复习方略高考物理一轮复习 9.1电磁感应现象 楞次定律课件 沪科版选修32.ppt

选修3 2第九章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律 知识点1磁通量 思维激活1 多选 如图所示 ab是水平面上一个圆的直径 cd为平行于ab的弦 在过ab的竖直平面内有一通电导线ef 且ef平行于ab 下列情况下 穿过圆的磁通量发生变化的是 a 导线中电流变大b ef竖直向上平移c 以ab为轴转过90 d ef水平移动到弦cd上方 解析 选c d 直线电流产生的磁场在ab外侧的半个圆中磁通量向下 ab内侧的半个圆中磁通量向上 因两半圆相对于ef对称 所以整个圆面积的磁通量为零 a b均错 移到cd上方后 cd两侧圆相对于ef不再对称 磁通量不为零 因此d对 以ab为轴转过90 后磁通量不为零 c对 知识梳理 1 定义 在磁感应强度为b的 中 与磁场方向 的面积s和b的乘积 2 公式 3 单位 1wb 匀强磁场 垂直 bs 1t m2 知识点2电磁感应现象 思维激活2 多选 下列情形中金属框或线圈中能产生感应电流的是 解析 选b c d a图中b s都不变 由 bs可知 不变 不产生感应电流 b中金属框在磁场中面积减小 磁通量变小 产生感应电流 c中随金属框向右移动 穿过金属框向里的磁通量减小 向外的磁通量增加 产生感应电流 d中磁铁靠近线圈 穿过线圈的磁通量增加 产生感应电流 知识梳理 1 电磁感应现象 当闭合电路的 发生改变时 电路中有 产生的现象 2 产生感应电流的条件 1 电路 2 磁通量 3 电磁感应现象的两种情况 1 闭合电路中部分导体切割 运动 2 穿过闭合回路的磁通量 4 能量转化 发生电磁感应现象时 机械能或其他形式的能转化为 磁通量 感应电流 闭合 变化 磁感线 发生变化 电能 知识点3楞次定律 思维激活3 多选 下列各图是验证楞次定律实验的示意图 各图中分别标出了磁铁的极性 磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况 其中与事实相符的是 解析 选c d a图中磁铁向下运动 穿过线圈的磁通量在向下增加 由楞次定律知感应电流的磁场阻碍原磁场的增加 方向向上 再由安培定则可以判断a中感应电流的方向与图中相反 所以a错 同理得b错 c d正确 知识梳理 1 楞次定律 1 内容 感应电流的磁场总要 引起感应电流的 的变化 2 适用范围 适用于一切回路 变化的情况 2 右手定则 1 内容 磁感线穿入 手手心 大拇指指向 的方向 其余四指指向 的方向 2 适用范围 适用于 切割磁感线 阻碍 磁通量 磁通量 右 导体运动 感应电流 部分导体 微点拨 1 对磁通量的两点提醒 1 公式 bs中 s为垂直于磁场方向的面积 2 穿过某个面有方向相反的磁场 则不能直接用 bs求解 应考虑相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量 2 楞次定律的三个易混点 1 阻碍 的不是磁通量 而是磁通量的变化 2 阻碍 不是阻止 感应电流磁场无法阻止原磁通量的变化 3 阻碍 不是相反 感应电流磁场方向与原磁场方向不一定相反 考点1电磁感应现象是否发生的判断1 判断电磁感应现象是否发生的一般思路 1 明确研究的是哪条闭合回路 2 理清该闭合回路内的磁场分布情况 并确定该回路中磁通量是否变化 若磁通量发生变化 则回路中有感应电流 若磁通量没有发生变化 则回路中无感应电流 解题技巧 2 穿过闭合电路的磁通量发生变化 大致有以下几种情况 1 磁感应强度b不变 线圈面积s发生变化 例如 闭合电路的一部分导体切割磁感线时 2 线圈面积s不变 磁感应强度b发生变化 例如 线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生 而螺线管中的电流变化时 3 磁感应强度b和回路面积s同时发生变化 此时可由 1 0计算并判断磁通量是否变化 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 例如 线圈在磁场中转动时 题组通关方案 典题1 2014 东营模拟 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 解题探究 1 电流计要实现偏转 所在电路必须具备两个条件 电路 穿过回路的 发生变化 2 开关闭合后 当滑动变阻器的滑片p匀速或加速滑动时 b线圈中磁通量是否发生变化 提示 p匀速或加速滑动 a线圈中的电流大小都发生变化 a产生的磁场变化 都会引起b线圈中磁通量的变化 闭合 磁通量 典题解析 选a 开关闭合后 线圈a插入或拔出都能改变线圈b的磁通量 产生感应电流 所以a正确 b c两选项中的条件都能引起线圈b磁通量的变化 都能产生感应电流 所以b c错误 不论p加速 匀速还是减速滑动 都能引起线圈a中电流改变 进而引起线圈b磁通量的变化 产生感应电流 所以d错 通关1 1 1 多选 2014 济南模拟 一矩形线圈在匀强磁场中向右做加速运动 如图所示 下列说法正确的是 a 线圈中无感应电流 有感应电动势b 线圈中有感应电流 也有感应电动势c 线圈中无感应电流 无感应电动势d a b c d各点电势的关系是 a b a d 解析 选a d 由于穿过线圈的磁通量不变 故线圈中无感应电流 但有感应电动势 b c错误 a正确 根据右手定则可确定 a b a d d正确 2 如图所示的条形磁铁的上方放置一矩形线框 线框平面水平且与条形磁铁平行 则线框在由n端匀速平移到s端的过程中 线框中的感应电流的情况是 a 线框中始终无感应电流b 线框中始终有感应电流c 线框中开始有感应电流 当线框运动到磁铁中部上方时无感应电流 以后又有了感应电流d 开始无感应电流 当运动到磁铁中部上方时有感应电流 后来又没有感应电流 解析 选b 条形磁铁中部磁性较弱 两极磁性最强 线圈从左向右移动过程中 线圈中磁通量先减小后反方向增大 因此线圈中始终有感应电流 故选b 加固训练 1 多选 2014 深圳模拟 如图所示 一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中 下列做法中能使圆盘中产生感应电流的是 a 圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动b 圆盘以某一水平直径为轴匀速转动c 圆盘在磁场中向右匀速平移d 匀强磁场均匀增加 解析 选b d 只有当圆盘中的磁通量发生变化时 圆盘中才产生感应电流 当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动或圆盘在磁场中向右匀速平移时 圆盘中的磁通量不发生变化 不能产生感应电流 a c错误 当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动或匀强磁场均匀增加时 圆盘中的磁通量发生变化 圆盘中将产生感应电流 b d正确 2 多选 如图所示 a b是平行金属导轨 匀强磁场垂直导轨平面 c d是分别串有电压表和电流表的金属棒 它们与导轨接触良好 当c d在导轨上运动时 下列哪种情况中两表均有示数 a c d以相同速度向右运动b c d以相同速率相向运动c c d均向右运动 且vc vdd d不动 c向左运动 解析 选b c d 电表中有电流流过时 电表才会有示数 a中回路的磁通量不变 不会产生感应电流 故两表均无示数 b c d中磁通量均发生变化 产生感应电流 故两表均有示数 故选b c d 学科素养升华 正确判断磁通量变化情况 1 需要对典型磁场的磁感线有比较清晰的认识 例如 直线电流的磁场 条形磁铁的磁场等 2 磁感应强度大小等于垂直磁场方向单位面积上磁感线条数 3 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 4 依据公式 bssin 是b与s的夹角 确定磁通量与哪些因素有关 考点2对楞次定律的理解及应用1 楞次定律中 阻碍 的含义 1 谁阻碍谁 感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场 原磁场 的磁通量变化 2 阻碍什么 阻碍的是磁通量变化 而不是阻碍磁通量本身 3 如何阻碍 当磁通量增加时 感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 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 阻碍效果 阻碍并不是阻止 只是延缓了磁通量的变化 这种变化将继续进行 深化理解 2 楞次定律与能量守恒定律 楞次定律在本质上就是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现 发生电磁感应现象时 感应电流所受安培力会阻碍产生感应电流的原因 因此必须有外力克服安培力做功 而克服安培力做功的过程就是将其他形式的能量转化成电能的过程 3 应用楞次定律判断感应电流方向的分析步骤 1 明确研究对象 确定研究的是哪一个闭合回路 2 分析原因 分析该回路中原磁通量的变化情况 3 增反减同 根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场的方向 4 方向判定 根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向 题组通关方案 典题2 2014 厦门模拟 长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动 如图甲所示 长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电 i imsin t i t图像如图乙所示 规定沿长直导线向上的电流为正方向 关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向 下列说法正确的是 a 由顺时针方向变为逆时针方向b 由逆时针方向变为顺时针方向c 由顺时针方向变为逆时针方向 再变为顺时针方向d 由逆时针方向变为顺时针方向 再变为逆时针方向 解题探究 本题可结合表格分时段分析 逆 向里减小 顺 顺 向外减小 逆 典题解析 选d 0 和 t过程中电流向上增加和向下减小 穿过线圈的磁通量向里增加和向外减小 由楞次定律知感应电流的磁场都是向外的 根据安培定则 产生的感应电流都为逆时针方向 同理过程中感应电流都为顺时针方向 所以选d 通关1 1 1 电阻r 电容c与一线圈连成闭合回路 条形磁铁静止于线圈的正上方 n极朝下 如图所示 现使磁铁开始自由下落 在n极接近线圈上端的过程中 流过r的电流方向和电容器极板的带电情况是 a 从a到b 上极板带正电b 从a到b 下极板带正电c 从b到a 上极板带正电d 从b到a 下极板带正电 解析 选d 穿过线圈的磁场方向向下 磁铁接近时 线圈中磁通量增加 由楞次定律知 产生的感应电流的磁场方向向上 由安培定则可知 流过r的电流方向是从b到a b电势高于a 故电容器下极板带正电 d正确 2 多选 2013 海南高考 如图 在水平光滑桌面上 两相同的矩形刚性小线圈分别叠放在固定的绝缘矩形金属框的左右两边上 且每个小线圈都各有一半面积在金属框内 在金属框接通逆时针方向电流的瞬间 a 两小线圈会有相互靠拢的趋势b 两小线圈会有相互远离的趋势c 两小线圈中感应电流都沿顺时针方向d 左边小线圈中感应电流沿顺时针方向 右边小线圈中感应电流沿逆时针方向 解析 选b c 金属框接通电流的瞬间 两个小线圈的磁通量均增大 根据楞次定律 为了阻碍磁通量的增大 它们必须相互远离 选项a错误 b正确 由环形电流的磁场分布规律知两小线圈中原磁场方向均垂直纸面向外 根据 增反减同 原则得 c正确 d错误 加固训练 1 如图所示 当磁场的磁感应强度b增强时 内 外金属上的感应电流的方向应为 a 内环顺时针 外环逆时针b 内环逆时针 外环顺时针c 内 外环均为顺时针d 内 外环均为逆时针 解析 选a 磁场增强 则穿过回路的磁通量增大 故感应电流的磁场向外 由安培定则知电流对整个电路而言应沿逆时针方向 即外环逆时针 内环顺时针 a正确 2 多选 2014 泰州模拟 如图所示 螺线管内有一平行于轴线的匀强磁场 规定图中箭头所示方向为磁感应强度b的正方向 螺线管与u形导线框cdef相连 导线框cdef内有一半径很小的金属圆环l 圆环与导线框cdef在同一平面内 当螺线管中磁感应强度随时间按图示规律变化时 a 在t1时刻 金属圆环l内磁通量最大b 在t2时刻 金属圆环l内磁通量最大c 在t1 t2时间内 金属圆环l内有逆时针方向的感应电流d 在t1 t2时间内 金属圆环l有收缩趋势 解析 选b d t1时刻 穿过螺线管的磁通量最大 但磁通量的变化率为零 因此闭合回路中感应电流为零 金属圆环中磁通量为零 在t2时刻 螺线管中磁通量为零 但磁通量变化率最大 因此在闭合回路中感应电流最大 金属圆环l内磁通量最大 因此a错误 b正确 在t1 t2时间内 螺线管中磁感应强度正向减小 且变化率增大 因此闭合回路中有逆时针方向增大的电流 那么穿过金属圆环的磁通量向外且增大 因此金属圆环中有顺时针方向电流且有收缩趋势 因此d正确 c错误 学科素养升华 电磁感应现象中的两个磁场 1 原磁场 引起电磁感应现象的磁场 做题时需要首先明确原磁场分布特点 大小 方向 以及穿过闭合回路的磁场变化情况 2 感应电流磁场 感应电流产生的磁场 阻碍原磁场变化 根据 增反减同 可以判断出感应电流磁场方向 3 感应电流的方向 在确定感应电流的磁场方向后 再由安培定则判断感应电流的方向 考点3楞次定律 右手定则 左手定则 安培定则的综合应用1 三个定则一个定律 的比较 对比分析 2 三个定则和一个定律的因果关系 1 因电而生磁 i b 安培定则 2 因动而生电 v b i安 右手定则 3 因电而受力 i b f安 左手定则 4 因磁而生电 b i安 楞次定律 题组通关方案 典题3 2014 南通模拟 如图所示 导轨间的磁场方向垂直于纸面向里 圆形金属环b正对电磁铁a 下列对于导线mn在导轨上的运动及圆形金属环b中感应电流的判断正确的是 a 无论mn如何运动 金属圆环b中都有感应电流b 只有mn匀速运动时 金属圆环b中才有感应电流c mn向右加速与向右减速时 金属圆环b中的感应电流方向相同d mn向右加速与向左减速时 金属圆环b中的感应电流方向相同 解题探究 1 定则或定律的选取 判断导线mn所在回路中的电流方向时采用 定则 判断a线圈中感应电流产生的磁场方向时采用 定则 判断金属圆环b中产生的感应电流的方向时采用 和 2 线圈a中的磁场如何变化 b环才能向右运动 提示 b环向右运动说明穿过b环的原磁通量减小 线圈a中磁场减弱 右手 安培 楞次定律 安培定则 典题解析 选d mn匀速运动时a线圈电流恒定 周围磁场不变 穿过b的磁通量不变 b环中没有感应电流 a b错 mn向右加速与向右减速时 在b中产生的效果分别是磁通量向左增加和向左减小 根据楞次定律和安培定则可判定b环中的感应电流方向相反 c错 mn向右加速与向左减速时 在b中产生的效果分别是磁通量向左增加和向右减小 根据楞次定律得 两种情况下b环中感应电流的磁场都向右 再根据安培定则判断出 两种情况下b环中感应电流方向相同 d正确 通关1 1 1 拓展延伸 结合 典题3 回答下列问题 1 导线mn向右加速滑动时 m n两点中哪点的电势较高 提示 由右手定则得 m点电势高 2 如果b被a吸引 则导线mn在导轨上应沿水平方向做何种运动 提示 b被a吸引说明a的磁场减弱 mn切割磁感线产生的电动势减小 由e blv得mn做减速运动 2 多选 如图所示 光滑平行金属导轨pp 和qq 都处于同一水平面内 p和q之间连接一电阻r 整个装置处于竖直向下的匀强磁场中 现垂直于导轨放置一根导体棒mn 用一水平向右的力f拉动导体棒mn 以下关于导体棒mn中感应电流方向和它所受安培力方向的说法正确的是 a 感应电流方向是n mb 感应电流方向是m nc 安培力水平向左d 安培力水平向右 解析 选a c 方法一 由右手定则知 mn中感应电流方向是n m 再由左手定则可判知 mn所受安培力方向垂直导体棒水平向左 方法二 由楞次定律知 感应电流的产生 必须阻碍引起感应电流的原因 本题中 感应电流是由于mn相对于磁场向右运动引起的 则安培力必然阻碍这种相对运动 由安培力既垂直于电流又垂直于磁场方向可判知 mn所受安培力方向必须垂直于mn水平向左 再由左手定则 容易判断出感应电流的方向是n m 故正确选项为a c 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 在垂直导轨方向上放着金属棒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ab向右匀速运动时 b点电势高于a点 c与d点等电势c 当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b d ab棒向右匀速运动时 根据右手定则判定感应电流方向由a指向b 因此b点电势高 由于感应电动势大小不变 因此穿过两线圈磁通量不变 故在右线圈中不会产生感应电流 故c d等电势 因此a错 b对 ab棒向右加速运动时 在右线圈中磁通量向上且增加 故产生的感应电流由d经r指向c 因此d点电势高 c错 d对 加固训练 1 如图所示 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 a 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 解析 选b 根据右手定则可判断pq中电流由p到q q处电势最高 p处电势最低 由p到q电势依次升高 外电路中的电流方向总是从高电势流向低电势处 因此流过r的电流为由c到d 流过r的电流为由b到a 2 如图所示 金属棒ab置于水平放置的金属导体框架cdef上 棒ab与框架接触良好 从某一时刻开始 给这个空间施加一个斜向上的匀强磁场 并且磁场均匀增加 ab棒仍静止 在磁场均匀增加的过程中 关于ab棒受到的摩擦力 下列说法正确的是 a 摩擦力大小不变 方向向右b 摩擦力变大 方向向右c 摩擦力变大 方向向左d 摩擦力变小 方向向左 解析 选b 由法拉第电磁感应定律和安培定则知 ab中产生的电流的大小恒定 方向由b到a 由左手定则 ab受到的安培力方向向左下方 f bil 由于b均匀变大 f变大 f的水平分量fx变大 静摩擦力ff fx变大 方向向右 b正确 学科素养升华 程序性思维在楞次定律中的应用程序性思维属于定势思维的一种 是指在研究某类问题时所遵循的程序化的思考方法和思路 在使用 程序法 处理问题时应注意以下两点 1 根据题目类型制定一严谨 简洁的解题程序 2 在分析和解决问题时 要严格按照解题程序进行 这样可以规范解题过程 减少失误 节约时间 应用楞次定律判断感应电流方向的解题程序如下 资源平台 电磁感应中的二次感应问题 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的左边有一闭合电路 当pq在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b c mn向右运动 说明mn受到向右的安培力 因为ab在mn处产生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l2中磁场方向向上减弱或磁场方向向下增强 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 故b c正确 思想方法之8 因果联系分析法 在电磁感应现象中的应用1 方法概述 因果分析法是指在解题过程中依据事物之间的前后相连 先行后续的因果关系去分析 推断事物的原因或结果的一种思维方法 2 利用因果分析法进行主观性推断的两种情形 1 据因推果 根据某种原因 预见它可能产生的结果 2 执果索因 根据某种结果 探究产生或导致这种结果的原因 3 电磁感应现象中因果关系分析 楞次定律的另一种表述是 感应电流的效果 结果 总是要反抗产生感应电流的原因 这里产生感应电流的原因 既可以是磁通量变化也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变 具体分析如下 1 当电路的磁通量发生变化时 感应电流的效果就阻碍变化阻碍原磁通量的变化 即增反减同 2 当出现引起磁通量变化的相对运动时 感应电流的效果就阻碍变化阻碍 导体间的 相对运动 即 来时拒 去时留 感应电流所受安培力总阻碍导体棒相对磁场的运动 3 当线圈自身的电流发生变化时 感应电流的效果就阻碍原来的电流发生变化 自感现象 案例剖析 典题例证深度剖析 2012 新课标全国卷 如图 一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内 线框在长直导线右侧 且其长边与长直导线平行 已知在t 0到t t1的时间间隔内 直导线中电流i发生某种变化 而 线框中感应电流总是沿顺时针方向 线框受到的安培力的合力先水平向左 后水平向右 设电流i正方向与图中箭头方向相同 则i随时间t变化的图线可能是 精讲精析 选a 本题采用逐选项分析的思路求解较为复杂 可从题干给出的结果出发对原因进行分析 1 由题干信息 可知 感应电流的磁场方向垂直纸面向里 故直线电流的磁场开始应向里减弱或向外增强 2 由题干信息 可知 直线电流的磁场开始时应减弱 之后增强 综上可知 选项a正确 自我小测 小试身手固本强基1 多选 如图所示 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 a p