高考物理一轮复习 9.1电磁感应现象、楞次定律课件.ppt

选修3 2第九章电磁感应 复习目标定位 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 在高考命题中本章以楞次定律及法拉第电磁感应定律为核心的电磁感应相关知识是重点内容 考查感应电流的产生和感应电流方向 对电磁感应图象问题往往以选择题为主 导体切割磁感线产生感应电动势的计算 此类问题常结合力学 电学知识 解决与电荷量 电势相关的问题 法拉第电磁感应定律的应用是高考的热点 常以综合性大题出现 并结合电路 力学 能量转化等知识 有时也会涉及结合实际应用的问题 如日光灯原理 电磁阻尼 电磁驱动 磁悬浮等问题 楞次定律和法拉第电磁感应定律是本章的重点 两个规律与力 电等知识的综合应用是高考命题的热点 具体表现为以下四点 1 以电磁感应现象为核心 综合应用力学各种不同的规律 如牛顿运动定律 动能定理等内容 形成综合类问题 通常以导体棒和线圈为载体 分析导体棒在磁场中因切割磁感线对运动情况的影响 解决此类问题的关键在于运动情况的分析 特别是最终稳定状态的确定 利用物体的平衡条件求最大速度之类的问题 2 电磁感应与电路的综合问题 此类问题关键在于电路结构的分析 能正确画出等效电路图 并根据电学知识进行分析 求解 求解过程首先注意电源的确定 通常将切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路作为等效电源 其次是能正确区分内 外电路 应用闭合电路欧姆定律及串 并联电路的规律求解 3 电磁感应中的能量转化问题 电磁感应的过程实质上是不同形式的能量与电能的相互转化过程 安培力做功 电能转化为其他形式的能 克服安培力做功 其他形式的能转化为电能 解决此类问题主要有三种思路 1 利用安培力做功求解 2 利用能量转化求解 3 利用电路的焦耳定律求解 4 电磁感应中的图象问题 电磁感应的图象主要包括b t图象 t图象 e t图象和i t图象 还可能涉及感应电动势e和感应电流i随位移x变化的图象 即e x图象和i x图象 一般可把图象问题分为三类 1 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 2 由给定的有关图象 分析电磁感应过程 求解相关物理量 解答电磁感应中的图象问题的基本方法是利用右手定则 楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解答 3 图象转换 如根据 t图象画出i t图象 e t图象等 第一讲电磁感应现象 楞次定律 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 磁通量 磁通量的变化量 考点自清 1 定义 在磁感应强度为b的匀强磁场中 与磁场方向s和b的乘积 2 公式 3 单位 符号 4 磁通量是 填 标量 和 矢量 垂直的面积 b s 韦伯 wb 标量 5 磁通量的变化引起磁通量变化的常见情况 根据磁通量的计算公式 bscos 因此决定磁通量的因素有三个方面 b s 的变化都会引起磁通量的变化 从而使闭合电路产生感应电流 1 磁感应强度b不变化 有效面积s变化 则 2 磁感线穿过的有效面积s不变 磁感应强度变化 则 3 当s与垂直于b的平面间的夹角变化时 即 变化时 则 b s b s bs cos 2 cos 1 基础自测 1 如图所示 ab是水平面上一个圆的直径 在过ab的竖直面内有一根通电直导线ef 且ef平行于ab 当ef竖直向上平移时 穿过圆面积的磁通量将 a 逐渐变大b 逐渐减小c 始终为零d 不为零 但始终保持不变解析 穿过圆面积的磁通量是由通电直导线ef产生的 因为通电直导线位于圆的正上方 所以向下穿过圆面积的磁感线条数与向上穿过的条数相等 即磁通量为零 而且竖直方向的平移也不会影响磁通量的变化 故c正确 答案 c 二 电磁感应现象 考点自清 1 电磁感应现象当穿过闭合电路的发生变化时 电路中有产生的现象 2 产生感应电流的条件及情形 1 条件 电路 发生变化 即 0 2 情形 闭合电路的一部分导体在磁场内做运动 穿过电路的发生变化 磁通量 感应电流 闭合 磁通量 切割磁感线 闭合 磁通量 3 产生感应电动势的条件无论电路是否闭合 只要穿过线圈平面的发生变化 线圈中就有感应电动势产生 产生感应电动势的那部分导体相当于 磁通量 电源 基础自测 2 下图中能产生感应电流的是 解析 a中线圈没闭合 没有感应电流 b中磁通量增大 有感应电流 c中导线在圆环的正上方 不论电流如何变化 穿过线圈的磁感线相互抵消 磁通量恒为零 也无电流 d中回路磁通量恒定 无感应电流 答案 b 三 楞次定律 右手定则 考点自清 1 楞次定律 1 内容 感应电流的磁场总是要引起感应电流的磁通量的变化 2 适用范围 穿过闭合电路的 阻碍 磁通量发生变化 2 右手定则 1 方法 伸开 使拇指跟其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从进入 并使拇指指向的方向 这时四指所指的方向就是的方向 2 适用范围 适用于闭合电路的部分导体运动产生感应电流的情况 右手 掌心 导体运动 感应电流 做切割磁感线 基础自测 3 如图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 解析 由楞次定律和安培定则可知 选项a b错误 选项c d正确 答案 cd 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 1 b s的含义 bs只适用于磁感应强度b与面积s垂直的情况 当s与垂直于b的平面间的夹角为 时 则有 bscos 可理解为 b scos 即 等于b与s在垂直于b方向上分量的乘积 如图甲所示 也可理解为 bcos s 即 等于b在垂直于s方向上的分量与s的乘积 2 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 如图乙所示 s应为线圈面积的一半 3 多匝线圈的磁通量多匝线圈的磁通量的大小与线圈匝数无关 因为不论线圈匝数多少 穿过线圈的磁感线条数相同 而磁感线条数可表示磁通量的大小 4 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穿过这个平面内的合磁通量 5 磁通量的变化 2 1 其数值等于末 初态穿过某个平面磁通量的差值 分析磁通量变化的方法有 方法一 根据磁通量的定义 b s s为回路在垂直于磁场的平面内的投影面积 一般存在以下几种情形 1 投影面积不变 磁感应强度变化 即 b s 2 磁感应强度不变 投影面积发生变化 即 b s 其中投影面积的变化又有两种形式 a 处在磁场的闭合回路面积发生变化 引起磁通量变化 b 闭合回路面积不变 但与磁场方向的夹角发生变化 从而引起投影面积变化 3 磁感应强度和投影面积均发生变化 这种情况比较少见 此时不能简单地认为 b s 方法二 根据磁通量的物理意义 通过分析穿过回路的磁感线条数的变化来定性分析磁通量的变化 如图所示 框架面积为s 框架平面与磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直 例1 1 此时穿过平面的磁通量为多少 2 若使框架绕oo 转过60 角 则穿过线框平面的磁通量为多少 3 若从初始位置转过90 角 则穿过线框平面的磁通量为多少 此过程的磁通量的变化量为多少 4 若从初始位置转过120 角 则穿过线框平面的磁通量变化量为多少 思路指导 线框在匀强磁场中的磁通量 bs 当线框绕oo 转动时磁通量变化量 b s 如图所示 有两个同心放置且共面的金属圆环 条形磁铁穿过圆心且与两环面垂直 比较通过两环的磁通量 a b 则 a a bb a bc a bd 不能确定 变式训练1 解析 由于磁感线是闭合曲线 在磁体内部是由s极指向n极 在磁体外部是由n极指向s极 且在磁体外部的磁感线分布在磁体的周围较大的空间 又由于穿过圆环a b的磁通量均为 内 外 因此线圈面积越大 磁感线抵消得越多 合磁通量越小 故b环的磁通量较小 a项正确 答案 a 1 因果关系 应用楞次定律实际上就是寻求电磁感应中的因果关系 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 增缩减扩 4 阻碍线圈自身电流的变化 自感现象 增反减同 5 消耗其他形式的能量 转化为电能 耗他生电 4 应用楞次定律解题的一般程序 用如图所示实验装置研究电磁感应现象 当有电流从电流表的正极流入时 指针向右偏转 下列说法正确的是 例2 a 当把磁铁n极向下插入线圈时 电流表指针向左偏转b 当把磁铁n极从线圈中拔出时 电流表指针向左偏转c 保持磁铁在线圈中静止 电流表指针不发生偏转d 磁铁插入线圈后 将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动 电流表指针向左偏转 思路指导 若判断电流表指针偏转方向 首先要弄清电流从电流表正极流入和电流表指针偏转的关系 其次是要根据楞次定律判断线圈中产生感应电流的方向 第三要清楚线圈的绕制方向 解析 电磁铁n极向下插入线圈时 经过线圈向下的磁通量增加 则在线圈中产生感应电流 感应电流产生的磁场的磁感线阻碍由于磁铁n极向下插入线圈所引起的磁通量的变化 即线圈中感应电流的磁场的磁感线在线圈轴心方向是向上的 由安培定则可判断感应电流方向由电流表的负极流入 则电流表指针向左偏转 选项a正确 当把磁铁n极向外拔出线圈时 由楞次定律和安培定则可知 电流表指针向右偏 选项b错误 保持磁铁在线圈中静止 线圈中不产生感应电流 电流表指针不发生偏转 选项c正确 当磁铁在线圈中一起以同一速度向上运动时 线圈和磁铁没有相对运动 线圈中磁通量没有变化 不产生感应电流 电流表指针不偏转 选项d错误 答案 ac 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 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 变式训练2 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里 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 答案 c 1 一般解题步骤 1 分析题干条件 找出闭合电路或切割磁感线的导体棒 2 结合题中的已知条件和待求量的关系选择恰当的规律 3 正确地利用所选择的规律进行分析和判断 2 应注意的事项 1 三个定则与一个定律 的比较 2 应用区别关键是抓住因果关系 因电而生磁 i b 安培定则 因动而生电 v b i 右手定则 因电而受力 i b f安 左手定则 如图所示 两个线圈套在同一个铁芯上 线圈的绕向在图中已经标出 左线圈连着平行导轨m和n 导轨电阻不计 在导轨垂直方向上放着金属棒ab 金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中 下列说法中正确的是 例3 a 当金属棒ab向右匀速运动时 a点电势高于b点 c点电势高于d点b 当金属棒ab向右匀速运动时 b点电势高于a点 c点与d点等电势c 当金属棒ab向右加速运动时 b点电势高于a点 c点电势高于d点d 当金属棒ab向右加速运动时 b点电势高于a点 d点电势高于c点 思路指导 金属棒ab在磁场中切割磁感线产生感应电流从而在左边线圈中产生磁场 这个磁场会通过铁芯穿过右边的线圈 若磁场变化 则在右边线圈中产生感应电动势和感应电流 解析 当金属棒ab向右匀速运动而切割磁感线时 金属棒中产生恒定感应电动势 由右手定则判断电流方向由a b 根据电流从电源 ab相当于电源 正极流出沿外电路回到电源负极的特点 可以判断b点电势高于a点 又ab棒中的感应电动势恒定 则感应电流也恒定 所以穿过右线圈的磁通量保持不变 不产生感应电流 c点与d点等电势 选项a错b对 当金属棒ab向右做加速运动时 由右手定则可推断 b a 电流a b方向 又由e blv可知金属棒ab两端的e不断增大 那么左边电路中的感应电流也不断增大 由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的 并且场强不断增强 所以右边的线圈中的向上的磁通量不断增加 由楞次定律可判断右边电路中的感应电流的方向应沿逆时针 而在右线圈绕成的电路中 感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上 把这个线圈看做电源 由于电流是从c沿内电路 即右线圈 流向d 所以d点电势高于c点 选项c错d对 综上所述 选项b d正确 答案 bd 如右图所示 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在磁场力的作用下向右运动 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 变式训练3 解析 当pq向右运动时 用右手定则可判定pq中感应电流的方向是由q p 由安培定则可知穿过l1的磁场方向是自下而上的 若pq向右加速运动 则穿过l1的磁通量增加 用楞次定律可以判断流过mn的感应电流是从n m的 用左手定则可判定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b项是正确的 d项是错误的 答案 bc 思想方法技巧运用提升素养 学科素养提升 楞次定律的推广应用楞次定律中 阻碍 的主要表现形式 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍相对运动 来拒去留 3 使线圈扩大或缩小的趋势 增缩减扩 4 阻碍原电流的变化 自感现象 增反减同 应用这些规律解决有关楞次定律的问题很方便 学生可以尝试应用其解决问题做到得心应手 如图所示 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 当一条形磁铁从高处下落接近回路时 a p q将相互靠拢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 例4 思路指导 由楞次定律可知感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的原磁通量的变化 由于产生感应电流 感应电流产生处在原磁场中受到安培力的作用 而产生运动或运动趋势 最终表现为 增反减同 来拒去留 等规律现象 解析 解法一 设磁铁下端为n极 如图所示 根据楞