2010高考物理总复习名师学案--电磁感应

2010高考物理总复习名师学案--电磁感应

●考点指要

【说明】(1)导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于l垂直于B、v的情况.

(2)在电磁感应现象里，不要求判断内电路中各点电势的高低.

●复习导航

本章以电场及磁场等知识为基础，研究了电磁感应的一系列现象，通过实验总结出了产生感应电流的条件和判定感应电流方向的一般方法——楞次定律，给出了确定感应电动势大小的一般规律——法拉第电磁感应定律.楞次定律和法拉第电磁感应定律是解决电磁感应问题的重要依据，复习中必须深入理解和熟练掌握；同时由于电磁感应的实际问题与磁场、直流电路等知识联系密切，因而在复习中还应注意培养综合应用这些知识分析解决实际问题的能力.

近几年高考中对本章内容的考查，命题频率较高的是感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算.电磁感应现象与磁场、电路、力和运动、能量等知识相联系的综合题及感应电流(或感应电动势)的图象问题在近几年高考中也时有出现，复习中应引起重视.

本章内容可分以下三个单元组织复习：(Ⅰ)电磁感应现象·楞次定律.(Ⅱ)法拉第电磁感应定律·自感.(Ⅲ)电磁感应规律的应用.

第Ⅰ单元电磁感应现象·楞次定律

●知识聚焦

1.磁通量：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量.定义式为：Φ=BS.如果面积S与B不垂直，如图12—1—1所示，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即Φ=BS′=BS cosα=BS sinβ.

(图中abcd面积为S；ab′c′d的面积为S′)

图12—1—1

2.产生感应电动势、感应电流的条件：导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势；穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈里就产生感应电动势.如果导体是闭合电路的一部分，或者线圈是闭合的，就产生感应电流.部分导体做切割磁感线的运动必然引起穿过闭合电路的磁通量的变化，所以产生感应电流的条件可以归结为：穿过闭合电路的磁通量发生变化.

3.感应电动势和感应电流的方向

（1)楞次定律

楞次定律的内容：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.

应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤：①明确原磁场的方向及磁通量的变化情况；②根据楞次定律中的“阻碍”，确定感应电流产生的磁场方向；③利用安培定则判断出感应电流的方向.

楞次定律是判断感应电流，感应电动势方向的一般方法，适用于各种情况的电磁感应现象.

（2)右手定则：让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体切割磁感线的运动方向，四指的指向就是导体内部所产生的感应电流（电动势)的方向.

右手定则仅适用于导体切割磁感线产生感应电动势（电流)的情况，对于这种情况用右手定则判断方向较为方便.

●疑难辨析

1.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判定，只是不少情况下，不如用右手定则判定来得方便简单.反过来，用楞次定律能判定的，并不是用右手定则都能判断出来.例如图12—1—2中，闭合圆形导线中的磁场逐渐增强，用右手定则就难以判定感应电流方向(因为并不切割)；相反，用楞次定律就很容易判定出来.

图12—1—2

2.正确理解楞次定律中“感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化”.这句话的关键是“阻碍”二字，具体地说有四层意思需要搞清楚：①谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁场的磁通量.②阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化，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；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”.④结果如何?阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化快慢.结果是增加的还是增加；减少的继续减少.

3.楞次定律也可以理解为：

(1)阻碍相对运动，即“来拒去留”.

(2)使线圈面积有扩大或缩小的趋势.

(3)阻碍原电流的变化(自感现象).

利用上述规律分析问题可以独辟蹊径，达到快速准确的效果.

●典例剖析

［例1］如图12—1—3所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是

①将线框向左拉出磁场

②以ab 边为轴转动(小于90°)

③以ad 边为轴转动(小于60°) ④以bc 边为轴转动(小于60°)

以上判断正确的是

A.①②③

B.②③④

C.①②④

D.①②③④

图12—1—3

【解析】将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中产生感应电流，故选项①正确.

当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流，故选项②正确.

当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流，故选项③正确.如果转过的角度超过60°，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流(60°～300°).

当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形面积的一半的乘积)，故选项④是错的.应选A.

【思考】为使线圈从图示的位置开始运动产生沿adcba方向的感应电流，线圈应如何运动？

【思考提示】线圈中感应电流方向沿adcba时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，引起感应电流的磁通量应是增加的，故线圈应以图示的位置向右移动.

【说明】判断电路中是否产生感应电动势（电流)，关键是判断穿过电路的磁通量是否变化.

【设计意图】通过本例说明应用产生感应电流的条件进行分析判断的方法.

［例2］如图12—1—4所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是

图12—1—4

A.向右摆动

B.向左摆动

C.静止

D.不能判定

【解析】方法1(电流元受力分析法)：画出磁铁磁感线分布如图12—1—5所示，当磁铁向环运动时，由楞次定律判断出铜环的感应电流方向如图12—1—5所示，把铜环的电流等效为多段直线电流元，取上、下两小段电流研究，由左手定则判出两段电流受力如图示，由图可联想到整个铜环所受合力向右，则A选项正确.

图12—1—5 图12—1—6

方法2(躲闪法)：磁铁向右运动，使铜环的磁通量增加而产生感应电流，由楞次定律可知，铜环为阻碍原磁通量的增大，必向磁感线较疏的右方运动，即往躲开磁通量增加的方向运动.则A正确.

方法3(等效法)：磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为图12—1—6所示的条形磁铁，则两磁铁有排斥作用，故A正确.

方法4(阻碍相对运动法)：磁铁向右运动时，由楞次定律的另一种表述得知铜环产生的感应电流总是阻碍导体间的相对运动，则磁铁和铜环间有排斥作用，故A正确.

【说明】从以上的分析可以看出：虽然方法不同，但本质还是楞次定律，只有领会其精髓，才能运