【金榜夺冠】高三物理第一轮复习 第十章 第一单元 第1课时 电磁感应现象 楞次定律课件 选修32.ppt

第一单元电磁感应基本规律第1课时电磁感应现象楞次定律 选修3 2第十章电磁感应 基础回顾 1 磁通量 用来形象 直观地描述穿过某一面积 的分布及其变化的物理量 2 定义式 式中b为匀强磁场的磁感应强度 s为所研究的平面面积 为匀强磁场磁感线方向与平面s的法线方向的夹角 答案 1 磁感线2 bscos 3 磁通量的大小又可以形象 直观地表示为磁场中穿过某一平面的 的多少 4 磁通量 是 但是有正负 其正 负由cos 决定 5 磁通量的单位是 1wb 答案 3 磁感线4 标量5 韦伯 wb 1t m2 要点深化 1 磁通量的计算正像用电场线可以形象地表示电场一样 用磁感线可以形象地表示磁场 为了形象地定量表示磁场中某一点磁感应强度b的大小 还引入了磁通量的概念 我们把通过某一面积的磁感线的条数 叫做穿过这个面积的磁通量 并且规定 穿过垂直于磁场方向单位面积上磁感线的条数等于该处的磁感应强度 可以得到磁通量的计算公式 bs bssin 式中 为平面与磁感应强度方向的夹角 s为平面的面积 s 为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积 引入磁通量后 可得到磁感应强度的另一表述 b 这表明 磁感应强度在数值上等于垂直于磁场方向上单位面积的磁通量 又称磁通密度 并用wb m2作单位 2 磁通量变化的计算 值得注意的是 磁通量 虽然是标量 但有些问题应考虑它的正负 例如 当一个平面内既存在穿入又存在穿出磁感线时 应当加以规定一个方向为正向 即 为正值 另一个方向为负值 这样计算该面的磁通量时 应是两个磁通量的代数和 上图 a 所示的两个面积s1和s2上的磁通量是 1 2 因为磁感线是闭合曲线 在面积s2中正负相抵消多于面积s1 上图 b 所示一个线圈在匀强磁场中翻转180 时 若设初始位置时的磁通量为 则翻转后的磁通量为 这个过程中磁通量的变化量 一般都取绝对值 将是 2 1 2 而不是 0 3 地磁场穿过地球表面的磁通量等于零地磁场穿过地球表面的磁通量等于零 因为地磁场从地球南极穿出的磁通量与从地球北极穿入的磁通量的绝对值相等 若取穿出为正 则穿入为负 这样 地磁场穿过地球表面的磁通量 即代数和 为零 由此得到的结论是 同一磁体产生的磁场穿过闭合曲面的磁通量为零 基础回顾 1 定义 当只要使穿过 电路的 发生变化时 电路中就有电流产生 这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象 2 产生感应电流的条件 只要使穿过 电路的 发生变化 即 0 闭合电路中就有 产生 答案 1 闭合磁通量2 闭合磁通量感应电流 3 引起磁通量变化的常见情况 闭合回路的部分导线做 运动 导致 变 线圈在磁场中 导致 变 变化 导致 变 4 产生感应电动势的条件 无论回路是否闭合 只要穿过回路的 回路中就有感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于 答案 3 切割磁感线 匀速转动 磁感应强度4 磁通量发生变化一个电源 要点深化 1 电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生感应电动势 如果电路不闭合 只要在该电路的区域内有磁通量的变化 则该电路就产生了感应电动势 如果该电路是闭合的 就可以再产生感应电流 故电路闭合与否都无碍于感应电动势的产生 无碍于电磁感应现象的普遍存在 2 磁通量变化有三种情形 1 磁感应强度b不变 有效面积s发生变化 则 t 0 b s 2 有效面积s不变 磁感应强度b发生变化 则 t 0 s b 3 磁感应强度b变化 有效面积s发生变化 则 基础回顾 1 右手定则 用右手定则来判定感应电流 感应电动势 的方向时 应使右手的手掌平伸 大拇指与 并在同一平面内 让磁感线垂直穿入 或斜穿入 掌心 令大拇指指向 方向 则其余四指的指向就是感应电流 感应电动势 的方向 2 楞次定律 感应电流具有这样的方向 就是感应电流产生的磁场 总要 引起感应电流的磁通量的变化 答案 1 其余四个手指垂直导体运动2 阻碍 3 判断感应电流方向的思路运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为 即 确定原磁场方向 判定原磁场如何变化 增大还是减小 利用楞次定律确定感应电流的磁场方向 增反减同 根据安培定则判定感应电流的方向 答案 3 来拒去留 增反减同 要点深化 1 几个定则的运用要注意的问题为了帮助记忆电与磁之间的一些规律 提出了安培定则 左手定则 右手定则和楞次定律 对初学者来说 这几个定则或定律极易混淆 现列表如下 以帮助大家掌握 上述三个基本物理现象的识别是我们正确应用这些定则或定律的前提 实际问题往往是复杂的 有时两种电流 通入电流和感应电流 同时存在 两种力 外力和安培力 同时存在 这三个现象同时出现 它们之间又互相制约 解题时必须从分析现象之间的因果关系出发 先确定属于什么现象 然后再决定该用哪个定则或定律去判断 2 楞次定律与能量守恒楞次定律实质上是能的转化与守恒定律在电磁感应中的体现 定律强调的是感应电流的方向总是使自己的磁场阻碍原来磁场的变化 定律关键词是 阻碍 变化 我们可以将定律的含义扩展为 感应电流的效果总要反抗产生感应电流的原因 具体地说 可以是反抗原磁通量的变化 可以是反抗导体和磁场的相对运动 也可以是反抗原电流的变化 如自感现象 3 运用楞次定律解题的方法 1 常规法 据原磁场 b原方向及 情况 楞次定律 确定感应磁场 b感方向 安培定则 判断感应电流 i感方向 左手定则 导体受力及运动趋势 2 效果法 由楞次定律可知 感应电流的 效果 总是阻碍引起感应电流的 原因 深刻理解 阻碍 的含义 据 阻碍 原则 可直接对运动趋势作出判断 更简捷 迅速 应用楞次定律判断感应电流方向的常规方法 据原磁场 b原方向及 情况 楞次定律 确定感应磁场 b感方向 安培定则 判断感应电流 i感方向 一平面线圈用细杆悬于p点 开始时细杆处于水平位置 释放后让它在如右图所示的匀强磁场中运动 已知线圈平面始终与纸面垂直 当线圈第一次通过位置 和位置 时 顺着磁场的方向看去 线圈中的感应电流的方向分别为 位置 位置 a 逆时针方向逆时针方向b 逆时针方向顺时针方向c 顺时针方向顺时针方向d 顺时针方向逆时针方向 解析 线圈第一次经过位置 时 穿过线圈的磁场方向向右 磁通量增加 由楞次定律 线圈中感应电流的磁场方向向左 根据安培定则 顺着磁场看去 感应电流的方向为逆时针方向 当线圈第一次通过位置 时 穿过线圈的磁通量减小 可判断出感应电流为顺时针方向 故选项b正确 答案 b 题型训练 1 1931年英国物理学家狄拉克从理论上预言存在着只有一个磁极的粒子 磁单极子 如右图所示 用超导材料制成的大线圈放在空中某位置 若有一个磁单极子 设为n型磁单极子 在远处靠近并穿过该超导线圈 以下判断正确的是 a n型磁单极子远离后线圈中仍有电流存在b n型磁单极子远离后线圈中没有电流存在c 沿n型磁单极子运动方向看过去线圈中有逆时针电流d 沿n型磁单极子运动方向看过去线圈中先有逆时针电流 后有顺时针电流 解析 因n型磁单极子穿过超导大线圈的磁通量发生变化 线圈中产生电流 大线圈是超导体 产生的电流可永久存在 a正确 n型磁单极子靠近至超导大线圈时 穿过线圈的磁场方向向右 磁通量增加 由楞次定律 线圈中感应电流的磁场方向向左 根据安培定则 沿n型磁单极子运动方向看过去线圈中有逆时针电流 当n型磁单极子从超导大线圈穿过并远离时 穿过线圈的磁场方向向左 磁通量减少 由楞次定律 线圈中感应电流的磁场方向向左 根据安培定则 沿n型磁单极子运动方向看过去线圈中仍有逆时针电流 c正确 答案 ac 由楞次定律可知 感应电流的 效果 总是 阻碍 引起感应电流的 原因 由此可得楞次定律的推论 1 阻碍原磁通量的变化 即 增反减同 2 阻碍 导体 的相对运动 即 来拒去留 3 使线圈面积有扩大或缩小的趋势 即 大小小大 4 阻碍原电流的变化 自感 如右图所示 ab是一个可以绕垂直于纸面的轴o转动的闭合矩形导体线圈 当滑动变阻器r的滑片p自左向右滑行时 线框ab将 a 保持静止不动b 顺时针转动c 逆时针转动d 发生转动 但因电源极性不明 无法确定转动方向 解析 图中的两个通电的电磁铁之间的磁场方向总是水平的 当滑动变阻器r的滑片p自左向右滑动的过程中 电路的电流是减小的 两个电磁铁之间的磁场也是减小的 闭合导体线圈中的磁通量是减小的 线圈在原磁场中所受的磁场力肯定使线圈向磁通量增大的方向运动 显然只有顺时针方向的运动才能使线圈中的磁通量增大 答案 b 题型训练 2 如右图所示 与直导线ab共面的轻质闭合金属圆环竖直放置 两点彼此绝缘 环心位于ab的上方 当ab中通有电流且强度不断增大的过程中 关于圆环运动的情况以下叙述正确的是 a 向下平动b 向上平动c 转动 上半部向纸内 下半部向纸外d 转动 下半部向纸内 上半部向纸外 解析 由于环中感应电流所受安培力的方向既跟直流电流产生的磁场方向垂直 又跟环中感应电流方向垂直 环各部分所受的安培力的合力应在竖直平面上 环只可能在竖直平面内运动 故转动不可能 如向上平动 使净面积增加 净磁通量增加 故向上平动不可能 如向下平动 使净面积减小 净磁通减少 满足 效果阻碍原因 显然不论直导线中电流方向如何 只要电流强度增大 最终环的机械运动都一样 即向下平动 反之则向上平动 答案 a 解决此类问题的关键是抓住因果关系 1 因动而生电 v b i 右手定则 2 因电而生磁 i b 安培定则 3 因磁而生电 i 楞次定律 4 因电而受力 i b f安 左手定则 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 解析 设pq向右运动 用右手定则和安培定则判定可知穿过l1的磁感线方向向上 若pq向右加速运动 则穿过l1的磁通量增加 用楞次定律判定可知通过mn的感应电流方向是n m 对mn用左手定则判定可知mn向左运动 可见a选项不正确 若pq向右减速运动 则穿过穿过l1的磁通量减小 用楞次定律判定可知通过mn的感应电流方向是m n 对mn用左手定则判定可知mn向右运动 可见c正确 同理设pq向左运动 用上述方法可判定b正确 而d错误 答案 bc 题型训练 3 如图所示 一个有界匀强磁场区域 磁场方向垂直纸面向外 一个矩形闭合导线框abcd 沿纸面由位置1 左 匀速运动到位置2 右 则 a 导线框进入磁场时 感应电流方向为a b c d ab 导线框离开磁场时 感应电流方向为a d c b ac 导线框离开磁场时 受到的安培力方向水平向右d 导线框进入磁场时 受到的安培力方向水平向左 解析 导线框进入磁场 由楞次定律或右手定则确定感应电流方向为顺时针 出磁场时电流方向为逆时针 离开磁场时 安培力合力方向水平向左 进入磁场时 安培力合力方向也水平向左 阻碍线框进出磁场 答案 d 如右图所示 短形线框abcd与磁场方向垂直 且一半在匀强磁场内 另一半在磁场外 若要使线框中产生感应电流 下列方法中不可行的是 a 以ad边为轴转动b 以中心线oo 为轴转动c 以ab边为轴转动 小于60 d 以cd边为轴转动 小于60 错解 若使线框中产生感应电流 则穿过线圈的磁通量必须发生变化 而磁通量 bs s是线框在垂直于磁感应强度方向上的投影面积 该题是匀强磁场 磁感应强度b不变 当线框以ad边为轴或以中心线oo 为轴转动时 投影面积s变化 所以磁通量 发生变化 有感应电流 选项ab是可行的 当线框以ab为轴或以cd边为轴转动 小于60 时 投影面积s在减小 因而磁通量 也在减小 有感应电流 选项cd也是可行的 即四个选项都是可行的 分析纠错 磁通量 是穿过某一面积的磁感线的条数 而穿过垂直于磁感应强度方向上的单位面积的磁感线条数 等于磁感应强度b 所以公式 bs中的s 应理解成线框平面在磁场中的那部分投影面积 而不是包括磁场外的全