【物理】2018届一轮复习人教版电磁感应现象和楞次定律学案 7页

第57课时　电磁感应现象和楞次定律(双基落实课)‎ ‎[命题者说]　本课时所学内容是电磁感应基础知识，主要让学生掌握发生电磁感应的条件、感应电流方向的判断。学习本课时的知识，可以为以后对电磁感应核心知识的学习打下坚实的基础，并为分析电磁感应综合问题创造必备的条件。‎ 一、理解磁通量的概念 ‎1.概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积。‎ ‎2．公式：Φ＝BS。‎ ‎3．单位：1 Wb＝1_T·m2。‎ ‎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。‎ ‎[小题练通]‎ ‎1．判断正误 ‎(1)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。(√)‎ ‎(2)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生。(×)‎ ‎(3)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生。(√)‎ ‎(4)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(√)‎ ‎2．如图所示，一个矩形线圈与两条通有相同大小电流的平行直导线处于同一平面，并且处在两导线的中央，则(　　)‎ A．两导线电流同向时，穿过线圈的磁通量为零 B．两导线电流反向时，穿过线圈的磁通量为零 C．两导线电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都相等 D．两导线电流产生的磁场是不均匀的，不能判定穿过线圈的磁通量是否为零 解析：选A　根据安培定则，两导线电流同向时，它们在线圈处产生的磁场反向，穿过线圈的磁通量为零；两导线电流反向时，它们在线圈处产生的磁场同向，穿过线圈的磁通量不为零，故选项A正确。‎ ‎(1)Φ＝BS中的S应指闭合回路中处于匀强磁场中的有效面积。‎ ‎(2)若假设磁感线向某一方向穿进磁通量为正，则向外穿出为负，计算合磁通量时正、负可以抵消。‎ 二、认识电磁感应现象 ‎1.电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象。‎ ‎2．产生感应电流的条件 ‎(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化；‎ ‎(2)特例：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。‎ ‎3．产生电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合则产生感应电流；如果回路不闭合，则只有感应电动势，而无感应电流。‎ ‎[小题练通]‎ ‎1．(2017·北京西城区期末)从1822年至1831年的近十年时间里，英国科学家法拉第心系“磁生电”。在他的研究过程中有两个重要环节：(1)敏锐地觉察并提出“磁生电”的闪光思想；(2)通过大量实验，将“磁生电”(产生感应电流)的情况概括为五种：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。结合你学过的相关知识，试判断下列说法正确的是(　　)‎ A．环节(1)提出“磁生电”思想是受到了麦克斯韦电磁场理论的启发 B．环节(1)提出“磁生电”思想是为了对已经观察到的“磁生电”现象做出合理解释 C．环节(2)中五种“磁生电”的条件都可以概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”‎ D．环节(2)中“在磁场中运动的导体”这种情况不符合“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”这一条件 解析：选C　法拉第提出“磁生电”的闪光思想是受奥斯特发现电流周围存在磁场的影响，A、B错；环节(2)中“磁生电”的条件由法拉第总结概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”，C对，D错。‎ ‎2．如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是(　　)‎ 解析：选B　产生感应电流的条件是穿过线圈的磁通量发生变化，选项B符合要求。‎ 判断感应电流的流程 ‎(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) 三、楞次定律和右手定则 ‎1.楞次定律 ‎(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化；‎ ‎(2)适用范围：适用于一切回路磁通量变化的情况。‎ ‎2．右手定则 ‎(1)使用方法 让磁感线穿入右手手心，大拇指指向导体运动的方向，其余四指指向感应电流的方向。‎ ‎(2)适用范围：适用于部分导体切割磁感线的情况。‎ ‎[小题练通]‎ ‎1．(多选)如图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流。各图中分别标出了磁铁的极性、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等情况，其中表示正确的是(　　)‎ 解析：选CD　根据楞次定律可确定感应电流的方向：如对C图分析，当磁铁向下运动时：(1)闭合线圈原磁场的方向——向上；(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加；(3)感应电流产生的磁场方向——向下；(4)利用安培定则判断感应电流的方向——与图中箭头方向相同。线圈的上端为S极，磁铁与线圈相互排斥。综合以上分析知，C、D正确。‎ ‎2．(2017·长沙重点高中测试)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，匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，如图所示，则(　　)‎ A．若固定ab，使cd向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由a到b到d到c B．若ab、cd以相同的速度一起向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到a C．若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路电流为零 D．若ab、cd都向右运动，且两棒速度vcd>vab，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到a 解析：选D　若固定ab，使cd向右滑动，由右手定则知应产生顺时针方向的电流，故A错。若ab、cd同向运动且速度大小相同，ab、cd所围的面积不变，磁通量不变，则不产生感应电流，故B错。若ab向左、cd向右同时运动，则abdc中有顺时针方向的电流，故C错。若ab、cd均向右运动，且vcd>vab，则ab、cd所围的面积增大，磁通量也增大，则产生由c到d到b到a的电流，故D正确。‎ ‎(1)注意理解“阻碍”的意义，阻碍不是阻止，要弄清“增反减同”、“来拒去留”等。‎ ‎(2)不要混淆右手定则、安培定则、左手定则，三个定则适用对象、使用方法都不相同。‎ 四、楞次定律的综合应用 ‎[典例]　(多选)把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面，当磁铁运动时，线圈内产生了图中方向的电流，则磁铁的运动情况是(　　)‎ A．向左运动　　　　　 　B．向右运动 C．向上运动 D．向下运动 ‎[解析]　根据右手螺旋定则，可得线圈感应电流产生的磁场方向为向右，根据楞次定律增反减同可得线圈中的磁通量减小，而磁铁向左运动，向上运动，向下运动都能使得线圈中的磁通量减小，故A、C、D正确。‎ ‎[答案]　ACD 本题先确定了感应电流的方向，再判断产生感应电流的原因，是楞次定律的推广应用。判断顺序是由感应电流磁场方向看和原磁场方向相同还是相反，再根据楞次定律判断线圈中磁通量增加还是减小，最后判断出磁铁的运动情况。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1．如图所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。当MN中电流突然减小时，线圈所受安培力的合力方向(　　)‎ A．向左　　　　　　　 　B．向右 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里 解析：选B　法一：当MN中电流突然减小时，单匝矩形线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减少，根据楞次定律，线圈abcd中产生的感应电流方向为顺时针方向，由左手定则可知ab边与cd边所受安培力方向均向右，所以线圈所受安培力的合力方向向右，B正确。‎ 法二：由对楞次定律中“阻碍”的理解可知，当MN中电流突然减小而导致线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减少时，线圈abcd一定会有向右运动的趋势以“阻碍”其磁通量的减少，所以其所受安培力的合力方向向右，B正确。‎ ‎2．如图甲所示，长直导线与导线框abcd固定在同一平面内。直导线中通以如图乙所示的大小和方向都随时间作周期性变化的交流电，并取图甲所示向上的电流方向为直导线中电流的正方向。关于0～T时间内线框abcd中感应电流的方向，下列说法正确的是(　　)‎ A．由顺时针方向变为逆时针方向 B．由逆时针方向变为顺时针方向 C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向 D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向 解析：选D　由题图乙，在0～时间内电流正向增大，根据安培定则，矩形线圈所处的磁场垂直纸面向里，由于磁通量增大，由增反减同，矩形线圈中的感应磁场应垂直纸面向外，感应电流为逆时针，同理，～，～，～T内感应电流的方向依次为顺时针、顺时针、逆时针，故D正确。‎ 一、单项选择题 ‎1.如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，穿过它们的磁通量分别为Фa、Фb、Фc，下列说法中正确的是(　　)‎ A．Фa<Фb<Фc　　　　 　B．Фa>Фb>Фc C．Фa<Фc<Фb D．Фa>Фc>Фb 解析：选B　当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通量的计算，应该是Фa>Φb>Фc。‎ ‎2.如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线恰好和线圈的一条直径MN重合。要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有(　　)‎ A．使螺线管在线圈a所在平面内转动 B．使螺线管上的电流发生变化 C．使线圈以MN为轴转动 D．使线圈以与MN垂直的直径为轴转动 解析：选D　题图所示位置，线圈a所在平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，当按A、B、C所述方式变化时，线圈a 所在平面仍与磁感线平行，磁通量不变，不产生感应电流；按D所述方式变化时，由于线圈与磁场夹角变化引起磁通量变化，能够产生感应电流，故选D。‎ ‎3．如图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中(　　)‎ A．始终有感应电流自a向b流过电流表G B．始终有感应电流自b向a流过电流表G C．先有a→G→b方向的感应电流，后有b→G→a方向的感应电流 D．将不会产生感应电流 解析：选C　条形磁铁从左边进入螺线管的过程中，在螺线管内产生的磁场方向向右，且穿过螺线管的磁通量不断增加，根据楞次定律，产生的感应电流的方向是a→G→b，条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中，在螺线管中产生的磁场方向仍向右，穿过螺线管的磁通量不断减小，根据楞次定律，产生的感应电流的方向是b→G→a，故C正确。‎ ‎4.如图所示，当导线ab在电阻不计的金属导轨上滑动时，线圈c向右摆动，则ab的运动情况是(　　)‎ A．向左或向右匀速运动 B．向左或向右减速运动 C．向左或向右加速运动 D．只能向右匀加速运动 解析：选B　当导线ab在导轨上滑行时，线圈c向右运动，说明穿过线圈的磁通量正在减少，即右侧回路中的感应电流减小，导线正在减速运动，与方向无关，故A、C、D错误，B正确。‎ ‎5.(2017·泰州一模)如图所示，在长载流直导线近旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两根可自由滑动的导体棒ab和cd。当载流直导线中的电流逐渐减弱时，导体棒ab和cd的运动情况是(　　)‎ A．一起向左运动 B．一起向右运动 C．相向运动，相互靠近 D．相背运动，相互远离 解析：选D　根据右手螺旋定则知，直流电流下方的磁场方向垂直纸面向里，电流减小时，磁场减弱，根据楞次定律得，回路中的感应电流为acdb，根据左手定则知，ab所受安培力方向向左，cd所受安培力向右，即ab和cd相背运动，相互远离，故D正确，A、B、C错误，故选D。‎ 二、多项选择题 ‎6.如图所示，法拉第研究“磁生电”现象的实验装置原理图。两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接灵敏电流表，下列哪些情况能使线圈B中产生感应电流(　　)‎ A．开关S闭合或断开瞬间 B．开关S闭合一段时间之后 C．开关S闭合后，改变滑动变阻器滑片的位置时 D．拿走铁环，再做这个实验，开关S闭合或断开的瞬间 解析：选ACD　根据法拉第对产生感应电流的五类概括，选项A、C、D符合变化的电流(变化的磁场)产生感应电流的现象。而开关S闭合一段时间之后，A线圈中是恒定电流，产生恒定的磁场，B线圈中磁通量稳定不变，故不能使B线圈中产生感应电流，故选A、C、D。‎ ‎7．如图所示，固定的水平长直导线中通有直流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行。线框由静止释放，在下落过程中(　　)‎ A．穿过线框的磁通量保持不变 B．线框中感应电流方向保持不变 C．线框所受安培力的合力为零 D．线框的机械能不断减小 解析：选BD　线框下落过程中，穿过线框的磁通量减小，选项A错误；由楞次定律可判断出感应电流方向一直沿顺时针方向，选项B正确；线框受到的安培力的合力竖直向上，但小于重力，则合力不为零，选项C错误；在下落过程中，安培力对线框做负功，则其机械能减小，选项D正确。‎ ‎8.如图所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′，都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R。整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是(　　)‎ A．感应电流方向是N→M 　B．感应电流方向是M→N C．安培力水平向左 D．安培力水平向右 解析：选AC　本题考查左、右手定则和楞次定律。‎ 法一：由右手定则易知，MN中感应电流方向是N→M，再由左手定则可判知，MN所受安培力方向垂直棒水平向左。‎ 法二：由楞次定律知，感应电流的产生，必然阻碍引起感应电流的原因。本题中，感应电流是由于MN相对于磁场向右运动引起的，则安培力必然阻碍这种相对运动，由安培力既垂直于电流又垂直于磁场方向可判知，MN所受安培力方向必然垂直于MN水平向左，再由左手定则，容易判断出感应电流的方向是N→M，故正确选项为A、C。‎