电磁感应现象楞次定律(学生版)

第一讲电磁感应现象楞次定律1.阅读必修第三册第十三章第2节，“磁通量”这一部分内容。并思考：①根据教材图，请你整理出磁通量的物理意义；②教材图、图，当匀强磁场与所研究的面既不垂直也不平行时，怎样求穿过该面的磁通量？2.阅读必修第三册第十三章第3节，请你根据教材图、图、图整理出产生感应电流的条件。3.阅读选择性必修第二册第二章第1节，根据实验：探究感应电流方向的因素，理解楞次定律的表述并会使用楞次定律判断感应电流的方向。4.阅读选择性必修第二册第二章第1节“右手定则”这一内容的【思考与讨论】，理解右手定则并会用右手定则判断感应电流的方向。5.阅读选择性必修第二册第二章第1节【科学方法】体会楞次定律的得出运用的科学思想方法。6.教材选择性必修第二册第二章第1节“楞次定律”这部分的【思考与讨论】、【练习与应用】T5，由此可看出磁体与闭合线圈间的相互作用力起什么作用？7.请根据选择性必修第二册第二章第1节的【例题1】、【例题2】总结运用楞次定律分析解决实际问题的步骤。考点一电磁感应现象一、磁通量1.磁通量(1)概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向的平面，面积为S，我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。(2)公式：Φ＝(B⊥S)；单位：韦伯(Wb)。2.公式的适用条件(1)匀强磁场。(2)S为垂直磁场的。3.矢标性：磁通量是，但有正负。4.磁通量的变化量：ΔΦ＝。5.磁通量的变化率：6.磁通量的意义(1)磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数。(2)同一线圈平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量;当它跟磁场方向平行时,磁通量为;当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的磁感线条数一样多时,磁通量为。二、电磁感应现象1.电磁感应现象当穿过闭合导体回路的发生变化时，闭合导体回路中有产生的现象。2.产生感应电流的条件(1)导体回路；(2)发生变化。3.常见的三种产生感应电流的情况题型一对磁通量的理解如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为()A.B.12C.14D.41题型二对磁通量变化的理解如图所示，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，若图示位置穿过线圈的磁通量为Φ，线圈从图示位置绕OO′轴转过60°的过程中，磁通量的变化量为ΔΦ，则Φ和ΔΦ的大小分别是()A.eq\f(BL2,2)，eq\f(BL2,4)B.eq\f(NBL2,2)，eq\f(NBL2,4)C.BL2，eq\f(BL2,2)D.NBL2，eq\f(NBL2,2)题型三感应电流有无的判断如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是()A.如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B.如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C.如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D.如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动1.磁通量大小及其变化分析(1)定量计算通过公式Φ＝BS来定量计算，计算磁通量时应注意的问题：①明确磁场是否为匀强磁场，知道磁感应强度的大小。②平面的面积S应为磁感线通过的有效面积。当平面与磁场方向不垂直时，应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角，准确求出有效面积。③穿过线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关，即磁通量的大小不受线圈匝数的影响。(2)定性判断磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”，当有不同方向的磁场同时穿过该面积时，此时的磁通量为各磁场穿过该面积磁通量的代数和。2.判断感应电流有无的方法(2022·浙江舟山中学模拟)如图所示，某一匀强磁场磁感应强度为B，方向沿z轴正向，其中AB＝a，BE＝b，EF＝c，∠CDF＝30°，下列说法正确的是()A.穿过ABCD面和穿过ADFE面的磁通量都为BacB.穿过BCFE面的磁通量为0C.若将ADFE面绕AD边顺时针转过150°角时，其磁通量变化量大小为BbcD.若将BCFE面绕BC边转过180°角时，其磁通量变化量大小为0(2023·江苏南通市高三阶段检测)如图所示，一带正电粒子从直径上方掠过金属圆环表面，粒子与圆环不接触，该过程中()A.穿过金属环的磁通量一定不变B.环中一定有感应电流C.金属环有扩张趋势D.粒子与金属环无相互作用(2022·广东高考)(多选)如图所示，水平地面(Oxy平面)下有一根平行于y轴且通有恒定电流I的长直导线。P、M和N为地面上的三点，P点位于导线正上方，MN平行于y轴，PN平行于x轴。一闭合的圆形金属线圈，圆心在P点，可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动，运动过程中线圈平面始终与地面平行。下列说法正确的有()A.N点与M点的磁感应强度大小相等，方向相同B.线圈沿PN方向运动时，穿过线圈的磁通量不变C.线圈从P点开始竖直向上运动时，线圈中无感应电流D.线圈从P到M过程的感应电动势与从P到N过程的感应电动势相等考点二感应电流方向的判断1.楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总要引起感应电流的的变化。(2)适用范围：一切电磁感应现象。2.右手定则(1)内容：如图所示，伸开右手，使拇指与其余四个手指，并且都与手掌在同一个平面内；让从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是的方向。(2)适用情况：判断导线产生的感应电流方向。3.“四步法”判断感应电流方向题型一利用楞次定律判断感应电流的方向汽车测速利用了电磁感应现象，汽车可简化为一个矩形线圈abcd，埋在地下的线圈分别为1、2，通上顺时针(俯视)方向电流，当汽车经过线圈时()A.线圈1、2产生的磁场方向竖直向上B.汽车进入线圈1过程产生感应电流方向为abcdC.汽车离开线圈1过程产生感应电流方向为abcdD.汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同题型二利用右手定则判断感应电流的方向如图所示，CDEF是金属框，框内存在着垂直纸面向里的匀强磁场。当导体AB向右移动时，金属框中CD、EF边的感应电流的方向为()A.C→D，E→F B.D→C，E→FC.C→D，F→E D.D→C，F→E题型三综合应用如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是()A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向 B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向 D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向楞次定律中“阻碍”的含义右手定则的理解和应用(1)右手定则适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。(2)右手定则是楞次定律的一种特殊形式，用右手定则能解决的问题，用楞次定律均可代替解决。(3)右手定则应用“三注意”：①磁感线必须垂直穿入掌心。②拇指指向导体运动的方向。③四指所指的方向为感应电流的方向。1.(2020·江苏高考)如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是()A.同时增大B1减小B2B.同时减小B1增大B2C.同时以相同的变化率增大B1和B2D.同时以相同的变化率减小B1和B22.(2022·吉林市第二次模拟)汽车自动控制刹车系统(ABS)的原理如图所示，铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体(极性如图)，M是一个电流检测器，当车轮带动齿轮P转动时，靠近线圈的铁齿被磁化，使通过线圈的磁通量增大，铁齿离开线圈时又使磁通量减小，从而能使线圈中产生感应电流，感应电流经电子装置放大后即能实现自动控制刹车。齿轮从图示位置开始转到下一个铁齿正对线圈的过程中，通过M的感应电流的方向是()A.总是从左向右B.总是从右向左C.先从右向左，然后从左向右D.先从左向右，然后从右向左3.如图所示，无限长通电直导线与右侧的矩形导线圈ABCD在同一平面内，线圈的AB边与直导线平行。现用外力()A.线圈内产生的感应电流方向是B.直导线对边和边的安培力等大反向C.直导线对边和边的安培力等大反向D.在线圈内部的区域的磁场方向为垂直于线圈所在平面向外考点三楞次定律推论的应用楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。具体表现常见如下几种形式：内容例证阻碍原磁通量变化——“增反减同”阻碍相对运动——“来拒去留”使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”注意：此结论只适用于磁感线单方向穿过回路的情景阻碍原电流的变化——“增反减同”(即自感现象)如图所示，一个N极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框，则()A.磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置②时，沿adcb方向B.磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置②时，沿abcd方向C.磁铁经过位置①和②时，线框中的感应电流都沿abcd方向D.磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿adcb方向(2020·全国卷Ⅲ)如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到()A.拨至M端或N端，圆环都向左运动B.拨至M端或N端，圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动(2021·湖南娄底市质检)(多选)如图甲所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方固定一螺线管Q，P和Q共轴，Q中的电流i随时间t变化的规律如图乙所示，取甲图中电流方向为正方向，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为FN，则()A.在t1时刻，FN>G，P有收缩的趋势B.在t2时刻，FN＝G，穿过P的磁通量不变C.在t3时刻，FN＝G，P中有感应电流D.在t4时刻，FN＞G，P有收缩的趋势椤次定律中“阻碍“的含义可以推广为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。无论是磁通量变化，还是相对运动及面积的扩缩等，都体现为阻碍作用，但一定要注意应用条件。(多选)(2023·青岛市模拟)如图所示，水平长直导线PQ固定在离地足够高处，并通有向左的恒定电流，矩形导线框abcd在PQ的下方且与PQ处于同一竖直面内．现将线框abcd从图示实线位置由静止释放，运动过程中cd始终水平．不计空气阻力．在线框从实线位置运动到虚线位置的过程中，下列说法正确的是()A.线框做自由落体运动B.线框中感应电流的方向为abcdaC.线框所受安培力的合力方向竖直向下D.线框有扩张趋势(多选)(2021·福建福州一中开学考)一个长直密绕线圈N放在一个金属圆环M的中心，圆环轴线与线圈轴线重合，如图甲所示。线圈N通有如图乙所示的电流，下列说法正确的是()A.t＝eq\f(T,8)时刻，圆环有扩张的趋势B.t＝eq\f(T,8)时刻，圆环有收缩的趋势C.t＝eq\f(T,8)和t＝eq\f(3T,8)时刻，圆环内有相同的感应电流D.t＝eq\f(3T,8)和t＝eq\f(5T,8)时刻，圆环内有相同的感应电流如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管b与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是()A.线圈a中将产生沿顺时针方向(俯视)的感应电流B.穿过线圈a的磁通量减小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大考点四三定则一定律的应用1.“三定则、一定律”的比较定则或定律适用的现象因果关系安培定则电流的磁效应——电流、运动电荷产生的磁场因电生磁左手定则(1)安培力——磁场对通电导线的作用力(2)洛伦兹力——磁场对运动电荷的作用力因电受力右手定则导体做切割磁感线运动产生的电磁感应现象因动生电楞次定律闭合回路磁通量变化产生的电磁感应现象因磁生电2.“三定则一定律”的联系(1)应用楞次定律时，一般要用到安培定则。(2)判断感应电流所受安培力方向的“两法”：①先用右手定则确定电流的方向，再用左手定则确定安培力的方向；②直接应用楞次定律的推论确定——“来拒去留”“增斥减吸”等。(多选)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，PQ、MN均处在竖直向下的匀强磁场中，当PQ在一外力的作用下运动时，MN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(多选)如图所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，左侧铜制线圈中将有感应电流产生且被螺线管吸引()A.向右做匀速运动 B.向左做减速运动C.向右做减速运动 D.向右做加速运动利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题如果要判断二次感应后的现象或结果，选择程序法；如果已知二次感应后的结果，要判断导体棒的运动情况或磁场的变化，需选择逆向推理法。(1)程序法(正向推理法)①依据导体切割磁感线运动的方向(或原磁感应强度方向及大小的变化)，判断一次感应电流的方向。②依据导体切割磁感线的速度大小的变化(或原磁感应强度变化率随时间的变化)，判断一次感应电流的大小变化情况。③依据一次感应电流的方向及大小变化情况，判断一次感应电流的磁通量方向及大小变化情况。④依据一次感应电流的磁通量变化情况，判断二次感应电流的方向及产生的现象。(2)逆向推理法①依据二次感应产生的现象，判断二次感应电流的方向。②依据二次感应电流的方向，应用安培定则，判定二次感应电流的磁场的方向，明确它是阻碍