感应电流1-3节.doc

4.1 划时代的发现、4.2探究感应电流的产生条件 学案（人教版选修3-2）1法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与变化和运动相联系，即：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体2感应电流的产生条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流3关于磁通量，下列说法中正确的是() A磁通量不仅有大小，而且有方向，所以是矢量B磁通量越大，磁感应强度越大C通过某一面的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D磁通量就是磁感应强度答案C解析磁通量是标量，故A不对；由BS可知由B和S两个因素决定，较大，有可能是由于S较大造成的，所以磁通量越大，磁感应强度越大是错误的，故B不对；由BS可知，当线圈平面与磁场方向平行时，S0，0，但磁感应强度B不为零，故C对；磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故D不对4如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是()答案CD解析利用安培定则判断直线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直线电流产生的磁场分布情况是：靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱所以，A中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为A出进0，且始终为0，即使切断导线中的电流，A也始终为0，A中不可能产生感应电流B中线圈平面与导线的磁场平行，穿过B的磁通量也始终为0，B中也不能产生感应电流C中穿过线圈的磁通量如图乙所示，进出，即C0，当切断导线中电流后，经过一定时间，穿过线圈的磁通量C减小为0，所以C中有感应电流产生；D中线圈的磁通量D不为0，当电流切断后，D最终也减小为0，所以D中也有感应电流产生【概念规律练】知识点一磁通量的理解及其计算1如图1所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L0.20 m的正方形，放在磁感应强度为B0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？图1答案5.5103 Wb解析线圈横截面为正方形时的面积S1L2(0.20)2 m24.0102 m2.穿过线圈的磁通量1BS10.504.0102 Wb2.0102 Wb横截面形状为圆形时，其半径r4L/22L/.截面积大小S2(2L/)2 m2穿过线圈的磁通量2BS20.504/(25) Wb2.55102 Wb.所以，磁通量的变化21(2.552.0)102 Wb5.5103 Wb点评磁通量BS的计算有几点要注意：(1)S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积；B是匀强磁场中的磁感应强度(2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响同理，磁通量的变化量21也不受线圈匝数的影响所以，直接用公式求、时，不必去考虑线圈匝数n.2如图2所示，线圈平面与水平方向成角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量_.图2答案BScos 解析线圈平面abcd与磁场不垂直，不能直接用公式BS计算，可以用不同的分解方法进行可以将平面abcd向垂直于磁感应强度的方向投影，使用投影面积；也可以将磁感应强度沿垂直于平面和平行于平面正交分解，使用磁感应强度的垂直分量解法一：把面积S投影到与磁场B垂直的方向，即水平方向abcd，则SScos ，故BSBScos .解法二：把磁场B分解为平行于线圈平面的分量B和垂直于线圈平面的分量B，显然B不穿过线圈，且BBcos ，故BSBScos .点评在应用公式BS计算磁通量时，要特别注意BS的条件，应根据实际情况选择不同的方法，千万不要乱套公式知识点二感应电流的产生条件3下列情况能产生感应电流的是()图3A如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动B如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时C如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时D如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时答案BD解析A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化无感应电流，故A错；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故C错；D中开关S接通，滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场变化，螺线管B中磁通量变化，线圈中产生感应电流，故D正确点评电路闭合，磁通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量尽管很大但不变化，那么无论有多大，都不会产生感应电流 4如图4所示，线圈与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈与电流计G相连，线圈与线圈绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计G中有示数的是()图4A开关闭合瞬间B开关闭合一段时间后C开关闭合一段时间后，来回移动变阻器滑动端D开关断开瞬间答案ACD解析A中开关闭合前，线圈、中均无磁场，开关闭合瞬间，线圈中电流从无到有形成磁场，穿过线圈的磁通量从无到有，线圈中产生感应电流，电流计G有示数故A正确B中开关闭合一段时间后，线圈中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈虽有磁通量但磁通量稳定不变，线圈中无感应电流产生，电流计G中无示数故B错误C中开关闭合一段时间后，来回移动滑动变阻器滑动端，电阻变化，线圈中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈的磁通量也发生变化，线圈中有感应电流产生，电流计G中有示数故C正确D中开关断开瞬间，线圈中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过线圈的磁通量也从有到无发生变化，线圈中有感应电流产生，电流计G中有示数故D正确点评变化的电流引起闭合线圈中磁通量的变化，是产生感应电流的一种情况【方法技巧练】一、磁通量变化量的求解方法5面积为S的矩形线框abcd，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成角(如图5所示)，当线框以ab为轴顺时针转90时，穿过abcd面的磁通量变化量_.图5答案BS(cos sin )解析磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框面上的分量决定开始时B与线框面成角，磁通量为BSsin ；线框面按题意方向转动时，磁通量减少，当转动90时，磁通量变为“负”值，2BScos .可见，磁通量的变化量为21BScos BSsin BS(cos sin )实际上，在线框转过90的过程中，穿过线框的磁通量是由正向BSsin 减小到零，再由零增大到负向BScos .方法总结磁通量虽是标量，但有正、负，正、负号仅表示磁感线从不同的方向穿过平面，不表示大小6如图6所示，通电直导线下边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将()图6A逐渐增大 B逐渐减小C保持不变 D不能确定答案B解析当矩形线框在线框与直导线决定的平面内逐渐远离通电导线平动时，由于离开导线越远，磁场越弱，而线框的面积不变，则穿过线框的磁通量将减小，所以B正确方法总结引起磁通量变化一般有四种情况(1)磁感应强度B不变，有效面积S变化，则t0BS(如知识点一中的1题)(2)磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则t0BS(如此题)(3)线圈平面与磁场方向的夹角发生变化时，即线圈在垂直于磁场方向的投影面积SSsin 发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化，即B、S不变，变化(如此栏目中的5题)(4)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况，则t0BS二、感应电流有无的判断方法7如图7所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是()图7A线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动答案C解析四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线圈移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确方法总结(1)判断有无感应电流产生的关键是抓住两个条件：电路是否为闭合电路；穿过电路本身的磁通量是否发生变化，其主要内涵体现在“变化”二字上电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量很大但不变化，那么不论有多大，也不会产生感应电流(2)分析磁通量是否变化时，既要弄清楚磁场的磁感线分布，又要注意引起磁通量变化的三种情况：由于线框所在处的磁场变化引起磁通量变化；由于线框所在垂直于磁场方向的投影面积变化引起磁通量变化；有可能是磁场及其垂直于磁场的面积都发生变化 8下列情况中都是线框在磁场中切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是()答案BC解析A中虽然导体“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流B中导体框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流C中虽然与A近似，但由于是非匀强磁场运动过程中，穿过线框的磁感线条数增加，线框中有感应电流D中线框尽管是部分切割，但磁感线条数不变，无感应电流，故选B、C.方法总结在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割如下图所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流例如上题中A、D选项情况，如果由切割不容易判断，还是要回归到磁通量是否变化上去 楞次定律的应用自主体验1感应电流的磁场方向既然跟感应电流的方向有联系，又跟_有联系2楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的_总要_引起感应电流的_的变化3右手定则：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面上；让_从掌心进入，并使拇指指向_的方向，这时四指的方向就是_的方向知识探究要点一.应用楞次定律判断感应电流方向的四个步骤。（1）明确原磁场的方向；（2）明确穿过闭合回路的磁通量是在增加还是在减少；（3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；（4）利用安培定则，判断感应电流的方向。要点二.楞次定律的广义表述：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。一般适用于不需要判断出感应电流的方向，只是分析产生的效果，比如判断受力、判断运动方向、判断面积变化等。具体有下面常见的几种情况：(1)闭合线圈的面积不变，感应电流是因磁场变化引起的则感应电流的磁场阻碍原磁场的变化克强助弱；(2)磁场不变，感应电流是因回路面积变化而产生的则感应电流的磁场阻碍其面积的变化。(3)感应电流是因为导体与磁场的相对运动产生的则感应电流的磁场阻碍它们的相对运动“去则吸引、来则排斥”。(4)感应电流是因自身的电流变化而产生的则感应电流的磁场阻碍电流的变化。（这一点将在自感现象中遇到）(5)感应电流是因为闭合电路中的一部分导体切割磁感线产生的，则用右手定则判断感应电流的方向。右手定则是楞次定律的特例，根据楞次定律切割磁感线产生的安培力一定阻碍切割磁感线的运动。我们应用楞次定律时可以在上述五种方法中选择自己觉得比较简单的一种。要点三.要正确理解楞次定律中的“阻碍”两字的意思：（1）阻碍不是阻止。磁通量减少时感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍原磁场的减弱，但原 .4-3-1.总结反思磁场毕竟还在减弱。在直导线切割磁感线产生感应电流时，感应电流的出现一定阻碍切割磁感线的运动，但不是阻止这种运动，因为这种运动还在进行。（2）阻碍不一定是反抗，阻碍还可能有补偿的意义。当磁通量减少时感应电流的磁场就补尝原磁场的磁通量的减少。这里关键是要知道阻碍的对象是磁场的变化，阻碍的对象不是磁场。（3）阻碍是能量守恒的必然结果，在电磁感应现象中克服感应电流的阻碍作用做多少功就有多少其它形式的能转化为感应电流的电能。典例剖析 例1如图1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线圈中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C线圈中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线圈中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变式训练1.如图2所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下在将磁铁的S极插入线圈的过程中()A通过电阻的感应电流的方向由a到 b，线圈与磁铁相互排斥B通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互吸引C通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥D通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引 图1 图2 图3 图4 例2.如图3所示，试判定当开关S闭合和断开的瞬间，线圈ABCD中的电流方向例3.如图4所示，矩形线框与长直导线在同一平面内，当矩形线框从直导线的左侧运动到右侧的过程中线框内感应电流的方向为()A先顺时针，后逆时针 B先逆时针，后顺时针C先顺时针，后逆时针，再顺时针 D先逆时针，后顺时针，再逆时针变式训练2如图5所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器R的滑片自左向右滑行时，线框ab的运动情况是()A保持静止不动 B逆时针转动C顺时针转动D发生转动，但电源极性不明，无法确定转动的方向例4.如图6所示，光滑平行金属导轨PP和QQ，都处于同一水 图5平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中现垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是()A感应电流方向是NM B感应电流方向是MNC安培力水平向左 D安培力水平向右 .4-3-2. 图6变式训练3.(2011年浙江杭州)如图7所示，Q是单匝金属线圈，MN是一个螺线管，它的绕线方法没有画出，Q的输出端a、b和MN的输入端c、d之间用导线相连，P是在 MN的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈若在Q所处的空间加上与环面垂直的变化磁场，发现在t1至t2间段内弹簧线圈处于收缩状态，则所场的磁感应强度的变化情况可能是()课堂练习1下列说法正确的是() 图7A感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反B感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反C楞次定律只能判定闭合回路中感应电流的方向D楞次定律可以判定不闭合的回路中感应电动势的方向2如图8所示，一线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在匀强磁场中运动，已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置，时(位置正好是细杆竖直位置)，线圈内的感应电流方向(顺着磁场方向看去)是()A，位置均是顺时针方向B，位置均是逆时针方向 图8C位置是顺时针方向，位置为零，位置是逆时针方向 D位置是逆时针方向，位置为零，位置是顺时针方向3如图9所示，当导体棒MN在外力作用下沿导轨向右运动时，流过R的电流方向是()A. 由AB B. 由BAC无感应电流 D无法确定课后练习 图91.如右图所示为一种早期发电机原理示意图，该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称，在磁极绕转轴匀速转动过程中，磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧运动(O是线圈中心)，则() A从X到O，电流由E经G流向F，先增大再减小B从X到O，电流由F经G流向E，先减小再增大C从O到Y，电流由F经G流向E，先减小再增大D从O到Y，电流由E经G流向F，先增大再减小2如右图所示，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合，为了在磁铁开始运动时线圈中能得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是()AN极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动BN极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动 C磁铁在线圈平面内顺时针转动 D磁铁在线圈平面内逆时针转动4如右图所示，