2014高三物理一轮复习 第九章 第1讲 电磁感应现象 楞次定律3

1 第九章第九章 第第 1 1 讲讲 电磁感应现象电磁感应现象 楞次定律楞次定律 3 3 体系构建 考纲点击 1 电磁感应现象 2 磁通量 3 法拉第电磁感应定律 4 楞次定律 5 自感 涡流 复习指导 1 了解电磁感应现象 磁通量 自感和涡流的基本概念 能用其解释实际生活中的有关现象 2 掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律 能判断感应电流的方向和计算感应电动势的大小 3 复习时应重视法拉第电磁感应定律的应用 平动 转动切割 单杆与双杆的切割问题 注 意处理好与电路 力学 能量守恒等知识综合的问题 磁 通 量 2 1 定义 在磁感应强度为B的匀强磁场中 与磁场方向垂直的面积S和B的乘积 2 公式 BS 3 单位 韦伯 韦 符号 Wb 4 磁通量是标量 填 标量 或 矢量 1 对磁通量的理解 1 磁通量是标量 其正 负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面 2 多匝线圈的磁通量 多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关 3 合磁通量求法 若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在 当计算穿过这个 面的磁通量时 先规定某个方向的磁通量为正 反方向的磁通量为负 平面内各个方向的 磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 2 关于公式 BS的理解 1 适用条件 匀强磁场 磁感线与平面垂直 2 若面积S与磁感应强度B的夹角为 则 BSsin 图 9 1 1 其中Ssin 为面积S在垂直于磁感线方向的投影 称之为 有效面积 图 9 1 2 3 面积S的含义 S不一定是某个线圈的真正面积 而是线圈在磁场范围内的面积 如图 9 1 2 所示 S应为线圈面积的一半 3 磁通量变化的计算 1 磁感应强度B不变 有效面积S变化时 则 2 1 B S 2 磁感应强度B变化 磁感线穿过的有效面积S不变时 则穿过回路中的磁通量的变 化量 2 1 B S 1 用均匀导线做成的正方形线圈abcd放在纸面内 其一半放在有理想边界且垂直于 纸面向里的匀强磁场中 如图 9 1 3 所示 关于穿过线圈的磁通量的说法正确的是 3 图 9 1 3 A 若线圈以OO 为轴转动 则穿过线圈的磁通量时刻在变化 B 若线圈以OO 为轴转动 则线圈转动 90 后磁通量有一段时间为零 直至ab边再 次进入磁场 C 若线圈以ab为轴转动 因线圈在垂直于磁场方向的投影面积一直在变化 故穿过 线圈的磁通量一直在变化 D 若线圈以ab为轴转动 开始转动的一段时间内磁通量不变 直至其cd边进入磁场 磁通量才开始变化 解析 选 AD 若线圈以OO 为轴转动 线圈在垂直于磁场方向的投影面积是一直在 变化的 因此穿过线圈的磁通量一直在变化 选项 A 正确 B 错误 若线圈以ab为轴转动 从图示位置转动 60 角的过程中 虽然线圈进入磁场部分的面积变大 但在线圈处于磁场 中的部分垂直于磁场方向的投影面积一直不变 所以这段过程中穿过线圈的磁通量不变 一旦cd边进入磁场 整个线圈在垂直于磁场方向的投影面积随时变化 因此穿过线圈的磁 通量发生变化 选项 C 错误 D 正确 电磁感应现象 1 电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时 电路中有感应电流产生的现象 2 产生感应电流的条件 1 存在闭合回路 2 磁通量发生变化 1 电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生了感应电动势 如果回路闭合则产生感应电流 如果回路 不闭合 则只有感应电动势 而无感应电流 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 2 能量转化 发生电磁感应现象时 是机械能或其它形式的能转化为电能 4 2 如图 9 1 4 所示 将一个矩形小线圈放在一个大匀强磁场中 线圈平面平行于磁 感线 则线圈中有感应电流产生的是 图 9 1 4 A 当矩形线圈做平行于磁感线的平动 B 当矩形线圈做垂直于磁感线的平行移动 C 当矩形线圈绕AB边做转动时 D 当矩形线圈绕BC边做转动时 解析 选 C 当线圈平行于或垂直于磁感线运动时 穿过的磁通量始终为零 不变化 无感应电流产生 故 A B 不对 当线圈绕AB边转动时 穿过的磁通量变化 故有感应电 流产生 C 正确 当线圈绕BC边转动时 穿过线圈的磁通量始终为零不变化 故无感应电 流 D 错 楞次定律 右手定则 1 楞次定律 1 内容 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 2 适用范围 一切电磁感应现象 2 右手定则 1 内容 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内 让 磁感线从掌心进入 并使拇指向导线运动的方向 这时四指所指的方向就是感应电流的方 向 2 适用情况 导体切割磁感线产生感应电流 楞次定律的理解及应用 1 楞次定律中 阻碍 的含义 5 2 楞次定律的推广 对楞次定律中 阻碍 的含义可以推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原 因 阻碍原磁通量的变化 增反减同 阻碍相对运动 来拒去留 使线圈面积有扩大或缩小的趋势 增缩减扩 阻碍原电流的变化 自感现象 增反减同 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律的应用现象对比 基本现象应用的定则或定律 运动电荷 电流产生磁场安培定则 磁场对运动电荷 电流有作用力左手定则 部分导体做切割磁感线运动右手定则电磁 感应闭合回路磁通量变化楞次定律 3 如图 9 1 5 是验证楞次定律实验的示意图 竖直放置的线圈固定不动 将磁铁从 线圈上方插入或拔出 线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流 各图中分别标 出了磁铁的极性 磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况 其 中表示正确的是 6 图 9 1 5 解析 选 CD 根据楞次定律可确定感应电流的方向 对 C 选项 当磁铁向下运动时 1 闭合线圈原磁场的方向 向上 2 穿过闭合线圈的磁通量的变化 增加 3 感应 电流产生的磁场方向 向下 4 利用安培定则判断感应电流的方向 与图中箭头方向 相同 故 C 项正确 同理分析可知 D 项正确 感应电流方向的判定 命题分析 本考点为高考热点 主要考查楞次定律或右手定则的理解 主要以选择 题形式呈现 例 1 如图 9 1 6 所示 同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r 导体 棒PQ与三条导线接触良好 匀强磁场的方向垂直纸面向里 导体棒的电阻可忽略 当导体 棒向左滑动时 下列说法正确的是 图 9 1 6 A 流过R的电流为由d到c 流过r的电流为由b到a B 流过R的电流为由c到d 流过r的电流为由b到a C 流过R的电流为由d到c 流过r的电流为由a到b D 流过R的电流为由c到d 流过r的电流为由a到b 解析 法一 用右手定则直接判定 依据右手定则可判断出导体棒PQ中的电流由P到Q Q处电势最高 P处电势最低 由P到Q电势依次升高 外电路中的电流方向总是从高电势流向低电势处 因此流过R的 电流为由c到d 流过r的电流为由b到a 选项 B 正确 法二 用楞次定律判定 当PQ向左滑动时 穿过回路PQcd的磁通量是向里增加 由楞次定律可知感应电流的 磁场方向向外 再由安培定则可知 回路中电流为逆时针方向 通过R的电流由c到d 当PQ向左滑动时 穿过回路aMQb的磁通量是向里减小 由楞次定律可知 感应电流 的磁场方向向里 再由安培定则知 回路中的感应电流为顺时针方向 流过r的电流为由 b到a 综上所述 选项 B 正确 7 答案 B 1 楞次定律的应用步骤 2 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电路 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 变式训练 如图 9 1 7 甲所示 两个闭合圆形线圈A B的圆心重合 放在同一水平面内 线圈 A中通以如图乙所示的变化电流 t 0 时电流方向为顺时针 如图中箭头所示 在t1 t2 时间内 对于线圈B 下列说法中正确的是 图 9 1 7 A 线圈B内有顺时针方向的电流 线圈有扩张的趋势 B 线圈B内有顺时针方向的电流 线圈有收缩的趋势 C 线圈B内有逆时针方向的电流 线圈有扩张的趋势 D 线圈B内有逆时针方向的电流 线圈有收缩的趋势 解析 选 A 在t1 t2时间内 通入线圈A中的电流是正向增大的 即逆时针方向增 大的 其内部会产生增大的向外的磁场 穿过B的磁通量增大 由楞次定律可判定线圈B 中会产生顺时针方向的感应电流 线圈B中电流为顺时针方向 与A中的电流方向相反 有排斥作用 故线圈B将有扩张的趋势 多定则综合应用 二次感应问题 命题分析 本考点为高考热点 主要考查楞次定律 左右手定则及安培定则的综合 8 应用 多以选择题呈现 例 2 20 12 湖北八校联考 如图 9 1 8 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 不计导轨电阻 棒的电阻一定 图 9 1 8 A 向右加速运动 B 向右减速运动 C 向左加速运动 D 向左减速运动 思维流程 第一步 抓信息关键点 关键点信息获取 1 PQ在外力作用下运动由右手定则判断感应电流方向 2 MN在磁场力作用下向右运动由左手定则判断电流方向 第二步 找解题突破口 由MN在磁场力作用下向右运动 据左手定则可判定MN中的电流方向 L1中的磁场方 向 L2中磁场方向及其变化情况 PQ的运动情况 第三步 条理作答 解析 由于MN在磁场力作用下向右运动 根据左手定则可判定MN中的电流方向是 由M到N 在L1中此电流产生的磁场方向 据安培定则判知是向上的 这是二次感应电流 的磁场方向 可推出L2中第一次感应电流的磁场应是向上减少或向下增加 由右手定则可 判定PQ向右减速运动或向左加速运动 即 B C 项正确 答案 BC 1 本题解法为 逆推法 由果索因 即根据L1中二次感应的电流流过MN 使MN受 磁场力向右运动 逆推出PQ运动产生的一次感应电流的变化情况进而推出PQ的运动情况 2 本题也可以据选项提供的PQ的运动情况逐一推断符合题意的情况 注意向右加 速和向左减速等效 向右减速和向左加速等效 3 欲出现二次感应电流 则第一次感应的电流必须是变化的 9 互动探究 1 本题中若PQ向右匀速运动 MN还会运动吗 2 若保持金属棒PQ不动 而让PQ所在处的磁感应强度均匀增大 MN是否运动 解析 1 若PQ向右匀速运动则L2中电流不变 L1和MN构成的回路中无感应电流 MN棒不动 2 若PQ所在处的磁感应强度均匀增大 由法拉第电磁感应定律知 L2和PQ回路中产 生的感应电流恒定 L1中不会再产生感应电流 MN不动 答案 1 不动 2 不动 开 芯 技法 楞次定律推论的应用 1 楞次定律的推论 对楞次定律中 阻碍 的含义可以推广为感应电流的效果 总是阻碍产生感应电流的 原因概括如下 1 当回路的磁通量发生变化时 感应电流的效果就阻碍原磁通量的变化 即 增反减 同 2 当出现引起磁通量变化的相对运动时 感应电流的效果就阻碍 导体间的 相对运动 即 来拒去留 3 当回路可以形变时 感应电流可以使线圈面积有扩大或缩小的趋势 即 增缩减扩 4 当回路磁通量变化由自身电流变化引起时 感应电流的效果是阻碍原电流的变化 自感现象 即 增反减同 2 应用原则 当不涉及感应电流方向的判定时 用楞次定律的上述推论解题更快捷简便 示例 1 如图 9 1 9 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 图 9 1 9 A P Q将相互靠拢 B P Q将相互远离 10 C 磁铁的加速度仍为g D 磁铁的加速度小于g 解析 法一 程序法 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 法二 推论法 根据楞次定律的推论 来拒去留 当条形磁铁靠近回路时 必受到 回路给予的向上的斥力 因而磁铁的加速度小于g 增缩减扩 当条形磁铁靠近回路 时 穿过回路的磁通量增加 回路中的感应电流受条形磁铁磁场的作用力必然有使回路面 积减小的趋势 以阻碍磁通量的增加 故P Q互相靠拢 故 A D 正确 答案 AD 示例 2 如图 9 1 10 所示 粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈 当一 竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时 若线圈始终不动 则关于线圈 受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是 图 9 1 10 A FN先小于mg后大于mg 运动趋势向左 B FN先大于mg后小于mg 运动趋势向左 C FN先小于mg后大于mg 运动趋势向右 D FN先大于mg后小于mg 运动趋势向右 解析 当磁