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- 2021-05-24 发布
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电磁感应现象 楞次定律
知识梳理
知识点一 磁通量
1.概念:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向 的面积S与B的乘积.
2.公式:Φ= .
3.单位:1 Wb= .
4.公式的适用条件
(1)匀强磁场.
(2)磁感线的方向与平面垂直,即B⊥S.
5.磁通量的意义
磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数.
答案:1.垂直 2.BS 3.1 T·m2
知识点二 电磁感应现象
1.电磁感应现象
当穿过闭合电路的磁通量 时,电路中有 产生的现象.
2.产生感应电流的条件
(1)条件:穿过闭合电路的磁通量 .
(2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做 运动.
3.产生电磁感应现象的实质
电磁感应现象的实质是产生 ,如果回路闭合,则产生 ;如果回路不闭合,那么只有 ,而无 .
答案:1.发生变化 感应电流 2.(1)发生变化 (2)切割磁感线 3.感应电动势 感应电流 感应电动势 感应电流
知识点三 感应电流方向的判断
1.楞次定律
(1)内容:感应电流的磁场总要 引起感应电流的 的变化.
(2)适用情况:所有的电磁感应现象.
2.右手定则
(1)内容: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,让磁感应线从 进入,并使拇指指向
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: 产生感应电流
答案:1.(1)阻碍 磁通量 2.(1)掌心 导体运动 (2)导体切割磁感线
[思考判断]
(1)1831年,英国物理学家法拉第发现了——电磁感应现象。( )
(2)1834年,俄国物理学家楞次总结了确定感应电流方向的定律——楞次定律。( )
(3)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生。( )
(4)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数有关。( )
(5)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。( )
(6)感应电流的磁场一定阻止引起感应电流的磁场的磁通量的变化。( )
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×
考点精练
考点一 电磁感应现象的判断
1.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)线圈在磁场中转动.
2.判断电磁感应现象是否发生的流程
(1)确定研究的回路.
(2)弄清楚回路内的磁场分布,并确定该回路的磁通量Φ.
(3)
对应训练
考向1 磁场变化引起的感应电流
[典例1] 现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接.下列说法中正确的是( )
A.开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转
B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,电流计指针均不会偏转
C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度
D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才能偏转
[解析] 线圈A插入或拔出,都将造成线圈B处磁场的变化,因此线圈B处的磁通量变化,产生感应电流,故A正确;开关闭合和断开均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流,故B错误;开关闭合后,只要移动滑片P,线圈B中磁通变化而产生感应电流,故C、D错误.
[答案] A
考向2 “有效”面积变化引起的感应电流
[典例2] (多选)如图所示,矩形线框abcd由静止开始运动,若要使线框中产生感应电流,则线框的运动情况应该是( )
A.向右平动(ad边还没有进入磁场)
B.向上平动(ab边还没有离开磁场)
C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)
D.以ab边为轴转动(转角不超过90°)
[解题指导] 解答本题时应把握以下两点:
(1)产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化.
(2)判断线框做各种运动时穿过线框的磁通量是否发生变化.
[解析] 选项A和D所描述的情况中,线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大,D情况下S减小),穿过线框的磁通量均改变,由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流.而选项B、C所描述的情况中,线框中的磁通量均不改变,不会产生感应电流.
[答案] AD
考点二 楞次定律的理解及应用
1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.应用楞次定律判断感应电流方向的步骤
对应训练
考向1 楞次定律的基本应用
[典例3] 如图所示,通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面,第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ,第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ,设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则( )
A.ΔΦ1>ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现
B.ΔΦ1=ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现
C.ΔΦ1<ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现
D.ΔΦ1<ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现
[解析] 设金属框在位置Ⅰ的磁通量为ΦⅠ,金属框在位置Ⅱ的磁通量为ΦⅡ,由题可知:ΔΦ1=|ΦⅡ-ΦⅠ|,ΔΦ2=|-ΦⅡ-ΦⅠ|,所以金属框的磁通量变化量大小ΔΦ1<ΔΦ2,由安培定则知两次磁通量均向里减小,所以由楞次定律知两次运动中线框中均有沿adcba方向的电流,C对.
[答案] C
考向2 楞次定律的拓展应用——“增反减同”
[典例4] 如图所示,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( )
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
[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b到a,线圈与磁铁相互排斥.
[答案] B
考向3 楞次定律的拓展应用——“来拒去留”
[典例5] 如图所示,两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上,当一条形磁铁向左运动靠近两环时,两环的运动情况是( )
A.同时向左运动,间距增大
B.同时向左运动,间距减小
C.同时向右运动,间距减小
D.同时向右运动,间距增大
[解析] 当条形磁铁向左靠近两环时,两环中的磁通量均增加.根据楞次定律,两环的运动都要阻碍磁铁相对环的运动,即阻碍“靠近”,那么两环都向左运动.又由于两环中的感应电流方向相同,两环相互吸引,且磁铁对右环的斥力较大,故右环向左运动的加速度较大,所以两环间距离要减小,故只有选项B正确.
[答案] B
考向4 楞次定律的拓展应用——“增缩减扩”
[典例6] (多选)如图所示,光滑固定的金属导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭合回路,一条形磁铁从高处下落接近回路时( )
A.P、Q 相互靠拢
B.P、Q将相互远离
C.磁铁的加速度仍为g
D.磁铁的加速度小于g
[解析] 根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果,总要反抗产生感应电流的原因.本题中“原因”是回路中磁通量的增加,归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近.所以,P、Q将互相靠近且磁铁的加速度小于g,应选A、D.
[答案] AD
反思总结
楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因.
(1)阻碍原磁通量变化——“增反减同”.
(2)阻碍相对运动——“来拒去留”.
(3)使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”.
考点三 “三定则”、“一定律”的综合应用
1.三定则、一定律的比较
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
左手定则
磁场对运动电荷、电流的作用力
电磁
感应[ :学, , ]
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
2.“三定则”的应用区别
三个定则容易混淆,特别是左、右手易错用,抓住因果关系是关键.
(1)因电而生磁(I→B)→安培定则.
(2)因动而生电(v、B→I)→右手定则.
(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则.
3.相互联系
(1)应用楞次定律,一般要用到安培定则.
(2)研究感应电流受到的安培力,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论(“来拒去留”或“增缩减扩”)确定.
对应训练
[典例7] (多选)如图所示,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好.在向右匀速通过M、N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM、FN表示.不计轨道电阻.以下叙述正确的是( )
A.FM向右 B.FN向左
C.FM逐渐增大 D.FN逐渐减小
[解题指导] (1)利用安培定则判断直线电流产生磁场的方向及强弱分布.
(2)利用阻碍相对运动可判断安培力的方向.
[解析] 根据安培定则,在轨道内的M区、N
区通电长直导线产生的磁场分别垂直轨道平面向外和向里,由此可知,当导体棒运动到M区时,根据右手定则可以判定,在导体棒内产生的感应电流与长直绝缘导线中的电流方向相反,再根据左手定则可知,金属棒在M区时受到的安培力方向向左,A错误;同理可以判定B正确;再根据导体棒在M区匀速靠近长直绝缘导线时对应的磁场越来越大,因此产生的感应电动势越来越大,根据闭合电路的欧姆定律和安培力的公式可知,导体棒所受的安培力FM也逐渐增大,C正确;同理D正确.
[答案] BCD
[变式] (多选)如图所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引( )
A.向右做匀速运动 B.向左做减速运动
C.向右做减速运动 D.向右做加速运动
答案:BC 解析:当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定不变,无感应电流出现,A错;当导体棒向左做减速运动时,由右手定则可判定回路中出现从b→a的感应电流且减小,由安培定则知螺线管中感应电流的磁场
向左在减弱,由楞次定律知c中出现顺时针方向的感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引,B对;同理可判定C对,D错.
反思总结
左、右手定则巧区分
(1)右手定则与左手定则的区别:抓住“因果关系”才能无误,“因动而电”——用右手;“因电而动”——用左手.
(2)使用中左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于区分,可把两个定则简单地总结为“通电受力用左手,运动生电用右手”.“力”的最后一笔“丿”方向向左,用左手;“电”的最后一笔“乚”方向向右,用右手.
随堂检测
1.(2016·海南单 ,4)如图11,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直面内,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( )
图11
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方向
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方向
2.(2016·江苏单 ,6)(多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图12所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音,下列说法正确的有( )
图12
A.选用铜质弦,电吉他仍能正常工作
B.取走磁体,电吉他将不能正常工作
C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势
D.弦振动过程中,线圈中的电流方向不断变化
3.(2017·湖北武汉名校联考)如图13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( )
图13
A.顺时针,向左 B.逆时针,向右
C.顺时针,向右 D.逆时针,向左
参考答案
1.解析 根据楞次定律,当金属圆环上、下移动时,穿过圆环的磁通量不发生变化,故没有感应电流产生,故选项A、B错误;当金属圆环向左移动时,则穿过圆环的磁场垂直纸面向外并且增强,故根据楞次定律可以知道,产生的感应电流为顺时针,故选项C错误;当金属圆环向右移动时,则穿过圆环的磁场垂直纸面向里并且增强,故根据楞次定律可以知道,产生的感应电流为逆时针,故选项D正确。
答案 D
2.解析 铜质弦为非磁性材料,不能被磁化,选用铜质弦,电吉他不能正常工作,A项错误;若取走磁体,金属弦不能被磁化,其振动时,不能在线圈中产生感应电动势,电吉他不能正常工作,B项对;由E=n可知,C项正确;弦振动过程中,穿过线圈的磁通量大小不断变化,由楞次定律可知,线圈中感应电流方向不断变化,D项正确。
答案 BCD
3.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。
答案 B