高考物理一轮复习 9.1电磁感应现象、感应电流的方向课件.ppt

第九章电磁感应 1 本章内容新 旧考纲的要求相差不大 新考纲增加了对涡流内容的要求 2 考纲对法拉第电磁感应定律的要求 应包含导体棒切割磁感线时产生感应电动势的计算 对公式e blv的要求 只限于b l v三者相互垂直的情况 3 新考纲应当不会出现电磁感应与动量的综合应用 4 新考纲对磁通量内容的要求 已由过去的要求 降为要求 电磁感应这章的知识内容是高考考查的重点 每年都会涉及 1 重点考查的知识有 感应电流方向的判断 楞次定律的应用 导体切割磁感线产生感应电动势的计算 法拉第电磁感应定律的应用等高考热点问题 2 命题方式有以本章内容单独命题的 如2011广东卷第15题 2011海南第6题 2011上海第13题 2011上海第20题 2011北京第19题 2011江苏卷第2题 2012全国新课标19题 江苏第7题 北京第19题 福建第18 题等 更多的是与其他内容的综合命题 如 福建第17题 2011全国卷1第24题 2011海南第16题 2011天津第11题 2011浙江第23题 2011四川第24题 2011重庆第23题 2012全国新课标第20题 山东第20题 江苏第13题 安徽第23题 四川第20题 天津第11题 重庆第21题 广东第35题等 考查的主要题型是选择题和综合性计算论述题 而近几年选择题的侧重点是与电磁感应相关的图象问题 主要涉及的是 t图 b t图 v t图和i t图的相互转换问题 重点考查楞次定律和法拉第电磁感应定律的灵活应用 计算题考查的侧重点则是电磁感应与直流电路的综合应用 电磁感应与牛顿运动定律的综合应用以及电磁感应与功能关系的综合应用 难度一般较大 3 新教材考纲新增了对涡流 涡旋电场 感生电动势的计算等内容的要求 2014年不排除这些内容会被选来命题的可能 教学时应高度重视对这些新增内容的复习 第1节电磁感应现象感应电流的方向 1 概念 穿过某一面积的 2 磁通量的计算 1 公式 2 适用条件 磁场 s是垂直磁场并在磁场中的面积 3 单位 韦伯 wb 1wb 1 磁感线条数 bs 匀强 有效 t m2 一 磁通量 1 产生感应电流的条件穿过闭合电路的发生变化 2 磁通量发生变化的常见情况 1 闭合电路的部分导体做运动 即线圈面积s发生变化导致 变化 2 线圈在磁场中导致 变化 3 变化 随时间 位置变化 导致 变化 如磁体对线圈发生相对运动 磁通量 切割磁感线 转动 磁感应强度 二 电磁感应现象 3 产生感应电动势的条件 1 无论电路是否闭合 只要穿过电路平面的发生变化 电路中就有 产生的那部分导体就相当于电源 2 电磁感应现象的实质就是产生 如果电路闭合 就有感应电流 如果电路不闭合 就只有感应电动势而无感应电流 磁通量 感应电动势 感应电动势 感应电动势 1 右手定则伸开右手 让大拇指跟其余四指 并且都跟手掌在同一 让磁感线垂直穿过掌心 大拇指指向方向 其余四指所指的方向 就是的方向 2 楞次定律 1 内容 感应电流的磁场总是要引起的磁通量的 垂直 平面内 导体的运动 感应电流 阻碍 感应电流 变化 三 感应电流方向的判定 2 应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤 确定研究对象 即明确要判断的是哪个闭合电路中产生的感应电流 确定研究对象所处的磁场的方向及其分布情况 确定穿过闭合电路的磁通量的变化情况 根据楞次定律 判断闭合电路中感应电流的磁场方向 根据安培定则 即右手螺旋定则 判断感应电流的方向 例1如图所示 环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置 若将弹簧沿半径向外拉 使其面积增大 则穿过弹簧所包围面积的磁通量将 a 增大b 减小c 不变d 无法确定如何变化 思路点拨 熟悉条形磁铁的磁感线分布及理解磁通量与磁感线穿过线框平面的方向有正负之分是解题的关键 题型一 磁通量的变化及计算 解析 穿过弹簧所围面积的磁通量应为合磁通量 磁铁内部由s极指向n极的磁通量不变 而其外部由n极指向s极的磁通量随面积的增大而增大 故合磁通量减小 选b 答案 b 方法与知识感悟 1 对磁通量的理解 1 b s的含义 bs只适用于磁感应强度b 与面积s垂直的情况 当b与s平面间的夹角为 时 则有 bssin 可理解为 b ssin 即 等于b与s在垂直于b方向上投影面积的乘积 也可理解为 bsin s 即 等于b在垂直于s方向上的分量与s的乘积 如图 1 所示 2 面积s的含义 s不一定是某个线圈的真正面积 而是线圈在磁场范围内的面积 如图 2 所示 s应为线圈面积的一半 3 多匝线圈的磁通量 多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关 因为不论线圈匝数多少 穿过线圈的磁感线条数相同 而磁感线条数可表示磁通量的大小 4 合磁通量求法 若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在 当计算穿过这个面的磁通量时 先规定某个方向的磁通量为正 反方向的磁通量为负 平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 2 磁通量的变化磁通量可以用穿过某一面积的磁感线条数来形象地定性描述 也可以用公式 bssin 为b与s面的夹角 进行定量的计算 在分析磁通量是否发生变化时 两种描述是统一的 不能有矛盾的结果出现 例如 1 线圈的面积发生变化时磁通量是不一定发生变化的 如图 当线圈面积由s1变为s2时 磁通量并没有变化 2 当磁场范围一定时 线圈面积发生变化 磁通量也可能不变 如图所示 在空间有磁感线穿过线圈s s外没有磁场 如增大s 则 不变 3 磁通量改变的方式 1 线圈跟磁体之间发生相对运动 这种改变方式是s不变而相当于b发生变化 2 线圈不动 线圈所围面积也不变 但穿过线圈面积的磁感应强度是时间的函数 3 线圈所围面积发生变化 线圈中的一部分导体做切割磁感线运动 其实质也是b不变而s增大或减小 4 线圈所围面积不变 磁感应强度也不变 但二者之间的夹角发生变化 如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型例子 例2如图所示 在磁感应强度大小为b 方向竖直向上的匀强磁场中 有一质量为m 阻值为r的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在o点 并可绕o点摆动 金属线框从右侧某一位置由静止释放 在摆动到左侧最高点的过程中 细杆和金属线框平面始终处于同一平面 且垂直纸面 则线框中感应电流的方向是 题型二 感应电流的产生条件及方向判定 a a b c d ab d c b a dc 先是d c b a d 后是a b c d ad 先是a b c d a 后是d c b a d 思路点拨 由原磁场的方向与磁通量的增减判断感应电流的磁场方向 根据右手螺旋定则判断感应电流的方向 解析 本题考查楞次定律 解题时应分清磁场方向及磁通量的变化情况 还应明确线圈的放置方法 考查学生的理解能力和推理能力 由楞次定律可知 在线圈从右侧摆动到o点正下方的过程中 向上的磁通量在减小 故感应电流的方向沿a d c b a 线框从o点正下方向左侧摆动的过程向上的磁通量增大 电流方向沿a d c b a 故选b 答案 b 方法与知识感悟 右手定则适用于部分导体切割磁感线运动时感应电流的方向判定 而楞次定律适用于一切电磁感应现象 是判断感应电流方向的基本方法 例3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 q将互相靠拢b p q将互相远离c 磁铁的加速度仍为gd 磁铁的加速度小于g 思路点拨 1 根据楞次定律判断出感应电流的方向 运用左手定则判断出受力方向 2 根据楞次定律的阻碍效果得出结论 题型三 楞次定律的拓展应用 解析 方法一 假设磁铁的下端为n极 根据楞次定律先判断出p q中的感应电流方向 再根据左手定则可判断p q所受的安培力方向 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 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 本题中的 原因 是回路中的磁通量增加 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 所以p q将相互靠近且磁铁的加速度小于g 答案 ad 方法与知识感悟 1 楞次定律中 阻碍 的含义 2 楞次定律的推广对楞次定律中 阻碍 含义的推广 感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍相对运动 来拒去留 3 使线圈面积有扩大或缩小的趋势 增缩减扩 4 阻碍原电流的变化 自感现象 增反减同 3 相互联系 1 应用楞次定律 必然要用到安培定则 2 感应电流受到的安培力 有时可以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 有时可以直接应用楞次定律的推论确定 例4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在外力作用下运动时 mn在磁场力的作用下向右运动 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 思路点拨 解题的关键是弄清mn运动的原因 pq运动 l2中产生电流 l1中产生电流 mn受安培力作用 题型四 楞次定律 右手定则 左手定则 安培定则的综合应用 答案 bc 方法与知识感悟 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律的比较及应用1 规律比较 2 应用区别关键是抓住因果关系 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 1 如图a所示 m n为两个相同的圆环形线圈 共轴并靠近放置 m线圈中通有如图b所示的交变电流i 箭头方向表示电流的正方向 则 d a t1时刻两线圈间作用力最大b t2时刻两线圈间吸引力最大c 在t1到t2时间内 m n两线圈相互排斥d 在t2到t3时间内 m n两线圈相互排斥 2 2011上海 如图 均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置 当a绕o点在其所在平面内旋转时 b中产生顺时针方向的感应电流 且具有收缩趋势 由此可知 圆环a a 顺时针加速旋转b 顺时针减速旋转c 逆时针加速旋转d 逆时针减速旋转 b 解析 本题考查楞次定律 由题意知 圆环a b电流方向相同 在安培力作用下体现出相互吸引的效果 且根据 增反减同 原则 a环在减速旋转 3 如图所示 在匀强磁场中 mn pq是两根平行的金属导轨 而ab cd为串有电压表和电流表的两根金属棒 它们同时以相同的速度向右运动时 下列说法中正确的是 a 电压表有读数 电流表有读数b 电压表无读数 电流表有读数c 两个表均无读数d 电压表有读数 电流表无读数 c 1 关于产生感应电流的条件 以下说法中错误的是 a 闭合电路在磁场中运动 闭合电路中就一定会有感应电流b 闭合电路在磁场中做切割磁感线运动 闭合电路中一定会有感应电流c 穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间 闭合电路中一定不会产生感应电流d 无论用什么方法 只要穿过闭合电路的磁感线条数发生了变化 闭合电路中一定会有感应电流 abc 巩固基础 解析 电路中是否产生感应电流从下列两个方面来分析 回路是否闭合 闭合回路中的磁通量是否发生变化 c 4 如图所示 闭合的矩形金属框abcd的平面与匀强磁场垂直 现金属框固定不动而磁场运动 发现ab边所受安培力的方向为竖直向上 则此时磁场的运动可能是 a 水平向右平动b 水平向左平动c 竖直向上平动d 竖直向下平动 a 解析 本题考查楞次定律 安培定则 法拉第电磁感应定律的应用 ab受到的力向上 由安培定则可知 ab上电流的方向由b a 由楞次定律可得 线框内的磁通量在增加 磁场向右运动 a项正确 b项错误 当磁场上下运动时 线框内的磁通量不变化 不产生感应电流 c d项错误 提升能力 3 如图所示 光滑无电阻的金属框架mon竖直放置 水平方向的匀强磁场垂直mon平面 质量为m的金属棒ab从 abo 60 的位置由静止释放 两端沿框架在重力作用下滑动 在棒由图示的位置滑动到处于水平位置的过程中 ab中感应电流的方向是 a 始终是a bb 始终是b ac 先是a b 后是b ad 先是b a 后是a b d 解析 棒滑动过程中 所围面积先增大后减小 当ab与om夹角45 时 面积最大 穿过回路的磁通量先增大后减小 依楞次定律 d对 5 如图所示 在匀强磁场中 放着一个平行导轨 与大线圈d相连接 要使放在d中的a线圈 a d两线圈共面 各处受到沿半径指向圆心的力 金属棒mn的运动情况可能是 a 加速向右b 加速向左c 减速向右d 减速向左 ab 解析 a线圈有缩小面积的趋势 一定是d中电流增大 mn一定是加速运动 a b均对 6 如图所示 两个同心放置的共面单匝金属环a和b 一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直放置 设穿过圆环a的磁通量为 a 穿过圆环b的磁通量为 b 已知两圆环的横截面积分别为sa和sb 且sa bc a bd 无法确定 b 7 如图所示 通电螺丝管置于闭合金属环a的轴线上 当螺线管中电流i减少时 a 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小b 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小c 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大d 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大 a 8 如图甲所示 长直导线与闭合金属线框位于同一平面内 长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示 在0 t 2时间内 直导线中电流向上 则在t 2 t时间内 线框中感应电流的方向与所受安培力情况是 a 感应电流方向为顺时针 线框受安培力的合力方向向左b 感应电流方向为逆时针 线框受安培力的合力方向向右 c c 感应电流方向为顺时针 线框受安培力的合力方向向右d 感应电流方向为逆时针 线框受安培力的合力方向向左 解析 在t 2 t时间内 直导线中电流方向向下且逐渐增大 该电流所产生的磁场通过线框的方向是穿出纸面向外且磁通量增加 由楞次定律判断可得 线框中产生的感应电流方向为顺时针 又根据两直导线电流相互作用时 同向相吸 异向相斥的规律可判断 线框所受的合力方向向右 9 某输电线路横穿公路时 要在地下埋线通过 为了保护线路不至于被压坏 预先铺设结实的过路钢管 再让输电线从钢管中穿过 电线穿管的方案有两种 如图所示 甲方案是铺设两根钢管 两条输电线分别从两根钢管中穿过 乙方案是只铺设一根钢管 两条输电线都从这一根钢管中穿过 如果输电导线输送的电流很强大 那么 以下说法正确的是 a 无论输送的电流是恒定电流还是交变电流 甲乙两方案都是可行的b 若输送的电流是恒定电流 甲乙两方案都是可行的 bc c 若输送的电流是交变电流 乙方案是可行的 甲方案是不可行的d 若输送的电流是交变电流 甲方案是可行的 乙方案是不可行的 解析 输电线周围存在磁场 交变电流产生变化的磁场