电磁感应 楞次定律.ppt

电磁感应楞次定律自主 夯实基础自主预习轻松过关名师点金本讲将复习电磁感应现象产生的条件和感应电流方向的判定 楞次定律是本讲的重点和难点 要加深理解其本质含义 熟练掌握楞次定律的应用 并根据不同情境灵活选取判断方法 另外 磁通量及其变化的计算方法也是本单元的重要内容 同学们往往对此重视不够 理解不清 需要加强学习 深刻领会 为以后感应电动势的计算打下坚实的基础 知识梳理一 磁通量1 概念 穿过某一面积的磁感线条数 2 磁通量的计算 1 公式 B S 2 适用条件 匀强磁场 S在磁场中的有效面积 当某面与垂直面成 角时 S S0cos 3 单位 韦伯 Wb 1Wb 1T m2 3 磁通量 磁通量的变化及磁通量的变化率三者的区别 二 电磁感应现象1 产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生化 2 磁通量发生变化的常见情况 1 闭合电路的部分导体做切割磁感线运动 即线圈面积S发生变化导致 发生变化 2 线圈在磁场中转动导致 发生变化 3 磁感应强度B变化 随时间 位置变化 导致 发生变化 3 产生感应电动势的条件 1 无论电路是否闭合 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 产生感应电动势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感应电动势 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 三 感应电流方向的判定1 右手定则伸开右手 让大拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在同一平面内 让磁感线垂直穿入掌心 大拇指指向导体运动的方向 其余四指所指的方向 就是感应电流的方向 2 楞次定律 1 内容 感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 2 运用楞次定律判定感应电流方向的步骤 明确穿过闭合电路的原磁场方向 明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少 根据楞次定律确定感应电流的磁场的方向 利用安培定则判定感应电流的方向 基础自测1 图58 1中能产生感应电流的是 图58 1 解析 选项A中 线圈没闭合 无感应电流 选项C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 也无电流 选项B中 磁通量增大 有感应电流 选项D中 回路磁通量恒定 无感应电流 应选B 答案 B2 如图58 2所示 两个同心放置的共面金属圆环a和b 一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直 则穿过两环的磁通量 a和 b的大小关系为 A a bB a bC a bD 无法比较 答案 A 图58 2 3 2008年上海物理卷 老师做了一个物理小实验让学生观察 一轻质横杆两侧各固定一金属环 横杆可绕中心点自由转动 老师拿一条形磁铁插向其中一个小环 后又取出插向另一个小环 同学们看到的现象是 A 磁铁插向左环 横杆发生转动B 磁铁插向右环 横杆发生转动图58 3C 无论磁铁插向左环还是右环 横杆都不发生转动D 无论磁铁插向左环还是右环 横杆都发生转动 解析 左环没有闭合 在磁铁插入过程中 不产生感应电流 故横杆不发生转动 答案 B 创新 方案探究提炼方法展示技巧题型方法一 磁通量的变化及计算例1如图58 4所示 匀强磁场的磁感应强度为B B的方向与水平面间的夹角为30 图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中 并绕着它的一条边从水平位置转到竖直位置 图中虚线位置 在此过程中磁通量的改变量大小为 A B BSC D 2BS 图58 4 解析 取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正 则 1 BSsin30 BS当线圈处于竖直位置时 磁感线从线圈另一面穿过 则磁通量 2 BScos30 BS故线圈中的磁通量的改变量 2 1 BS即改变量大小 BS 答案 C 点评 注意磁感应强度与线圈的相对方向发生了改变 方法概述方法一 根据磁通量的定义 BSn Sn为有效面积 一般存在以下几种情况 1 Sn不变 磁感应强度发生变化 即 B Sn 2 磁感应强度不变 Sn发生变化 Sn B 其中 Sn发生变化的情况又分为两种形式 磁通量发生变化 闭合回路面积不变 但与磁场的夹角发生变化 从而引起投影面积发生变化 3 磁感应强度和投影面积均发生变化 这种情况较少见 此时应运用公式 2 1进行分析 方法二 根据磁通量的物理意义 通过分析穿过闭合回路磁感线的条数的变化来定性地进行分析 二 楞次定律的应用例2如图58 5甲所示 水平面上放置着两根平行的光滑金属导轨 导轨上面搁置两根金属棒ab和cd 它们能在导轨上自由滑动 现有一条形磁铁正竖直插入ab和cd棒之间 则ab和cd棒的运动情况为 A 相互靠近B 相互远离C 静止不动 图58 5甲 D ab和cd棒所受安培力的运动情况与磁铁下端的极性有关 故无法确定它们的运动情况 解析 当磁铁的下端分别为N极和S极时 穿过回路的磁感线 感应电流方向 两金属棒所受的安培力分别如图58 5乙 丙所示 故知两金属棒将相互靠近 答案 A 点评 防止错误的思维方式 认为两导线电流平行反向 相互排斥 因为两导线感应电流的磁场一定小于条形磁铁在该区域产生的磁场 本例中条形磁铁所受的磁场力阻碍其向下运动 两导线相互靠拢 也典型地说明了 阻碍 的物理意义 图58 5 方法概述由于穿过闭合回路的磁通量发生变化而产生感应电流 感应电流处在原磁场中受到安培力的作用 闭合导线受力的结果 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍导体与磁体间的相对运动 来拒去留 3 当回路发生形变时 感应电流的效果为阻碍回路发生形变 4 当由于线圈自身的电流发生变化而产生感应电流时 感应电流的效果为阻碍原电流的变化 总之 如果问题不涉及感应电流的方向 则从楞次定律的以上表述出发 分析问题更简便 变式训练 2006年广东物理卷 如图58 6所示 用一根长为L 质量不计的细杆与一个上弧长为l0 下弧长为d0的金属线框的中点连接并悬挂于O点 悬点正下方存在一个上弧长为2l0 下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场 且d0 L 先将线框拉开到如图所示位置 松手后让线框进入磁场 忽略空气阻力和摩擦 下列说法正确的是 A 金属线框进入磁场时感应电流的方向为a b c d aB 金属线框离开磁场时感应电流的方向为a d c b aC 金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等D 金属线框最终将在磁场内做简谐运动 图58 6 解析 解法一利用楞次定律和右手定则判断感应电流方向 线框进入磁场时 原磁场向里 磁通量增加 由楞次定律知感应电流的磁场向外 再由安培定则知 感应电流的方向为a d c b a 同理 线框离开磁场时 感应电流的方向为a b c d a 故选项A B均错误 解法二由右手定则判断感应电流方向 线框进入时 cd边向左切割磁感线 由右手定则知 感应电流方向为a d c b a 离开时 ab边向左切割感线 由右手定则知 感应电流方向为a b c d a 故选项A B均错误 由能量守恒定律知 机械能转化为电能 再转化为焦耳热 故线框速度减小 选项C错误 线圈不出磁场 磁通量不变化 由于d0 L 所以线框最终做简谐运动 选项D正确 答案 D 高考排雷在计算磁通量 时 要注意 BS中的S是线圈的有效面积 而对于磁通量的变化量 的计算要注意磁通量的正负 例如图58 7所示 置于水平面上的矩形线圈abcd一半处在磁场外 一半处在磁场内 e为ac的中点 f为bd的中点 ab L1 ac L2 在直线O1O2的左侧有范围广阔的磁感应强度为B的匀强磁场 方向如图所示 若线圈以ab边为轴从图示位置转过60 此过程线圈中有无感应电流产生 在线圈转过90 的过程中磁通量的变化量为多少 在线圈转过180 的过程中磁通量的变化量又为多少 图58 7 错解 当线圈转过60 时 其面积发生变化 由 BS可知 磁通量发生变化 线圈中有感应电流产生 在线圈转过90 的过程中 线圈面积由变化到0 故 在线圈转过180 的过程中 线圈面积由变化到L1L2 故 BL1L2 剖析 磁通量 BSn Sn 有效面积 取S在与B垂直方向上的投影 在图示位置 有效面积为 线圈转过60 后在磁场中的有效面积仍是 而转过180 时 穿过线圈的磁通量的方向发生了变化 正解 以ab边为轴从图示位置转过60 的过程中 线圈在磁场中的有效面积不变 一直是 磁通量不发生变化 线圈中无感应电流产生 若线圈转过90 则磁通量的变化量为 若线圈转过180 则末位置磁通量为 BL1L2 初位置磁通量为 磁通量的变化量为 答案 无体验成功1 湘潭市一中2010届高中毕业班测试 美国宇航局曾在航天飞机上做过悬绳发电实验 当时从航天飞机上将一根很长的绝缘金属绳连着一个金属球 向指向地心方向释放 悬挂在航天飞机下方 当时航天飞机正在赤道上空离地面几百公里高的电离层绕地球做匀速圆周运动 绕行方向与地球自转方向相同 设地球自转角速度为 0 航天飞机做圆周运动的角速度为 下列说法中正确的是 A 0 悬绳上端的电势高于下端的电势D 0 悬绳上端的电势低于下端的电势 解析 地球自转的周期是24h 航天飞机的周期小于24h 因此 0 赤道上空的地磁场方向是水平向北的 航天飞机从西向东飞行 由右手定则可知 感应电动势方向向上 因此上端电势高 注意D项是错误的 因为该航天飞机正在赤道上空离地面几百公里高处 远小于同步卫星的高度36000km 由 知 其角速度大于同步卫星 即大于地球自转角速度 答案 A 2 2009年浙江省绍兴市高中联考 如图58 8所示 一平面线圈用细杆悬于P点 开始细杆处于水平位置 释放后它在图示的匀强磁场中运动 已知线圈平面始终与纸面垂直 当线圈第一次通过位置 和位置 时 顺着磁场的方向看去 线圈中感应电流的方向依次为 A 位置 位置 均为逆时针方向B 位置 逆时针方向 位置 顺时针方向C 位置 位置 均为顺时针方向D 位置 顺时针方向 位置 逆时针方向 图58 8 解析 第一次通过位置 时 线圈中磁通量正在增加 由楞次定律可知 感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反 再由安培定则可知 感应电流为逆时针方向 同理可知位置 的感应电流为顺时针方向 答案 B3 2007年宁夏理综卷 电阻R 电容C与一线圈连接成闭合回路 条形磁铁静止于线圈的正上方 N极朝下 如图58 9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 图58 9 解析 在N极接近线圈上端的过程中 穿过线圈的磁通量增加 由楞次定律可知 感应电流应沿顺时针方向 即把线圈看做等效电源 正极在下方 所以流过R的电流方向为由b到a 电容器下极板带正电 答案 D4 2009年浙江理综卷 如图58 10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静止开始释放 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 图58 10 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 解析 线框由右侧摆至最低点的过程中 线框中磁通量减小 由楞次定律可判断感应电流方向为d c b a d 线框由最低点摆至左侧过程中 线框中磁通量增加 由楞次定律可判断感应电流方向也为d c b a d 答案 B 5 2010年豫南九校高三联考 在如图58 11所示的电路中 a b为两个完全相同的灯泡 L为自感线圈 E为电源 S为开关 关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序 下列说法正确的是 A 合上开关 a先亮 b后亮 断开开关 a b同时熄灭B 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a先熄灭 b后熄灭C 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a b同时熄灭D 合上开关 a b同时亮 断开开关 b先熄灭 a后熄灭 图58 11 解析 合上开关 线圈中发生通电自感现象 流过a灯的电流逐渐增大 故b先亮 a后亮 断开开关 线圈中发生断电自感现象 线圈相当于电源 与a b构成回路 流过a b的电流同时减为零 答案 C 金典 预测演练经典创新展望高考1 一磁铁自上而下运动 穿过一闭合电路 如图所示 当磁铁运动到a b两处时 从上往下看电路中的感应电流方向分别是 A 顺时针 逆时针B 逆时针 顺时针C 顺时针 顺时针D 逆时针 逆时针 解析 磁铁在a处时 电路中的磁通量增加 磁铁在b处时 电路中的磁通量减少 由楞次定律及右手定则知 电路中的感应电流方向均为逆时针 故D选项正确 答案 D 2 1931年 英国物理学家狄拉克从理论上预言了存在着只有一个磁极的粒子 磁单极子 如图所示 如果有一个磁单极子 单N极 从a点开始穿过线圈后从b点飞过 那么 A 线圈中感应电流的方向是沿PMQ方向B 线圈中感应电流的方向是沿QMP方向C 线圈中感应电流的方向先是沿QMP方向 然后是PMQ方向D 线圈中感应电流方向先是沿PMQ方向 然后是QMP方向 答案 B 3 如图甲所示 竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路 导线所围区域内有垂直纸面向里的变化的匀强磁场 螺线管下方水平桌面上有一导体圆环 导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按图乙中哪一图线所表示的方式随时间变化 导体圆环将受到向上的磁场作用力 甲 乙 解析 A图中磁感应强度随时间增加 导线回路中电流是c b a 螺线管 d c方向 又磁场的增加不断变慢 螺线管产生的磁场穿过圆环的磁感线变少 根据楞次定律 为阻碍这种变化 圆环将靠近螺线管 即受到向上的磁场的作用力 B图中磁场变化越来越快 螺线管产生的磁场越来越强 要排斥圆环 C D两图中磁场是均匀变化 螺线管中感应电流是稳恒的 它产生的磁场是不变的 圆环中的磁通量不变 无感应电流产生 与螺线管磁场无相互作用 因此本题正确选项是A 答案 A 4 如图所示 用细弹簧构成一闭合电路 中央放有一条形磁铁 当弹簧收缩时 关于穿过电路的磁通量 和电路中感应电流方向 从N极向S极看时 下列判断正确的是 A 减小 感应电流沿顺时针方向B 减小 感应电流沿逆时针方向C 增大 感应电流沿顺时针方向D 增大 感应电流沿逆时针方向 答案 C 5 如图所示 MN是一根固定的通电长直导线 电流方向向上 今将一金属线框abcd放在导线上 让线框的位置偏向导线的左边 两者彼此绝缘 当导线中的电流突然增大时 线框整体受磁场力的合力情况为 A 受力向右B 受力向左C 受力向上D 受力为零 解析 导线中电流增大 线框中磁通量增大 为了阻碍线框中磁通量增大 线框要向右移 故线框所受磁场力的合力向右 故A选项正确 答案 A 6 某磁场磁感线如图所示 有铜线圈自图示A位置落至B位置 在下落过程中 自上向下看 线圈中的感应电流方向是 A 始终顺时针B 始终逆时针C 先顺时针再逆时针D 先逆时针再顺时针 解析 把线圈从A至B的全过程分成两个过程处理 第一个过程是线圈从A位置下落到具有最大磁通量的位置O 此过程中穿过线圈磁通量的磁场方向向上且不断增大 由楞次定律判得感应电流方向 自上向下看 是顺时针的 第二个过程 是线圈从具有最大磁通量的位置O落到B位置 此过程中穿过线圈磁通量的磁场方向向上且不断减小 由楞次定律判得感应电流方向 自上向下看 是逆时针的 故选项C正确 答案 C7 在匀强磁场中放一个平行金属导轨 导轨跟大线圈M相接 如图所示 导轨上放一根导线ab 磁感线垂直于导轨所在平面 假设除ab导线外其余部分电阻不计 欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流 导线ab应该 A 匀速向右运动B 加速向右运动C 减速向右运动D 减速向左运动 解析 导线ab匀速运动时 ab中产生恒定的感应电动势 通过M的电流不变 大线圈内部的磁场不变 小线圈中不产生感应电流 只有当导线ab做变速运动 使通过M的电流变化时 才能使穿过小线圈的磁通量发生变化产生感应电流 当小线圈N内产生顺时针方向的感应电流时 必须是从外向里穿过N的磁通量在不断减弱 或是从里向外穿过N的磁通量在不断增强 当导线ab向右运动时 穿过N的磁场方向是从外向里的 为达到N中感应电流为顺时针 ab必须减速向右或加速向左运功 故C选项正确 答案 C 8 图示为地磁场磁感线的示意图 在北半球地磁场的竖直分量向下 飞机在我国上空匀速巡航 机翼保持水平 飞行高度不变 由于地磁场的作用 金属机翼上有电势差 设飞行员左方机翼末端处的电势为 1 右方机翼末端处电势为 2 则 若飞机从西往东飞 1比 2高 若飞机从东往西飞 2比 1高 若飞机从南往北飞 1比 2高 若飞机从北往南飞 2比 1高A B C D 解析 对 磁场竖直分量向下 手心向上 拇指指向飞机飞行方向 四指指向左翼末端 故 1 2 正确 同理 飞机从东往西飞 仍是 1 2 错误 从南往北 从北往南飞 都是 1 2 故 正确 错误 故A选项正确 答案 A9 如图所示 闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁 磁铁的N极朝下 当磁铁向下运动时 但未插入线圈内部 A 线圈的感应电流的方向与图中箭头方向相同 磁铁与线圈相互吸引B 线圈的感应电流的方向与图中箭头方向相同 磁铁与线圈相互排斥C 线圈的感应电流的方向与图中箭头方向相反 磁铁与线圈相互吸引 D 线圈的感应电流的方向与图中箭头方向相反 磁铁与线圈相互排斥 解析 根据楞次定律知 感应电流阻碍的是原磁通量的变化和相对运动 故线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同 磁铁与线圈相互排斥 B正确 答案 B 10 如图所示 通有恒定电流的螺线管竖直放置 铜环R沿螺线管的轴线加速下落 在下落过程中 环面始终保持水平 铜环先后经过轴线上的1 2 3位置时的加速度分别为a1 a2 a3 位置2处于螺线管的中心 位置1 3与位置2等距离 则 A a1 a2 gB a3 a1 gC a1 a2 a3D a3 a1 a2 解析 当铜环通过位置2时 穿过环的 不变 环中无感应电流 故环只受重力作用