第九章 电磁感应1

第九章电磁感应第1节电磁感应现象楞次定律-4-一、磁通量1.定义匀强磁场中,磁感应强度(B)与垂直

于磁场方向的面积(S)的乘积叫作穿过这个面积的磁通量,简称磁通,我们可以用穿过这一面积的磁感线条数的多少来形象地理解。

2.公式Φ=BS。在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,符号是Wb

。

3.公式适用条件(1)匀强磁场。(2)磁感线的方向与平面垂直,即B⊥S。-5-二、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)条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化

。

(2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线

的运动。

3.电磁感应现象的实质产生感应电动势

,如果电路闭合,则有感应电流

;如果电路不闭合,则只有感应电动势

而无感应电流。

-6-三、感应电流方向的判定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:如图,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。

-7--8-1.闭合线圈放在磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,因磁场变化而发生电磁感应现象,则()A.穿过线圈的磁通量越大,产生的感应电动势越大B.穿过线圈的磁通量变化量越大,产生的感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化率越大,产生的感应电动势越大D.穿过线圈的磁感线条数越多,产生的感应电动势越大答案解析解析关闭答案解析关闭-9-2.如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为L,匝数为N,过ab中点和cd中点的连线OO'恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为()答案解析解析关闭答案解析关闭-10-3.(多选)如图所示,一接有电压表的矩形闭合线圈ABCD向右匀速穿过匀强磁场的过程中,下列说法正确的是()A.线圈中有感应电动势,有感应电流B.线圈中有感应电动势,无感应电流C.AB边两端有电压,且电压表有示数D.AB边两端有电压,但电压表无示数答案解析解析关闭由于通过回路的磁通量不变,故回路中无感应电流产生,选项A错误;由欧姆定律知电压表示数U=IRg=0,选项C错误;由E=Blv可知,AB两端有电压,选项B、D正确。答案解析关闭BD-11-4.(多选)在北半球,地磁场的水平分量由南向北,竖直分量竖直向下。北京平安大街上,如图,某人骑车从东往西行驶,则下列说法正确的是()A.自行车左车把的电势比右车把的电势高B.自行车左车把的电势比右车把的电势低C.图中辐条AB此时A端比B端的电势高D.图中辐条AB此时A端比B端的电势低答案解析解析关闭从东往西,车把切割地磁场的竖直分量,由右手定则知左车把电势高,而辐条切割水平分量,B端电势高,即A、D正确。答案解析关闭AD-12-5.为判断线圈绕向,可将灵敏电流计G与线圈L连接,如图所示。已知线圈由a端开始绕至b端;当电流从电流计G左端流入时,指针向左偏转。(1)将条形磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,发现指针向左偏转。俯视线圈,其绕向为顺时针

(选填“顺时针”或“逆时针”)。

(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时,指针向右偏转。俯视线圈,其绕向为逆时针

(选填“顺时针”或“逆时针”)。

-13-解析:(1)将磁铁N极向下插入L时,根据楞次定律L的上方应为N极。由电流计指针向左偏转,可确定L中电流由b端流入,根据安培定则,俯视线圈,电流为逆时针,线圈绕向为顺时针。(2)将磁针远离L,由楞次定律,线圈L上方仍为N极,由于此时电流计指针向右偏转,可确定L中电流由a端流入。根据安培定则,俯视线圈,电流为逆时针,线圈绕向也为逆时针。-14-考点一考点二例1对点训练1考点三考点四电磁感应现象的判断

1.判断电磁感应现象能否发生的一般流程2.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ1-Φ0计算并判断磁通量是否变化。(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。-15-考点一考点二例1对点训练1考点三考点四在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是()A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接。往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化解题探究:产生感应电流的条件如何?提示:①回路闭合;

②回路内磁通量发生变化。答案解析解析关闭闭合回路中没有磁通量变化,不可能产生感应电流,选项A、B错误;往闭合线圈中插入条形磁铁会产生感应电流,但只是瞬时电流,等到相邻房间观察时,感应电流已经消失,选项C错误;接电源的线圈在通电或断电时,会使接电流表的线圈中的磁通量发生变化,产生感应电流,选项D正确。答案解析关闭D-16-考点一考点二例1对点训练1考点三考点四规律总结:正确判断磁通量的变化情况(1)通过对穿过回路磁感线条数的分析和计算,可以确定磁通量是否变化。(2)依据公式Φ=BSsin

θ(θ是B与S的夹角)确定磁通量与哪些因素有关。-17-考点一考点二例1对点训练1考点三考点四(多选)(2015全国理综Ⅰ,19)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示。实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后。下列说法正确的是()A.圆盘上产生了感应电动势B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动答案解析解析关闭圆盘转动时产生了感应电动势,圆盘本身构成闭合回路,形成涡电流,涡电流产生的磁场导致磁针转动,选项A、B正确,D错误;圆盘转动过程中磁针的磁场穿过圆盘的磁通量没有变化,选项C错误。答案解析关闭AB-18-考点一考点二考点三例2对点训练2考点四楞次定律的理解及其应用

楞次定律中“阻碍”的含义-19-考点一考点二考点三考点四例2对点训练2如图,在一水平、固定的闭合导体圆环上方有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触,关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是()A.总是顺时针B.总是逆时针C.先顺时针后逆时针D.先逆时针后顺时针解题探究:①磁铁在圆环上方时,下落穿过圆环的磁感线方向向上,下落过程中穿过圆环的磁通量如何变化?②磁铁在圆环下方时,穿过圆环的磁感线方向向上,下落过程中穿过圆环的磁通量如何变化?提示:变大。

提示:变小。

答案解析解析关闭由条形磁铁的磁场分布可知,磁铁下落的过程,闭合圆环中的磁通量始终向上,并且先增加后减少,由楞次定律可判断出,从上向下看时,闭合圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针,C正确。答案解析关闭C-20-考点一考点二考点三考点四例2对点训练2方法归纳:1.判断感应电流的方法(1)楞次定律

(2)安培定则2.应用楞次定律判断感应电流的方法-21-考点一考点二考点三考点四例2对点训练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()

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.一直是顺时针答案解析解析关闭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关于OO'对称的位置以前,垂直纸面向外穿过线框的磁通量减小;移动到关于OO'对称的位置时磁通量为零;越过关于OO'对称的位置向左时,垂直纸面向里穿过线框的磁通量增大。由楞次定律可以判断感应电流的方向始终为逆时针方向。答案解析关闭C-22-考点一考点二考点三例3对点训练3考点四楞次定律推论的应用

1.线圈(回路)中磁通量变化时,阻碍原磁通量的变化——增反减同;2.导体与磁体间有相对运动时,阻碍相对运动——来拒去留;3.当回路可以形变时,感应电流可使线圈面积有扩大或缩小的趋势——增缩减扩;4.自感现象中,感应电动势阻碍原电流的变化——增反减同。-23-考点一考点二考点三例3对点训练3考点四(多选)如图所示,光滑固定导轨m、n水平放置,两根导体棒p、q平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时,若不考虑p、q之间的相互作用和空气阻力,则()A.p、q将互相靠拢B.p、q将互相远离C.磁铁的加速度仍为重力加速度gD.磁铁的加速度小于重力加速度g答案解析解析关闭答案解析关闭-24-考点一考点二考点三例3对点训练3考点四解题探究:①条形磁铁下落接近回路,穿过回路的磁通量是增加还是减少?②回路中有没有感应电流产生?磁铁对通电的导体棒p、q有没有磁场力的作用?③根据作用力与反作用力能否判断磁铁受到的磁场力的作用方向?提示:增加。

提示:有,有作用。

提示:能,方向向上。

-25-考点一考点二考点三例3对点训练3考点四方法归纳:本题也可以用“增缩减扩”法判定,但此法只适用于穿过回路的磁感线只有单方向的情况。若穿过回路的磁感线有两个相反的方向,则此法不一定成立,应根据实际情况灵活应用。-26-考点一考点二考点三例3对点训练3考点四如图所示,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()

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,运动趋势向右答案解析解析关闭当磁铁沿矩形线圈中线AB正上方通过时,线圈中向下的磁通量先增加后减小,由楞次定律可知,线圈中感应电流的方向(从上向下看)先逆时针再顺时针,则线圈先上方为N极下方为S极,后改为上方为S极下方为N极,根据同名磁极相斥、异名磁极相吸,则线圈受到的支持力先大于mg后小于mg,线圈受到向右的安培力,则水平方向的运动趋势向右。D项正确。答案解析关闭D-27-考点一考点二考点三例4对点训练4考点四“三定则,一定律”的综合应用

1.规律比较2.相互联系(1)应用楞次定律,一般要用到安培定则。(2)研究感应电流受到的安培力,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。-28-考点一考点二考点三考点四例4对点训练4(多选)如图所示,一个闭合三角形导线框ABC位于竖直平面内,其下方(略靠前)固定一根与导线框平面平行的水平直导线,导线中通以图示方向的恒定电流。释放导线框,它由实线位置下落到虚线位置未发生转动,在此过程中()A.导线框中感应电流的方向依次为ACBA→ABCA→ACBA

B.导线框的磁通量为零时,感应电流却不为零C.导线框所受安培力的合力方向依次为向上→向下→向上D.导线框所受安培力的合力为零,做自由落体运动答案解析解析关闭根据安培定则可知导线上方的磁场方向垂直于纸面向外,下方的磁场方向垂直于纸面向里,而且越靠近导线磁场越强,所以闭合导线框ABC在下降过程中,导线框内垂直于纸面向外的磁通量先增大,当增大到BC边与导线重合时,达到最大,再向下运动,导线框内垂直于纸面向外的磁通量逐渐减小至零,然后随导线框的下降,导线框内垂直于纸面向里的磁通量增大,当增大到A点与导线重合时,达到最大,继续下降时由于导线框逐渐远离导线,使导线框内垂直于纸面向里的磁通量再逐渐减小,根据楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍内部磁通量的变化,所以感应电流的磁场先向内,再向外,最后向内,所以导线框中感应电流的方向依次为ACBA→ABCA→ACBA,A正确;当导线框内的磁通量为零时,磁通量仍然在变化,磁通量的变化率不为零,有感应电动势产生,所以感应电流不为零,B正确;根据对楞次定律的理解,感应电流的效果总是阻碍导体间的相对运动,由于导线框一直向下运动,所以导线框所受安培力的合力方向一直向上,不为零,C、D错误。答案解析关闭AB-29-考点一考点二考点三考点四例4对点训练4规律总结:多定则应用的区别多定则应用的关键是抓住因果关系:(1)因电而生磁(I→B)→安培定则;(2)因动而生电(v、B→I)→右手定则;(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则。-30-考点一考点二考点三考点四例4对点训练4(多选)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,在垂直导轨方向上放着金属棒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

()

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点答案解析解析关闭当金属棒向右匀速运动而切割磁感线时,金属棒产生恒定感应电动势,由右手定则判断电流方向为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。又左线圈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。当ab向右做加速运动时,由右手定则可推断φb>φa,电流沿逆时针方向。又由E=Blv可知ab导体两端的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,并且电场强度不断增强,所以右边电路线圈中向上的磁通量不断增加。由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针,而在右线圈组成的电路中,感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上。把这个线圈看作电源,由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d,因此d点电势高于c点。答案解析关闭BD-31-12341.(多选)如图所示,矩形导体框在磁场内做的各种运动中,不能产生感应电流的是()5答案解析解析关闭选项A、C、D中穿过线圈的磁通量均不变,不会产生感应电流,故符合题意;选项B中穿过线圈的磁通量发生变化,有感应电流产生,故不符合题意。答案解析关闭ACD-32-12342.(2015·广东揭阳一中、潮州金山中学联考)电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示。现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是()A.从a到b,上极板带正电B.从a到b,下极板带正电C.从b到a,上极板带正电D.从b到a,下极板带正电5答案解析解析关闭在N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁感线方向向下,磁通量增大,由楞次定律可知,线圈下端相当于电源正极,故可知D正确。答案解析关闭D-33-12343.(多选)(2015·云南部分名校统考)AOC是光滑的直角金属导轨,AO沿竖直方向,OC沿水平方向,ab是一根金属直棒靠立在导轨上(开始时b离O点很近),如图所示。它从静止开始在重力作用下运动,运动过程中a端始终在AO上,b端始终在OC上,直到ab完全落在OC上,整个装置放在一匀强磁场中,磁