【物理】2018届一轮复习人教版电磁感应现象　楞次定律教案 12页

第1节　电磁感应现象　楞次定律 一、磁通量 ‎1．概念：磁感应强度B与面积S的乘积．‎ ‎2．计算 ‎(1)公式：Φ＝BS.‎ ‎(2)适用条件：①匀强磁场；②S是垂直磁场的有效面积．‎ ‎(3)单位：韦伯(Wb)，1 Wb＝1_T·m2.‎ ‎3．意义：穿过某一面积的磁感线的条数．‎ ‎4．标矢性：磁通量是标量，但有正、负．‎ 二、电磁感应 ‎1．电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象．‎ ‎2．产生感应电动势和感应电流的条件 ‎(1)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变化，回路中就有感应电动势．产生感应电动势的那部分导体相当于电源．‎ ‎(2)产生感应电流的条件 ‎①电路闭合．②磁通量变化．‎ 三、感应电流方向的判断 ‎1．右手定则：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个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．如右图所示．‎ ‎2．楞次定律 内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．‎ ‎[自我诊断]‎ ‎1．判断正误 ‎(1)磁通量虽然是标量，但有正、负之分．(√)‎ ‎(2)当导体切割磁感线运动时，导体中一定产生感应电流．(×)‎ ‎(3)穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关．(√)‎ ‎(4)电路中磁通量发生变化时，就一定会产生感应电流．(×)‎ ‎(5)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反．(×)‎ ‎(6)楞次定律和右手定则都可以判断感应电流的方向，二者没什么区别．(×)‎ ‎(7)回路不闭合时，穿过回路的磁通量发生变化也会产生“阻碍”作用．(×)‎ ‎2．如图所示，匀强磁场中有一个矩形闭合导线框．在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是(　　)‎ A．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在 磁场中上下运动 C．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动 D．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动 解析：选C.保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项A错误；保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项B错误；线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动，磁通量周期性地改变，故一定有感应电流，故选项C正确；线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项D错误．‎ ‎3．如图，在一水平、固定的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁(N极朝上，S极朝下)由静止开始下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，关于圆环中感应电流的方向(从上向下看)，下列说法正确的是(　　)‎ A．总是顺时针 B．总是逆时针 C．先顺时针后逆时针 D．先逆时针后顺时针 解析：选C.磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，则导体环中，先是向上的磁通量增加，磁铁过中间以后，向上的磁通量减少，根据楞次定律，产生的感应电流方向先顺时针后逆时针，选项C正确．‎ ‎4．如图所示，AOC是光滑的金属导轨，电阻不计，AO沿竖直方向，OC沿水平方向；PQ是金属直杆，电阻为R，几乎竖直斜靠在导轨AO上，由静止开始在重力作用下运动，运动过程中P、Q端始终在金属导轨AOC上；空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆从开始滑动到P端滑到OC的过程中，PQ中感应电流的方向(　　)‎ A．始终是由P→Q B．始终是由Q →P C．先是由P→Q，后是由Q →P D．先是由Q →P，后是由P→Q 解析：选C.在PQ杆滑动的过程中，△POQ的面积先增大后减小，穿过△POQ的磁通量先增加后减少，根据楞次定律可知，感应电流的方向先是由P →Q，后是由Q →P，C正确．‎ 考点一　电磁感应现象的判断 ‎1．穿过闭合电路的磁通量发生变化的四种情况 ‎(1)磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化．‎ ‎(2)线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化．‎ ‎(3)线圈面积S变化，磁感应强度B也变化，它们的乘积BS发生变化．‎ ‎(4)线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发生变化．‎ ‎2．判断电磁感应现象能否发生的一般流程：‎ ‎1. 如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是(　　)‎ A．ab向右运动，同时使θ减小 B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小 C．ab向左运动，同时增大磁感应强度B D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)‎ 解析：选A.本题中引起磁通量变化都有两个方面，面积的变化和夹角改变，向右运动的同时θ减小都会使磁通量变大，所以A项正确．‎ ‎2．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：选A.只要闭合回路磁通量发生变化就会产生感应电流，故A正确，B错误；开关闭合后，只要滑片P滑动就会产生感应电流，故C、D错误．‎ ‎3．(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”．‎ 实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示．实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后．下列说法正确的是(　　)‎ A．圆盘上产生了感应电动势 B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动 C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化 D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动 解析：选AB.A.当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动势，选项A正确；‎ B．如图所示，铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，选项B正确；‎ C．在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项C错误；‎ D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转，选项D错误．‎ 确定磁通量变化的两种方法 ‎(1)通过对穿过回路磁感线条数的分析和计算，可以确定磁通量是否变化．‎ ‎(2)依据公式Φ＝BSsin θ(θ是B与S的夹角)确定磁通量与哪些因素有关．‎ 考点二　楞次定律的理解及应用 ‎1．判断感应电流方向的两种方法 方法一　用楞次定律判断 方法二　用右手定则判断 该方法适用于切割磁感线产生的感应电流．判断时注意掌心、拇指、四指的方向：‎ ‎(1)掌心——磁感线垂直穿入；‎ ‎(2)拇指——指向导体运动的方向；‎ ‎(3)四指——指向感应电流的方向．‎ ‎2．楞次定律推论的应用 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，列表说明如下：‎ 内容 例证 阻碍原磁通量变化——“增反减同”‎ 阻碍相对运动——“来拒去留”‎ 使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”‎ ‎ B减小，线圈扩张 阻碍原电流的变化——“增反减同”　‎ 考向1：应用楞次定律判感应电流方向 ‎[典例1]　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m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动．金属线框从右侧某一位置静止开始释放，在摆动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(　　)‎ A．a→b→c→d→a B．d→c→b→a→d C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d 解析　由楞次定律可知，在线框从右侧摆动到O点正下方的过程中，向上的磁通量在减小，故感应电流的方向沿d→c→b→a→d；同理，线框从O点正下方向左侧摆动的过程中，电流方向沿d→c→b→a→d，B正确．‎ 答案　B 考向2：右手定则判感应电流的方向 ‎[典例2]　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滑动，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 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．‎ 答案　D 考向3：“阻碍法”的应用 ‎[典例3]　(2017·东北三省五校联考)如图，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路．若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是(　　)‎ A．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流 B．穿过线圈a的磁通量减少 C．线圈a有扩张的趋势 D．线圈a对水平桌面的压力FN将增大 解析　当滑片P向下移动时滑动变阻器连入电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知通过b的电流增大，从而判断出穿过线圈a的磁通量增加，方向向下，选项B错误；根据楞次定律即可判断出线圈a中感应电流方向俯视应为逆时针，选项A错误；再根据楞次定律“阻碍”含义的推广，线圈a应有收缩或远离b的趋势来阻碍磁通量的增加，所以C错误，D正确．‎ 答案　D 感应电流方向判断的两点注意 ‎(1)楞次定律可应用于磁通量变化引起感应电流的各种情况(包括一部分导体切割磁感线运动的情况)．‎ ‎(2)右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情景，是楞次定律的一种特殊情况．‎ 考点三　“三定则、一定律”的理解及应用 ‎1．“三个定则、一个定律”的应用对比：‎ 名称 基本现象 因果关系 应用的定则或定律 电流的磁效应 运动电荷、电流产生磁场 因电生磁 安培定则 洛伦兹力、安培力 磁场对运动电荷、电流有作用力 因电受力 左手定则 电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 因动生电 右手定则 闭合回路磁通量变化 因磁生电 楞次定律 ‎2.三个定则、一个定律”的相互联系：‎ ‎(1)应用楞次定律时，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确定．‎ ‎1．(多选)如图所示，在匀强磁场中放有平行金属导轨，它与大线圈M相连接，要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在金属导轨上的金属棒ab的运动情况是(两线圈共面放置)(　　)‎ A．向右匀速运动 B．向左加速运动 C．向右减速运动 D．向右加速运动 解析：选BC.欲使N产生顺时针方向的感应电流，感应电流的磁场方向垂直纸面向里，由楞次定律可知有两种情况：一是M 中有沿顺时针方向逐渐减小的电流，使其在N中的磁场方向向里，且磁通量在减小；二是M中有逆时针方向逐渐增大的电流，使其在N中的磁场方向向外，且磁通量在增大．因此对前者应使ab向右减速运动；对于后者，则应使ab向左加速运动．‎ ‎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，MN的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ在一外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是(　　)‎ A．向右加速运动 B．向左加速运动 C．向右减速运动 D．向左减速运动 解析：选BC.MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流由M→NL1中感应电流的磁场方向向上.若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动．‎ ‎3．(多选)如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经标出．左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中．下列说法中正确的是(　　)‎ A．当金属棒ab向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点 B．当金属棒ab向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势 C．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点 D．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点 解析：选BD.当金属棒向右匀速运动而切割磁感线时，金属棒产生恒定感应电动势，由右手定则判断电流方向由a→b.根据电流从电源(ab相当于电源)正极流出沿外电路回到电源负极的特点，可以判断b点电势高于a点．又左线圈中的感应电动势恒定，则感应电流也恒定，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流，A错误，B正确．当ab向右做加速运动时，由右手定则可推断φb>φa，电流沿逆时针方向．‎ 又由E＝BLv可知ab导体两端的E不断增大，那么左边电路中的感应电流也不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的，并且场强不断增强，所以右边电路的线圈中的向上的磁通量不断增加．由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针，而在右线圈组成的电路中，感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上．把这个线圈看作电源，由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d，所以d点电势高于c点，C错误，D正确．‎ 左、右手定则区分技巧 ‎(1)抓住“因果关系”：“因动而电”——用右手；“因电而动”——用左手．‎ ‎(2)形象记忆：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．‎