2014高考复习第九章电磁感应第1讲

1、教 材 案,第1讲电磁感应楞次定律,1.概念:穿过某一面积磁感线的条数,大小等于磁感应强度B、截面面积S和两者夹角的正弦的乘积.,2.公式:=BSsin (指B与S的夹角).,3.标量,有正负之分,单位:韦伯(Wb).,4.磁通量的变化:=2-1.,二、电磁感应现象,1.电磁感应现象:只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就有电流产生,这种利用磁场产生电流,一、磁通量,的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流.,2.产生感应电流的条件:闭合回路中磁通量发生变化,3.磁通量变化的常见情况 (改变的方式):,线圈所围面积发生变化导致变化,如闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动;,线圈在磁场

2、中转动导致变化;,磁感应强度随时间(或位置)变化,磁感应强度是时间的函数;或闭合回路变化导致变化.,4.电磁感应现象的实质:产生感应电动势.,无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生变化,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电源.,三、感应电流方向的判定,1.右手定则,(1)内容:伸开右手,使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直,大拇指指向导线运,动的方向,四指所指的方向即为感应电流方向(电源).,(2)适用范围:导体棒切割磁感线产生感应电流方向的判断.,2.楞次定律,(1)内容:感应电流具有这样的方向

3、,即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:一切情况下感应电流方向的判断.,(3)对“阻碍”的理解,注意“阻碍”不是阻止,这里是阻而未止.阻碍磁通量变化指:磁通量增加时,阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反,起抵消作用);磁通量减少时,阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致,起补偿作用),简称“增反减同”.,楞次定律另一种表达:感应电流的效果总是要阻碍(或反抗)产生感应电流的原因.(F安方向就起到阻碍的效果作用)即由电磁感应现象而引起的一些受力、相对运动、磁场变化等都有阻碍原磁通量变化的趋势.,a.阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化;,b.阻碍相对运动,可理解为

4、“来拒去留”;,c.使线圈面积有扩大或缩小的趋势;,d.阻碍原电流的变化.,有时应用这些推论解题,比用楞次定律本身更方便.,1.关于感应电流,下列说法正确的是(),A.只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就一定有感应电流,B.只要闭合线圈做切割磁感线运动,线圈中就一定有感应电流,C.只要导体棒做切割磁感线运动,导体棒中就一定有感应电流,D.当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中就一定有感应电流,达标自检,【解析】感应电流产生的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化,A、C选项中不一定形成闭合电路,B选项中磁通量不一定发生变化,故选D.,【答案】D,2.如图所示,ab是水平面上一个圆的直径,在

5、过ab的竖直平面内有一根通电导线cd.已知cd平行于ab,当cd竖直向上平移时,电流的磁场穿过圆面积的磁通量将(),A.逐渐增大,B.逐渐减小,C.始终为零,D.不为零,但保持不变,【解析】由于圆关于过导线cd的竖直平面对称,cd产生的磁场的磁感线只要穿进圆,就一定穿出圆,则圆的磁通量始终为零.,【答案】C,3.如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B、方向与水平面间的夹角为30,图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中,并绕着它的一条边从水平位置转到竖直位置(图中虚线位置).在此过程中磁通量的改变量大小为(),A. BSB.BS,C. BS D.2BS,1=BSsin 30=BS,当线圈处于竖

6、直位置时,磁感线从线圈另一面穿过,则磁通量为:,2=-BScos 30=-BS,故线圈中的磁通量的改变量=2-1=- BS,即改变量大小|= BS.,【答案】C,【解析】取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正,则有:,4.如图所示,质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上.当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈,沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、快速经过时,线圈始终保持不动.则关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力f的情况,以下判断正确的是(),A.FN先大于mg ,后小于mg,B.FN一直大于mg,C.f先向左,后向右,D.f一直向左,【解析】条形磁铁从线圈正上方快速经过时,线圈的磁通量

7、先增后减.由楞次定律知,磁通量增加,在竖直方向上线圈有向下运动的趋势,水平方向上有向右运动的趋势;磁通量减小,在竖直方向上线圈有向上运动的趋势,水平方向上有向右运动的趋势,则A、D正确.,【答案】AD,(1)若磁感线沿相反方向通过同一平面,则磁通量在数值上等于正、反磁感线的代数和,这就是所谓的净磁通.,(2)当B与S间存在夹角时,要用有效的面积计算磁通量.所谓有效面积,是指面积在与磁感应强度B垂直的方向上的投影.,典例1如图所示,a、b、c三个闭合的线圈 放在同一平面内,当a线圈中有电流通过时,它们的磁通量分别为a、b、c,则下列说法正确的是(),A.abc,C.acb,【名师点金】磁通量虽是

8、标量,但有正负,计算时要考虑磁感线是穿进,还是穿出的.,效的N极垂直纸面向外,条形磁铁内部的所有磁感线都通过a线圈,条形磁铁外部的磁感线,一部分通过a、b线圈之间,一部分通过b、c线圈之间,还有一部分通过c线圈外面,线圈b、c的磁通量是进出磁感线的净磁通,所以abc.,【答案】B,【规范全解】通电后a线圈相当于一条形磁铁,其等,穿过回路的磁通量发生变化,回路中就一定有感应电动势产生;回路中产生了电动势后回路中是否有电流还要看回路是否闭合.,二、电磁感应现象条件的探究,在分析电磁感应现象问题时要特别注意以下几点:在一个闭合回路中不管它以哪种方式变化,只要,典例2如图所示,闭合矩形线圈abcd与长

9、 直导线MN在同一平面内,线圈的ab、dc两边与直导线平行,则导线中通正弦交流电线框向下平动线框向右平动线框以长直导线MN为轴转动线框以ab为轴转动,线框以ad为轴转动,上述情况会产生感应电流的是(),A.只有会产生B.只有会产生,C.只有会产生D.都会产生,【名师点金】磁通量 =BSsin ,当B、S或B与S夹角至少一个量发生变化时,磁通量就可能变化,产生感应电流.,【规范全解】导线中通正弦交流电和线框向右平动,引起磁场的变化,导致磁通量变化;线框以ab为轴转动和以ad为轴转动,既改变了磁场的大小,还改变了磁场与线框平面的夹角,引起磁通量变化.所以产生感应电流的有.,【答案】B,三、楞次定律

10、或右手定则的综合应用,楞次定律应用的基本思路可归结为:“一原、二感、三电流”.明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何;确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化(是增还是减);根据楞次定律确定感应电流磁场的方向;再利用安培定则,根据感应电流磁场的方向来确定感应电流的方向.,典例3如图所示,甲、乙两个矩形线 圈同处在纸面内,甲的ab边与乙的cd边平行且靠得较近,甲、乙两线圈分别处在垂直纸面方向的匀强磁场中,穿过甲的磁感应强度为B1,方向指向纸面内,穿过乙的磁感应强度为B2,方向指向纸面外,两个磁场可同时变化,当发现ab边和cd边间有排斥力时,磁场的变化情况可能是(),甲乙,A.B1变小,B2变

11、大,B.B1变大,B2变大,C.B1变小,B2变小,D.B1不变,B2变小,【名师点金】以“ab边和cd边间有排斥力”作为解题的切入点,得到电流方向关系,然后根据楞次定律分析.,【规范全解】ab边与cd边有斥力,则两边通过的电流方向一定相反,由楞次定律可知,当B1变小,B2变大时,ab边与cd边中的电流方向相反.,【答案】A,变式如图所示,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不计.当导体棒向左滑动时,下列说法正确的是 (),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

12、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】本题考查右手定则的运用.根据右手定则,可判断PQ作为电源,Q端的电势高,在PQcd回路中,电流为逆时针方向,即流过R的电流为由c到d;在电阻r的回,路中,电流为顺时针方向,即流过r的电流为由b到a.当然也可以用楞次定律,通过回路的磁通量的变化来判断电流的方向.,【答案】B,1.假如有一宇航员登月后,想探测一下月球表面是否有磁场,他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈,则下列推断正确的是(),A.直接将电流表放于月球表面,看是否有示数来判断磁场的有无,B.将电流表与线圈组

13、成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如电流表无示数,则可判断月球表面无磁场,C.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如电流表有示数,则可判断月球表面有磁场,应用演练,D.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈在某一平面内沿各个方向运动,如电流表无示数,则可判断月球表面无磁场,【解析】电磁感应现象产生的条件是:穿过闭合回路的磁通量发生改变时,回路中有感应电流产生.A中即使有一个恒定的磁场,也不会有示数,A错误;同理,将电流表与线圈组成回路,使线圈沿某一方向运动,如电流表无示数,也不能判断出没有磁场,因为磁通量可能是恒定的,B错误;电流表有示数则说明一定有磁场,C,正确;将电流表与线圈组成

14、闭合回路,使线圈在某一个与磁场平行的平面内沿各个方向运动,也不会有示数,D错误.,【答案】C,甲,A.线框中无感应电流,ad两端无感应电动势,电压表无示数,B.线框中无感应电流,ad两端有感应电动势,电压表无,2.如图甲所示,线框abcd在匀强磁场中匀速向右平动时,下列说法中正确的是(),示数,C.线框中有感应电流,ad两端无感应电动势,电压表无示数,D.线框中无感应电流,ad两端有感应电动势,电压表有示数,乙,【解析】线框abcd在匀强磁场中匀速向右平动时,线框中磁通量不变,所以线框中无感应电流,但ad、bc做切割磁感线运动等效为两个电源相连,如图乙所示,所,以ad两端有感应电动势,电压表由

15、电流计改装而成,若无电流通过,则指针不会偏转,无示数.因此选B.,【答案】B,A.沿顺时针方向,B.先沿顺时针方向后沿逆时针方向,C.沿逆时针方向,D.先沿逆时针方向后沿顺时针方向,3.如图所示,一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中,环中的感应电流(自左向右看)(),【解析】条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中,向右的磁通量一直增加,根据楞次定律,环中的感应电流(自左向右看)为逆时针方向,C对.,【答案】C,4.如图所示,在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中,有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点,并可绕O点摆动.金属线框从右侧某一位置由静止

16、开始释放,在摆动到左侧最高点的过程中,细杆和金属线框平面始终处于同一平面,且垂直纸面.则线框中感应电流的方向是(),A.abcda,B.dcbad,C.先是dcbad,后是abcda,D.先是abcda,后是dcbad,【解析】金属线框从右侧某一位置由静止开始释放,在摆动到竖直位置的过程中:磁场自abcd的右侧面穿出,摆动过程中磁通量在减少,根据右手定则得电流的,方向为dcbad;金属线框竖直位置在摆动到左侧最高点的过程中,根据右手定则不难得出感应电流的方向也为dcbad.,【答案】B,1.(视角拓展)德国世界报曾报道个别西方国家正在研制电磁脉冲武器,即电磁炸弹.若一枚原始脉冲功率为10千兆瓦

17、,频率5千兆赫的电磁炸弹在不到100 m的高空爆炸,它将使方圆400 m2500 m2的范围内电场强度达到每米数千伏,使得电网设备、通信设施和计算机中的硬盘与软盘均遭到破坏.电磁炸弹有如此破坏力的主要原因是(),A.电磁脉冲引起的电磁感应现象,B.电磁脉冲产生的动能,一、选择题(本题共9小题,每小题6分,共54分),C.电磁脉冲产生的高温,D.电磁脉冲产生的强光,【解析】变化的电场产生磁场,使周围的闭合回路产生感应电流,从而达到破坏电网设备、通信设施和计算机中的硬盘与软盘的效果.,【答案】A,2.(基础再现)如图所示,矩形线框abcd的长和宽分别为2L和L,匀强磁场的磁感应强度为B,虚线为磁场

18、的边界.若线框以ab边为轴转过90的过程中,穿过线框的磁通量的变化情况是(),A.逐渐变大,B.逐渐变小,C.先不变,后变小,D.一直保持不变,【解析】线框以ab边为轴转过60时有效面积没发生变化,越过60后,磁通量变小.,【答案】C,3.(基础再现)如图所示,一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中,下列做法中能使圆盘中产生感应电流的是(),A.圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动,B.圆盘以某一水平直径为轴匀速转动,C.圆盘在磁场中向右匀速平移,D.匀强磁场均匀增加,速平移,都不会使其磁通量发生变化,故不会有电磁感应现象,A、C错误;圆盘绕水平轴转动或磁场均匀增加,都会使圆盘中的磁通量发生变化

19、,故有感应电流产生,B、D正确.,【答案】BD,【解析】圆盘绕过圆心的竖直轴转动和在磁场中匀,4.(视角拓展)如图甲所示,在平面上有两条相互垂直且彼此绝缘的长通电直导线,以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系.四个相同的闭合圆形线圈在四个象限中完全对称放置,两条长直导线中电流大小与变化情况相同,电流方向如图所示.当两条导线中的电流都开始增大时,四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是(),A.线圈a中无感应电流,B.线圈b中无感应电流,C.线圈c中有顺时针方向的感应电流,D.线圈d中有逆时针方向的感应电流,【解析】由安培定则判断磁场方向如图乙所示,故a、c线圈中有电流.再根据楞次定律可知a线圈中

20、电流为逆时针,c中为顺时针,A错,C对;而b、d线圈中合磁,通量为零,无感应电流,B对,D错.,【答案】BC,5.(视角拓展)如图所示,螺线管的导线的两端与两平行金属板相接,一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间,并处于静止状态,若将条形磁铁突然插入线圈,此时小球的运动情况是(),A.向左摆动B.向右摆动,C.保持静止D.无法判定,【解析】当条形磁铁插入线圈中时,线圈中向左的磁场增强.由楞次定律可判定金属板左端电势高,故带负电的小球将向左摆动,A正确.,【答案】A,6.(高度提升)如图所示,两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面,导轨上横放着的两根相同的导体棒ab、cd与导轨构成矩形回

21、路.导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧,两棒的中间用细线绑住,它们的电阻均为R,回路上其余部分的电阻不计.在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场,开始时,导体棒处于静止状态;剪断细线后,在弹簧首次恢复状态过程中下列说法正确的是(),A.回路中没有感应电动势,B.两根导体棒所受安培力的方向相同,C.两根导体棒中感应电流的方向均为逆时针方向,D.两根导体棒和弹簧构成的系统,机械能守恒,【解析】剪断细线后,两棒在弹簧弹力作用下远离,回路中磁通量增大,回路中产生感应电动势,A错误;两根导体棒中感应电流方向相反,均为逆时针方向,所受安培力的方向相反,B错误、C正确;两根导体棒和弹簧构成的系

22、统合外力为零,感应电流将机械能转化为电能,进而转化为内能,机械能不守恒,D错误.,【答案】C,7.(视角拓展)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上,铁芯上套着一个铝环,线圈与电源、开关相连,如图所示.闭合开关的瞬间,铝环跳起一定高度.保持开关闭合,下面现象中正确的是(),A.铝环停留在这一高度,直到断开开关铝环才回落,B.铝环不断升高,直到断开开关铝环才回落,C.铝环回落,断开开关时铝环又跳起,D.铝环回落,断开开关时铝环不再跳起,【解析】闭合开关时,铁芯中磁场增强,铝环会产生感应电流,由楞次定律可知铝环向上跳起;保持开关闭合,线圈中电流稳定,铝环中没有感应电流,铝环会落下;当断开开关时,铝环中产生

23、感应电流,由楞次定律知铝环有向下运动的趋势,不再跳起.,【答案】D,8.(高度提升)如图甲所示,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左,后水平向右.设电流i正方向与图甲中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是图乙中的(),甲,乙,【解析】由安培定则知,线框中感应电流的磁场方向为垂直纸面向里;由楞次定律知,长直导线中的电流应正向减小或反向增大;结合线框左侧导线与长直导线,电流同向时吸引,反向时排斥可知,正确

24、选项为A.,【答案】A,9.(高度提升)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成.当右侧线圈L2中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路.仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有(),A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零,B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量不变,C.家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起,D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁,吸起,【解析】由于火线和零线并行绕制,所以在家庭电路正常工作时,火线和零线的电流大小相等,方向相反,因此合磁通量为零,L2中的磁通量为零,A项正确;

25、当家庭电路中使用的电器增多时,火线和零线的电流仍然大小相等,方向相反,L2中的磁通量不变,B项正确;家庭电路发生短路时,火线和零线的电流同时增大,合磁通量仍然为零,因此开关K不被电磁铁吸起,C项错误;当地面上的人接触火线发生触电时,火线的电流突然变,大,即L1中的磁场发生变化,导致L2中的磁通量变化,L2中产生感应电流,电磁铁将开关K吸起,D项正确.,【答案】ABD,10.(基础再现)(9分)如图所示,某同学做研究电磁感应现象的实验,并把实验中感应电流的方向记录在下面表格中.,二、非选择题(本题共4小题,共46分),(1)表中图号甲对应的感应电流的磁场方向为(填“向上”或“向下”).,(2)比

26、较表中记录可知,当线圈内磁通量减小时,感应电流的磁场方向与条形磁铁产生的磁场方向(填“相同”或“相反”),感应电流的磁场(填“有助于”或“阻碍了”)原磁场磁通量的变化.,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同,感应电流的磁场阻碍磁通量的变化.,【答案】(1)向上(3分)(2)相同阻碍了(每空3分),【解析】(1)由右手螺旋定则可得图甲中感应电流的磁场方向为向上.,(2)由丙、丁两图可总结得出,当线圈内磁通量减小时,11.(高度提升)(9分)如图甲所示,匀强磁场区域宽为d,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,一正方形线框abcd的边长为l,且ld,线框以速度v通过磁场区域,从线框进入磁场到完全离开磁场的时间内.,(1)求线框中没有感应电流的时间.,(2)画出线框磁通量随时间变化的图象.,【解析】(1)