高總復(fù)習(xí)物理課件30 電磁感應(yīng)現(xiàn)象　楞次定律

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1、內(nèi)容要求電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁通量法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律 自感、渦流電磁感應(yīng)進(jìn)一步揭示了電和磁的內(nèi)在聯(lián)系，電磁感應(yīng)過程是能量轉(zhuǎn)化和守恒的過程電磁感應(yīng)一章主要解決三個基本的問題：而楞次定律解決了感應(yīng)電流的方向判斷問題，法拉第電磁感應(yīng)定律用于計算感應(yīng)電動勢的大小，而感應(yīng)電流的大小只需運(yùn)用閉合電路歐姆定律即可確定因此，楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁感應(yīng)一章的重點(diǎn)另外，電磁感應(yīng)的規(guī)律也是自感、交流電、變壓器等知識的基礎(chǔ)因而在電磁學(xué)中占據(jù)了舉足輕重的地位近幾年高考中對本章內(nèi)容的考查，命題頻率較高的是感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、方向判定和導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算其他像電磁感應(yīng)現(xiàn)象與磁場、電路、力和運(yùn)動、

2、能量等知識相聯(lián)系的綜合題及感應(yīng)電流(或感應(yīng)電動勢)的圖象問題在近幾年高考中也時有出現(xiàn)，復(fù)習(xí)中應(yīng)引起重視1本章主要研究感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流問題而這個問題又可以分兩種情況一是線圈中的感應(yīng)電流問題，二是導(dǎo)體切割磁感線中感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流問題對于前者電動勢用法拉第電磁感應(yīng)定律，方向用楞次定律判斷較為方便，而后者電動勢用EBLv，方向用右手定則較為方便2要記住“歸納能使你的成績上升一個檔次”，所以要善于歸納，善于總結(jié)我們既要求大家對基礎(chǔ)知識進(jìn)行歸納，使之有序地儲存在大腦中，另外還需要對題型進(jìn)行歸納，題要多做，但不是一味地多，對有些題雖然形式不同，但所應(yīng)用的物理規(guī)律實質(zhì)一樣，所以要能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì)，把

3、這樣的題歸為一個類型，然后掌握住這個題型的解題方法，一章內(nèi)容學(xué)完之后頭腦里裝的一是知識結(jié)構(gòu)框架二就是幾個題型及相應(yīng)的解法課時30電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律考點(diǎn)一磁通量 基礎(chǔ)梳理1磁通量(1)概念：磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的平面面積S的乘積磁通量簡稱為磁通，用符號表示(2)物理意義：穿過某一面積S的磁感線條數(shù)(3)磁通量是一雙向標(biāo)量若磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁感線條數(shù)為1，反向磁感線條數(shù)為2，則磁通量等于穿過平面的磁感線的凈條數(shù)(磁通量的代數(shù)和)即12.(4)單位：韋伯Wb1Wb1 Tm22磁通量的變化概念：在某個過程中，穿過某個平面的磁通量的變化其數(shù)值等于初、末態(tài)穿過該平面磁通量的差

4、值大?。耗┐磐?與初磁通量1的差213磁通量的變化率(1)物理意義：描述磁場中穿過某個平面磁通量變化快慢的物理量(2)概念：磁通量的變化與發(fā)生此變化所用時間的比值(3)表達(dá)式：(4)磁通量的變化率在數(shù)值上等于單匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小 疑難詳析1磁通量的計算(1)公式BS圖1此式的適用條件是：勻強(qiáng)磁場；磁感線與平面垂直，如圖1所示(2)在勻強(qiáng)磁場B中，若磁感線與平面不垂直，公式BS中的S應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積設(shè)平面與磁感線的夾角是，磁通量BSsin.Ssin即為面積S在垂直于磁感線方向的投影，稱之為“有效面積”2磁通量的變化21有多種形式，主要有：(1)S、不變，B改變，

5、這時BSsin(2)B、不變，S改變，這時SBsin(3)B、S不變，改變，這時BS(sin2sin1)當(dāng)B、S、中有兩個或三個一起變化時，就要分別計算1、2，再求21了3在t圖象中，其斜率表示磁通量的變化率 . 深化拓展1當(dāng)穿過線圈的磁通量不為零時，線圈轉(zhuǎn)動180，磁通量的變化量并不為零磁通量只有大小，沒有方向，但它有正負(fù)，是一雙向標(biāo)量規(guī)定從一個側(cè)面穿過的磁通量為正，則從另一個側(cè)面穿過的磁通量為負(fù)若勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈的面積為S，原來B和S垂直，則線圈轉(zhuǎn)動180時磁通量的變化量為2BS.2如圖2所示，環(huán)形導(dǎo)線a中有順時針方向的電流，a環(huán)外有一個與它同心的導(dǎo)線圈b，在同一平面內(nèi)當(dāng)a中

6、的電流不變時，增大b的半徑，穿過b的磁通量會怎樣變化？a線圈內(nèi)磁通量向里，在a的外部磁通量向外，向里的磁通量總是大于向外的，總的磁通量向里；當(dāng)b的面積變大，向里的磁通量不變，向外的磁通量變大，總的磁通量變小圖圖23如圖3所示，環(huán)形導(dǎo)線a中有向里的勻強(qiáng)磁場，a環(huán)外有一個與它同心的導(dǎo)線圈b，在同一平面內(nèi)當(dāng)a中的磁場不變時，增大b的半徑，穿過b的磁通量會怎樣變化？由于a環(huán)外沒有磁場，當(dāng)b的半徑增大時，穿過b的磁感線的條數(shù)沒有變化，磁通量不變圖圖3考點(diǎn)二電磁感應(yīng)現(xiàn)象 基礎(chǔ)梳理1電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，電路中有電流產(chǎn)生，這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)2產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件穿

7、過閉合電路的磁通量發(fā)生變化只要使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生 疑難詳析1感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件是：穿過電路的磁通量發(fā)生變化這里不要求閉合無論電路閉合與否，只要磁通量變化了，就一定有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生這好比一個電源：不論外電路是否閉合，電動勢總是存在的但只有當(dāng)外電路閉合時，電路中才會有電流電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果回路閉合，則有感應(yīng)電流，回路不閉合，則只有感應(yīng)電動勢而無感應(yīng)電流2閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割磁感線運(yùn)動時，能產(chǎn)生感應(yīng)電流當(dāng)線圈切割磁感線，但穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化時，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流考點(diǎn)三感應(yīng)電流方向的判定 基礎(chǔ)梳理1右手定則：伸開右

8、手，讓大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入掌心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動的方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流方向如圖4所示圖圖42楞次定律內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，就是感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場，總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化3判斷感應(yīng)電流方向類問題的思路運(yùn)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的基本思路可歸結(jié)為：“一原、二感、三電流”，即為：(1)明確原磁場：弄清原磁場的方向及磁通量的變化情況；(2)確定感應(yīng)磁場：即根據(jù)楞次定律中的“阻礙”原則，結(jié)合原磁場磁通量變化情況，確定出感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的方向；(3)判定電流方向：即根據(jù)感應(yīng)磁場的方向，運(yùn)用安培定則判斷出感應(yīng)電流方向 疑

9、難詳析1楞次定律是普遍規(guī)律，適用于一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象2楞次定律中的因果關(guān)系：楞次定律所提及的電磁感應(yīng)過程中有兩個最基本的因果關(guān)系，一是感應(yīng)電流的磁場(結(jié)果)與原磁場磁通量變化(原因)之間的阻礙與被阻礙的關(guān)系，因此，楞次定律也可表述為：感應(yīng)電流導(dǎo)致的結(jié)果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因；二是感應(yīng)電流與感應(yīng)磁場間的產(chǎn)生和被產(chǎn)生的關(guān)系抓住“阻礙”和“產(chǎn)生”這兩個因果關(guān)聯(lián)點(diǎn)是應(yīng)用楞次定律解決物理問題的關(guān)鍵3起阻礙作用的就是感應(yīng)電流的磁場阻礙的不是原磁場，而是“引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”或原磁場的變化阻礙更不是始終相反，而是“增反減同”當(dāng)原磁場的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場反向；當(dāng)原磁場的磁通量減小時

10、感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同阻礙不是阻止，只是延緩由于“阻礙”，為了維持原磁場的變化，必須有外力克服這一“阻礙”而做功，從而導(dǎo)致其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能楞次定律的本質(zhì)：能的轉(zhuǎn)化與守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的定性體現(xiàn) 深化拓展1導(dǎo)體運(yùn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例，所以判定感應(yīng)電流方向的右手定則也是楞次定律的特例用右手定則能判定的，一定也能用楞次定律來判定只是不少情況下，不如用右手定則判定來得方便簡單反過來，用楞次定律能判定的，用右手定則卻不一定能判斷出來2右手定則與左手定則的區(qū)別：抓住“因果關(guān)系”才能無誤“因動而電”用右手；“因電而動”用左手3要分清產(chǎn)生感應(yīng)電流的“原

11、磁場”與感應(yīng)電流的磁場題型一磁通量變化的分析與計算例1如圖5所示，矩形線圈的面積為S (m2)，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B(T)、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場中，開始時線圈平面與中性面重合求線圈平面在下列情況下的磁通量的改變量繞垂直磁場的軸轉(zhuǎn)過(1)60(2)90(3)180圖圖5解析初位置時穿過線圈的磁通量1BS；轉(zhuǎn)過60時，2BScos60BS/2；轉(zhuǎn)過90時，30；轉(zhuǎn)過180時，4BS，負(fù)號表示穿過面積S的方向和以上情況相反，故(1)121BS/2BSBS/2；(2)231BS；(3)3412BS.負(fù)號可理解為磁通量在減少答案(1)BS/2(2)BS(3)2BS題后反思：由公式BS計算磁通量及磁通量的

12、變化應(yīng)把握好以下幾點(diǎn)：(1)此公式只適用于勻強(qiáng)磁場(2)式中的S是與磁場垂直的有效面積(3)磁通量為雙向標(biāo)量，其正負(fù)表示與規(guī)定的正方向是相同還是相反(4)磁通量的變化量()是指穿過磁場中某一面的末態(tài)磁通量2與初態(tài)磁通量1的差值，即21.如圖6所示，兩個同心放置的同平面的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)平面垂直，則通過兩圓環(huán)a、b的磁量a、b ()圖圖6AabBabCab D無法確定解析：由于磁感線是閉合的曲線，在磁鐵內(nèi)部磁感線由S極指向N極(即向上)，在磁鐵外部磁感線由N極指向S極，且分布在磁鐵外的廣擴(kuò)區(qū)域內(nèi)a、b兩環(huán)的磁通量均可分為兩部分：一部分為磁鐵內(nèi)部磁場，對a、b兩環(huán)向上穿過的條數(shù)相

13、同；另一部分為磁鐵外部向下的磁場，面積大的b環(huán)向下穿過磁感線條數(shù)比a環(huán)多，因此穿過a、b兩環(huán)的磁通量為兩部分抵消后的磁感線的條數(shù)、抵消越多，磁通量越小，所以小面積a環(huán)的磁通量大答案：A題型二楞次定律的應(yīng)用例2(2010荊州模擬)一矩形線圈位于一勻強(qiáng)磁場內(nèi)，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化規(guī)律如圖7所示以I表示線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，取垂直于紙面向里為磁場的正方向，取順時針方向的感應(yīng)電流的方向為正，則圖8的It圖象正確的是 ()圖圖7圖8解析本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象的有關(guān)知識在01時間內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻增大，則產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，由楞次定律可判斷感應(yīng)電流的方向為逆時針方向，A、B錯；C、D兩項的

14、區(qū)別在于46時間內(nèi)感應(yīng)電流的方向，45時間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為負(fù)向增大，因此感應(yīng)電流的磁場方向則為正向，由此可得感應(yīng)電流方向為正向，C對D錯答案C題后反思：楞次定律是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容，常以選擇題的形式出現(xiàn)應(yīng)用時應(yīng)注意：(1)分清“原磁場”和“感應(yīng)電流的磁場”(2)若利用楞次定律的推廣判斷，方法更簡便感應(yīng)電流的磁場總是阻礙物體間的相對運(yùn)動(來者拒，去者留)，可快速判斷出磁鐵與線圈相互作用，線圈的上端為N(或S)極，并進(jìn)而確定出感應(yīng)電流的方向(3)對導(dǎo)體切割磁感線類問題既可用楞次定律判斷，也可用右手定則判斷如圖9所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線

15、框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，并可繞O點(diǎn)擺動金屬線框從右側(cè)某一位置靜止開始釋放，在擺動到左側(cè)最高點(diǎn)的過程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面則線框中感應(yīng)電流的方向是 ()圖圖9AabcdaBdcbadC先是dcbad，后是abcdaD先是abcda，后是dcbad解析：本題考查楞次定律，意在考查考生運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的方法線框從右側(cè)擺到最低點(diǎn)的過程中，穿過線框的磁通量減小，由楞次定律可判斷感應(yīng)電流的方向為dcbad，從最低點(diǎn)到左側(cè)最高點(diǎn)的過程中，穿過線框的磁通量增大，由楞次定律可判斷感應(yīng)電流的方向為dcbad，所以選B.答案：B題型三楞次定律推論的應(yīng)用例3如圖10

16、所示，光滑固定導(dǎo)軌，m、n水平放置，兩根導(dǎo)體棒p、q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時 ()圖圖10Ap、q將互相靠攏Bp、q將互相遠(yuǎn)離C磁鐵的加速度仍為gD磁鐵的加速度小于g解析方法1：假設(shè)條形磁鐵的下端為N極，則當(dāng)其從高處下落時，穿過閉合回路的磁通量向下，且增加，根據(jù)楞次定律可知回路中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向上，由安培定則可判斷感應(yīng)電流的方向為逆時針方向(從上向下看)，再利用左手定則可判斷p、q受力情況如圖11所示，故p、q將互相靠攏，閉合回路的上面為N極，和磁鐵互相排斥，因此，磁鐵的加速度小于g.圖圖11由安培定則可判斷感應(yīng)電流的方向為逆時針方向(從上向下

17、看)，再利用左手定則可判斷p、q受力情況如圖11所示，故p、q將互相靠攏，閉合回路的上面為N極，和磁鐵互相排斥，因此，磁鐵的加速度小于g.若假設(shè)條形磁鐵的下端為S極，仍可得到以上結(jié)論結(jié)合以上分析知，選項A、D正確方法2：條形磁鐵從高處下落接近回路時，穿過閉合回路中的磁通量將增加，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場將阻礙這一磁通量的增加，具體表現(xiàn)應(yīng)為：使回路面積減小延緩磁通量的增加；對磁鐵產(chǎn)生向上的磁場力，延緩磁鐵的下落故選項A、D正確答案AD題后反思：楞次定律推論應(yīng)用阻礙原磁通量的變化增反減同阻礙物體間的相對運(yùn)動來拒去留阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)如圖12，粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線

18、圈當(dāng)一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經(jīng)過時，若線圈始終不動，則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向運(yùn)動趨勢的正確判斷是 ()圖圖12AFN先小于mg后大于mg，運(yùn)動趨勢向左BFN先大于mg后小于mg，運(yùn)動趨勢向左CFN先小于mg后大于mg，運(yùn)動趨勢向右DFN先大于mg后小于mg，運(yùn)動趨勢向右解析：當(dāng)磁鐵沿矩形線圈中線AB正上方通過時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的方向(從上向下看)先逆時針再順時針，則線圈上方先為N極下方先為S極，后改為上方為S極下方為N極則線圈受到的支持力先大于mg后小于mg.水平方向的運(yùn)動趨勢向右所以D正確，A、B、C錯誤答案：D1如圖13所示，同一平面內(nèi)的

19、三條平行導(dǎo)線串有兩個電阻R和r，導(dǎo)體棒PQ與三條導(dǎo)線接觸良好；勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，導(dǎo)體棒的電阻可忽略當(dāng)導(dǎo)體棒向左滑動時，下列說法正確的是 ()圖圖13A流過R的電流為由d到c，流過r的電流為由b到aB流過R的電流為由c到d，流過r的電流為由b到aC流過R的電流為由d到c，流過r的電流為由a到bD流過R的電流為由c到d，流過r的電流為由a到b解析：PQ與cd組成一個閉合回路，PQ與ab也組成一個閉合回路當(dāng)PQ向左滑動時，PQcd回路的磁通量增加，由楞次定律可判得通過R的電流為由cd；PQab回路的磁通量減小，也由楞次定律判得通過r的電流為由ba，所以B正確而A、C、D錯誤答案：B2矩形導(dǎo)

20、線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間變化的規(guī)律如圖14所示若規(guī)定順時針方向為感應(yīng)電流i的正方向，下列it圖15中正確的是 ()圖圖14圖15解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化，產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，A錯第1 s內(nèi)，磁通量垂直于紙面向里均勻增強(qiáng)，由楞次定律可以判定感應(yīng)電流方向為逆時針，為負(fù)，C錯；同理可判定，第4秒內(nèi)感應(yīng)電流方向為逆時針，為負(fù)，故B錯，D正確答案：D3現(xiàn)將電池組、滑線變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電流計及開關(guān)如圖16連接在開關(guān)閉合、線圈A放在線圈B中的情況下，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)當(dāng)他將滑動變阻器的滑動端P向左加速滑動時，電流計

21、指針向右偏轉(zhuǎn)由此可以推斷 ()圖圖16A線圈A向上移動或滑動變阻器的滑動端P向右加速滑動，都能引起電流計指針向左偏轉(zhuǎn)B線圈A中鐵芯向上拔出或斷開開關(guān)，都能引起電流計指針向右偏轉(zhuǎn)C滑動變阻器的滑動端P勻速向左或勻速向右滑動，都能使電流計指針靜止在中央D因為線圈A、線圈B的繞線方向未知，故無法判斷電流計指針偏轉(zhuǎn)的方向解析：由于變阻器滑動頭P向左加速滑動時，可使B中磁通量減少而引起的B中產(chǎn)生的電流為I0，當(dāng)P向右加速滑動時B中磁通量增加，引起的B中感應(yīng)電流為I1，與I0方向相反，所以指針應(yīng)向左偏而線圈A向上移動時，可使B中磁通量減少，引起B(yǎng)中感應(yīng)電流與I0同向，指針向右偏，故A錯；A中鐵芯向上拔出或

22、斷開開關(guān)，激發(fā)的B中感應(yīng)電流與I0同向，電流計指針向右偏轉(zhuǎn)，B正確；C項中應(yīng)有感應(yīng)電流，指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)，故C錯；因為無需明確感應(yīng)電流的具體方向，故D錯答案：B4如圖17所示，ab是一個可以繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動的閉合矩形導(dǎo)體線圈，當(dāng)滑動變阻器R的滑片P自左向右滑動的過程中，線圈ab將 ()圖圖17A靜止不動B順時針轉(zhuǎn)動C逆時針轉(zhuǎn)動D發(fā)生轉(zhuǎn)動，但電源的極性不明，無法確定轉(zhuǎn)動方向解析：題圖中的兩個通電的電磁鐵之間的磁場方向總是水平的，當(dāng)滑動變阻器R的滑片P自左向右滑動的過程中，電路的電流是增大的，兩個電磁鐵之間的磁場也是增大的，閉合導(dǎo)體線圈中的磁通量是增大的，線圈在原磁場中所受的磁場力肯定使線圈向磁通量減少的方向運(yùn)動，顯然只有順時針方向的運(yùn)動才能使線圈中的磁通量減小答案：B5老師做了一個物理小實驗讓學(xué)生觀察：一輕質(zhì)橫桿兩側(cè)各固定一金屬環(huán)，橫桿可繞中心點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動，老師拿一條形磁鐵插向其中一個小環(huán)，后又取出插向另一個小環(huán)，同學(xué)們看到的現(xiàn)象是 ()圖18A磁鐵插向左環(huán)，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動B磁鐵插向右環(huán)，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動C無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都不發(fā)生轉(zhuǎn)動D無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都發(fā)生轉(zhuǎn)動解析：由楞次定律知，只有當(dāng)金屬環(huán)閉合時，線圈中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流，與磁鐵才能產(chǎn)生相互作用B正確，A、C、D錯誤答案：B