xx届高考物理基础知识归纳-电磁感应现象　楞次定律

1 / 10 XX 届高考物理基础知识归纳 :电磁感应现象 楞次定律 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 m 第 1 课时 电磁感应现象 楞次定律 基础知识归纳 1.磁通量 (1)定义：磁感应强度与面积的乘积，叫做穿过这个面的 磁通量 . (2)定义式： BS . 说明：该式只适用于 匀强 磁场的情况，且式中的 S 是跟磁场方向垂直的面积；若不垂直，则需取平面在垂直于磁场方向上的 投影面积 ，即 BS BSsin ， 是 S 与磁场方向的夹角 . (3)磁通量 是 标量 ，但有 正负 . 的正负意义是：从正、反两面哪个面穿入，若从一面穿入为正，则从另一面穿入为负 . (4)单位： 韦伯 ，符号： Wb . (5)磁通量的意义：指穿过某个面的磁感线的 条数 . (6)磁通量的变化： 2 1 ，即末、初磁通量之差 . 磁感应强度 B 不变，有效面积 S 变化时，则 2 / 10 2 1 BS 磁感应强度 B 变化，磁感线穿过的有效面积 S 不变时，则 2 1 BS 磁感应强度 B 和有效面积 S 同时变化时，则 2 1 B2S2 B1S1 2.电磁感应现象 利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流 . (1)产生感应电流的条件： 穿过闭合电路的磁通量发生变化 ，即 0. (2)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，线路中就有感应电动势 . 3.楞次定律 (1)楞次定律： 感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 .楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便 . (2)右手定则 适 用范围：导线切割磁感线产生感应电动势 . 判定方法：伸开右手，让大拇指与四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过掌心，大拇指指向导线运动的方向，其余四指所指方向即为感应电流的方向 . 3 / 10 (3)楞次定律的另一种表述 感应电流总是阻碍产生它的那个原因，表现形式有三种： 阻碍原磁通量的变化； 阻碍物体间的相对运动； 阻碍原电流的变化 (自感 ). 重点难点突破 一、产生感应电流和产生感应电动势的条件是否相同 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，则有感 应电动势而无感应电流 .产生感应电动势的那部分导体相当于电源 . 二、磁通量是标量 ,为什么有正负 任何一个面都有正、反两个面，磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量为正 .反之，则磁通量为负 .所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和 . 三、如何理解楞次定律中 “ 阻碍 ” 一词 1.谁阻碍谁 感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量 . 2.阻碍什么 阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身 . 3.如何阻碍 原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；原磁通量减少时，感应电流的磁场方 向与原磁场方向相同，即 “ 增反减同 ”. 4 / 10 4.阻碍的结果 阻碍并不是阻止，结果是增加的最终还得增加，减少的最终还得减少 . 典例精析 1.楞次定律阻碍相对运动 【例 1】如图甲所示，光滑固定导轨 mN、 PQ 水平放置，两根导体棒 a、 b 平行放于导轨上，形成一个闭合回路 .当条形磁铁从高处下落接近回路时 ( ) A.导体棒 a、 b 将互相靠拢 B.导体棒 a、 b 将互相远离 c.磁铁的加速度仍为 g D.磁铁的加速度小于 g 【解析】以 N 极向下为例： 第一步，原磁场方向：向下 (如图乙所示 ). 第二步，原磁通量变化 ：增加 . 第三步，判断感应电流的磁场方向：感应电流的磁场与原磁场方向相反 (向上 ). 第四步，判断感应电流的方向：利用安培定则确定，俯视为逆时针 . 知道了导体棒 a、 b 中的电流方向，就可根据左手定则判断受力方向： a 受力向右下方， b 受力向左下方，所以导体棒 a、b 将互相靠拢，同时对导轨的压力增加 .根据牛顿第三定律，磁铁受到向上的阻力作用，则加速度小于 g.所以选项 A、 D5 / 10 正确 . 【答案】 AD 【思维提升】此题若直接利用 “ 阻碍相对运动 ” 容易错误判断为导体棒 a、 b 将互相远离 .但仍可用阻碍磁通量变化判断，即磁铁下落 ，闭合回路磁通量增加，故 a、 b 棒会靠拢 . 【拓展 1】如图所示，一水平放置的圆形通电线圈 1 固定，从上向下看电流方向为逆时针方向，另一较小的圆形线圈 2从线圈 1 的正上方下落 .在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则线圈 2 从线圈 1 的正上方下落至线圈 1 的正下方过程中，从上往下看线圈 2(BD) A.有顺时针方向的感应电流 B.先是顺时针方向，后是逆时针方向的感应电流 c.先是逆时针方向，后是顺时针方向的感应电流 D.在线圈 1 的上、下两边的加速度都小于 g 【解析】线圈 1 中电流 (恒定 )建立的磁场方向如图所示 .线圈 2 下落过程中经过线圈 1 正上方时，磁场向上，且磁通量正在增大，由楞次定律可知，线圈 2 中产生的感应电流建立的磁场方向应向下，由安培定则可知线圈 2 中的电流应沿顺时针方向 (俯视 )；当线圈 2 在线圈 1 正下方下落时，穿过线圈 2 中的磁场方向向上，且磁通量正在减小，由楞次定律可知，此时，线圈 2 中产生的感应电流的磁场应与原磁场同向，即向上，再根据安培定则可知，线圈 2 中的感应电流应沿逆6 / 10 时针方向 (俯视 )，如图所示 .当线圈中有感应电流时就会受到力的作用，此作用力向上，要 “ 阻碍 ” 线圈的下降，但不能 “ 阻止 ” ，也就是说磁场力始终小于重力 (两线圈位于同一水平面时等于重力 )，所以线圈 2 在线圈 1 的上、下两边时都向下加速，但加速度都小于 g，所以选项 B、 D 正确 . 2.楞次定律阻碍磁通量的变化 【例 2】如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈 abcd，在细长磁铁的 N 极附近竖直下落，保持 bc 边在纸外， ad 边在纸内，从图中位置 经过位置 到位置 ，位置 和 都很靠近 ，在这个过程中，线圈中感应电流 ( ) A.沿 abcd 方向 B.沿 dcba 方向 c.由 到 是沿 abcd 方向，由 到 是沿 dcba 方向 D.由 到 是沿 dcba 方向，由 到 是沿 abcd 方向 【解析】由条形磁铁的磁场 (如图所示 )可知，线圈在位置 时穿过矩形闭合线圈的磁通量最少 .当线圈从位置 到 ，穿过 abcd 自下而上的磁通量减少，感应电流的磁场阻碍其减少，则在线圈中产生感应电流的方向为 abcd；当线圈从位置 到 ，穿过 abcd 自上而下的磁通量增加，由楞次定律可知感应电流的方向是 abcd.故此题的答案为 A. 【答案】 A 【思维提升】应熟悉几种常见磁体的磁感线分布情况，这样7 / 10 才能判断磁通量变化情况 . 【拓展 2】如图所示，两条互相平行的导线 m、 N 中通过大小相等 、方向相同的电流，导线框 abcd 和两导线在同一平面内，线框沿着与两导线垂直的方向，自右向左在两导线间匀速移动，则在移动过程中线框中的感应电流的方向为 (c) A.先顺时针后逆时针 B.先逆时针后顺时针 c.一直是逆时针 D.一直是顺时针 【解析】 m、 N 之间的磁场是两导线产生的磁场的叠加，可以以 m、 N 两导线之间的中心面 oo 为界，在 oo 右边合磁场的方向垂直纸面向外，在 oo 左边，合磁场的方向垂直纸面向内 .线框从右向左移动到 oo 中间以前，垂直纸面向外穿过线框的磁通量减少；移动到中间时磁通量为零；越过中间向左 时，垂直纸面向内穿过线框的磁通量增加 .由楞次定律可以判断感应电流的方向始终为逆时针方向 . 3.楞次定律的综合应用 【例 3】如图所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线 oo 与磁场边界重合，线圈按图示方向匀速转动 (ab 向纸外， cd 向纸内 ).若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿 abcda 为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是 ( ) 【解析】在第一个 14 周期内，由图可看出磁场的方向，容8 / 10 易得到感应电流方向与规定的正方向相反；在第二个 14 周期内，虽然磁场方向不 变，但线圈平面已经转动， ab 离开磁场， cd 进入磁场，与第一个 14 周期相比，磁感线是从线圈的不同 “ 面 ” 进入线圈平面，由楞次定律可判断电流方向仍与正方向相反；同理，可判断后半个周期电流的方向与正方向相同 .所以选项 A 正确 . 【答案】 A 【思维提升】此题需一定的情景想象力，很多同学误以为ab 边转出磁场后电流方向会发生改变，其实 cd 边马上进入磁场产生的电流方向与未进入前一致，刚进入时感应电流最大 . 【拓展 3】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，当 PQ 在外力的作用下运动时， mN 在磁场 的作用下向右运动，则 PQ 所做的运动可能是 (Bc) 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】要使金属棒 mN 在磁场中运动，必须使其中有电流流过，这只能是线圈 L1 产生感应电流 .根据题意，引起线圈L1 产生感应电源的磁场应是线圈 L2 产生的磁场，这个磁场应由线圈 L2 中的电流产生 .当 PQ 向右运动时，用右手定则可判断出 PQ 中感应电流的方向是由 QP ，由安培定则可判断出穿过 L2、 L1 的磁场方向是自下而上的；若 PQ 向右加速9 / 10 运动，则穿过 L2、 L1 的磁通量增加，用楞次定律可判断出流过 mN 的 感应电流从 mN ，用左手定则可判断出 mN 受到向左的安培力，将向左运动，可见选项 A 不正确 .若 PQ 向右减速运动，流过 mN 的感应电流方向、感应电流所受的安培力的方向均将反向， mN 向右运动，所以选项 c 是正确的 .同理可判断出选项 B 是正确的，而 D 不正确 . 易错门诊 4.电磁感应的现象 【例 4】如图， cDEF 为闭合线圈， AB 为电阻丝 .当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，线圈 cDEF 中的感应电流在 G 处产生的磁感应强度的方向是 “” 时，电源的哪一端是正极？ 【错解】当变阻器的滑动头在最上端时，电阻丝 AB 因被短路而无电流通过 .由此可知，滑动头下移时，流过 AB 中的电流是增加的 .当线圈 cDEF 中的电流在 G 处产生的磁感应强度的方向是 “” 时，由楞次定律可知 AB 中逐渐增加的电流在 G 处产生的磁感应强度的方向是 ” ，再由右手定则可知， AB 中的电流方向是从 A 流向 B，从而判定电源的上端为正极 . 【错因】楞次定律中 “ 感生电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量