第九章 第1讲 电磁感应现象楞次定律

选修3 2第九章电磁感应楞次定律和自感现象第1讲电磁感应现象楞次定律 知识点1磁通量 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 知识点2电磁感应现象 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 发生变化 感应电流 发生变化 切割磁感线 3 产生电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生 如果回路闭合则产生 如果回路不闭合 则只产生 而不产生 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 感应电动势 感应电流 感应电动势 感应电流 电能 知识点3楞次定律 阻碍 磁通量 导体运动 切割磁感线 思考辨析 1 闭合电路内只要有磁通量 就有感应电流产生 2 电路的磁通量变化 电路中就一定有感应电流 3 线框不闭合时 即使穿过线框的磁通量发生变化 线框中也没有感应电流产生 4 由楞次定律知 感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反 5 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 分析 产生感应电流的条件 一是闭合电路 二是磁通量变化 有磁通量而不变化 是不会产生感应电流的 故 1 错误 磁通量发生变化 若电路不闭合 也不会产生感应电流 2 错误 线框不闭合 不管磁通量如何变化 电路中都没有感应电流产生 故 3 正确 由楞次定律的内容知 原磁场引起回路磁通量增加时 感应电流磁场与原磁场方向相反 原磁场引起磁通量减少时 两磁场方向相同 4 错误 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化 5 正确 考点1电磁感应现象的判断 考点解读 判断电磁感应现象是否发生的一般流程 解题技巧 典例透析1 如图所示 一个U形金属导轨水平放置 其上放有一个金属导体棒ab 有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面 且与竖直方向的夹角为 在下列各过程中 一定能在轨道回路里产生感应电流的是 A ab向右运动 同时使 减小B 使磁感应强度B减小 角同时也减小C ab向左运动 同时增大磁感应强度BD ab向右运动 同时增大磁感应强度B和 角 0 90 解题探究 1 产生感应电流的条件是什么 提示 穿过闭合回路的磁通量发生变化 2 在匀强磁场中 回路的面积保持不变 能否产生感应电流 提示 可能产生感应电流 当回路与磁场的夹角不同时 磁通量发生变化 回路中产生感应电流 解析 选A 设此时回路面积为S 据题意 磁通量 BScos 对A S增大 减小 cos 增大 则 增大 A正确 对B B减小 减小 cos 增大 可能不变 B错 对C S减小 B增大 可能不变 C错 对D S增大 B增大 增大 cos 减小 可能不变 D错 总结提升 判断能否产生电磁感应现象 关键是看回路的磁通量是否发生了变化 磁通量的变化量 2 1有多种形式 主要有 1 S 不变 B改变 这时 B Ssin 2 B 不变 S改变 这时 S Bsin 3 B S不变 改变 这时 BS sin 2 sin 1 变式训练 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 圆盘在磁场中向下匀速平移 解析 选B 圆盘绕过圆心的竖直轴转动和在磁场中匀速平移 都不会使其磁通量发生变化 故不会有电磁感应现象 A C D错误 圆盘绕水平轴转动会使圆盘中的磁通量发生变化 故有感应电流产生 B正确 考点2对楞次定律的理解及应用 考点解读 楞次定律中 阻碍 的含义 深化理解 典例透析2 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 规定沿长直导线方向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 分析直线电流的变化情况 明确在一个周期内 1 穿过线框的磁通量的变化 2 感应电流的磁场方向变化 3 感应电流的方向变化 向里变大 向里变小 向外变大 向外变小 向外 向里 向里 向外 逆时针 顺时针 顺时针 逆时针 解析 选D 将一个周期分为四个阶段 在时 长直导线中的电流向上 逐渐增大 线框中的磁通量向纸里变大 根据楞次定律知感应电流的磁场方向垂直纸面向外 根据安培定则知感应电流沿逆时针方向 在长直导线中的电流向上 逐渐变小 线框中的磁通量向纸里变小 感应电流的磁场垂直纸面向里 感应电流方向沿顺时针方向 在长直导 线中的电流向下 逐渐变大 感应电流的磁场垂直纸面向里 感应电流方向沿顺时针方向 在长直导线中的电流向下 逐渐变小 线框中的磁通量向纸外变小 感应电流的磁场垂直纸面向外 感应电流方向沿逆时针方向 故A B C均错 D对 总结提升 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 1 掌心 磁感线垂直穿入 2 拇指 指向导体运动的方向 3 四指 指向感应电流的方向 变式训练 2013 海南高考改编 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逆时针方向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 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 D均错误 变式备选 如图所示 当磁场的磁感应强度B增强时 内 外金属环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 考点3三个定则的综合应用 考点解读 1 三个定则与一个定律 的适用情况 对比分析 2 三个定则的因果关系三个定则容易相混 特别是左 右手易错用 抓住因果关系是关键 1 因电而生磁 I B 安培定则 2 因动而生电 v B I 右手定则 3 因电而受力 I B F安 左手定则 典例透析3 如图所示 导轨间的磁场方向垂直于纸面向里 当导线MN在导轨上向右加速滑动时 正对电磁铁A的圆形金属环B中 A 无感应电流B 可能有 也可能没有感应电流C 有感应电流 且B被A吸引D 有感应电流 且B被A排斥 解题探究 分析导线MN的运动 对金属环B 1 如何判定B中有无感应电流 提示 根据MN做加速运动 可得电磁铁A中的磁场变强 从而知穿过金属环B的磁通量变大 故B环中有感应电流 2 如何判定B与A之间的力是引力还是斥力 提示 利用右手定则判断MN中感应电流方向 可知A中电流方向 用楞次定律判断B中电流方向 从而确定磁场方向 进一步知道A与B之间作用力的情况 解析 选D MN向右加速滑动 根据右手定则 MN中的电流方向从N M 且大小在逐渐变大 根据安培定则知 电磁铁A的左端为N极 且磁场强度逐渐增强 再根据楞次定律可知 B环中的感应电流产生的内部磁场方向向右 B被A排斥 故只有D正确 互动探究 1 在典例透析3中导线MN在导轨上向右加速滑动时 M N两点中哪点电势较高 2 在典例透析3中 如果B被A吸引 则导线MN在导轨上应沿水平方向做什么运动 解析 1 导线MN在导轨上向右加速滑动时 由右手定则可以判断M点电势高于N点电势 2 如果B被A吸引 根据楞次定律可知 电磁铁A的磁场减弱 流过电磁铁A的电流减小 则导线MN在导轨上应做减速运动 即导线MN向右做减速运动或向左做减速运动 答案 1 M 2 向右或向左做减速运动 总结提升 应用左手定则和右手定则的注意事项 1 右手定则与左手定则的区别 抓住 因果关系 才能无误 因动而电 用右手 因电而动 用左手 2 使用中左手定则和右手定则很容易混淆 为了便于区分 可把两个定则简单地总结为 通电受力用左手 运动生电用右手 力 的最后一笔 丿 方向向左 用左手 电 的最后一笔 乚 方向向右 用右手 资源平台 电磁感应中的二次感应问题如图所示 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 向右加速运动或向左减速运动B 向左加速运动或向右减速运动C 向右匀速运动D 向左匀速运动 规范解答 选B 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正确 1 如图所示 能产生感应电流的是 解析 选B A图中线圈没闭合 无感应电流 B图中磁通量增大 有感应电流 C图中导线在圆环的正上方 不论电流如何变化 穿过线圈的磁感线相互抵消 磁通量恒为零 也无感应电流 D图中的磁通量恒定 无感应电流 故选B 2 2014 泉州模拟 如图所示 光滑水平面上存在有界匀强磁场 直径与磁场宽度相同的金属圆形线框以一定的初速度斜向匀速通过磁场 在必要的时间段内施加必要的水平拉力保证其匀速运动 则 A 金属框内感应电流方向先顺时针再逆时针B 金属框内感应电流先增大后减小C 水平拉力方向与速度同向D 水平拉力方向与速度方向无关 解析 选D 金属圆形线框以一定的初速度斜向匀速通过磁场 由楞次定律可知 金属框内感应电流方向先逆时针再顺时针 选项A错误 根据法拉第电磁感应定律 金属框内感应电流先增大后减小 再增大后减小 选项B错误 要保证其匀速运动 水平拉力方向与速度方向无关 只与安培力方向相反 故选项C错误 选项D正确 3 如图所示 金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时 铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引 A 向右做匀速运动B 向左做减速运动C 向左做匀速运动D 向右做加速运动 解析 选B 当导体棒做匀速运动时产生恒定的电流 线圈中的磁通量恒定不变 线圈c中无感应电流产生 A C错 当导体棒向左减速运动时 由右手定则可判定回路中出现从b a的感应电流且减小 由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左在减弱 由楞次定律知c中出现顺时针感应电流 从右向左看 且被螺线管吸引 B对 同理可判定D错 4 2012 海南高考 如图 一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上 细线从一水平金属圆环中穿过 现将环从位置 释放 环经过磁铁到达位置 设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为T1和T2 重力加速度大小为g 则 A T1 mg T2 mgB T1mg T2mg 解析 选A 无论环经过磁铁上端还是下端 通过环的磁通量都发生变化 环里感应出电流 环受到向上的阻力 对环做负功 使环的机械能减小 电能增加 根据牛顿第三定律 环对磁铁有向下的作用力 细线的拉力大于磁铁重力 选项A正确 其他选项错误 5 如图所示 固定的水平长直