高三物理第九章电磁感应 第1课时 电磁感应现象 楞次定律课件

1、第九章 电磁感应,一、磁通量 1.概念:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方 向 的平面S和B的乘积. 2.公式: = . 3.单位:1 Wb= .,第1课时 电磁感应现象 楞次定律,BS,1 Tm2,垂直,考点自清,二、电磁感应现象 1.产生感应电流的条件:穿过闭合电路的 发 生变化. 2.引起磁通量变化的常见情况 (1)闭合电路的部分导体做 运动,导致 变. (2)线圈在磁场中转动,导致 变. (3) 变化,导致 变. 3.产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只 要穿过线圈平面的 发生变化,线路中就有 感应电动势.,磁通量,切割磁感线,磁感应强度B,磁通量,4.电磁感应现象的实质是产

2、生 ,如果回 路闭合则产生 ;如果回路不闭合,则只有 ,而无 . 名师点拔 1.磁通量 =BS,S是指充满磁感线且与磁感线垂直 的有效面积,不一定是线圈面积. 2.磁通量是否发生变化,是判定电磁感应现象的惟 一依据,而引起磁通量变化的途径有多种.,感应电动势,感应电流,感应电动势,感应电流,三、楞次定律和右手定则 1.楞次定律 (1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的 磁场总要 引起感应电流的 的变化. (2)适用情况:所有 现象. 2.右手定则 (1)内容:伸开右手,使拇指与 垂直, 并且都与手掌在同一平面内,让 从掌心进 入,并使拇指指向导线 ,这时四指所指 的方向就是 的方向.

3、(2)适用情况:导体 产生感应电流.,阻碍,磁通量,电磁感应,其余四个手指,磁感线,运动的方向,感应电流,切割磁感线,1.磁通量 =BS 其中S跟磁场方向垂直.若不垂直,则需取平面在 垂直于磁场方向上的投影面积,即 =BScos . 若穿过某个面有方向相反的磁场,则实际的磁通 量为相反方向的磁感线抵消以后所剩余的磁通量.,热点一 正确区分磁通量 、磁通量的变化 、 磁通量的变化率,热点聚焦,2.磁通量的变化 = 2- 1 它可由B、S或者两者之间的夹角发生变化而引起.在匀强磁场中,即使初始状态和转过180时的平 面都与磁场垂直,两种状态下通过平面的磁通量 也是不同的,此过程磁通量变化 为2BS

4、,而不 是零. 3.磁通量的变化率 反映磁通量变化的快慢,它既不表示磁通量的大 小,也不表示磁通量变化的多少.磁通量的变化率 的大小不是单纯由磁通量的变化量决定,还跟发生 这个变化所用时间有关,它描述的是磁通量变化的 快慢.在 t图象中,它可用图线的斜率来表示.,交流与思考:穿过一个平面的磁通量大,是否磁通量的变化量和变化率也一定大?反之,穿过一个平 面的磁通量的变化率大,磁通量和磁通量的变化 量是否也一定大? 提示:穿过一个平面的磁通量大,磁通量的变化量不一定大,磁通量的变化率也不一定大;穿过一个 平面的磁通量的变化率大,磁通量和磁通量的变 化量都不一定大.以上三个量的区别类似于速度、速度的

5、变化量和速度的变化率三者的区别.,热点二 楞次定律的理解 1.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”. (4)阻碍线圈自身电流的变化(自感现象). 特别提示 如果问题不涉及感应电流的方向,则用楞次定律的 推广含义进行研究,可以使分析问题的过程简化.,热点三 感应电流方向的判定 1.利用右手定则判断闭合电路的一部分导体做切割 磁感线运动时产生的

6、感应电流方向. 常见的几种切割情况: (1)导体平动切割磁感线; (2)导体转动切割磁感线; (3)导体不动,磁场运动,等效为磁场不动,导体反 方向切割磁感线.,2.应用楞次定律判断感应电流方向的步骤: (1)确定原磁场的方向; (2)明确回路中磁通量变化情况; (3)应用楞次定律的“增反减同”,确立感应电流 磁场的方向; (4)应用安培定则,确定感应电流的方向. 3.楞次定律和右手定则的关系 (1)从研究对象上说,楞次定律研究的是整个闭合 回路,右手定则研究的是闭合电路的一部分导体,即一段导体做切割磁感线运动.,(2)从适用范围上说,楞次定律可应用于磁通量变化引起感应电流的各种情况(包括一部

7、分导体切 割磁感线运动的情况),右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况.因此,右手 定则是楞次定律的一种特殊情况. 特别提示 1.若导体不动,回路中磁通量变化,应该用楞次 定律判断感应电流方向而不能用右手定则. 2.若是回路中一部分导体做切割磁感线运动产 生感应电流,用右手定则判断较为简单,用楞次 定律进行判定也可以,但较为麻烦.,题型1 利用楞次定律判断感应电流的方向 【例1】 电阻R、电容器C与一线 圈连成闭合电路,条形磁铁静止 于线圈的正上方,N极朝下,如图1 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 ( ),

8、图1,题型探究,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 审题提示 由条形磁铁N极朝下可知原磁场的方向, 再由运动方向可知磁通量的变化,然后利用楞次定律 可判出感应电流磁场的方向,最后利用安培定则确定 感应电流的方向,由电路知识可判断出电容器极板的 带电情况.,解析 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,由楞次定律可判定 流过线圈的电流的磁场方向向上,外电路电流由b 流向a,同时线圈作为电源,下端应为正极,则电容 器下极板电势高,带正电. 答案 D,方法提炼 感应电流方向的判断方法: 方法一:右

9、手定则(适用于部分导体切割磁感线) 方法二:楞次定律 楞次定律的应用步骤,变式练习1 如图2所示,1831年法拉第把两个线圈 绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R组成 一个回路,B线圈与开关S、电流表G组成另一个回 路.通过多次实验,法拉第终于总结出产生感应电 流的条件.关于该实验下列说法正确的是( ),图2,A.闭合开关S的瞬间,电流表G中有ab的感应电流 B.闭合开关S的瞬间,电流表G中有ba的感应电流 C.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中 有ab的感应电流 D.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中 有ba的感应电流 解析 闭合S的瞬间,穿过B的磁通量没有变化

10、,G中无 感应电流,A、B两项均错.当闭合S后,若R增大,则A电 流减小,由右手螺旋定则知,穿过B的磁通量向下且减 小,由楞次定律知G中电流方向为ba,故D项正确. 答案 D,题型2 利用楞次定律的推广含义解题 【例2】 如图3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 ( ) 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g D.磁铁的加速度小于g,图3,思路点拨 先根据楞次定律判断出电流的方向,然 后运用左手定则判定受力方向.也可以从楞次定律 的推广角度灵活加以判定. 解析 解法一 假设磁铁

11、的下端为N极,根据楞次定律先判断出P、Q中感应电流方向,再根据左手定则 可判断P、Q所受安培力的方向,可见P、Q将互相靠 拢.由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三 定律,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小 于g.若磁铁的下端为S极,可得到同样的结果.,解法二 根据楞次定律的第二种表述:感应电流的“效果”总要阻碍引起感应电流的“原因”.本题 的“原因”是“磁铁靠近回路,穿过回路的磁通量 增加”,所以“效果”便是“阻碍磁铁的靠近和穿 过回路磁通量的增加”.故磁铁因受到阻碍作用而 使加速度小于g,P、Q互相靠拢以示阻碍磁通量的 增加,所以选项A、D正确. 答案 AD,规律总结 “阻碍”是楞次

12、定律的核心,在解具体问题时可以 将楞次定律的“阻碍”含义推广为以下三种表述 方式:阻碍原磁场的变化;阻碍导体间的相对运动; 阻碍原电流的变化.有时应用推广的“阻碍 ”含 义解题比用楞次定律本身直接解题会更方便、更 简捷.,变式练习2 如图4所示,光滑的 水平桌面上放着两个完全相同的 金属环a和b,当一条形磁铁的S极 竖直向下迅速靠近两环中间时, 则 ( ) A.a、b均静止不动 B.a、b互相靠近 C.a、b互相远离 D.a、b均向上跳起,C,图4,题型3 楞次定律、右手定则、左手定则、安培定 则的综合应用 【例3】 如图5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

13、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,图5,思维导图,MN,L1,L1,L2,L1,L2,PQ,PQ,L2,L1,解析 由右手定则PQ向右加速运动,穿过L1的磁通 量向上且增加,由楞次定律和左手定则可判断MN 向左运动,故A错.若PQ向左加速运动,情况正好和A 相反,故B对.若PQ向右减速运动,由右手定则,穿过 L1的磁通量向上且减小,由楞次定律和左手定则可 判断MN向右运动,故C对.若PQ向左减速运动,情况 恰好和C相反,故D错误. 答案 BC,规律总结 安培定则、左手定则、右

14、手定则、楞次定律的 比较及应用 1.规律比较,2.应用区别 关键是抓住因果关系 (1)因电而生磁(IB)安培定则; (2)因动而生电(v、BI安)右手定则; (3)因电而受力(I、BF安)左手定则. 变式练习3 如图6所示, 在匀强磁 场中放有平行铜导轨,它与大线圈M 相连接.要使小导线圈N获得顺时针 方向的感应电流,则放在导轨上的裸 金属棒ab的运动情况是(两线圈共面 放置) ( ),图6,A.向右匀速运动 B.向左加速运动 C.向右减速运动 D.向右加速运动 解析 欲使N产生顺时针方向的感应电流,感应电 流的磁场方向为垂直纸面向里,由楞次定律可知有 两种情况:一是M中有顺时针方向逐渐减小的

15、电流, 使其在N中的磁场方向向里,且磁通量在减小;二是 M中有逆时针方向逐渐增大的电流,使其在N中的 磁场方向向外,且磁通量在增大.因此,对于前者, 应使ab向右减速运动;对于后者,则应使ab向左加 速运动.故应选B、C. 答案 BC,题型4 电磁感应与科技 【例4】 如图7所示, 用一种新材料 制成一闭合线圈,当它浸入液氮中时, 会成为超导体,这时手拿一永磁体,使 任一磁极向下,放在线圈的正上方,永 磁体便处于悬浮状态,这种现象称为 超导体磁悬浮,用电磁感应及有关知 识来解释这一现象.,图7,解析 当磁体放到线圈上方的过程中,穿过线圈的磁 通量由无到有发生变化,于是超导线圈中产生感应电 流,

16、由于超导线圈中电阻几乎为零,产生的感应电流 极大,相应的感应磁场也极大;由楞次定律可知感应 电流的磁场相当于永磁体,与下方磁极的极性相同, 永磁体将受到较大的向上的斥力,当永磁体重力与其 受到的磁场力相平衡时,永磁体处于悬浮状态. 答案 见解析,方法提炼 电磁感应现象、楞次定律等知识与生产、生活联系 比较密切,如电磁阻尼现象、延时开关等.这类题目 往往以生产生活实践和高新技术为背景,提出问题, 并要求学生用所学知识去解决问题.解决问题的关 键是认真读题,弄清物理情景,建立正确的物理模型, 再用相关的物理规律求解.,变式练习4 如图8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,M是

17、一个电流检测器.当车轮带动 齿轮转动时,线圈中会有电流,这是由于齿靠近线圈时被磁化,使磁场增强,齿离开线圈时磁场减弱,磁 通量变化使线圈中产生了感应电流.将这个电流放 大后去控制制动装置,可有效地防止车轮被制动抱 死.在齿a转过虚线位置的过程中,关于M中感应电 流的说法正确的是 ( ),A.M中的感应电流方向一直向左 B.M中的感应电流方向一直向右 C.M中先有自右向左,后有自左向右的感应电流 D.M中先有自左向右,后有自右向左的感应电流,图8,解析 由楞次定律,感应电流的结果总是阻碍引起感 应电流的原因.由于齿靠近线圈时被磁化,使磁场增 强,感应电流的磁场要阻碍原磁场增强,由安培定则, M中

18、感应电流的方向自左向右;齿离开线圈时磁场减 弱,磁通量变化使线圈中产生了感应电流,感应电流的 磁场要阻碍原磁场减弱,由安培定则,M中感应电流的 方向自右向左,D正确. 答案 D,1.如图9所示,A为一固定的导体 圆环,条形磁铁B从左侧无穷 远处沿圆环轴线移向圆环,穿 过后移到右侧无穷远处.如果 磁铁的移动是匀速的,则( ) A.磁铁移近时受到圆环的斥力,离开时受到圆环 的引力 B.磁铁的整个运动过程中,圆环中电流方向不变 C.磁铁的中心通过环面时,圆环中电流为零 D.若A为一固定的超导体圆环,磁铁的中心通过 超导体环面时,圆环中电流最大,素能提升,图9,解析 磁铁靠近圆环的过程中,环中磁通量增

19、加,产 生的感应电流阻碍磁铁靠近,磁铁离开圆环的过程 中,环中产生的感应电流阻碍磁铁远离,由安培定 则可知,环中电流方向要改变,所以A正确,B错误; 磁铁中心通过圆环面时,圆环的磁通量不变,无感 应电流,C正确;若A为一固定的超导体圆环,磁铁靠 近过程中,圆环电流逐渐增大,当远离时,产生感应 电流方向与开始阶段相反,将使环中电流逐渐减小,因此,磁铁中心通过环面时,环中电流最大,D正确. 答案 ACD,2.如图10所示,导线框abcd与导线在 同一平面内,直导线通有恒定电 流I,当线框由左向右匀速通过直 导线时,线框中感应电流的方向 是 ( ) A.先abcd,后dcba,再abcd B.先ab

20、cd,后dcba C.始终dcba D.先dcba,后abcd,再dcba,图10,解析 导线框abcd到达直导线前,磁场方向向外,磁 通量增大,由楞次定律,线框中的电流沿dcba;导线 框跨在导线上,且在线框中心与导线重合之前,磁 场方向向外,磁通量变小,电流沿abcd,在线框中心 与导线重合之后,磁场方向向内,磁通量变大,电流 也是沿abcd;线框到达导线右边之后,磁场方向向内, 磁通量变小,由楞次定律,线框中的电流沿dcba. 答案 D,3.如图11所示重现了法拉第的一个 实验.下列说法中正确的是( ) A.右边磁铁S极断开时,有感应电 流从a至b通过检流计 B.右边磁铁S极断开时,有感

21、应电 流从b至a通过检流计 C.左边磁铁N极断开时,有感应电 流从a至b通过检流计 D.左边磁铁N极断开时,有感应电 流从b至a通过检流计,图11,解析 铁芯中的磁场方向由左向右,右边磁铁S极断开时,铁芯中的磁场变弱,由楞次定律,感应电流从a至b通过检流计,A正确.同理C正确.,AC,4.如图12所示为一个圆环形导体,有 一个带负电的粒子沿直径方向从圆 环表面匀速掠过的过程,环中感应 电流的情况是 ( ) A.无感应电流 B.有逆时针方向的感应电流 C.有顺时针方向的感应电流 D.先逆时针方向后顺时针方向的感应电流 解析 带负电的粒子沿直径方向从圆环表面匀速 掠过时,相当于有向左的直线电流流过,在圆环中产 生的磁场大小上下对称分布,方向相反,产生的总磁 通量总是零,A正确.,A,图12,5.两个大小不同的绝缘金属圆环如图13 叠放在一起,小圆环有一半面积在大 圆环内,当大圆环通上顺时针方向电 流的瞬间,小圆环中感应电流的方向 是 ( ) A.顺时针方向 B.逆时针方向 C.左半圆顺时针,右半圆逆时针 D.无感应电流,图13,解析 根据安培定则,当大圆环中电流为顺时