高三物理第九章电磁感应 第1课时 电磁感应现象 楞次定律课件.ppt

第九章电磁感应 一 磁通量1 概念 在磁感应强度为b的匀强磁场中 与磁场方向的平面s和b的乘积 2 公式 3 单位 1wb 第1课时电磁感应现象楞次定律 bs 1t m2 垂直 考点自清 二 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 2 引起磁通量变化的常见情况 1 闭合电路的部分导体做运动 导致变 2 线圈在磁场中转动 导致变 3 变化 导致变 3 产生感应电动势的条件 无论回路是否闭合 只要穿过线圈平面的发生变化 线路中就有感应电动势 磁通量 切割磁感线 磁感应强度b 磁通量 4 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 则只有 而无 名师点拔1 磁通量 bs s是指充满磁感线且与磁感线垂直的有效面积 不一定是线圈面积 2 磁通量是否发生变化 是判定电磁感应现象的惟一依据 而引起磁通量变化的途径有多种 感应电动势 感应电流 感应电动势 感应电流 三 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 所有现象 2 右手定则 1 内容 伸开右手 使拇指与垂直 并且都与手掌在同一平面内 让从掌心进入 并使拇指指向导线 这时四指所指的方向就是的方向 2 适用情况 导体产生感应电流 阻碍 磁通量 电磁感应 其余四个手指 磁感线 运动的方向 感应电流 切割磁感线 1 磁通量 bs其中s跟磁场方向垂直 若不垂直 则需取平面在垂直于磁场方向上的投影面积 即 bscos 若穿过某个面有方向相反的磁场 则实际的磁通量为相反方向的磁感线抵消以后所剩余的磁通量 热点一正确区分磁通量 磁通量的变化 磁通量的变化率 热点聚焦 2 磁通量的变化 2 1它可由b s或者两者之间的夹角发生变化而引起 在匀强磁场中 即使初始状态和转过180 时的平面都与磁场垂直 两种状态下通过平面的磁通量也是不同的 此过程磁通量变化 为2bs 而不是零 3 磁通量的变化率反映磁通量变化的快慢 它既不表示磁通量的大小 也不表示磁通量变化的多少 磁通量的变化率的大小不是单纯由磁通量的变化量决定 还跟发生这个变化所用时间有关 它描述的是磁通量变化的快慢 在 t图象中 它可用图线的斜率来表示 交流与思考 穿过一个平面的磁通量大 是否磁通量的变化量和变化率也一定大 反之 穿过一个平面的磁通量的变化率大 磁通量和磁通量的变化量是否也一定大 提示 穿过一个平面的磁通量大 磁通量的变化量不一定大 磁通量的变化率也不一定大 穿过一个平面的磁通量的变化率大 磁通量和磁通量的变化量都不一定大 以上三个量的区别类似于速度 速度的变化量和速度的变化率三者的区别 热点二楞次定律的理解1 因果关系 磁通量发生变化是原因 产生感应电流是结果 原因产生结果 结果又反过来影响原因 2 楞次定律中 阻碍 的含义 3 楞次定律的推广含义 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 磁通量减小 线圈面积 扩张 4 阻碍线圈自身电流的变化 自感现象 特别提示如果问题不涉及感应电流的方向 则用楞次定律的推广含义进行研究 可以使分析问题的过程简化 热点三感应电流方向的判定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 常见的几种切割情况 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 明确回路中磁通量变化情况 3 应用楞次定律的 增反减同 确立感应电流磁场的方向 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电路的一部分导体 即一段导体做切割磁感线运动 2 从适用范围上说 楞次定律可应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 特别提示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方向而不能用右手定则 2 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 用楞次定律进行判定也可以 但较为麻烦 题型1利用楞次定律判断感应电流的方向 例1 电阻r 电容器c与一线圈连成闭合电路 条形磁铁静止于线圈的正上方 n极朝下 如图1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 图1 题型探究 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 下极板带正电审题提示由条形磁铁n极朝下可知原磁场的方向 再由运动方向可知磁通量的变化 然后利用楞次定律可判出感应电流磁场的方向 最后利用安培定则确定感应电流的方向 由电路知识可判断出电容器极板的带电情况 解析在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的磁场方向向上 外电路电流由b流向a 同时线圈作为电源 下端应为正极 则电容器下极板电势高 带正电 答案d 方法提炼感应电流方向的判断方法 方法一 右手定则 适用于部分导体切割磁感线 方法二 楞次定律楞次定律的应用步骤 变式练习1如图2所示 1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上 a线圈与电源 滑动变阻器r组成一个回路 b线圈与开关s 电流表g组成另一个回路 通过多次实验 法拉第终于总结出产生感应电流的条件 关于该实验下列说法正确的是 图2 a 闭合开关s的瞬间 电流表g中有a b的感应电流b 闭合开关s的瞬间 电流表g中有b a的感应电流c 闭合开关s后 在增大电阻r的过程中 电流表g中有a b的感应电流d 闭合开关s后 在增大电阻r的过程中 电流表g中有b a的感应电流解析闭合s的瞬间 穿过b的磁通量没有变化 g中无感应电流 a b两项均错 当闭合s后 若r增大 则a电流减小 由右手螺旋定则知 穿过b的磁通量向下且减小 由楞次定律知g中电流方向为b a 故d项正确 答案d 题型2利用楞次定律的推广含义解题 例2 如图3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 图3 思路点拨先根据楞次定律判断出电流的方向 然后运用左手定则判定受力方向 也可以从楞次定律的推广角度灵活加以判定 解析解法一假设磁铁的下端为n极 根据楞次定律先判断出p q中感应电流方向 再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 若磁铁的下端为s极 可得到同样的结果 解法二根据楞次定律的第二种表述 感应电流的 效果 总要阻碍引起感应电流的 原因 本题的 原因 是 磁铁靠近回路 穿过回路的磁通量增加 所以 效果 便是 阻碍磁铁的靠近和穿过回路磁通量的增加 故磁铁因受到阻碍作用而使加速度小于g p q互相靠拢以示阻碍磁通量的增加 所以选项a d正确 答案ad 规律总结 阻碍 是楞次定律的核心 在解具体问题时可以将楞次定律的 阻碍 含义推广为以下三种表述方式 阻碍原磁场的变化 阻碍导体间的相对运动 阻碍原电流的变化 有时应用推广的 阻碍 含义解题比用楞次定律本身直接解题会更方便 更简捷 变式练习2如图4所示 光滑的水平桌面上放着两个完全相同的金属环a和b 当一条形磁铁的s极竖直向下迅速靠近两环中间时 则 a a b均静止不动b a b互相靠近c a b互相远离d a b均向上跳起 c 图4 题型3楞次定律 右手定则 左手定则 安培定则的综合应用 例3 如图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在外力作用下运动时 mn在磁场力作用下向右运动 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 图5 思维导图 mn l1 l1 l2 l1 l2 pq pq l2 l1 解析由右手定则pq向右加速运动 穿过l1的磁通量向上且增加 由楞次定律和左手定则可判断mn向左运动 故a错 若pq向左加速运动 情况正好和a相反 故b对 若pq向右减速运动 由右手定则 穿过l1的磁通量向上且减小 由楞次定律和左手定则可判断mn向右运动 故c对 若pq向左减速运动 情况恰好和c相反 故d错误 答案bc 规律总结安培定则 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 变式练习3如图6所示 在匀强磁场中放有平行铜导轨 它与大线圈m相连接 要使小导线圈n获得顺时针方向的感应电流 则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况是 两线圈共面放置 图6 a 向右匀速运动b 向左加速运动c 向右减速运动d 向右加速运动解析欲使n产生顺时针方向的感应电流 感应电流的磁场方向为垂直纸面向里 由楞次定律可知有两种情况 一是m中有顺时针方向逐渐减小的电流 使其在n中的磁场方向向里 且磁通量在减小 二是m中有逆时针方向逐渐增大的电流 使其在n中的磁场方向向外 且磁通量在增大 因此 对于前者 应使ab向右减速运动 对于后者 则应使ab向左加速运动 故应选b c 答案bc 题型4电磁感应与科技 例4 如图7所示 用一种新材料制成一闭合线圈 当它浸入液氮中时 会成为超导体 这时手拿一永磁体 使任一磁极向下 放在线圈的正上方 永磁体便处于悬浮状态 这种现象称为超导体磁悬浮 用电磁感应及有关知识来解释这一现象 图7 解析当磁体放到线圈上方的过程中 穿过线圈的磁通量由无到有发生变化 于是超导线圈中产生感应电流 由于超导线圈中电阻几乎为零 产生的感应电流极大 相应的感应磁场也极大 由楞次定律可知感应电流的磁场相当于永磁体 与下方磁极的极性相同 永磁体将受到较大的向上的斥力 当永磁体重力与其受到的磁场力相平衡时 永磁体处于悬浮状态 答案见解析 方法提炼电磁感应现象 楞次定律等知识与生产 生活联系比较密切 如电磁阻尼现象 延时开关等 这类题目往往以生产生活实践和高新技术为背景 提出问题 并要求学生用所学知识去解决问题 解决问题的关键是认真读题 弄清物理情景 建立正确的物理模型 再用相关的物理规律求解 变式练习4如图8所示 铁质齿轮p与车轮同步转动 右端有一个绕有线圈的磁体 m是一个电流检测器 当车轮带动齿轮转动时 线圈中会有电流 这是由于齿靠近线圈时被磁化 使磁场增强 齿离开线圈时磁场减弱 磁通量变化使线圈中产生了感应电流 将这个电流放大后去控制制动装置 可有效地防止车轮被制动抱死 在齿a转过虚线位置的过程中 关于m中感应电流的说法正确的是 a m中的感应电流方向一直向左b m中的感应电流方向一直向右c m中先有自右向左 后有自左向右的感应电流d m中先有自左向右 后有自右向左的感应电流 图8 解析由楞次定律 感应电流的结果总是阻碍引起感应电流的原因 由于齿靠近线圈时被磁化 使磁场增强 感应电流的磁场要阻碍原磁场增强 由安培定则 m中感应电流的方向自左向右 齿离开线圈时磁场减弱 磁通量变化使线圈中产生了感应电流 感应电流的磁场要阻碍原磁场减弱 由安培定则 m中感应电流的方向自右向左 d正确 答案d 1 如图9所示 a为一固定的导体圆环 条形磁铁b从左侧无穷远处沿圆环轴线移向圆环 穿过后移到右侧无穷远处 如果磁铁的移动是匀速的 则 a 磁铁移近时受到圆环的斥力 离开时受到圆环的引力b 磁铁的整个运动过程中 圆环中电流方向不变c 磁铁的中心通过环面时 圆环中电流为零d 若a为一固定的超导体圆环 磁铁的中心通过超导体环面时 圆环中电流最大 素能提升 图9 解析磁铁靠近圆环的过程中 环中磁通量增加 产生的感应电流阻碍磁铁靠近 磁铁离开圆环的过程中 环中产生的感应电流阻碍磁铁远离 由安培定则可知 环中电流方向要改变 所以a正确 b错误 磁铁中心通过圆环面时 圆环的磁通量不变 无感应电流 c正确 若a为一固定的超导体圆环 磁铁靠近过程中 圆环电流逐渐增大 当远离时 产生感应电流方向与开始阶段相反 将使环中电流逐渐减小 因此 磁铁中心通过环面时 环中电流最大 d正确 答案acd 2 如图10所示 导线框abcd与导线在同一平面内 直导线通有恒定电流i 当线框由左向右匀速通过直导线时 线框中感应电流的方向是 a 先abcd 后dcba 再abcdb 先abcd 后dcbac 始终dcbad 先dcba 后abcd 再dcba 图10 解析导线框abcd到达直导线前 磁场方向向外 磁通量增大 由楞次定律 线框中的电流沿dcba 导线框跨在导线上 且在线框中心与导线重合之前 磁场方向向外 磁通量变小 电流沿abcd 在线框中心与导线重合之后 磁场方向向内 磁通量变大 电流也是沿abcd 线框到达导线右边之后 磁场方向向内 磁通量变小 由楞次定律 线框中的电流沿dcba 答案d 3 如图11所示重现了法拉第的一个实验 下列说法中正确的是 a 右边磁铁s极断开时 有感应电流从a至b通过检流计b 右边磁铁s极断开时 有感应电流从b至a通过检流计c 左边磁铁n极断开时 有感应电流从a至b通过检流计d 左边磁铁n极断开时 有感应电流从b至a通过检流计 图11 解析铁芯中的磁场方向由左向右 右边磁铁s极断开时 铁芯中的磁场变弱 由楞次定律 感应电流从a至b通过检流计 a正确 同理c正确 ac 4 如图12所示为一个圆环形导体 有一个带负电的粒子沿直径方向从圆环表面匀速掠过的过程 环中感应电流的情况是 a 无感应电流b 有逆时针方向的感应电流c 有顺时针方向的感应电流d 先逆时针方向后顺时针方向的感应电流解析带负电的粒子沿直径方向从圆环表面匀速掠过时 相当于有向左的直线电流流过 在圆环中产生的磁场大小上下对称分布 方向相反 产生的总磁通量总是零 a正确 a 图12 5 两个大小不同的绝缘金属圆环如图13叠放在一起 小圆环有一半面积在大圆环内 当大圆环通上顺时针方向电流的瞬间 小圆环中感应电流的方向是 a 顺时针方向b 逆时针方向c 左半圆顺时针 右半圆逆时针d 无感应电流 图13 解析根据安培定则 当大圆环中