江苏省桃州中学2013高考物理一轮复习 4.1 电磁感应现象 楞次定律导学案 新人教版选修3-2

第四章 电磁感应【课 题】§4.1 电磁感应现象 楞次定律【学习目标】1.电磁感应现象Ⅰ2．磁通量Ⅰ 3．楞次定律Ⅱ【知识要点】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 的闭合导体回路的面积S 和B 的乘积．2．公式：Φ＝ ，此式的适用条件是匀强磁场，且线圈平面与磁场垂直．3．单位：1 Wb ＝ .4．磁通量是标量，但有正负．磁通量的正负不代表大小，只表示磁感线是怎样穿过平面的．即若以向里穿过某平面的磁通量为正，则向外穿过这个平面的磁通量为负．5．磁通量的物理意义是穿过某一面积的磁感线条数．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Φ变．(2)线圈在磁场中转动，导致Φ变．(3) 变化，导致Φ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．4．电磁感应现象的实质是产生 ，如果回路闭合则产生 ；如果回路不闭合，则只有 ，而无 ．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．(2)适用情况：导体 产生感应电流．【典型例题】一、对磁通量的理解【例题1】如图所示，一通电圆环A ，电流大小不变，在通电圆环外有两个同心圆环B 、C ，S C >S B ，则下列判断正确的是( )A ．ΦB >ΦCB ．ΦB ＝ΦCC ．ΦB <ΦCD ．无法确定磁通量ΦB 、ΦC 的大小【变式训练1】 如图所示，一水平放置的N 匝矩形线框面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B ，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形线框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是( )A.3－12BS B.3＋12NBS C.3＋12BS D.3－12NBS二、对楞次定律的理解和应用1.2.楞次定律的推广含义的应用(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”；磁通量减少，线圈面积“扩张”．(4)阻碍线圈自身电流的变化(自感现象)．【例题2】(2010·上海高考)如图，金属环A 用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧．若变阻器滑片P 向左移动，则金属环A 将向__________(填“左”或“右”)运动，并有__________(填“收缩”或“扩张”)趋势．【变式训练2】如图是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是( )A ．开关S 闭合瞬间B ．开关S 由闭合到断开的瞬间C．开关S已经是闭合的，变阻器滑片P向左迅速滑动D．开关S已经是闭合的，变阻器滑片P向右迅速滑动【变式训练3】(2011·上海高考)如图，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a( )A．顺时针加速旋转B．顺时针减速旋转C．逆时针加速旋转D．逆时针减速旋转三、感应电流方向的判断【例题3】如右图所示，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静止开始释放，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．a→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d【变式训练4】一航天飞机下有一细金属杆，杆指向地心．若仅考虑地磁场的影响，则当航天飞机位于赤道上空( )A．由东向西水平飞行时，金属杆中感应电动势下端高B．由西向东水平飞行时，金属杆中感应电动势上端高C．沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时，金属杆中感应电动势上端高D．沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时，金属杆中一定没有感应电动势四、右手定则、左手定则、安培定则的区别和应用【例题4】如图所示，导线框abcd与通电直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点．在线框向右运动的瞬间( )A．线框中有感应电流，且沿顺时针方向B．线框中有感应电流，且沿逆时针方向C．线框中有感应电流，但方向难以判断D．由于穿过线框的磁通量为零，线框中没有感应电流【变式训练5】如图所示，矩形闭合线圈放置在水平薄板上，有一块蹄形磁铁如图所示置于平板的正下方(磁极间距略大于矩形线圈的宽度)．当磁铁匀速向右通过线圈正下方时，线圈仍静止不动，那么线圈受到薄板的摩擦力方向和线圈中产生感应电流的方向(从上向下看)是( ) A．摩擦力方向一直向左B．摩擦力方向先向左、后向右C．感应电流的方向顺时针→逆时针→逆时针→顺时针D．感应电流的方向顺时针→逆时针【能力训练】1．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图所示连接．在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转．由此可以推断( )A．线圈A向上移动或滑动变阻器的滑动端P向右加速滑动，都能引起电流计指针向左偏转B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转C．滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向2．(2011·江苏物理)如图所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行．线框由静止释放，在下落过程中( )A．穿过线框的磁通量保持不变B．线框中感应电流方向保持不变C．线框所受安培力的合力为零D．线框的机械能不断增大3．(2011·南通模拟)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、电键相连，如图所示．线圈上端与电源正极相连，闭合电键的瞬间，铝环向上跳起．则下列说法中正确的是( )A．若保持电键闭合，则铝环不断升高B．若保持电键闭合，则铝环停留在某一高度C．若保持电键闭合，则铝环跳起到某一高度后将回落D．将电源的正负极对调，观察到的现象不变4.(2012·佛山质检)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F N和摩擦力Ff的情况，以下判断正确的是( )A．F N先大于mg，后小于mgB．F N一直大于mgC．Ff先向左，后向右D．Ff一直向左5（2012届苏州高三1月调研测试）..如图所示，在匀强磁场中，放有一与线圈D相连接的平行导轨，要使放在线圈D中的线圈A（A、D两线圈同心共面）各处受到沿半径方向指向圆心的力，金属棒MN的运动情况可能是（A）加速向右（B）加速向左（C）减速向右（D）减速向左6（2012山西四校第二次联考）．如图所示，竖直放置的长直导线通以恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面，在下列情况中线圈产生感应电流的是（）A．导线中电流强度变大 B．线框向右平动C．线框向下平动 D．线框以ab边为轴转动例题答案：1.答案.A解析 A 当A中有电流通过时，穿过A、B、C三个闭合线圈的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线条数C最多，其次是B，A中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通量的计算，应该是：ΦA>ΦB>ΦC，故A正确.变式1：[答案] C[解析]Φ是标量，但有正负之分，在计算ΔΦ＝Φ2－Φ1时必须注意Φ2、Φ1的正负，要注意磁感线从线框的哪一面穿过，此题中在开始位置磁感线从线框的下面穿进，在末位置磁感线从线框的另一面穿进．若取转到末位置时穿过线框方向为正方向，则Φ2＝32BS，Φ1＝－12BS，再由穿过多匝线圈的磁通量的大小与匝数无关，故ΔΦ＝3＋12BS.2. [答案] 左收缩[解析] 本题考查楞次定律的理解及应用．滑片P向左移动时，电阻减小，电流增大，穿过金属环A的磁通量增加，根据楞次定律，金属环将向左运动，并有收缩趋势．变式2：答案：AC解析当开关突然闭合时，左线圈上有了电流，产生磁场，而对于右线圈来说，磁通量增加，由楞次定律可知，为了阻碍磁通量的增加，钻头M向右运动远离左边线圈，故A项正确；当开关由闭合到断开的瞬间，穿过右线圈的磁通量要减少，为了阻碍磁通量的减少，钻头M要向左运动靠近左边线圈，故B项错误；开关闭合时，当变阻器滑片P迅速向左滑动时，回路的电阻减小，回路电流增大，产生的磁场增强，穿过右线圈的磁通量增大，为了阻碍磁通量的增加，钻头M 向右运动远离左边线圈，故C项正确；当变阻器滑片P迅速向右滑动时，回路的电阻增大，回路电流减小，产生的磁场减弱，穿过右线圈的磁通量减少，为了阻碍磁通量的减少，钻头M向左运动靠近左边线圈，故D项错误.变式3：答案：B解析：本题用逆向解题法．对A选项，当带正电的绝缘圆环a顺时针加速旋转时，相当于有顺时针方向电流，并且在增大，根据右手定则，其内(金属圆环a内)有垂直纸面向里的磁场，其外(金属圆环b处)有垂直纸面向外的磁场，并且磁场的磁感应强度在增大，金属圆环b包围的面积内的磁场的总磁感应强度是垂直纸面向里(因为向里的比向外的磁通量多，向里的是全部，向外的是部分)而且增大，根据楞次定律，b中产生的感应电流的磁场垂直纸面向外，磁场对电流的作用力向外，所以b中产生逆时针方向的感应电流，根据左手定则，磁场对电流的作用力向外，所以具有扩张趋势，所以A错误；同样的方法可判断B选项正确；而C选项，b中产生顺时针方向的感应电流，具有扩张趋势；而D选项，b中产生逆时针方向的感应电流，但具有收缩趋势，所以C、D都不正确．所以本题选B.3. [答案] B[解析] 线框从右侧开始由静止释放，穿过线框平面的磁通量逐渐减少，由楞次定律可得感应电流的方向为d→c→b→a→d；线框过竖直位置继续向左摆动过程中，穿过线框平面的磁通量逐渐增大，由楞次定律可得感应电流的方向仍为d→c→b→a→d，故B正确．变式4 [答案] ABD[尝试解答] 赤道上方的地磁场方向是由南指向北，根据右手定则，飞机由东向西飞行时，杆下端电势高，而飞机由西向东飞行时，杆上端电势高，故A、B对．若飞机沿经线由南向北或由北向南水平飞行时，杆均不切割磁感线，杆中不会产生感应电动势，故C错、D正确．4.解析 B 本题可以用以下两种方法求解，借此区分右手定则和楞次定律．解法1：首先，由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向(如图所示)，由对称性可知合磁通量Φ＝0；其次，当导线框向右运动时，穿过线框的磁通量增大(方向垂直向里)，由楞次定律可知感应电流的磁场方向垂直纸面向外；最后，由安培定则判知感应电流沿逆时针方向．故B选项正确．解法2：ab导线向右做切割磁感线运动时，由右手定则判断感应电流由a→b，同理可判断cd导线中的感应电流方向由c→d，ad、bc两边不做切割磁感线运动，所以整个线框中的感应电流沿逆时针方向．【规律总结】导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定感应电流方向的右手定则也是楞次定律的特例．用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律来判定．只是不少情况下，不如用右手定则判定来得方便简单．能力训练答案1.解析 B 当P向左滑动时，电阻变大，通过A线圈的电流变小，则通过线圈B中的原磁场减弱，磁通量减少，线圈B中有使电流计指针向右偏转的感应电流通过，当线圈A向上运动或断开开关，则通过线圈B中的原磁场也减弱，磁通量也减少，所以线圈B中也有使电流计指针向右偏转的感应电流通过，而滑动变阻器的滑动端P向右移动，则通过线圈B中的原磁场增加，磁通量也增加，所以线圈B中有使电流计指针向左偏转的感应电流通过，所以B选项正确．2.解析 B 线框下落过程中，穿过线框的磁通量减小，A项错误；由楞次定律可判断出感应电流方向一直沿顺时针方向，B项正确；线框受到的安培力的合力竖直向上，但小于重力，则合力不为零，C项错误；在下落过程中，安培力对线框做负功，则其机械能减小，选项D错误．3.解析CD 若保持电键闭合，磁通量不变，感应电流消失，所以铝环跳起到某一高度后将回落，A、B项错，C项对；正、负极对调，同样磁通量增加，由楞次定律知，铝环向上跳起，现象不变，D项正确4. 解析AD 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，线圈中磁通量先增大后减小，由楞次定律中“来拒去留”关系可知A、D正确，B、C错误．5.答案:AB6.答案：ABD。