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- 2021-05-22 发布
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第38讲 电磁感应现象 楞次定律
考情剖析
考查内容
考纲要求
考查年份
考查详情
能力要求
电磁感应现象、感应电流的产生条件、楞次定律
Ⅰ、Ⅱ
16年
T6—选择,考查楞次定律和法拉第电磁感应
定律的应用
理解与分析综合
17年
T1—选择,考查对磁通量概念的理解
理解
弱项清单,1.磁通量的概念理解有错;
2.不理解电磁感应现象产生的本质原因(磁通量发生变化);
3.感应电流产生的条件理解不深刻;
4.不能正确区分感应电流磁场与原磁场.
知识整合
一、电磁感应现象
1.电磁感应现象:只要穿过闭合电路的________发生变化,闭合回路中就有电流产生,这种利用______________的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做________.
2.产生感应电流的条件
(1)回路________;
(2)穿过回路的________发生变化.
(3)补充说明:无论回路是否闭合,只要穿过线圈平面的________发生变化,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________;如果电路闭合,则有________,电路不闭合,则只有________而无感应电流.
3.电磁感应现象中的能量转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为
________.
二、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,即感应电流的磁场总要________引起感应电流的磁通量的变化.
(2)适用情况:所有________现象.
2.右手定则
(1)内容:伸开右手,使拇指与其余四指________,并且都与手掌在同一平面内,让磁感线________,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:闭合电路中的__________切割磁感线产生感应电流的情况.
方法技巧考点1 感应电流的产生条件
1.条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化.
特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.
2.磁通量发生变化的三种常见情况
(1)磁场强弱不变,回路面积改变;
(2)回路面积不变,磁场强弱改变;
(3)回路面积和磁场强弱均不变,但二者的相对位置发生改变.
3.判断电磁感应现象是否发生的一般流程
【典型例题1】 如图所示,一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内,螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合.要使线圈a中产生感应电流,可采用的方法有( )
A.使通电螺线管中的电流发生变化
B.使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C.使线圈a以MN为轴转动
D.使线圈绕垂直于MN的直径转动
【典型例题2】 (17年扬州模拟)法拉第在1831年发现了“磁生电”现象.如图,他把两个线圈绕在同一个软铁环上,线圈A和电池连接,线圈B用导线连通,导线下面平行放置一个小磁针,实验中可能观察到的现象是( )
A.用一节电池作电源小磁针不偏转,用十节电池作电源小磁针会偏转
B.线圈B匝数较少时小磁针不偏转,匝数足够多时小磁针会偏转
C.线圈A和电池连接瞬间,小磁针会偏转
D.线圈A和电池断开瞬间,小磁针不偏转
考点2 楞次定律及其推论的应用
1.楞次定律中“阻碍”的理解
谁阻碍谁
感应电流的磁场阻碍原磁场
阻碍的是什么
阻碍的是原磁场的磁通量的变化
如何阻碍
磁通量增加时感应电流的磁场与原磁场方向相反(阻碍磁通量的增加);磁通量减小时感应电流的磁场方向与原磁场方向一致(阻碍磁通量的减小),即“增反减同”
阻碍的结果
“阻碍”不是“阻止”,只是延缓了磁通量的变化,这种变化仍将继续进行
2.楞次定律的推广
推广表述:感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因.其具体方式为:
(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”.
(2)阻碍相对运动——“来拒去留”.
(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”.
(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”.
3.应用楞次定律解题的一般程序
【典型例题3】 (16年南通模拟)如图所示,a、b都是较轻的铝环,a环闭合,b环断开,横梁可以绕中间支点自由转动,开始时整个装置静止.下列说法中正确的是( )
A.条形磁铁插入a环时,横梁不会发生转动
B.只有当条形磁铁N极拔出a环时,横梁才会转动
C.条形磁铁用相同方式分别插入a、b环时,两环转动情况相同
D.铝环a产生的感应电流总是阻碍环与磁铁间的相对运动
1.(多选)如图所示,一闭合线圈用细线悬挂着,一条形磁铁从远方垂直线圈平面向线圈靠近,下列说法正确的是( )
A.不知道磁铁极性,无法确定线圈运动趋势
B.不管磁铁极性如何,线圈都将向右运动
C.不管磁铁极性如何,线圈都有收缩趋势
D.不管磁铁极性如何,线圈都有扩张趋势
考点3 左手定则、右手定则及其与楞次定律的综合应用
1.右手定则是楞次定律的特例,用于判断导线在磁场中切割磁感线时产生感应电流的情况.
2.安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律综合应用的比较
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、电流有作用力
左手定则
电磁
感应
部分导体做切割磁感线运动
右手定则
闭合回路磁通量变化
楞次定律
【典型例题4】 如图所示,MN、GH为光滑的水平平行金属导轨,ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆,垂直纸面向外的匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面,则( )
A.若固定ab,使cd向右滑动,则abdc回路有电流,电流方向为a→b→d→c→a
B.若ab、cd以相同的速度一起向右运动,则abdc回路有电流,电流方向为a→c→d→b→a
C.若ab向左、cd向右同时运动,则abdc回路中的电流为零
D.若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcd>vab,则abdc回路有电流,电流方向为a→c→d→b→a
2.(多选)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在磁场力作用下向右运动,则PQ所做的运动可
能是( )
A.向右匀加速运动
B.向左匀加速运动
C.向右匀减速运动
D.向左匀减速运动
当堂检测 1.如图,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内,环的圆心与两导线距离相等,环的直径小于两导线间距.两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流.若( )
A.金属环向上运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向
B.金属环向下运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向
C.金属环向左侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针
D.金属环向右侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针
第1题图
第2题图
2.(多选)如图所示,一用细线悬着的闭合通电螺旋管套在线圈正中间,且关于通电螺旋管轴线轴对称,增大通电螺旋管的电流,下列说法正确的是( )
A.线框中感应电流从左向右看为顺时针
B.线框中感应电流从左向右看为逆时针
C.线框有扩张的趋势
D.悬线拉力增大
3.电阻R、电容器C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示.现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是( )
A.从a到b,上极板带正电
B.从a到b,下极板带正电
C.从b到a,上极板带正电
D.从b到a,下极板带正电
第3题图
第4题图
4.如图所示,质量为m的铜质小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
5.(17年南通模拟)如图甲所示,长直导线与闭合金属线框位于同一平面内,长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示.在0~时间内,直导线中电流向上,则在~T时间内,线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是( )
第5题图
A.顺时针,向左 B.逆时针,向右
C.顺时针,向右 D.逆时针,向左
第38讲 电磁感应现象
楞次定律知识整合
基础自测
一、1.磁通量 磁场产生电流 感应电流
2.(1)闭合 (2)磁通量 (3)磁通量 电源 感应电流 感应电动势
3.电能
二、1.(1)阻碍 (2)电磁感应
2.(1)垂直 从掌心进入 导线运动 感应电流 (2)部分导体
方法技巧
·典型例题1·D 【解析】 要使线圈a中产生感应电流,需使得穿过线圈的磁通量发生变化.图中螺线管和线圈在同一平面,无论电流如何,穿过线圈的磁通量始终为零,要使磁通量发生变化,需使得螺线管与线圈不共面,故答案选D.
·典型例题2·C 【解析】 用电池作电源时线圈A中电流不变,故线圈B中磁通量不发生改变,没有感应电流产生,小磁针不偏转,故A、B错误;线圈A和电池连接瞬间或断开瞬间,线圈B中磁通量均发生改变,产生感应电流,感应电流的磁场使小磁针发生偏转,故C正确.
·典型例题3·D 【解析】 电磁感应现象中“阻碍”两字对应着感应电流产生的安培力的效果.不管磁铁是插入还是拔出a环,环中都有感应电流产生,感应电流的磁场将阻碍环与磁铁间的相对运动,所以横梁将转动;因b环不闭合,磁铁插入时不产生感应电流,横梁不转动;综上分析,D选项正确.
·变式训练1·BC 【解析】 根据楞次定律的推广表述——“来拒去留”和“增缩减扩”(与磁铁极性无关),可知B、C选项正确.
·典型例题4·D 【解析】 由右手定则可判断出A项做法使回路产生顺时针方向的电流,故A项错;若ab、cd同向运动且速度大小相同,ab、cd所围面积不变,磁通量不变,故不产生感应电流,故B项错;若ab向左,cd向右,则abdc回路中有顺时针方向的电流,故C项错;若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcd>vab,则ab、cd所围面积发生变化,磁通量也发生变化,由楞次定律可判断出,abdc回路中产生顺时针方向的电流,故D项正确.
·变式训练2·BC 【解析】 设PQ向右运动,用右手定则和安培定则判定可知穿过L1的磁感线方向向上.若PQ向右加速,则穿过L1的磁通量增加,用楞次定律判定可知通过MN的感应电流方向是从N指向M,对MN用左手定则判定可知MN向左运动,故A选项不正确;若PQ向右减速运动,则穿过L1的磁通量减小,用楞次定律判定可知通过MN的感应电流方向是从M指向N,用左手定则可知MN向右运动,故选项C正确;同理设PQ向左运动,用上述类似的方法可判定选项B正确,而选项D错误.
当堂检测
1.D 【解析】 先根据安培定则结合对称性明确磁场分布:圆环竖直直径左侧磁场垂直纸面向外,竖直直径右侧磁场垂直纸面向里,穿过圆环的磁通量为0.当上下移动圆环时环内磁通量一直保持为0,不产生感应电流,故AB选项错误;当向左移动圆环时因环内磁通量增加而产生感应电流,根据楞次定律可知感应电流的磁场应垂直纸面向里,再由安培定则可以判断环内电流应为顺时针,C选项错误;同理可得D选项正确.
2.AC 【解析】 根据安培定则明确通电螺线管磁场分布.增大电流则线圈中磁通量增大,根据楞次定律可得此时感应电流方向从左向右看为顺时针,故A选项正确而B选项错误;再根据左手定则可判断出线圈所受安培力指向线圈外侧,故C选项正确;而根据磁场对称性可得线框所受安培力合力为0,所以细线拉力始终等于线圈重力,故D选项错误.
3.D 【解析】 当磁铁N极向下运动时,穿过线圈的磁通量变大,由楞次定律可得,感应磁场方向与原磁场方向相反,再由安培定则可得感应电流方向沿线圈盘旋而下,由于线圈相当于电源,线圈下端相当于电源的正极,则流过R的电流方向是从b到a,对电容器充电下极板带正电.故D正确.
4.A 【解析】 条形磁铁向右运动的过程中,线圈中的磁通量先增加后减小,为阻碍磁通量的变化,线圈先有向下的运动趋势,后有向上的运动趋势,故FN先大于mg,后小于mg,A项正确,B项错误;条形磁铁相对线圈一直向右运动,为阻碍相对运动,线圈有向右运动的趋势,故摩擦力Ff一直向左,C项错误;线圈中的磁通量先增加后减小,据楞次定律可知,感应电流的方向(俯视)先逆时针后顺时针,D项错误.
5.B 【解析】 在0~时间内,直导线中电流向上,由题图乙知,在~T时间内,直导线电流方向也向上,根据安培定则知,导线右侧磁场的方向垂直纸面向里,电流逐渐增大,则磁场逐渐增强,根据楞次定律,金属线框中产生逆时针方向的感应电流.根据左手定则,金属线框左边受到的安培力方向向右,右边受到的安培力向左,离导线越近,磁场越强,则左边受到的安培力大于右边受到的安培力,所以金属线框所受安培力的合力方向向右,故B正确,A、C、D错误.