2020·全国高考真题）如图，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
【答案】B
【详解】
无论开关S拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律（增反减同），右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。
故选B。
8．（2019·全国高考真题）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
【详解】
楞次定律指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,这种阻碍作用做功将其他形式的能转变为感应电流的电能,所以楞次定律的阻碍过程实质上就是能量转化的过程.
9.（2019·江苏高考真题）如图所示，匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈，线圈平面与磁场垂直．已知线圈的面积S=0.3m2、电阻R=0.6Ω，磁场的磁感应强度B=0.2T.现同时向两侧拉动线圈，线圈的两边在Δt=0.5s时间内合到一起．求线圈在上述过程中
（1）感应电动势的平均值E；
（2）感应电流的平均值I，并在图中标出电流方向；
（3）通过导线横截面的电荷量q．
【答案】（1）E=0.12V；（2）I=0.2A（电流方向见图）；（3）q=0.1C
【详解】
（1）由法拉第电磁感应定律有：
感应电动势的平均值
磁通量的变化
解得：
代入数据得：E=0.12V；
（2）由闭合电路欧姆定律可得：
平均电流
代入数据得I=0.2A
由楞次定律可得，感应电流方向如图：
（3）由电流的定义式可得：电荷量q=I t代入数据得q=0.1C．
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