高考总复习物理课件30 电磁感应现象　楞次定律

\n内容要求电磁感应现象Ⅰ磁通量Ⅰ法拉第电磁感应定律Ⅱ楞次定律Ⅱ自感、涡流Ⅰ\n电磁感应进一步揭示了电和磁的内在联系，电磁感应过程是能量转化和守恒的过程．电磁感应一章主要解决三个基本的问题：\n而楞次定律解决了感应电流的方向判断问题，法拉第电磁感应定律用于计算感应电动势的大小，而感应电流的大小只需运用闭合电路欧姆定律即可确定．因此，楞次定律、法拉第电磁感应定律是电磁感应一章的重点．另外，电磁感应的规律也是自感、交流电、变压器等知识的基础．因而在电磁学中占据了举足轻重的地位．\n近几年高考中对本章内容的考查，命题频率较高的是感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算．其他像电磁感应现象与磁场、电路、力和运动、能量等知识相联系的综合题及感应电流(或感应电动势)的图象问题在近几年高考中也时有出现，复习中应引起重视．\n1．本章主要研究感应电动势和感应电流问题而这个问题又可以分两种情况一是线圈中的感应电流问题，二是导体切割磁感线中感应电动势、感应电流问题．对于前者电动势用法拉第电磁感应定律，方向用楞次定律判断较为方便，而后者电动势用E＝BLv，方向用右手定则较为方便．\n2．要记住“归纳能使你的成绩上升一个档次”，所以要善于归纳，善于总结．我们既要求大家对基础知识进行归纳，使之有序地储存在大脑中，另外还需要对题型进行归纳，题要多做，但不是一味地多，对有些题虽然形式不同，但所应用的物理规律实质一样，所以要能够透过现象看本质，把这样的题归为一个类型，然后掌握住这个题型的解题方法，一章内容学完之后头脑里装的一是知识结构框架二就是几个题型及相应的解法．\n课时30电磁感应现象　楞次定律\n考点一　磁通量►基础梳理◄1．磁通量(1)概念：磁感应强度B与垂直于磁场方向的平面面积S的乘积．磁通量简称为磁通，用符号Φ表示．(2)物理意义：穿过某一面积S的磁感线条数．\n(3)磁通量是一双向标量．若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)．即Φ＝Φ1－Φ2.(4)单位：韦伯Wb1Wb＝1T·m2\n2．磁通量的变化概念：在某个过程中，穿过某个平面的磁通量的变化．其数值等于初、末态穿过该平面磁通量的差值．大小：末磁通量Φ2与初磁通量Φ1的差ΔΦ＝Φ2－Φ1\n3．磁通量的变化率(1)物理意义：描述磁场中穿过某个平面磁通量变化快慢的物理量．(2)概念：磁通量的变化与发生此变化所用时间的比值．(3)表达式：(4)磁通量的变化率在数值上等于单匝线圈产生的感应电动势的大小．\n►疑难详析◄1．磁通量的计算(1)公式Φ＝BS图1此式的适用条件是：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直，如图1所示．\n(2)在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．设平面与磁感线的夹角是θ，磁通量Φ＝B·Ssinθ.Ssinθ即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，称之为“有效面积”．\n2．磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1有多种形式，主要有：(1)S、θ不变，B改变，这时ΔΦ＝ΔB·Ssinθ(2)B、θ不变，S改变，这时ΔΦ＝ΔS·Bsinθ(3)B、S不变，θ改变，这时ΔΦ＝BS(sinθ2－sinθ1)当B、S、θ中有两个或三个一起变化时，就要分别计算Φ1、Φ2，再求Φ2－Φ1了．3．在Φ－t图象中，其斜率表示磁通量的变化率.\n►深化拓展◄1．当穿过线圈的磁通量不为零时，线圈转动180°，磁通量的变化量并不为零．磁通量只有大小，没有方向，但它有正负，是一双向标量．规定从一个侧面穿过的磁通量为正，则从另一个侧面穿过的磁通量为负．若匀强磁场的磁感应强度为B，线圈的面积为S，原来B和S垂直，则线圈转动180°时磁通量的变化量为ΔΦ＝2BS.\n2．如图2所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有一个与它同心的导线圈b，在同一平面内．当a中的电流不变时，增大b的半径，穿过b的磁通量会怎样变化？a线圈内磁通量向里，在a的外部磁通量向外，向里的磁通量总是大于向外的，总的磁通量向里；当b的面积变大，向里的磁通量不变，向外的磁通量变大，总的磁通量变小．图2\n3．如图3所示，环形导线a中有向里的匀强磁场，a环外有一个与它同心的导线圈b，在同一平面内．当a中的磁场不变时，增大b的半径，穿过b的磁通量会怎样变化？由于a环外没有磁场，当b的半径增大时，穿过b的磁感线的条数没有变化，磁通量不变．图3\n考点二　电磁感应现象►基础梳理◄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，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．2．产生感应电流的条件穿过闭合电路的磁通量发生变化．只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生．\n►疑难详析◄1．感应电动势产生的条件是：穿过电路的磁通量发生变化．这里不要求闭合．无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生．这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的．但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流．电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流．\n2．闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动时，能产生感应电流．当线圈切割磁感线，但穿过线圈的磁通量不发生变化时，线圈中不产生感应电流．\n考点三　感应电流方向的判定►基础梳理◄1．右手定则：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入掌心，大拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流方向．如图4所示．图4\n2．楞次定律内容：感应电流具有这样的方向，就是感应电流产生的磁场，总要阻碍引起感应电流的磁通量变化．3．判断感应电流方向类问题的思路运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为：“一原、二感、三电流”，即为：(1)明确原磁场：弄清原磁场的方向及磁通量的变化情况；\n(2)确定感应磁场：即根据楞次定律中的“阻碍”原则，结合原磁场磁通量变化情况，确定出感应电流产生的感应磁场的方向；(3)判定电流方向：即根据感应磁场的方向，运用安培定则判断出感应电流方向．\n►疑难详析◄1．楞次定律是普遍规律，适用于一切电磁感应现象．2．楞次定律中的因果关系：楞次定律所提及的电磁感应过程中有两个最基本的因果关系，一是感应电流的磁场(结果)与原磁场磁通量变化(原因)之间的阻碍与被阻碍的关系，因此，楞次定律也可表述为：感应电流导致的结果总是阻碍引起感应电流的原因；二是感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系．抓住“阻碍”和“产生”这两个因果关联点是应用楞次定律解决物理问题的关键．\n3．起阻碍作用的就是感应电流的磁场．阻碍的不是原磁场，而是“引起感应电流的磁通量的变化”或原磁场的变化．阻碍更不是始终相反，而是“增反减同”．当原磁场的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场反向；当原磁场的磁通量减小时感应电流的磁场与原磁场方向相同．\n阻碍不是阻止，只是延缓．由于“阻碍”，为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其他形式的能转化为电能．楞次定律的本质：能的转化与守恒定律在电磁感应现象中的定性体现．\n►深化拓展◄1．导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定感应电流方向的右手定则也是楞次定律的特例．用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律来判定．只是不少情况下，不如用右手定则判定来得方便简单．反过来，用楞次定律能判定的，用右手定则却不一定能判断出来．\n2．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．3．要分清产生感应电流的“原磁场”与感应电流的磁场．\n题型一　磁通量变化的分析与计算[例1]如图5所示，矩形线圈的面积为S(m2)，置于磁感应强度为B(T)、方向水平向右的匀强磁场中，开始时线圈平面与中性面重合．求线圈平面在下列情况下的磁通量的改变量．绕垂直磁场的轴转过(1)60°(2)90°(3)180°图5\n[解析]初位置时穿过线圈的磁通量Φ1＝BS；转过60°时，Φ2＝BScos60°＝BS/2；转过90°时，Φ3＝0；转过180°时，Φ4＝－BS，负号表示穿过面积S的方向和以上情况相反，故(1)ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝BS/2－BS＝－BS/2；(2)ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－BS；(3)ΔΦ3＝Φ4－Φ1＝－2BS.负号可理解为磁通量在减少．[答案](1)－BS/2(2)－BS(3)－2BS\n题后反思：由公式Φ＝BS计算磁通量及磁通量的变化应把握好以下几点：(1)此公式只适用于匀强磁场．(2)式中的S是与磁场垂直的有效面积．(3)磁通量Φ为双向标量，其正负表示与规定的正方向是相同还是相反．(4)磁通量的变化量(ΔΦ)．ΔΦ是指穿过磁场中某一面的末态磁通量Φ2与初态磁通量Φ1的差值，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.\n如图6所示，两个同心放置的同平面的金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，则通过两圆环a、b的磁量Φa、Φb()图6\nA．Φa＞ΦbB．Φa＜ΦbC．Φa＝ΦbD．无法确定解析：由于磁感线是闭合的曲线，在磁铁内部磁感线由S极指向N极(即向上)，在磁铁外部磁感线由N极指向S极，且分布在磁铁外的广扩区域内．a、b两环的磁通量均可分为两部分：一部分为磁铁内部磁场，对a、b两环向上穿过的条数相同；另一部分为磁铁外部向下的磁场，面积大的b环向下穿过磁感线条数比a环多，因此穿过a、b两环的磁通量为两部分抵消后的磁感线的条数、抵消越多，磁通量越小，所以小面积a环的磁通量大．\n答案：A\n题型二　楞次定律的应用[例2](2010·荆州模拟)一矩形线圈位于一匀强磁场内，磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图7所示．以I表示线圈中产生的感应电流，取垂直于纸面向里为磁场的正方向，取顺时针方向的感应电流的方向为正，则图8的I—t图象正确的是()图7\n图8\n[解析]本题考查电磁感应现象的有关知识．在0～1时间内磁场的磁感应强度B均匀增大，则产生恒定的感应电流，由楞次定律可判断感应电流的方向为逆时针方向，A、B错；C、D两项的区别在于4～6时间内感应电流的方向，4～5时间内磁感应强度B为负向增大，因此感应电流的磁场方向则为正向，由此可得感应电流方向为正向，C对D错．[答案]C\n题后反思：楞次定律是高考的热点内容，常以选择题的形式出现．应用时应注意：(1)分清“原磁场”和“感应电流的磁场”．(2)若利用楞次定律的推广判断，方法更简便．感应电流的磁场总是阻碍物体间的相对运动(来者拒，去者留)，可快速判断出磁铁与线圈相互作用，线圈的上端为N(或S)极，并进而确定出感应电流的方向．(3)对导体切割磁感线类问题既可用楞次定律判断，也可用右手定则判断．\n如图9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()图9\nA．a→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d\n解析：本题考查楞次定律，意在考查考生运用楞次定律判断感应电流方向的方法．线框从右侧摆到最低点的过程中，穿过线框的磁通量减小，由楞次定律可判断感应电流的方向为d→c→b→a→d，从最低点到左侧最高点的过程中，穿过线框的磁通量增大，由楞次定律可判断感应电流的方向为d→c→b→a→d，所以选B.答案：B\n题型三　楞次定律推论的应用[例3]如图10所示，光滑固定导轨，m、n水平放置，两根导体棒p、q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时()图10\nA．p、q将互相靠拢B．p、q将互相远离C．磁铁的加速度仍为gD．磁铁的加速度小于g[解析]方法1：假设条形磁铁的下端为N极，则当其从高处下落时，穿过闭合回路的磁通量向下，且增加，\n根据楞次定律可知回路中感应电流产生的磁场方向向上，由安培定则可判断感应电流的方向为逆时针方向(从上向下看)，再利用左手定则可判断p、q受力情况．如图11所示，故p、q将互相靠拢，闭合回路的上面为N极，和磁铁互相排斥，因此，磁铁的加速度小于g.图11\n由安培定则可判断感应电流的方向为逆时针方向(从上向下看)，再利用左手定则可判断p、q受力情况．如图11所示，故p、q将互相靠拢，闭合回路的上面为N极，和磁铁互相排斥，因此，磁铁的加速度小于g.若假设条形磁铁的下端为S极，仍可得到以上结论．结合以上分析知，选项A、D正确．\n方法2：条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过闭合回路中的磁通量将增加，根据楞次定律，感应电流产生的磁场将阻碍这一磁通量的增加，具体表现应为：使回路面积减小延缓磁通量的增加；对磁铁产生向上的磁场力，延缓磁铁的下落．故选项A、D正确．[答案]AD\n题后反思：楞次定律推论应用①阻碍原磁通量的变化——增反减同②阻碍物体间的相对运动——来拒去留③阻碍原电流的变化(自感现象)\n如图12，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈．当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是()图12\nA．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左B．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左C．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右D．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右\n解析：当磁铁沿矩形线圈中线AB正上方通过时，线圈中产生感应电流，感应电流的方向(从上向下看)先逆时针再顺时针，则线圈上方先为N极下方先为S极，后改为上方为S极下方为N极．则线圈受到的支持力先大于mg后小于mg.水平方向的运动趋势向右．所以D正确，A、B、C错误．答案：D\n1．如图13所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里，导体棒的电阻可忽略．当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是()图13\nA．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到aB．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到aC．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到bD．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b\n解析：PQ与cd组成一个闭合回路，PQ与ab也组成一个闭合回路．当PQ向左滑动时，PQcd回路的磁通量增加，由楞次定律可判得通过R的电流为由c→d；PQab回路的磁通量减小，也由楞次定律判得通过r的电流为由b→a，所以B正确而A、C、D错误．答案：B\n2．矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直．规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图14所示．若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列i—t图15中正确的是()图14\n图15\n解析：磁感应强度均匀变化，产生恒定的感应电流，A错．第1s内，磁通量垂直于纸面向里均匀增强，由楞次定律可以判定感应电流方向为逆时针，为负，C错；同理可判定，第4秒内感应电流方向为逆时针，为负，故B错，D正确．答案：D\n3．现将电池组、滑线变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图16连接．在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转．由此可以推断()图16\nA．线圈A向上移动或滑动变阻器的滑动端P向右加速滑动，都能引起电流计指针向左偏转B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转C．滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向\n解析：由于变阻器滑动头P向左加速滑动时，可使B中磁通量减少而引起的B中产生的电流为I0，当P向右加速滑动时B中磁通量增加，引起的B中感应电流为I1，与I0方向相反，所以指针应向左偏．而线圈A向上移动时，可使B中磁通量减少，引起B中感应电流与I0同向，指针向右偏，故A错；A中铁芯向上拔出或断开开关，激发的B中感应电流与I0同向，电流计指针向右偏转，B正确；C项中应有感应电流，指针应偏转，故C错；因为无需明确感应电流的具体方向，故D错．答案：B\n4．如图17所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中，线圈ab将()图17\nA．静止不动B．顺时针转动C．逆时针转动D．发生转动，但电源的极性不明，无法确定转动方向\n解析：题图中的两个通电的电磁铁之间的磁场方向总是水平的，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中，电路的电流是增大的，两个电磁铁之间的磁场也是增大的，闭合导体线圈中的磁通量是增大的，线圈在原磁场中所受的磁场力肯定使线圈向磁通量减少的方向运动，显然只有顺时针方向的运动才能使线圈中的磁通量减小．答案：B\n5．老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是()图18\nA．磁铁插向左环，横杆发生转动B．磁铁插向右环，横杆发生转动C．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动\n解析：由楞次定律知，只有当金属环闭合时，线圈中才会产生感应电流，与磁铁才能产生相互作用．B正确，A、C、D错误．答案：B\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全