高考物理一轮复习 10.1 电磁感应现象 楞次定律同步课件.ppt

第1讲电磁感应现象楞次定律 一 电磁感应现象1 产生感应电流的条件 穿过闭合电路的发生变化 磁通量 2 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 电能 二 楞次定律和右手定则1 楞次定律 1 内容 感应电流具有这样的方向 即感应电流的磁场总要引起感应电流的的变化 2 适用情况 所有电磁感应现象 阻碍 磁通量 2 右手定则 1 内容 伸开右手 使拇指跟其余四个手指 并且都与手掌在同一个 让磁感线从掌心进入 并使拇指指向的方向 这时所指的方向就是感应电流的方向 2 适用情况 产生感应电流 垂直 平面内 导线运动 四指 闭合电路部分导体切割磁感线时 1 楞次定律中 阻碍 的含义 2 楞次定律的推广含义的应用 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍 导体的 相对运动 来拒去留 3 磁通量增加 线圈面积 缩小 磁通量减少 线圈面积 扩张 4 阻碍线圈自身电流的变化 自感现象 3 楞次定律中的因果关系闭合回路中磁通量的变化是产生感应电流的原因 而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结果 简单地说 只有当穿过闭合回路中的磁通量发生变化时 才会有感应电流的磁场出现 1 磁通量的变化方式比较多 有一种常见的就是引起感应电流的磁场与导体发生相对运动 那么 感应电流的磁场总是要阻碍磁体和闭合回路间的相对运动 2 楞次定律的实质是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现 电磁感应现象中总是伴随着能量的转化和守恒 感应电流的磁场的阻碍过程使机械能转化为电能 如图9 1 1所示 光滑固定的金属导轨m n水平放置 两根导体棒p q平行放置在导轨上 形成一个闭合回路 一条形磁铁从高处下落接近回路时 a p q将相互靠拢b p q将相互远离c 磁铁的加速度仍为gd 磁铁的加速度小于g 可以应用楞次定律确定p q中的感应电流的方向 再根据左手定则确定感应电流受到的安培力来确定p q的运动方向 根据感应电流的磁场的 阻碍 作用确定磁铁的加速度 还可以根据楞次定律的一些结论直接解答 听课记录 法一设磁铁下端为n极 如图所示 根据楞次定律可判断出p q中的感应电流方向 根据左手定则可判断p q所受安培力的方向 可见 p q将互相靠拢 由于回路所受安培力的合力向下 由牛顿第三定律 磁铁将受到向上的反作用力 从而加速度小于g 当磁铁下端为s极时 根据类似的分析可得到相同的结果 所以 本题应选a d 答案 ad 法二根据楞次定律的另一种表述 感应电流的效果 总要反抗产生感应电流的原因 本题中 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 所以 p q将互相靠近且磁铁的加速度小于g 应选a d 名师归纳 发生电磁感应时 若要判断导体棒的运动趋势或回路面积的变化趋势 不一定要判断出感应电流的方向 只需要根据楞次定律的推广含义直接判断 可使问题简化 1 利用右手定则判断闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时产生的感应电流方向 有以下几种常见情况 1 导体平动切割磁感线 2 导体转动切割磁感线 3 导体不动 磁场运动 等效为磁场不动 导体反方向切割磁感线 2 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤 1 确定原磁场的方向 2 明确回路中磁通量的变化情况 3 应用楞次定律的 增反减同 确定感应电流的磁场的方向 4 应用安培定则 确定感应电流的方向 3 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回路的一部分导体 即一段导体做切割磁感线的运动 2 从适用范围上说 楞次定律可应用于因磁通量变化引起感应电流的各种情况 包括一部分导体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 1 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的方向而不能用右手定则 2 若是回路中的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 用楞次定律进行判定也可以 但较为麻烦 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9 1 2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 磁铁下落 线圈中的磁通量发生变化 产生感应电流 由楞次定律可确定感应电流的方向和电容器极板的带电情况 解题指导 在n极接近线圈上端的过程中 通过线圈的磁感线方向向下 磁通量增大 由楞次定律可判定流过线圈的电流方向向下 即线圈下端相当于电源正极 故可知d项正确 答案 d 名师归纳 1 应用楞次定律的关键是明确 而回路中感应电流的磁场要 从而确定 然后利用确定感应电流的方向 2 在应用楞次定律时还要注意 阻碍 并非 不可理解为感应电流的磁场与原磁场的方向 事实上是它们 应根据题目条件来确定 原磁场穿过 闭合回路的磁通量的变化情况 阻碍它的变化 感应电流的磁场方向 安培定则 相反 相反 可能反向也可能同向 1 如图9 1 3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 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 线框从右侧开始由静止释放 穿过线框平面的磁通量逐渐减少 由楞次定律可得感应电流的方向为d c b a d 线框过竖直位置继续向左摆动过程中 穿过线框平面的磁通量逐渐增大 由楞次定律可得感应电流的方向仍为d c b a d 故b正确 答案 b 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 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 在本类型题目中 往往多次运用楞次定律 在分析问题时应注意导体棒的运动特点或穿过闭合回路的磁通量变化情况 防止在应用楞次定律时出现错误 如图9 1 4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 在导轨垂直方向上放着金属棒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 当金属棒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 当金属棒ab向右匀速运动时 b点电势高于a点 c点与d点等电势c 当金属棒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 当金属棒ab向右加速运动时 b点电势高于a点 d点电势高于c点 金属棒ab在磁场中切割磁感线产生感应电流 从而在左边线圈中产生磁场 这个磁场会通过铁芯穿过右边的线圈 若磁场变化 则在右边线圈中产生感应电动势和感应电流 解题指导 当金属棒ab向右匀速运动而切割磁感线时 金属棒中产生恒定感应电动势 由右手定则判断电流方向由a b 根据电流从电源 ab相当于电源 正极流出沿外电路回到电源负极的特点 可以判断b点电势高于a点 又左线圈中的感应电动势恒定 则感应电流也恒定 所以穿过右线圈的磁通量保持不变 不产生感应电流 c点与d点等电势 当金属棒ab向右做加速运动时 由右手定则可推断 b a 电流沿逆时针方向 又由e blv可知金属棒ab两端的e不断增大 那么左边电路中的感应电流也不断增大 由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的 并且场强不断增强 所以右边的线圈中的向上的磁通量不断增加 由楞次定律可判断右边电路中的感应电流的方向应沿逆时针 而在右线圈绕成的电路中 感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上 把这个线圈看做电源 由于电流是从c沿内电路 即右线圈 流向d 所以d点电势高于c点 综上所述 选项b d正确 答案 bd 名师归纳 正确使用右手定则和楞次定律 抓住两个电路之间的关系 准确地判定感应电流的方向 是解决问题的关键和基础 2 如图9 1 5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在外力的作用下运动时 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 解析 当pq向右运动时 用右手定则可判定pq中感应电流的方向是由q p 由安培定则可知穿过l1的磁场方向是自下而上的 若pq向右加速运动 则穿过l1的磁通量增加 用楞次定律可以判断流过mn的感应电流是从n m的 用左手定则可判定mn受到向左的安培力 将向左运动 可见选项a不正确 若pq向右减速运动 流过mn的感应电流方向 感应电流所受的安培力的方向均将反向 mn向右运动 所以选项c是正确的 同理可判断b项是正确的 d项是错误的 答案 bc 随堂巩固 1 带电圆环绕圆心旋转 在环的中心处有一闭合小线圈 小线圈和圆环在同一平面内 则 a 只要圆环在转动 小线圈内就一定有感应电流b 不管圆环怎样转动 小线圈内都没有感应电流c 圆环做变速转动时 小线圈内一定有感应电流d 圆环做匀速转动时 小线圈内没有感应电流 解析 带电圆环旋转时 与环形电流相当 若匀速旋转 电流恒定 周围磁场不变 穿过小线圈的磁通量不变 不产生感应电流 若变速转动 相当于电流变化 周围产生变化的磁场 穿过小线圈的磁通量变化 产生感应电流 综上所述 c d项正确 答案 cd 2 如图9 1 6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i突然增大时 线框整体受力情况为 a 受力向右b 受力向左c 受力向上d 受力为零 解析 线框内左边部分磁感线穿出 右边部分磁感线穿入 由于线框位置偏向导线左边 所以整个线框的总磁通量是垂直纸面向外的 并且随电流的增大而增大 用 阻碍磁通量变化 来考虑线框受磁场力作用而运动的方向 显然 线框只有向右运动 因此线框所受的磁场力应向右 a项正确 答案 a 3 如图9 1 7所示 绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a b 将条形磁铁沿它们的正中向下移动 不到达该平面 a b将如何移动 a a b将相互远离b a b将相互靠近c a b将不动d 无法判断 解析 根据 bs 磁铁向下移动过程中b增大 所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势 由于s不可改变 为阻碍增大 导体环应该尽量远离磁铁 所以a b将相互远离 a项正确 答案 a 4 如图9 1 8所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 右方机翼末端处的电势为 2 下列判断正确的是 a 若飞机从西往东飞 1比 2高b 若飞机从东往西飞 2比 1高c 若飞机从南往北飞 1比 2高d 若飞机从北往南飞 2比 1高 解析 对a选项 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 a正确 同理 飞机从东往西飞 仍是 1 2 b错 从南往北 从北往南飞 都是 1 2 故c选项正确 d选项错 答案 ac 5 如图9 1 9所示 在平面上有两条相互垂直且彼此绝缘的长通电直导线 以它们为坐标轴