高三物理一轮复习讲义课件：电磁感应 第1课时 电磁感应现象 楞次定律

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
图7
超导体磁悬浮,用电磁感应及有关知
识来解释这一现象.
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,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
(1)闭合电路的部分导体做 切割磁感线 运动,导致
变. (2)线圈在磁场中转动,导致 变. (3)磁感应强度B 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 磁通量 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 感应电动势 ,如果回 路闭合则产生 感应电流 ;如果回路不闭合,则只有 感应电动势 ,而无 感应电流 .
有a→b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b→a的感应电流 解析 闭合S的瞬间,穿过B的磁通量没有变化,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b→a,故D项正确. 答案 D
第九章 电磁感应
第1课时 电磁感应现象 楞次定律
考点自清
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
向垂直的平面S和B的乘积.
2.公式: = BS .
3.单位:1 Wb= 1 T·m2 .
二、电磁感应现象 1.产生感应电流的条件:穿过闭合电路的 磁通量 发
生变化. 2.引起磁通量变化的常见情况
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
( C)
A.a、b均静止不动
图4
B.a、b互相靠近
C.a、b互相远离
D.a、b均向上跳起
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在外力作用下
(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.
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、 速度的变化量和速度的变化率三者的区别.
热点聚焦
热点一 正确区分磁通量 、磁通量的变化Δ、
磁通量的变化率 Δ Δt
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.
2.磁通量的变化Δ = 2- 1
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.
规律总结 安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的
比较及应用 1.规律比较
基本现象
应用的定则或定律
运动电荷、电流产生磁场
安培定则
磁场对运动电荷、电流有作用力
电磁 感应
部分导体做切割磁感线 运动
闭合回路磁通量变化
左手定则 右手定则 楞次定律
2.应用区别
关键是抓住因果关系
(1)因电而生磁(I→B)→安培定则;
绕有线圈的磁体,M是一个电流检测器.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
()
图8
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
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
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a→b的感应电流 B.闭合开关S的瞬间,电流表G中有b→a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
(2)因动而生电(v、B→I安)→右手定则; (3)因电而受力(I、B→F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
图6
放置)
()
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
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.
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
题型探究
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
图1
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 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.
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).
规律总结 “阻碍”是楞次定律的核心,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
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Δ 为2BS,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
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.
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 阻碍 引起感应电流的 磁通量 的变化. (2)适用情况:所有电磁感应现象. 2.右手定则 (1)内容: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.
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 C.向右减速运动
图5 B.向左加速运动
D.向左减速运动
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
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、Qg
D.磁铁的加速度小于g
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.
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