电磁感应现象和楞次定律.docx
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1、电磁感应现象和楞次定律高考物理基础学问归纳:电磁感应现象楞次定律 第1课时电磁感应现象楞次定律 基础学问归纳1.磁通量(1)定义:磁感应强度与面积的乘积,叫做穿过这个面的磁通量.(2)定义式:BS.说明:该式只适用于匀强磁场的状况,且式中的S是跟磁场方向垂直的面积;若不垂直,则需取平面在垂直于磁场方向上的投影面积,即BSBSsin,是S与磁场方向的夹角.(3)磁通量是标量,但有正负.的正负意义是:从正、反两面哪个面穿入,若从一面穿入为正,则从另一面穿入为负.(4)单位:韦伯,符号:Wb.(5)磁通量的意义:指穿过某个面的磁感线的条数.(6)磁通量的改变:21,即末、初磁通量之差.磁感应强度B不
2、变,有效面积S改变时,则21BS磁感应强度B改变,磁感线穿过的有效面积S不变时,则21BS磁感应强度B和有效面积S同时改变时,则21B2S2B1S12.电磁感应现象利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流.(1)产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生改变,即0.(2)产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈平面的磁通量发生改变,线路中就有感应电动势.3.楞次定律(1)楞次定律:感应电流的磁场,总是阻碍引起感应电流的磁通量的改变.楞次定律适用于一般状况的感应电流方向的判定,而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的状况,此种状况用右手定则判定比用楞次定律判定简便.
3、(2)右手定则适用范围:导线切割磁感线产生感应电动势.判定方法:伸开右手,让大拇指与四指垂直,并与手掌在同一平面内,让磁感线垂直穿过掌心,大拇指指向导线运动的方向,其余四指所指方向即为感应电流的方向.(3)楞次定律的另一种表述感应电流总是阻碍产生它的那个缘由,表现形式有三种:阻碍原磁通量的改变;阻碍物体间的相对运动;阻碍原电流的改变(自感).重点难点突破一、产生感应电流和产生感应电动势的条件是否相同电磁感应现象的实质是产生感应电动势,假如回路闭合,则有感应电流,回路不闭合,则有感应电动势而无感应电流.产生感应电动势的那部分导体相当于电源.二、磁通量是标量,为什么有正负任何一个面都有正、反两个面
4、,磁感线从面的正方向穿入时,穿过该面的磁通量为正.反之,则磁通量为负.所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和.三、如何理解楞次定律中“阻碍”一词1.谁阻碍谁感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量.2.阻碍什么阻碍的是穿过回路的磁通量的改变,而不是磁通量本身.3.如何阻碍原磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;原磁通量削减时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”.4.阻碍的结果阻碍并不是阻挡,结果是增加的最终还得增加,削减的最终还得削减.典例精析1.楞次定律阻碍相对运动【例1】如图甲所示,光滑固定导轨MN、PQ水平放置,两根导体棒a、b平行放于导轨上,形成一个闭合
5、回路.当条形磁铁从高处下落接近回路时()A.导体棒a、b将相互靠拢B.导体棒a、b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】以N极向下为例:第一步,原磁场方向:向下(如图乙所示).其次步,原磁通量改变:增加.第三步,推断感应电流的磁场方向:感应电流的磁场与原磁场方向相反(向上).第四步,推断感应电流的方向:利用安培定则确定,俯视为逆时针.知道了导体棒a、b中的电流方向,就可依据左手定则推断受力方向:a受力向右下方,b受力向左下方,所以导体棒a、b将相互靠拢,同时对导轨的压力增加.依据牛顿第三定律,磁铁受到向上的阻力作用,则加速度小于g.所以选项A、D正确.【答案】AD【思维
6、提升】此题若干脆利用“阻碍相对运动”简单错误推断为导体棒a、b将相互远离.但仍可用阻碍磁通量改变推断,即磁铁下落,闭合回路磁通量增加,故a、b棒会靠拢.【拓展1】如图所示,一水平放置的圆形通电线圈1固定,从上向下看电流方向为逆时针方向,另一较小的圆形线圈2从线圈1的正上方下落.在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴,则线圈2从线圈1的正上方下落至线圈1的正下方过程中,从上往下看线圈2(BD)A.有顺时针方向的感应电流B.先是顺时针方向,后是逆时针方向的感应电流C.先是逆时针方向,后是顺时针方向的感应电流D.在线圈1的上、下两边的加速度都小于g【解析】线圈1中电流(恒定)建立的磁场方向如图所示
7、.线圈2下落过程中经过线圈1正上方时,磁场向上,且磁通量正在增大,由楞次定律可知,线圈2中产生的感应电流建立的磁场方向应向下,由安培定则可知线圈2中的电流应沿顺时针方向(俯视);当线圈2在线圈1正下方下落时,穿过线圈2中的磁场方向向上,且磁通量正在减小,由楞次定律可知,此时,线圈2中产生的感应电流的磁场应与原磁场同向,即向上,再依据安培定则可知,线圈2中的感应电流应沿逆时针方向(俯视),如图所示.当线圈中有感应电流时就会受到力的作用,此作用力向上,要“阻碍”线圈的下降,但不能“阻挡”,也就是说磁场力始终小于重力(两线圈位于同一水平面时等于重力),所以线圈2在线圈1的上、下两边时都向下加速,但加
8、速度都小于g,所以选项B、D正确.2.楞次定律阻碍磁通量的改变【例2】如图所示,一水平放置的矩形闭合线圈abcd,在瘦长磁铁的N极旁边竖直下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,从图中位置经过位置到位置,位置和都很靠近,在这个过程中,线圈中感应电流()A.沿abcd方向B.沿dcba方向C.由到是沿abcd方向,由到是沿dcba方向D.由到是沿dcba方向,由到是沿abcd方向【解析】由条形磁铁的磁场(如图所示)可知,线圈在位置时穿过矩形闭合线圈的磁通量最少.当线圈从位置到,穿过abcd自下而上的磁通量削减,感应电流的磁场阻碍其削减,则在线圈中产生感应电流的方向为abcd;当线圈从位置到,穿过a
9、bcd自上而下的磁通量增加,由楞次定律可知感应电流的方向是abcd.故此题的答案为A.【答案】A【思维提升】应熟识几种常见磁体的磁感线分布状况,这样才能推断磁通量改变状况.【拓展2】如图所示,两条相互平行的导线M、N中通过大小相等、方向相同的电流,导线框abcd和两导线在同一平面内,线框沿着与两导线垂直的方向,自右向左在两导线间匀速移动,则在移动过程中线框中的感应电流的方向为(C)A.先顺时针后逆时针B.先逆时针后顺时针C.始终是逆时针D.始终是顺时针【解析】M、N之间的磁场是两导线产生的磁场的叠加,可以以M、N两导线之间的中心面OO为界,在OO右边合磁场的方向垂直纸面对外,在OO左边,合磁场
10、的方向垂直纸面对内.线框从右向左移动到OO中间以前,垂直纸面对外穿过线框的磁通量削减;移动到中间时磁通量为零;越过中间向左时,垂直纸面对内穿过线框的磁通量增加.由楞次定律可以推断感应电流的方向始终为逆时针方向.3.楞次定律的综合应用【例3】如图所示,单匝矩形线圈的一半放在具有志向边界的匀强磁场中,线圈轴线OO与磁场边界重合,线圈按图示方向匀速转动(ab向纸外,cd向纸内).若从图示位置起先计时,并规定电流方向沿abcda为正方向,则线圈内感应电流随时间改变的图象是() 【解析】在第一个14周期内,由图可看出磁场的方向,简单得到感应电流方向与规定的正方向相反;在其次个14周期内,虽然磁场方向不变
11、,但线圈平面已经转动,ab离开磁场,cd进入磁场,与第一个14周期相比,磁感线是从线圈的不同“面”进入线圈平面,由楞次定律可推断电流方向仍与正方向相反;同理,可推断后半个周期电流的方向与正方向相同.所以选项A正确.【答案】A【思维提升】此题需肯定的情景想象力,许多同学误以为ab边转出磁场后电流方向会发生变更,其实cd边立刻进入磁场产生的电流方向与未进入前一样,刚进入时感应电流最大.【拓展3】如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力的作用下运动时,MN在磁场的作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是(BC)A.向右加速运动B.向左加速运动C.向右减速运动D.向
12、左减速运动【解析】要使金属棒MN在磁场中运动,必需使其中有电流流过,这只能是线圈L1产生感应电流.依据题意,引起线圈L1产生感应电源的磁场应是线圈L2产生的磁场,这个磁场应由线圈L2中的电流产生.当PQ向右运动时,用右手定则可推断出PQ中感应电流的方向是由QP,由安培定则可推断出穿过L2、L1的磁场方向是自下而上的;若PQ向右加速运动,则穿过L2、L1的磁通量增加,用楞次定律可推断出流过MN的感应电流从MN,用左手定则可推断出MN受到向左的安培力,将向左运动,可见选项A不正确.若PQ向右减速运动,流过MN的感应电流方向、感应电流所受的安培力的方向均将反向,MN向右运动,所以选项C是正确的.同理
13、可推断出选项B是正确的,而D不正确.易错门诊4.电磁感应的现象【例4】如图,CDEF为闭合线圈,AB为电阻丝.当滑动变阻器的滑动头向下滑动时,线圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感应强度的方向是“”时,电源的哪一端是正极?【错解】当变阻器的滑动头在最上端时,电阻丝AB因被短路而无电流通过.由此可知,滑动头下移时,流过AB中的电流是增加的.当线圈CDEF中的电流在G处产生的磁感应强度的方向是“”时,由楞次定律可知AB中渐渐增加的电流在G处产生的磁感应强度的方向是”,再由右手定则可知,AB中的电流方向是从A流向B,从而判定电源的上端为正极.【错因】楞次定律中“感生电流的磁场总是要阻碍引起感应电流
14、的磁通量的改变”,所述的“磁通量”是指穿过线圈内部磁感线的条数,因此推断感应电流方向的位置一般应当选在线圈的内部,而不是选在线圈的外部.【正解】当线圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感应强度的方向是“”时,它在线圈内部产生磁感应强度方向应是“”,AB中增加的电流在线圈内部产生的磁感强度方向是“”,所以,AB中电流的方向是由B流向A,故电源的下端为正极.【思维提升】分析电学问题也要留意正确选取探讨对象. 高考物理基础学问要点复习 电磁感应现象楞次定律 20xx届高三物理一轮复习全案:5.1电磁感应现象楞次定律(选修3-2) 【高考目标定位】 考纲点击 热点提示 1.电磁感应现象 2.磁通量 3
15、.法拉第电磁感应定律 4.楞次定律 5.自感、涡流 1.感应电流的产生及方向的推断 2.法拉第电磁感应定律的应用,以选择题和计算题为主,通常结合电路、力学、能量转化与守恒等学问 3.对电磁感应图像问题的考查主要以选择题为主,是常考学问点 【考纲学问梳理】一、电磁感应现象1、产生感应电流的条件:只要闭合回路中磁通量发生改变即0,闭合电路中就有感应电流产生2、磁通量改变的常见状况(变更的方式):(1)线圈所围面积发生改变,闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致改变;其实质也是B不变而S增大或减小(2)线圈在磁场中转动导致改变。线圈面积与磁感应强度二者之间夹角发生改变。如匀强磁场中转动的矩形线圈就
16、是典型。(3)磁感应强度B随t(或位置)改变,磁感应强度是时间的函数;或闭合回路改变导致改变3、产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生改变,线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.4、电磁感应现象的实质是产生感应电动势,假如回路闭合,则有感应电流,假如回路不闭合,则只能出现感应电动势,而不会形成持续的电流 二、楞次定律和右手定则 1、楞次定律 (1)内容:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的改变 (2)适用状况:全部电磁感应现象 2、右手定则(1)伸开右手,使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,手掌所在平面
17、跟磁感线和导线所在平面垂直,大拇指指向导线运动的方向,四指所指的方向即为感应电流方向(电源). (2)适用状况:导体做切割磁感线产生感应电流 【要点名师精解】 一、楞次定律的理解 1、楞次定律中“阻碍”两字的含义:(1)谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量;(2)阻碍什么?阻碍的是磁通量的改变而不是磁通量本身;(3)如何阻碍?当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即”增反减同”;(4)结果如何?阻碍不是阻挡,只是延缓了磁通量改变的快慢,结果是增加的还是增加,削减的还是削减. !-?xml:namespaceprefix=vn
18、s=urn:schemas-microsoft-com:vml/-【例1】如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力作用下运动时,MN在磁场力作用下向右运动.则PQ所做的运动可能是A.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:当MN在磁场力作用下向右运动,依据左手定则可在通过MN的电流方向为MN,故线圈B中感应电流的磁场方向向上;要产生该方向的磁场,则线圈A中的磁场方向向上,磁场感应强度则减弱;磁场方向向下,磁场强度则增加.若是第一种状况,则PQ中感应电流方向QP,且减速运动,所以PQ应向右减速运动;同理,则向右加速运动.故BC项正确
19、.答案:BC 名师点评:二次感应问题是两次利用楞次定律进行分析的问题,能够有效考查对楞次定律的理解是精确、清楚。要留意:B线圈中感应电流的方向确定A线圈中磁场的方向,B线圈中电流的改变状况确定A线圈中磁通量的改变状况,把握好这两点即可结合楞次定律顺当解决此类问题 二、感应电流方向的推断 1、楞次定律判定感应电流方向的一般步骤 基本思路可归结为:“一原、二感、三电流”,(1)明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何;(2)确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何改变(是增还是减)(3)依据楞次定律确定感应电流磁场的方向(4)再利用安培定则,依据感应电流磁场的方一直确定感应电流方向2、规律比较!-?
20、xml:namespaceprefix=wns=urn:schemas-microsoft-com:office:word/-【例2】(09年山东卷):office:smarttags/-100m,该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过。设落潮时,海水自西向东流,流速为2m/s。下列说法正确的是A河北岸的电势较高B河南岸的电势较高C电压表记录的电压为9mVD电压表记录的电压为5mV【答案】BD【解析】海水在落潮时自西向东流,该过程可以理解为:自西向东运动的导体棒在切割竖直向下的磁场。依据右手定则,右岸即北岸是正极电势高,南岸电势低,D对C错。依据法拉第电磁感应定律V,B对A错。【命题意图与考
21、点定位】导体棒切割磁场的实际应用题。2、(20xx全国卷2)18.如图,空间某区域中有一匀强磁场,磁感应强度方向水平,且垂直于纸面对里,磁场上边界b和下边界d水平。在竖直面内有一矩形金属统一加线圈,线圈上下边的距离很短,下边水平。线圈从水平面a起先下落。已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离。若线圈下边刚通过水平面b、c(位于磁场中)和d时,线圈所受到的磁场力的大小分别为、和,则A.B.C.D.【答案】D【解析】线圈从a到b做自由落体运动,在b点起先进入磁场切割磁感线全部受到安培力,由于线圈的上下边的距离很短,所以经验很短的变速运动而进入磁场,以后线圈中磁通量不变不产生感应电流,
22、在c处不受安培力,但线圈在重力作用下依旧加速,因此从d处切割磁感线所受安培力必定大于b处,答案D。【命题意图与考点定位】线圈切割磁感线的竖直运动,应用法拉第电磁感应定律求解。 3.(09浙江17)如图所示,在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中,有一质量为、阻值为的闭合矩形金属线框用绝缘轻质细杆悬挂在点,并可绕点摇摆。金属线框从右侧某一位置静止起先释放,在摇摆到左侧最高点的过程中,细杆和金属线框平面始终处于同一平面,且垂直纸面。则线框中感应电流的方向是(B) A B C先是,后是 D先是,后是 解析:由楞次定律,一起先磁通量减小,后来磁通量增大,由“增反”“减同”可知电流方向是。 4.
23、(09上海物理13)如图,金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上,在ef右侧存在有界匀强磁场B,磁场方向垂直导轨平面对下,在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导轨在同一平面内。当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止起先向右运动后,圆环L有_(填收缩、扩张)趋势,圆环内产生的感应电流_(填变大、变小、不变)。 答案:收缩,变小 解析:由于金属棒ab在恒力F的作用下向右运动,则abcd回路中产生逆时针方向的感应电流,则在圆环处产生垂直于只面对外的磁场,随着金属棒向右加速运动,圆环的磁通量将增大,依据楞次定律可知,圆环将有收缩的趋势以阻碍圆环的磁通量将增大
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