高三物理第一轮复习 电磁感应现象　楞次定律 新人教版

用心 爱心 专心 1 第第 1 1 课时课时 电磁感应现象电磁感应现象 楞次定律楞次定律 基础知识归纳 1 磁通量 1 定义 磁感应强度与面积的乘积 叫做穿过这个面的 磁通量 2 定义式 BS 说明 该式只适用于 匀强 磁场的情况 且式中的S是跟磁场方向垂直的面积 若不 垂直 则需取平面在垂直于磁场方向上的 投影面积 即 BS BSsin 是S与 磁场方向的夹角 3 磁通量 是 标量 但有正负 的正负意义是 从正 反两面哪个面穿入 若 从一面穿入为正 则从另一面穿入为负 4 单位 韦伯 符号 Wb 5 磁通量的意义 指穿过某个面的磁感线的 条数 6 磁通量的变化 2 1 即末 初磁通量之差 磁感应强度B不变 有效面积S变化时 则 2 1 B S 磁感应强度B变化 磁感线穿过的有效面积S不变时 则 2 1 B S 磁感应强度B和有效面积S同时变化时 则 2 1 B2S2 B1S1 2 电磁感应现象 利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应 产生的电流叫做感应电流 1 产生感应电流的条件 穿过闭合电路的磁通量发生变化 即 0 2 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磁通量发生变 化 线路中就有感应电动势 3 楞次定律 1 楞次定律 感应电流的磁场 总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 楞次定律 适用于一般情况的感应电流方向的判定 而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况 此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便 2 右手定则 适用范围 导线切割磁感线产生感应电动势 判定方法 伸开右手 让大拇指与四指垂直 并与手掌在同一平面内 让磁感线垂直 穿过掌心 大拇指指向导线运动的方向 其余四指所指方向即为感应电流的方向 3 楞次定律的另一种表述 感应电流总是阻碍产生它的那个原因 表现形式有三种 用心 爱心 专心 2 阻碍原磁通量的变化 阻碍物体间的相对运动 阻碍原电流的变化 自感 重点难点突破 一 产生感应电流和产生感应电动势的条件是否相同 电磁感应现象的实质是产生感应电动势 如果回路闭合 则有感应电流 回路不闭合 则有感应电动势而无感应电流 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 二 磁通量是标量 为什么有正负 任何一个面都有正 反两个面 磁感线从面的正方向穿入时 穿过该面的磁通量为正 反之 则磁通量为负 所求磁通量为正 反两面穿入的磁感线的代数和 三 如何理解楞次定律中 阻碍 一词 1 谁阻碍谁 感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量 2 阻碍什么 阻碍的是穿过回路的磁通量的变化 而不是磁通量本身 3 如何阻碍 原磁通量增加时 感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 原磁通量减 少时 感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 即 增反减同 4 阻碍的结果 阻碍并不是阻止 结果是增加的最终还得增加 减少的最终还得减少 典例精析 1 楞次定律阻碍相对运动 例 1 如图甲所示 光滑固定导轨MN PQ水平放置 两根导体棒a b平行放于导轨 上 形成一个闭合回路 当条形磁铁从高处下落接近回路时 A 导体棒a b将互相靠拢 B 导体棒a b将互相远离 C 磁铁的加速度仍为g D 磁铁的加速度小于g 解析 以 N 极向下为例 第一步 原磁场方向 向下 如图乙所示 第二步 原磁通量变化 增加 第三步 判断感应电流的磁场方向 感应电流的磁场与原磁场方向相反 向上 第四步 判断感应电流的方向 利用安培定则确定 俯视为逆时针 知道了导体棒a b中的电流方向 就可根据左手定则判断受力方向 a受力向右下方 b受力向左下方 所以导体棒a b将互相靠拢 同时对导轨的压力增加 根据牛顿第三定律 磁铁受到向上的阻力作用 则加速度小于g 所以选项 A D 正确 答案 AD 思维提升 此题若直接利用 阻碍相对运动 容易错误判断为导体棒a b将互相远 用心 爱心 专心 3 离 但仍可用阻碍磁通量变化判断 即磁铁下落 闭合回路磁通量增加 故a b棒会靠拢 拓展 1 如图所示 一水平放置的圆形通电线圈 1 固定 从上向 下看电流方向为逆时针方向 另一较小的圆形线圈 2 从线圈 1 的正上 方下落 在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴 则线圈 2 从线 圈 1 的正上方下落至线圈 1 的正下方过程中 从上往下看线圈 2 BD A 有顺时针方向的感应电流 B 先是顺时针方向 后是逆时针方向的感应电流 C 先是逆时针方向 后是顺时针方向的感应电流 D 在线圈 1 的上 下两边的加速度都小于g 解析 线圈 1 中电流 恒定 建立的磁场方向如图所示 线圈 2 下落过程中经过线圈 1 正上方时 磁场向上 且磁通量正在增大 由楞次定律可知 线圈 2 中产生的感应电流建立的磁场方向应向下 由安培定则可知线圈 2 中的电流应沿顺时针方 向 俯视 当线圈 2 在线圈 1 正下方下落时 穿过线圈 2 中的磁场方向向上 且磁通量正在 减小 由楞次定律可知 此时 线圈 2 中产生的感应电流的磁场应与原磁场同向 即向上 再根据安培定则可知 线圈 2 中的感应电流应沿逆时针方向 俯视 如图所示 当线圈中有 感应电流时就会受到力的作用 此作用力向上 要 阻碍 线圈的下降 但不能 阻止 也就是说磁场力始终小于重力 两线圈位于同一水平面时等于重力 所以线圈 2 在线圈 1 的 上 下两边时都向下加速 但加速度都小于g 所以选项 B D 正确 2 楞次定律阻碍磁通量的变化 例 2 如图所示 一水平放置的矩形闭合线圈abcd 在细长磁铁的N 极附近竖直下落 保持bc边在纸外 ad边在纸内 从图中位置 经过位置 到位置 位置 和 都很靠近 在这个过程中 线圈中感应电流 A 沿abcd方向 B 沿dcba方向 C 由 到 是沿abcd方向 由 到 是沿dcba方向 D 由 到 是沿dcba方向 由 到 是沿abcd方向 解析 由条形磁铁的磁场 如图所示 可知 线圈在位置 时穿过 矩形闭合线圈的磁通量最少 当线圈从位置 到 穿过abcd自下而上 的磁通量减少 感应电流的磁场阻碍其减少 则在线圈中产生感应电流 的方向为abcd 当线圈从位置 到 穿过abcd自上而下的磁通量增加 由楞次定律可知 用心 爱心 专心 4 感应电流的方向是abcd 故此题的答案为 A 答案 A 思维提升 应熟悉几种常见磁体的磁感线分布情况 这样才能判断磁通量变化情况 拓展 2 如图所示 两条互相平行的导线M N中通过大小相等 方向相同的电流 导线框abcd和两导线在同一平面内 线框沿着与两导 线垂直的方向 自右向左在两导线间匀速移动 则在移动过程中线框中 的感应电流的方向为 C A 先顺时针后逆时针 B 先逆时针后顺时针 C 一直是逆时针 D 一直是顺时针 解析 M N之间的磁场是两导线产生的磁场的叠加 可以以M N两导线之间的中心 面OO 为界 在OO 右边合磁场的方向垂直纸面向外 在OO 左边 合磁场的方向垂直纸 面向内 线框从右向左移动到OO 中间以前 垂直纸面向外穿过线框的磁通量减少 移动到 中间时磁通量为零 越过中间向左时 垂直纸面向内穿过线框的磁通量增加 由楞次定律可 以判断感应电流的方向始终为逆时针方向 3 楞次定律的综合应用 例 3 如图所示 单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中 线圈轴线OO 与磁场边界重合 线圈按图示方向匀速转动 ab向纸外 cd向纸内 若从图示位置开始计时 并 规定电流方向沿a b c d a为正方向 则线圈内感应 电流随时间变化的图象是 解析 在第一个 周期内 由图可看出磁场的方向 容易得到感应电流方向与规定的 1 4 正方向相反 在第二个 周期内 虽然磁场方向不变 但线圈平面已经转动 ab离开磁场 1 4 cd进入磁场 与第一个 周期相比 磁感线是从线圈的不同 面 进入线圈平面 由楞次定 1 4 用心 爱心 专心 5 律可判断电流方向仍与正方向相反 同理 可判断后半个周期电流的方向与正方向相同 所 以选项 A 正确 答案 A 思维提升 此题需一定的情景想象力 很多同学误以为ab边转出磁场后电流 方向会发生改变 其实cd边马上进入磁场产生的电流方向与未进入前一致 刚进入 时感应电流最大 拓展 3 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 当PQ在外力的作用下运动时 MN在磁场的作用下向右运动 则PQ所做的运 动可能是 BC 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 要使金属棒MN在磁场中运动 必须使其中有电流流过 这只能是线圈L1产生 感应电流 根据题意 引起线圈L1产生感应电源的磁场应是线圈L2产生的磁场 这个磁场应 由线圈L2中的电流产生 当PQ向右运动时 用右手定则可判断出PQ中感应电流的方向是由 Q P 由安培定则可判断出穿过L2 L1的磁场方向 是自下而上的 若PQ向右加速运动 则 穿过L2 L1的磁通量增加 用楞次定律可判断出流过MN的感应电流从M N 用左手定则可 判断出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 同理可判断出选项 B 是正确的 而 D 不正确 易错门诊 4 电磁感应的现象 例 4 如图 CDEF为闭合线圈 AB为电阻丝 当滑动变阻器的滑动头向下滑动时 线 圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感应强度的方向 是 时 电源的哪一端是正极 错解 当变阻器的滑动头在最上端时 电阻丝 AB因被短路而无电流通过 由此可知 滑动头下移时 流过AB中的电流是增加的 当线圈 CDEF中的电流在G处产生的磁感应强度的方向是 时 由楞次定律可知AB中逐渐增加的 电流在G处产生的磁感应强度的方向是 再由右手定则可知 AB中的电流方向是从A流向 B 从而判定电源的上端为正极 错因 楞次定律中 感生电流的磁场总是要阻碍