2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第1單元 電磁感應(yīng) 楞次定律教案

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第1單元 電磁感應(yīng) 楞次定律教案 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)： 第1單元 電磁感應(yīng) 楞次定律 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。 以上表述是充分必要條件。不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個(gè)條件，就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，穿過(guò)該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。 當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。這個(gè)表述是充分條件，不是必要的。在導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)

2、時(shí)用它判定比較方便。 2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件。 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件是：穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化。 這里不要求閉合。無(wú)論電路閉合與否，只要磁通量變化了，就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。這好比一個(gè)電源：不論外電路是否閉合，電動(dòng)勢(shì)總是存在的。但只有當(dāng)外電路閉合時(shí)，電路中才會(huì)有電流。 二、右手定則 R 伸開(kāi)右手，使大拇指與四指在同一個(gè)平面內(nèi)，并跟四指垂直，讓磁感線穿過(guò)手心，使大拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。 三、楞次定律 1．楞次定律——感應(yīng)電流總具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。( 阻礙原磁場(chǎng)增加時(shí)，反抗, 原磁場(chǎng)減小

3、時(shí)，補(bǔ)充 ) 2．對(duì)“阻礙”意義的理解： （1）阻礙原磁場(chǎng)的變化?！白璧K”不是阻止，而是“延緩” （2）阻礙的是原磁場(chǎng)的變化，而不是原磁場(chǎng)本身，如果原磁場(chǎng)不變化，即使它再?gòu)?qiáng)，也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流． （3）阻礙不是相反．當(dāng)原磁通減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)同向，以阻礙其減小；當(dāng)磁體遠(yuǎn)離導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)將和磁體運(yùn)動(dòng)同向，以阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)． （4）由于“阻礙”，為了維持原磁場(chǎng)變化，必須有外力克服這一“阻礙”而做功，從而導(dǎo)致其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能．因此楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)． 3．楞次定律的具體應(yīng)用 從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的角度來(lái)看，楞次定律的這個(gè)結(jié)論可以用能量守

4、恒來(lái)解釋：既然有感應(yīng)電流產(chǎn)生，就有其它能轉(zhuǎn)化為電能。又由于是由相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的，所以只能是機(jī)械能減少轉(zhuǎn)化為電能，表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是“阻礙”相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 4．運(yùn)用楞次定律處理問(wèn)題兩種思路方法： ①常規(guī)法：——據(jù)原磁場(chǎng)（B原方向及ΔΦ情況）確定感應(yīng)磁場(chǎng)（B感方向）判斷感應(yīng)電流（I感方向）導(dǎo)體受力及運(yùn)動(dòng)趨勢(shì). ②效果法——由楞次定律可知，感應(yīng)電流的“效果”總是阻礙引起感應(yīng)電流的“原因”，深刻理解“阻礙”的含義.據(jù)"阻礙"原則，可直接對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)作出判斷. 例題舉例 【例1】一平面線圈用細(xì)桿懸于P點(diǎn)，開(kāi)始時(shí)細(xì)桿處于水平位置，釋放后讓它在如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，已知線圈平面始終與紙面垂直，當(dāng)線圈第

5、一次通過(guò)位置Ⅰ和位置Ⅱ時(shí)，順著磁場(chǎng)的方向看去，線圈中的感應(yīng)電流的方向分別為B 位置Ⅰ 位置Ⅱ （A）逆時(shí)針?lè)较? 逆時(shí)針?lè)较? （B）逆時(shí)針?lè)较? 順時(shí)針?lè)较? （C）順時(shí)針?lè)较? 順時(shí)針?lè)较? （D）順時(shí)針?lè)较? 逆時(shí)針?lè)较? 【例2】如圖所示，有兩個(gè)同心導(dǎo)體圓環(huán)。內(nèi)環(huán)中通有順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，外環(huán)中原來(lái)無(wú)電流。當(dāng)內(nèi)環(huán)中電流逐漸增大時(shí)，外環(huán)中有無(wú)感應(yīng)電流？方向如何？ 解：由于磁感線是閉合曲線，內(nèi)環(huán)內(nèi)部向里的磁感線條數(shù)和內(nèi)環(huán)外向外的所有磁感線條數(shù)相等，所以外環(huán)所圍面積內(nèi)（應(yīng)該包括內(nèi)環(huán)內(nèi)的面積，

6、而不只是環(huán)形區(qū)域的面積）的總磁通向里、增大，所以外環(huán)中感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向?yàn)橄蛲?，由安培定則，外環(huán)中感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針。 N S v0 【例3】 如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)固定。條形磁鐵S極向下以初速度v0沿過(guò)導(dǎo)體環(huán)圓心的豎直線下落的過(guò)程中，導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電流方向如何？ 解：從“阻礙磁通量變化”來(lái)看，原磁場(chǎng)方向向上，先增后減，感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向先下后上，感應(yīng)電流方向先順時(shí)針后逆時(shí)針。從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”來(lái)看，先排斥后吸引，把條形磁鐵等效為螺線管，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，也有同樣的結(jié)論。 a d b c O1 O2 【例4】 如

7、圖所示，O1O2是矩形導(dǎo)線框abcd的對(duì)稱軸，其左方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)。以下哪些情況下abcd中有感應(yīng)電流產(chǎn)生？方向如何？ A.將abcd 向紙外平移 B.將abcd向右平移 C.將abcd以ab為軸轉(zhuǎn)動(dòng)60° D.將abcd以cd為軸轉(zhuǎn)動(dòng)60° 解：A、C兩種情況下穿過(guò)abcd的磁通量沒(méi)有發(fā)生變化，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生。B、D兩種情況下原磁通向外，減少，感應(yīng)電流磁場(chǎng)向外，感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcd。 c a d b L2 L1 【例5】如圖所示裝置中，cd桿原來(lái)靜止。當(dāng)ab 桿做如下那些運(yùn)動(dòng)

8、時(shí)，cd桿將向右移動(dòng) （B、D） A.向右勻速運(yùn)動(dòng) B.向右加速運(yùn)動(dòng) C.向左加速運(yùn)動(dòng) D.向左減速運(yùn)動(dòng) O1 O2 【例6】 如圖當(dāng)磁鐵繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，矩形導(dǎo)線框（不考慮重力）將如何運(yùn)動(dòng)？ 解：本題分析方法很多，最簡(jiǎn)單的方法是：從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的角度來(lái)看，導(dǎo)線框一定會(huì)跟著條形磁鐵同方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。如果不計(jì)摩擦阻力，最終導(dǎo)線框?qū)⒑痛盆F轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同；如果考慮摩擦阻力導(dǎo)線框的轉(zhuǎn)速總比條形磁鐵轉(zhuǎn)速小些。 a b 【例7】 如圖所示，水平面上有兩根平行導(dǎo)軌，上面放兩根金屬棒a、b。當(dāng)條形磁鐵如圖向下移動(dòng)時(shí)（不到達(dá)導(dǎo)軌平面

9、），a、b將如何移動(dòng)？ 解：若按常規(guī)用“阻礙磁通量變化”判斷，則要根據(jù)下端磁極的極性分別進(jìn)行討論，比較繁瑣。而且在判定a、b所受磁場(chǎng)力時(shí)。應(yīng)該以磁極對(duì)它們的磁場(chǎng)力為主，不能以a、b間的磁場(chǎng)力為主（因?yàn)樗鼈兪鞘芎洗艌?chǎng)的作用）。如果主注意到：磁鐵向下插，通過(guò)閉合回路的磁通量增大，由Φ=BS可知磁通量有增大的趨勢(shì)，因此S的相應(yīng)變化應(yīng)該使磁通量有減小的趨勢(shì)，所以a、b將互相靠近。 O1 a O2 b 【例8】如圖所示，在條形磁鐵從圖示位置繞O1O2軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中，放在導(dǎo)軌右端附近的金屬棒ab將如何移動(dòng)？ 解：無(wú)論條形磁鐵的哪個(gè)極為N極，也無(wú)論是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)還是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

10、，在轉(zhuǎn)動(dòng)90°過(guò)程中，穿過(guò)閉合電路的磁通量總是增大的（條形磁鐵內(nèi)、外的磁感線條數(shù)相同但方向相反，在線框所圍面積內(nèi)的總磁通量和磁鐵內(nèi)部的磁感線方向相同且增大。而該位置閉合電路所圍面積越大，總磁通量越小，所以為阻礙磁通量增大金屬棒ab將向右移動(dòng)。 O B 【例9】如圖所示，用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點(diǎn)，虛線左邊有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，右邊沒(méi)有磁場(chǎng)。金屬環(huán)的擺動(dòng)會(huì)很快停下來(lái)。試解釋這一現(xiàn)象。若整個(gè)空間都有向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，會(huì)有這種現(xiàn)象嗎？ 解：只有左邊有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，金屬環(huán)在穿越磁場(chǎng)邊界時(shí)，由于磁通量發(fā)生變化，環(huán)內(nèi)一定會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，根據(jù)楞次定律將會(huì)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以擺動(dòng)會(huì)很快停下來(lái)，這就是電磁阻尼現(xiàn)

11、象。當(dāng)然也可以用能量守恒來(lái)解釋：既然有電流產(chǎn)生，就一定有一部分機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，最后電流通過(guò)導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。若空間都有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，穿過(guò)金屬環(huán)的磁通量反而不變化了，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此也就不會(huì)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)就不會(huì)很快停下來(lái)。 四、電磁感應(yīng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用例析 A B S k D C 【例10】如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延時(shí)繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B的兩端接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合電路。在拉開(kāi)開(kāi)關(guān)S的時(shí)候,彈簧k并不能立即將銜鐵D拉起，從而使觸頭C（連接工作電路）立即離開(kāi)，過(guò)一段時(shí)間后觸頭C才能離開(kāi)；延時(shí)繼電器就是這樣得名的。試說(shuō)明這種

12、繼電器的工作原理。 Q a b P 解析：當(dāng)拉開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)使線圈A中電流變小并消失時(shí)，鐵芯中的磁通量發(fā)生了變化（減?。瑥亩诰€圈B中激起感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙原磁場(chǎng)的減小，這樣，就使鐵芯中磁場(chǎng)減弱得慢些，因此彈簧K不能立即將銜鐵拉起。 【例11】如圖是家庭用的“漏電保護(hù)器“的關(guān)鍵部分的原理圖，其中P是變壓器鐵芯，入戶的兩根電線”（火線和零線）采用雙線繞法，繞在鐵芯一側(cè)作為原線圈，然后再接入戶內(nèi)的用電器。Q是一個(gè)脫扣開(kāi)關(guān)的控制部分（脫扣開(kāi)關(guān)本身沒(méi)有畫(huà)出，它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，用戶供電被切斷），Q接在鐵芯另一側(cè)副線圈的兩端a、b之間，當(dāng)a、b間沒(méi)有電壓時(shí)，Q使得脫扣開(kāi)關(guān)閉合，當(dāng)a、b間有電壓時(shí)，脫扣開(kāi)關(guān)即斷開(kāi)，使用戶斷電。 （1）用戶正常用電時(shí)，a、b之間有沒(méi)有電壓？ （2）如果某人站在地面上，手誤觸火線而觸電，脫扣開(kāi)關(guān)是否會(huì)斷開(kāi)？為什么？ 解析：（1） 用戶正常用電時(shí)，a、b之間沒(méi)有電壓，因?yàn)殡p線繞成的初級(jí)線圈兩根導(dǎo)線中的電流總是大小相等而方向相反的，穿過(guò)鐵芯的磁通量總為0，副線圈中不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。 （2）人站在地面上手誤觸火線，電流通過(guò)火線和人體而流向大地，不通過(guò)零線，這樣變壓器的鐵芯中就會(huì)有磁通量的變化，從而次級(jí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，脫扣開(kāi)關(guān)就會(huì)斷開(kāi)。