高考物理一轮复习 第9章 电磁感应 第1讲 电磁感应现象 楞次定律课件 新人教版选修32.ppt

第九章电磁感应 选修3 2 高考对本部分内容考查命题频率极高 大部分以选择题的形式出题 多以中档以上题目来增加试题的区分度 对本考点内容考查命题频率极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的感应电动势的计算等 且要求较高 年年有考 其他象电磁感应现象与磁场 能量等知识相联系的综合题及图象问题在近几年高考中也时有出现 主要的类型有杆 导轨模型问题 线圈穿越有界磁场的问题 电磁感应图象的问题等 此外磁悬浮原理 电磁阻尼 超导技术这些在实际中有广泛应用的问题也经常涉及 1 在复习过程中要特别重视法拉第电磁感应定律和楞次定律与生活实际相联系的问题 2 由于本章内容对学生能力要求较高 在复习中要提高学生对概念规律的理解及综合应用能力 第1讲电磁感应现象楞次定律 知识梳理自测 1 定义匀强磁场中 磁感应强度 b 与 于磁场方向的面积 s 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量 简称磁通 我们可以用穿过这一面积的磁感线条数的多少来形象地理解 2 公式 在国际单位制中 磁通量的单位是 符号是 磁通量 垂直 bs 韦伯 wb 3 公式适用条件 1 匀强磁场 2 磁感线的方向与平面垂直 即b s 思考 如图所示 矩形abcd abb a a b cd的面积分别为s1 s2 s3 匀强磁场的磁感应强度b与平面a b cd垂直 则 1 通过矩形abcd的磁通量为 或 2 通过矩形a b cd的磁通量为 3 通过矩形abb a 的磁通量为 bs1cos bs3 bs3 0 1 电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量 时 电路中有 产生的现象 2 产生感应电流的条件 1 条件 穿过闭合电路的磁通量 2 特例 闭合电路的一部分导体在磁场内做 的运动 3 电磁感应现象的实质产生 如果电路闭合 则有 如果电路不闭合 则只有 而无感应电流 电磁感应现象 发生变化 感应电流 发生变化 切割磁感线 感应电动势 感应电流 感应电动势 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 感应电流方向的判定 阻碍 磁通量 磁通量 2 右手定则 1 使用方法 让磁感线穿入 手手心 使大拇指指向 的方向 则其余四指指向 的方向 2 适用范围 适用于 切割磁感线的情况 右 导体运动 感应电流 部分导体 思考 如图所示 矩形闭合线圈abcd竖直放置 oo 是它的对称轴 通电直导线ab与oo 平行 且ab oo 所在平面与线圈平面垂直 ab中通有如图所示的电流i 请回答 1 穿过线圈abcd中的磁通量为多少 2 ab中电流i逐渐增大 线圈abcd中有感应电流吗 3 要使线圈abcd中产生感应电流 可行的做法有哪些 至少答出两种方法 答案 1 0 2 无 3 使线圈左右平动 以oo 为轴转动 思维辨析 1 磁通量与线圈的匝数无关 2 闭合电路内只要有磁通量 就有感应电流产生 3 感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反 4 感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化 答案 1 2 电路闭合 磁通量发生变化 是产生感应电流的条件 3 感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向可能相同 也可能相反 4 abd 解析 奥斯特发现了电流的磁效应 说明电和磁之间存在联系 选项a正确 安培总结了电流周围磁场方向 根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性 提出了分子电流假说 选项b正确 法拉第在实验中观察到 在通有变化电流的静止导线附近的固定导线圈中 会出现感应电流 选项c错误 楞次在分析了许多实验事实后提出 感应电流应具有这样的方向 即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 选项d正确 b 解析 根据产生感应电流的条件 a中 电路没闭合 无感应电流 b中 面积增大 闭合电路的磁通量增大 有感应电流 c中 穿过线圈的磁感线相互抵消 恒为零 无感应电流 d中 磁通量不发生变化 无感应电流 c c 解析 n极磁单极子穿过超导线圈的过程中 当磁单极子靠近线圈时 穿过线圈的磁通量增加 且磁场方向从上向下 所以由楞次定律可知感应电流方向为逆时针 当磁单极子远离线圈时 穿过线圈的磁通量减小 且磁场方向从下向上 所以由楞次定律可知感应电流方向为逆时针 因此线圈中产生的感应电流方向不变 由于超导线圈中没有电阻 因此感应电流将长期维持下去 故a b d错误 c正确 核心考点突破 1 磁通量的计算 1 公式 bs 此式的适用条件是 匀强磁场 磁感线与平面垂直 如图所示 电磁感应现象的判断 2 在匀强磁场b中 若磁感线与平面不垂直 公式 bs中的s应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积 公式 b scos 中的scos 即为面积s在垂直于磁感线方向的投影 我们称之为 有效面积 3 磁通量有正负之分 其正负是这样规定的 任何一个面都有正 反两面 若规定磁感线从正面穿入为正磁通量 则磁感线从反面穿入时磁通量为负值 若磁感线沿相反的方向穿过同一平面 且正向磁感线条数为 1 反向磁感线条数为 2 则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数 磁通量的代数和 即 1 2 2 磁通量的变化 2 1 其数值等于初 末态穿过某个平面磁通量的差值 分析磁通量变化的方法有 方法一 据磁通量的定义 b s s为回路在垂直于磁场的平面内的投影面积 一般存在以下几种情形 1 投影面积不变 磁感应强度变化 即 b s 2 磁感应强度不变 投影面积发生变化 即 b s 其中投影面积的变化又有两种形式 a 处在磁场的闭合回路面积发生变化 引起磁通量变化 b 闭合回路面积不变 但与磁场方向的夹角发生变化 从而引起投影面积变化 3 磁感应强度和投影面积均发生变化 这种情况较少见 此时不能简单地认为 b s 方法二 根据磁通量的物理意义 通过分析穿过回路的磁感线条数的变化来定性分析磁通量的变化 bc 解题探究 1 通电的长直导线在下方产生的磁场是怎样的 2 产生感应电流的条件是什么 答案 1 垂直纸面向里 离导线越远 磁场越弱 2 电路闭合 有磁通量的变化 解析 a中线圈向右平动 穿过线圈的磁通量没有变化 故a线圈中没有感应电流 b中线圈向下平动 穿过线圈的磁通量减少 必产生感应电动势和感应电流 c中线圈绕轴转动 穿过线圈的磁通量变化 开始时减小 必产生感应电动势和感应电流 d中线圈由于有个缺口不会产生感应电流 故b c正确 类题演练1 c 解析 小磁针能否发生偏转 要看b中能不能产生感应电流 与a连接的电源电动势的大小无关 a错误 只要穿过b的磁通量发生变化 b中就可产生感应电流 小磁针就可以发生偏转 如果磁通量不变 匝数再多也没有用 b错误 线圈a与电池连接的瞬间 b中的磁场从无到有 磁通量发生变化 b中会产生感应电流 小磁针会发生偏转 c正确 线圈a与电池断开瞬间 穿过b的磁场从有到无 b中会产生感应电流 小磁针会发生偏转 d错误 1 感应电流方向判断的两种方法方法一用楞次定律判断方法二用右手定则判断该方法适用于部分导体切割磁感线 判断时注意掌心 四指 拇指的方向 感应电流方向的判断 2 楞次定律和右手定则的关系 1 从研究对象上说 楞次定律研究的是整个闭合回路 右手定则研究的是闭合电路中的一部分导体 即一段导体做切割磁感线运动的情况 2 从适用范围上说 楞次定律适用于磁通量变化引起感应电流的各种情况 包括一部分导体做切割磁感线运动的情况 右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况 因此 右手定则是楞次定律的一种特殊情况 一般来说 若导体不动 回路中磁通量变化 应该用楞次定律判断感应电流方向而不能用右手定则 若是回路中一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流 用右手定则判断较为简单 用楞次定律进行判断也可以 但较为麻烦 顺时针 1 将磁铁n极向下从线圈上方竖直插入线圈l时 发现指针向左偏转 俯视线圈 其绕向为 填 顺时针 或 逆时针 2 当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离l时 指针向右偏转 俯视线圈 其绕向为 填 顺时针 或 逆时针 逆时针 解题探究 1 条形磁铁n极下方的磁场是如何分布的 条形磁铁左侧的磁场是如何分布的 2 指针向左偏转 在螺线管内电流如何流 指针向右偏转 在螺线管内电流如何流 答案 1 条形磁铁n极下方的磁场方向向下 从上向下磁场逐渐变弱 条形磁铁左侧的磁场方向向上 从右向左磁场逐渐变弱 2 指针向左偏转 在螺线管内电流从b流向a 指针向右偏转 在螺线管内电流从a流向b 解析 1 将磁铁n极向下插入 穿过线圈l的磁场方向向下 磁通量变大 由楞次定律知感应电流的磁场方向向上 由于指针向左偏转 知螺线管内电流方向由b流向a 结合安培定则判断线圈绕向为顺时针 2 磁铁向右远离l时 穿过线圈l的磁场方向向上 磁通量变小 由楞次定律知感应电流的磁场方向向上 由于指针向右偏转 知螺线管内电流方向由a流向b 结合安培定则判断线圈绕向为逆时针 类题演练2 b 解析 北半球的地磁场的竖直分量向下 由右手定则可判定飞机无论向哪个方向飞行 由飞行员的角度看均为左侧机翼电势较高 对楞次定律中 阻碍 的含义可以推广为感应电流的效果 总是阻碍产生感应电流的原因概括如下 1 当回路的磁通量发生变化时 感应电流的效果就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 导体间的 相对运动 即 来拒去留 3 当回路可以形变时 感应电流可以使线圈面积有扩大或缩小的趋势 即 增缩减扩 4 当回路磁通量变化由自身电流变化引起时 感应电流的效果是阻碍原电流的变化 自感现象 即 增反减同 楞次定律的推论 解析 当磁铁向铜环运动时 穿过铜环的磁通量增加 铜环内产生感应电流 感应电流的效果就阻碍相对运动 即铜环向右摆动 a 类题演练3 b 解析 磁铁靠近两环时 两环内都产生感应电流 由 来拒去留 得两环都向左运动 但运动过程中 右环加速快 则两环间距减小 ad 解析 方法一 假设磁铁的下端为n极 穿过回路的磁通量增加 根据楞次定律可判断感应电流的磁场方向向上 根据安培定则可判断出回路中感应电流方向为逆时针方向 再根据左手定则可判断p q所受的安培力的方向 安培力使p q相互靠拢 由于回路所受的安培力的合力向下 根据牛顿第三定律知 磁铁将受到向上的反作用力 从而加速度小于g 若磁铁的下端为s极 根据类似的分析可以得出相同的结果 所以a d选项正确 方法二 根据楞次定律的另一种表述 感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因 本题的 原因 是回路中磁通量的增加 归根结底是磁铁靠近回路 效果 便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近 根据 增缩减扩 和 来拒去留 可知p q将相互靠近且磁铁的加速度小于g d 解析 条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时 通过线圈的磁通量先增加后又减小 当通过线圈磁通量增加时 为阻碍其增加 在竖直方向上线圈有向下运动的趋势 或从安培力的角度分析 所以线圈受到的支持力大于其重力 在水平方向上有向右运动的趋势 当通过线圈的磁通量减小时 为阻碍其减小 在竖直方向上线圈有向上运动的趋势 所以线圈受到的支持力小于其重力 在水平方向上有向右运动的趋势 综上所述 线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力 运动趋势总是向右 d选项正确 其他选项错误 阶段培优微专题 一定律 三定则的综合应用1 一定律 三定则的比较 2 相互联系 1 应用楞次定律 一般要用到安培定则 2 研究感应电流受到的安培力 一般先用右手定则确定电流方向 再用左手定则确定安培力的方向 有时也可以直接应用楞次定律的推论确定 bc 解题探究 1 如何判断mn所在处的磁场方向 由mn的运动方向 如何进一步判断mn中的电流方向 2 如何判断线圈l1中的磁场方向和l2中磁场的方向及变化情况 3 如何判断pq的运动情况 答案 1 根据安培定则判断ab中电流产生的磁场方向 进而确定mn处的磁场方向为垂直纸面向里 再由左手定则判断mn中电流的方向 应为由