2021届高考物理二轮复习课件：选修3-2 第1讲 电磁感应现象 楞次定律

3.(2020·宁波模拟)如图所示,线圈A通过滑动变阻器和开关连接到直流电源 上,线圈B两端连接到电流表上,把线圈A装在线圈B的里面,合上开关。当滑动 变阻器的滑片保持不动时电流表的指针__________(选填“偏转”或“不偏 转”);当滑动变阻器的滑片快速滑动时电流表的指针__________(选填“偏转” 或“不偏转”)。
2.(多选)如图所示,一根长导线弯成“n”形,通以直流电流I,正中间用不计长 度的一段绝缘线悬挂一金属环C,环与导线处于同一竖直平面内,在电流I增大 的过程中,下列叙述正确的是 ( ) A.金属环C中无感应电流产生 B.金属环C中有沿逆时针方向的感应电流 C.悬挂金属环C的竖直线拉力变大 D.金属环C仍能保持静止状态
关键能力·层级突破
考点1 电磁感应现象发生的条件(b) 【要点融会贯通】 1.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况: (1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。 (2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。 (3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ1-Φ0计算并判断 磁通量是否变化。 (4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。
选修3-2 第1讲 电磁感应现象 楞次定律
【知识梳理自查】 一、磁通量 1.定义:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S与B的乘积。 2.公式:Φ=_B_S_。 3.单位:1 Wb=_1_T_·__m_2。 4.标矢性:磁通量是_标__量__,但有正负。 5.物理意义:相当于穿过某ห้องสมุดไป่ตู้面积的_磁__感__线__的条数。
6.适用条件: (1)匀强磁场。 (2)S为垂直磁场的_有__效__面__积__。 7.示例:
8.磁通量变化:ΔΦ=Φ2-Φ1。
【情境转换 矩形abcd面积为S,平面abb′a′与磁场方向平行,匀强磁场的磁感应强度B与 平面a′b′cd垂直,平面abcd与平面a′b′cd的夹角为θ。 (1)通过矩形abcd的磁通量为__B_S_c_o_s_θ_。 (2)通过矩形a′b′cd的磁通量为__B_S_c_o_s_θ_。 (3)通过矩形abb′a′的磁通量为_0_。
2.法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图所示,他把两个线圈绕在同一 个软铁环上,线圈A和电池连接,线圈B用导线连通,导线下面平行放置一个小磁 针。实验中可能观察到的现象是 ( )
A.用一节电池作电源小磁针不偏转,用十节电池作电源小磁针会偏转 B.线圈B匝数较少时小磁针不偏转,匝数足够多时小磁针会偏转 C.线圈A和电池连接瞬间,小磁针会偏转 D.线圈A和电池断开瞬间,小磁针不偏转
2.判断电磁感应现象能否发生的一般流程:
【精练题组通关】 1.(2020·杭州模拟)如图所示实验装置中用于研究电磁感应现象的是( )
【解析】选A。导体ab在磁场中做切割磁感线运动时,电流表的指针发生偏转, 说明电路中产生了电流,这是电磁感应现象,故A正确;导体中通过电流时,原来 静止在南北方向的小磁针的指向发生了偏转,说明它受到了磁力的作用,从而说 明电流的周围存在磁场,故B错误;开关闭合后,原来静止在磁场中的导体运动起 来,说明通电导体在磁场中受到力的作用,故C错误;开关闭合后,原来静止在磁 场中的线圈运动起来,说明通电导体在磁场中受到力的作用,故D错误。
二、电磁感应现象 1.定义:当穿过闭合导体回路的_磁__通__量__发生变化时,闭合导体回路中有感应电 流产生,这种利用磁场产生_电__流__的现象叫作电磁感应。 2.条件 (1)闭合电路_磁__通__量__发生变化。 (2)闭合电路的_部__分__导__体__在磁场内_切__割__磁__感__线__。 3.实质:磁通量发生变化时,产生感应电动势。如果电路闭合,则有_感__应__电__流__; 如果电路不闭合,则只有_感__应__电__动__势__而无感应电流。 4.能量转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为_电__能__。
【解析】为了使电流表发生偏转,即在线圈中产生感应电流,只需使线圈A中磁 通量发生变化,即通过线圈A的电流发生变化,采用的方法是:闭合开关,滑动滑 动变阻器。(闭合开关,拔出线圈A;闭合开关等) 答案:闭合开关,滑动滑动变阻器(闭合开关,拔出线圈A;闭合开关等)
考点2 楞次定律的理解和应用(c) 【要点融会贯通】 1.楞次定律中“阻碍”的含义: (1)谁阻碍谁:感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量 变化。 (2)阻碍什么:阻碍的是磁通量变化,而不是阻碍磁通量本身。 (3)如何阻碍:当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;磁通 量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”。 (4)阻碍效果:阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进 行。
【解析】选C、D。带负电的圆环在绕圆心转动过程中,相当于负电荷在转动,在 圆环处产生垂直圆环平面的磁场。当圆环匀速转动,则产生的电流恒定,即产生 的磁场强度恒定,所以小线圈中的磁通量不发生变化;当圆环变速转动时,产生 的电流在变化,产生的磁场强度在变化,穿过小线圈的磁通量在变化,故小线圈 中有感应电流产生,C、D正确。
2.应用楞次定律判断感应电流方向的分析步骤: (1)明确研究对象:确定研究的是哪一个闭合回路。 (2)分析原因:分析该回路中原磁通量的变化情况。 (3)增反减同:根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场 的方向。 (4)方向判定:根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向。
【典例考题研析】 【典例1】如图所示,两个闭合正方形线框A、B的中心重合,放在同一水平面内。 当小线框A中通有不断增大的顺时针方向的电流时,对于线框B,下列说法中正 确的是 ( ) A.有顺时针方向的电流且有收缩的趋势 B.有顺时针方向的电流且有扩张的趋势 C.有逆时针方向的电流且有收缩的趋势 D.有逆时针方向的电流且有扩张的趋势
(2)(多选)带负电的圆环绕圆心旋转,在环的圆心处有一闭合小线圈,小线圈和 圆环在同一平面内,则 ( ) A.只要圆环在转动,小线圈内部一定有感应电流产生 B.圆环不管怎样转动,小线圈内都没有感应电流产生 C.圆环在做变速转动时,小线圈内就一定有感应电流产生 D.圆环做匀速转动时,小线圈内没有感应电流产生
(3)只要磁通量发生变化就一定有感应电流。 ( )
(4)感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。
()
(5)由楞次定律知,感应电流的磁场只起到阻碍作用不能阻止。 ( )
(6)当闭合回路里有导线切割磁感线,则电路中就一定有感应电流。( )
提示:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.使用条件:导体_切__割__磁感线产生感应电流。
【情境转换】
法拉第圆盘发电机中圆盘的磁通量不发生变化,是如何发电的? 提示:接触点CD间圆盘半径切割磁感线。
【小题速诊速纠】
1.判一判
(1)磁通量大小与线圈匝数有关。
()
(2)磁通量是标量,但有正负,正负只表示磁感线从闭合回路的哪个面穿过。
()
2.练一练 (1)下列现象中,属于电磁感应现象的是 ( ) A.磁场对电流产生力的作用 B.电流的周围能产生磁场 C.软铁棒可被磁场磁化而带磁性 D.变化的磁场使闭合电路中产生电流 【解析】选D。 电磁感应指闭合回路中部分导体做切割磁感线运动或者穿过闭 合线圈的磁通量变化使回路中产生感应电流的现象,D正确。
【解析】选D。根据安培定则可得,线框A中电流的磁场向里且逐渐增大,根据楞 次定律可得,线框B中感应电流的磁场的方向向外,感应电流的方向为逆时针方 向,线框A外侧与线框B内侧处产生的磁场方向向外,由左手定则可知线框B有扩 张的趋势,故D正确。
【精练题组通关】
1.如图所示,螺线管与灵敏电流计相连,磁铁从螺线管的正上方由静止释放,向
【解析】选C。根据“磁生电”即电磁感应现象的产生条件,只有线圈B中磁通 量变化时才能在线圈B中产生感应电流,因此无论线圈B匝数多少,线圈A中电池 多少,都不能在线圈B中产生感应电流,选项A、B错误。只有在线圈A和电池连接 或断开的瞬间,线圈B中才能产生感应电流,电流产生磁场,使导线下面平行放置 的小磁针发生偏转,选项C正确,D错误。
【解析】开关闭合稳定后,当滑动变阻器的滑片保持不动时,线圈B内的磁通量 不发生变化,从而不产生感应电流,电流表指针不发生偏转。开关闭合后,快速 移动滑动变阻器的滑片P时,线圈B内的磁通量发生变化,电流表指针发生偏转。 答案:不偏转 偏转
【加固训练】 用如图装置做“探究感应电流的产生条件”实验,线圈A连接滑动变阻器、开 关和学生电源,插在线圈B中;线圈B与电流表连接在一起。为了使电流表发生 偏转,请提供一种操作方案_________________________________________。
三、楞次定律 1.内容: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.适用条件:一切回路中_磁__通__量__变化的情况。 3.对“阻碍”的理解:阻碍不是_阻__止__,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将 继续进行。
四、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。
下穿过螺线管。下列说法正确的是
()
A.电流计中的电流先由a到b,后由b到a
B.a点的电势始终低于b点的电势
C.磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量
D.磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度
【解析】选D。电流计中的电流先由b到a,后由a到b,A错误;a点的电势先比b点 低,后比b点高,B错误;磁铁减少的机械能等于回路中产生的热量与磁铁的动能 之和,C错误;根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍磁铁与闭合回路间的相对 运动,磁铁刚离开螺线管时,受到向上的磁场力,加速度小于重力加速度,D正确。
【解析】选B、C、D。根据右手螺旋定则可以判断出导线之间的区域磁场方向 垂直纸面向里,即金属环中的磁场方向垂直纸面向里,当电流I增大时,通过金属 环的磁通量增大,根据楞次定律可知金属环中有感应电流产生,方向为逆时针方 向,选项A错误,B正确;因为金属环靠近导线上部,所以金属环上部的磁感应强度 大于金属环下部的磁感应强度,根据左手定则可以判断出金属环受到的安培力 的合力方向向下,根据共点力的平衡条件可得悬挂金属环C的竖直线拉力变大, 选项C正确;金属环C不会旋转,仍能保持静止状态,选项D正确。
【加固训练】 (多选)如图所示,两个闭合铝环A、B与一个螺线管套在同一铁芯上,A、B可以 左右摆动,则 ( ) A.在S闭合的瞬间,A、B必相吸 B.在S闭合的瞬间,A、B必相斥 C.在S断开的瞬间,A、B必相吸 D.在S断开的瞬间,A、B必相斥
【解析】选A、C。在S闭合瞬间,穿过两个线圈的磁通量变化相同,线圈中产生 同方向的感应电流,同向电流相吸,则A、B相吸,A正确,B错误;在S断开瞬间,穿 过两个线圈的磁通量变化相同,线圈中产生同方向的感应电流,同向电流相吸, 则A、B 相吸,C正确,D错误。
3.(2020·温州模拟)如图所示,圆筒形铝管竖直置于水平桌面上,一磁块从铝
管的正上方由静止开始下落,穿过铝管落到水平桌面上,下落过程中磁块不与
管壁接触。忽略空气阻力,则在下落过程中
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A.磁块做自由落体运动
B.磁块的机械能守恒
C.铝管对桌面的压力大于铝管的重力
D.铝管中无感应电流产生
【解析】选C。磁块在铝管中运动的过程,虽不计空气阻力,但在过程中,出现安 培力做负功现象,从而磁块不会做自由落体运动,故A错误;磁块在整个下落过程 中,除重力做功外,还有产生感应电流对应的安培力做功,导致减小的重力势能 部分转化为动能外,还产生内能,故机械能不守恒,同时增加的动能小于重力势 能的减小量,故B、D错误;磁块在整个下落过程中,由楞次定律中来拒去留规律 可知,铝管受向下的作用力,故铝管对桌面的压力一定大于铝管的重力,故C正确。