2024年高中物理第一章電磁感應微專題培優(yōu)一電磁感應中的“一定律三定則”問題講義含解析粵教版選修3-2

PAGE9-eq\a\vs4\al(電磁感應中的“肯定律三定則”問題)來拒去留法導體與磁場相對運動產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象時，產(chǎn)生的感應電流與磁場間有力的作用，這種力的作用會“阻礙”相對運動，簡稱口訣“來拒去留”。圖1[例1]如圖1所示，當磁鐵突然向銅環(huán)運動時，銅環(huán)的運動狀況是()A．向右搖擺 B．向左搖擺C．靜止 D．無法判定[思路點撥]eq\x(\a\al(磁鐵靠,近銅環(huán)))eq\o(→,\s\up7(Φ變更),\s\do5())eq\x(\a\al(產(chǎn)生感,應電流))eq\o(→,\s\up7(來拒去留))eq\x(\a\al(二者間,為斥力))[解析]當磁鐵靠近銅環(huán)時，銅環(huán)中磁通量增加，產(chǎn)生感應電流，依據(jù)“來拒去留”原則，知銅環(huán)將受斥力作用遠離磁鐵向右搖擺，A正確。[答案]A增縮減擴法電磁感應致使回路面積有變更趨勢時，則收縮或擴張是為了阻礙回路磁通量的變更，即磁通量增大時，面積有收縮趨勢，磁通量削減時，面積有增大趨勢。[特殊提示]本方法適用于磁感線單方向穿過閉合回路的狀況。[例2]如圖2所示，在載流直導線旁固定有兩平行光滑導軌A、B，導軌與直導線平行且在同一水平面內，在導軌上有兩可自由滑動的導體ab和cd。當載流直導線中的電流漸漸增加時，導體ab和cd的運動狀況是()圖2A．一起向左運動B．一起向右運動C．a(chǎn)b和cd相向運動，相互靠近D．a(chǎn)b和cd相背運動，相互遠離[思路點撥]思路1：eq\b\lc\\rc\](\a\vs4\al\co1(\x(原磁場方向),\x(磁通量變更)))eq\o(→,\s\up7(楞次定律))eq\x(\a\al(感應磁場,的方向))eq\o(→,\s\up7(安培定則),\s\do5())eq\x(\a\al(感應電,流方向))eq\o(→,\s\up7(左手定則),\s\do5())eq\x(安培力方向)思路2：eq\x(電流變更)→eq\x(磁通量變更)→eq\x(回路面積變更)[解析]直導線中電流增加時，回路abcd中磁通量增大產(chǎn)生感應電流，依據(jù)“增縮減擴”原則知，回路abcd的面積減小，即C正確。[答案]C增離減靠法發(fā)生電磁感應現(xiàn)象時，通過什么方式來“阻礙”原磁通量的變更要依據(jù)詳細狀況而定?？赡苁亲璧K導體的相對運動，也可能是變更線圈的有效面積，還可能是通過遠離或靠近變更的磁場源來阻礙原磁通量的變更。即：(1)若原磁通量增加，則通過遠離磁場源起到阻礙的作用。(2)若原磁通量減小，則通過靠近磁場源起到阻礙的作用。[例3]一長直鐵芯上繞有一固定線圈M，鐵芯右端與一木質圓柱密接，木質圓柱上套有一閉合金屬環(huán)N，N可在木質圓柱上無摩擦移動，M連接在如圖3所示的電路中，其中R為滑動變阻器，E1和E2為直流電源，S為單刀雙擲開關，下列狀況中，可觀測到N向左運動的是()圖3A．在S斷開的狀況下，S向a閉合的瞬間B．在S斷開的狀況下，S向b閉合的瞬間C．在S已向a閉合的狀況下，將R的滑片向c端移動時D．在S已向a閉合的狀況下，將R的滑片向d端移動時[思路點撥]eq\x(N向左運動)→eq\x(Φ減小)→eq\x(電流減小)[解析]依據(jù)題意知，圓環(huán)N向左運動，依據(jù)“增離減靠”原則知，線圈M上的磁場在減弱，流過M的電流在減小，故C正確。[答案]C“肯定律三定則”的綜合應用1．右手定則是楞次定律的特殊狀況(1)楞次定律的探討對象為整個閉合導體回路，適用于磁通量變更引起感應電流的各種狀況。(2)右手定則的探討對象為閉合導體回路的一部分，適用于一段導線在磁場中做切割磁感線運動。2．區(qū)分安培定則、左手定則、右手定則的關鍵是抓住因果關系(1)因電而生磁(I→B)→安培定則。(推斷電流四周磁感線的方向)(2)因動而生電(v、B→I感)→右手定則。(導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流)(3)因電而受力(I、B→F安)→左手定則。(磁場對電流有作用力)[例4]如圖4所示，兩個線圈套在同一個鐵芯上，線圈的繞向如圖。左線圈連著平行導軌M和N，導軌電阻不計，在導軌垂直方向上放著金屬棒ab，金屬棒處于垂直紙面對外的勻強磁場中，下列說法中正確的是()圖4A．當金屬棒向右勻速運動時，a點電勢高于b點，c點電勢高于d點B．當金屬棒向右勻速運動時，b點電勢高于a點，c點電勢高于d點C．當金屬棒向右加速運動時，b點電勢高于a點，c點電勢高于d點D．當金屬棒向右加速運動時，b點電勢高于a點，d點電勢高于c點[解析]當金屬棒向右勻速運動時產(chǎn)生恒定感應電流，所以穿過右線圈的磁通量保持不變，不產(chǎn)生感應電流，A、B錯誤；當金屬棒向右做加速運動時，由右手定則可推斷φb＞φa，電流沿逆時針方向且不斷增大，由安培定則可推斷它在鐵芯中的磁感線沿逆時針方向且不斷增加，所以右線圈中的磁通量向上且不斷增加。由楞次定律可知右線圈的感應磁場向下，則右邊電路的感應電流方向應沿逆時針，所以d點電勢高于c點，C錯誤、D正確。[答案]D1．如圖1所示，兩個相同的鋁環(huán)穿在一根光滑桿上，將一根條形磁鐵向左插入鋁環(huán)的過程中，兩環(huán)的運動狀況是()圖1A．同時向左運動，間距增大B．同時向左運動，間距不變C．同時向左運動，間距變小D．同時向右運動，間距增大解析：選C將一根條形磁鐵向左插入鋁環(huán)的過程中，兩個環(huán)中均產(chǎn)生感應電流。依據(jù)楞次定律，感應電流將阻礙與磁體間的相對運動，所以兩環(huán)均向左運動。靠近磁鐵的環(huán)所受的安培力大于另一個，又可推斷兩環(huán)在靠近。選項C正確。2．如圖2所示，閉合螺線管固定在置于光滑水平面上的小車上，現(xiàn)將一條形磁鐵從左向右插入螺線管中的過程中，則()圖2A．小車將向右運動B．使條形磁鐵向右插入時外力所做的功全部轉變?yōu)殡娔?，最終轉化為螺線管的內能C．條形磁鐵會受到向右的力D．小車會受到向左的力解析：選A磁鐵向右插入螺線管中，依據(jù)楞次定律的擴展含義“來拒去留”，磁鐵與小車相互排斥，小車在光滑水平面上受力向右運動，所以選項A正確，選項C、D錯誤。電磁感應現(xiàn)象中滿意能量守恒，由于小車動能增加，外力做的功轉化為小車的動能和螺線管中的內能，所以選項B錯誤。3．如圖3所示，粗糙水平桌面上有一質量為m的銅質矩形線圈。當一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經(jīng)過時，若線圈始終不動，則關于線圈受到的支持力FN及在水平方向運動趨勢的正確推斷是()圖3A．FN先小于mg后大于mg，運動趨勢向左B．FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向左C．FN先小于mg后大于mg，運動趨勢向右D．FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向右解析：選D依據(jù)楞次定律的另一種表述推斷，磁鐵靠近線圈時兩者排斥，F(xiàn)N大于mg，磁鐵遠離線圈時兩者吸引，F(xiàn)N小于mg，由于安培力阻礙兩者間的相對運動，所以線圈始終有向右運動的趨勢。故選D。4．(多選)如圖4所示，光滑固定導軌M、N水平放置，兩根導體棒P、Q平行放置在導軌上，形成一個閉合回路，一條形磁鐵從高處下落接近回路時()圖4A．P、Q將相互靠攏B．P、Q將相互遠離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于g解析：選AD本題考查用楞次定律推斷物體的運動狀況。依據(jù)楞次定律的另一種表述——感應電流的效果總是要抗拒產(chǎn)生感應電流的緣由，本題的“緣由”是回路中磁通量增加，歸根結底是磁鐵靠近回路，“效果”是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以P、Q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g。5．如圖5所示，ab是一個可繞垂直于紙面的軸O轉動的閉合矩形導線框，當滑動變阻器R的滑片自左向右滑動時，線框ab的運動狀況是()圖5A．保持靜止不動B．逆時針轉動C．順時針轉動D．發(fā)生轉動，但電源極性不明，無法確定轉動的方向解析：選C本題考查了楞次定律的另一種表述，關鍵是分析出穿過閉合導線框的磁通量如何變更。由圖示電路，當滑動變阻器的滑片向右滑動時，電路中電阻增大，電流減弱，則穿過閉合導線框ab的磁通量將削減，依據(jù)楞次定律，感應電流磁場將阻礙原磁通量的變更，線框ab只有順時針轉動，才能使穿過線框的磁通量增加。6．如圖6所示，一輕質橫桿兩側各固定一金屬環(huán)，橫桿可繞中心點自由轉動，拿一條形磁鐵插向其中一個小環(huán)后又取出插向另一個小環(huán)，發(fā)生的現(xiàn)象是()圖6A．磁鐵插向左環(huán)，橫桿發(fā)生轉動B．磁鐵插向右環(huán)，橫桿發(fā)生轉動C．無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都不發(fā)生轉動D．無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都發(fā)生轉動解析：選B本題考查電磁感應現(xiàn)象、安培力的簡潔應用。磁鐵插向左環(huán)，橫桿不發(fā)生轉動，因為左環(huán)不閉合，不能產(chǎn)生感應電流，不受安培力的作用；磁鐵插向右環(huán)，橫桿發(fā)生轉動，因為右環(huán)閉合，能產(chǎn)生感應電流，在磁場中受到安培力的作用，選項B正確。7．如圖7所示，矩形線圈放置在水平薄木板上，有兩塊相同的蹄形磁鐵，四個磁極之間的距離相等，當兩塊磁鐵勻速向右通過線圈時，線圈始終靜止不動，那么線圈受到木板的摩擦力方向是()圖7A．先向左、后向右 B．先向左、后向右、再向左C．始終向右 D．始終向左解析：選D依據(jù)楞次定律的“阻礙變更”和“來拒去留”，當兩磁鐵靠近線圈時，線圈要阻礙其靠近，線圈有向右移動的趨勢，受木板的摩擦力向左，當磁鐵遠離時，線圈要阻礙其遠離，仍有向右移動的趨勢，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故選項D正確。8．如圖8所示，條形磁鐵從高h處自由下落，中途穿過一個固定的空心線圈，開關S斷開時，至落地用時t1，落地時速度為v1；S閉合時，至落地用時t2，落地時速度為v2。則它們的大小關系正確的是()圖8A．t1>t2，v1>v2 B．t1＝t2，v1＝v2C．t1<t2，v1<v2 D．t1<t2，v1>v2解析：選D開關S斷開時，線圈中無感應電流，對磁鐵無阻礙作用，故磁鐵自由下落，a＝g；當S閉合時，線圈中有感應電流，對磁鐵有阻礙作用，故a<g。所以t1<t2，v1>v2。9．如圖9所示，銅質金屬環(huán)從條形磁鐵的正上方由靜止起先下落，在下落過程中，下列推斷正確的是()圖9A．金屬環(huán)在下落過程中的機械能守恒B．金屬環(huán)在下落過程中動能的增加量小于其重力勢能的削減量C．金屬環(huán)的機械能先減小后增大D．磁鐵對桌面的壓力始終大于其自身的重力解析：選B金屬環(huán)在下落過程中，磁通量發(fā)生變更產(chǎn)生感應電流，金屬環(huán)受到磁場力的作用，機械能不守恒，A錯。由能量守恒，金屬環(huán)重力勢能的削減量等于其動能的增加量和在金屬環(huán)中產(chǎn)生的電能之和，B對。金屬環(huán)下落的過程中，機械能不停地轉變?yōu)殡娔?，機械能始終削減，C錯誤。當金屬環(huán)下落到磁鐵中心位置時，金屬環(huán)中的磁通量不變，無感應電流，環(huán)和磁鐵間無作用力，磁鐵對桌面的壓力大小等于磁鐵的重力，D錯誤。10．(多選)如圖10所示裝置中，cd桿原來靜止。當ab桿做如下哪些運動時，cd桿將向右移動()圖10A．向右勻速運動 B．向右加速運動C．向左加速運動 D．向左減速運動解析：選BDab桿勻速運動時，ab桿中感應電流恒定，L1中磁通量不變，穿過L2的磁通量不變更，L2中無感應電流產(chǎn)生，cd桿保持靜止，A錯誤；ab桿向右加速運動時，L2中的磁通量向下，且增大，依據(jù)楞次定律可知，通過cd桿的電流方向向下，cd桿向右移動，B正確；同理可得C錯誤，D正確。11．(多選)如圖11所示，在勻強磁場中放有平行金屬導軌，它與大線圈M相連接，要使小線圈N獲得順時針方向的感應電流，則放在導軌上的祼金屬棒ab的運動狀況是(兩線圈共面)()圖11A．向右勻速運動 B．向左加速運動C．向右減速運動 D．向右加速運動解析：選BC當ab勻速運動時，在M中產(chǎn)生的感應電流是穩(wěn)定的，穿過小線圈N的磁通量不變，N中無感應電流，A錯誤；當ab向左加速運動時，M中的感應電流沿逆時針方向且增大，穿過N的磁通量向外且增大，則N中感應電流的磁場向里，感應電流的方向沿順時針，B正確；同理可得C正確，D錯誤。12．(多選)AOC是光滑的直角金屬導軌，AO沿豎直方向，OC沿水平方向，ab是一根靠立在導軌上的金屬直棒(起先時b離O點很近)，如圖12所示。它從靜止起先在重力作用下運動，運動過程中a端始終在AO上，b端始終在OC上，直到ab完全落在OC上，整個裝置放在一勻強磁場中，磁場方向垂直紙面對里，則ab棒在運動過程中()圖12A．感應電流方向始終是b→aB．感應電流方向先是b→a，后變?yōu)閍→bC．所受安培力方向垂直于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：選BDab棒下滑過程中，穿過閉合回路的磁通量先增大后減小，由楞次定律可知，感應電流方向先由b→a，后變?yōu)閍→b，B正確；由左手定則可知，ab棒所受安培力方向先垂直ab向下，后垂直于ab向上，D正確。13．(多選)(2024·上海卷)如圖13(a)，螺線管內有平行于軸線的外加勻強磁場，以圖中箭頭所示方向為其正方向。螺線管與導線框abcd相連，導線框內有一小金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導線框在同一平面內。當螺線管內的磁感應強度B隨時間按圖(b)所示規(guī)律變更時()圖13A．在t1～t2時間內，L有收縮趨勢B．在t2～t3時間內，L有擴張趨勢C．在t2～t3時間內，L內有逆時針方向的感應電流D．在t3～t4時間內，L內有順時針方向的感應電流解析：選AD據(jù)題意，在t1～t2時間內，外加磁場磁感應強度增加且斜率在增大，則在導線框中產(chǎn)生沿順時針方向增加的電流，該電流激發(fā)出增加的磁場，該磁場通過圓環(huán)，在圓環(huán)內產(chǎn)生感應電流，依據(jù)結論“增縮減擴”可以判定圓環(huán)有收縮趨勢，故選項A正確；在t2～t3時間內，外加磁場勻稱變更，在導線框中產(chǎn)生穩(wěn)定電流，該電流激發(fā)出穩(wěn)定磁場，該磁場通過圓環(huán)時，圓環(huán)中沒有感應電流，故選項B、C錯誤；在t