讲义第9章 第1讲电磁感应现象和楞次定律最新备战高考精品讲义.docx

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讲义第9章第1讲电磁感应现象和楞次定律最新备战高考精品讲义

考点一　电磁感应现象的判断

1．磁通量

（1）概念：

在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积．

（2）公式：

Φ＝BS.

适用条件：

①匀强磁场．

②S为垂直磁场的有效面积．

（3）磁通量是标量（填“标量”或“矢量”）．

（4）磁通量的意义：

①磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数．

②同一线圈平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零．

2．电磁感应现象

（1）电磁感应现象：

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做电磁感应．

（2）产生感应电流的条件：

穿过闭合回路的磁通量发生变化．

特例：

闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．

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，线圈中就有感应电动势产生．

（3）电磁感应现象中的能量转化：

发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能，该过程遵循能量守恒定律．

[思维深化]

1．磁通量的变化

磁通量是标量，但有正负之分．若规定从某一方向穿过平面的磁通量为正，则反向穿过的磁通量为负，合磁通量是相反方向抵消后所剩余的净磁通量．

（1）磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1.

（2）几种常见引起磁通量变化的情形．

①B改变，S不变，ΔΦ＝ΔB·S.

②B不变，S变化，ΔΦ＝B·ΔS.

③B、S两者都变化，ΔΦ＝Φ2－Φ1，不能用ΔΦ＝ΔB·ΔS来计算．

④B和S均不变，磁感线方向与线圈平面的夹角θ变化，则ΔΦ＝BS（sinθ2－sinθ1）．

2．判断下列说法是否正确．

（1）磁通量与线圈的匝数无关．（　√　）

（2）闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生．（　×　）

（3）电路中的磁通量发生变化时，就一定会产生感应电流．（　×　）

1．[磁通量的计算]在一空间有方向相反、磁感应强度大小均为B的匀强磁场，如图1所示，垂直纸面向外的磁场分布在一半径为a的圆形区域内，垂直纸面向里的磁场分布在除圆形区域外的整个区域，该平面内有一半径为b（b＞a）的圆形线圈，线圈平面与磁感应强度方向垂直，线圈与半径为a的圆形区域是同心圆．从某时刻起磁感应强度大小开始减小到，则此过程中该线圈磁通量的变化量的大小为（　　）

图1

A.πB（b2－2a2）B．πB（b2－2a2）

C．πB（b2－a2）D.πB（b2－2a2）

答案　D

解析　计算磁通量Φ时，磁感线既有垂直纸面向外的，又有垂直纸面向里的，所以可以取垂直纸面向里的方向为正方向．磁感应强度大小为B时线圈磁通量Φ1＝πB（b2－a2）－πBa2，磁感应强度大小为时线圈磁通量Φ2＝πB（b2－a2）－πBa2，因而该线圈磁通量的变化量的大小为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝πB（b2－2a2），故选项D正确．

2．[电磁感应现象的判断]（2014·新课标全国Ⅰ·14）在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是（　　）

A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化

B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化

C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化

D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化

答案　D

解析　产生感应电流必须满足的条件：

①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量要发生变化．选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B不能观察到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也不能观察到电流表的变化；选项D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选D.

3．[电磁感应现象的判断]现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图2所示连接．下列说法中正确的是（　　）

图2

A．开关闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转

B．线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转

C．开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度

D．开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转

答案　A

解析　只要闭合回路磁通量发生变化就会产生感应电流，故A正确，B错误；开关闭合后，只要滑片P滑动就会产生感应电流，故C、D错误．

电磁感应现象能否发生的判断流程

1．确定研究的闭合回路．

2．明确回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ.

3.

考点二　楞次定律的理解及应用

1．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）适用情况：

所有的电磁感应现象．

2．楞次定律中“阻碍”的含义

→

↓

→

↓

→当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量

减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”

↓

→

3．楞次定律的使用步骤

4．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个平面内；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．

[思维深化]

在应用楞次定律判断感应电流方向时，可借助楞次定律中“阻碍”含义的不同，提高解题的灵活性，请思考“阻碍”有哪几种不同的理解？

答案　楞次定律中“阻碍”的主要表现形式

（1）阻碍原磁通量的变化——“增反减同”；

（2）阻碍相对运动——“来拒去留”；

（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”；

（4）阻碍原电流的变化（自感现象）——“增反减同”．

4．[从阻碍磁通量变化的角度]如图3，在一水平、固定的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁（N极朝上，S极朝下）由静止开始下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，关于圆环中感应电流的方向（从上向下看），下列说法正确的是（　　）

图3

A．总是顺时针B．总是逆时针

C．先顺时针后逆时针D．先逆时针后顺时针

答案　C

解析　磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，则圆环中，先是向上的磁通量增加，磁铁中间通过以后，向上的磁通量减少，根据楞次定律，产生的感应电流方向（从上向下看）先顺时针后逆时针，选项C正确．

5．[从阻碍相对运动的角度]（2014·大纲全国·20）很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒．一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐．让条形磁铁从静止开始下落．条形磁铁在圆筒中的运动速率（　　）

A．均匀增大B．先增大，后减小

C．逐渐增大，趋于不变D．先增大，再减小，最后不变

答案　C

解析　开始时，条形磁铁以加速度g竖直下落，则穿过铜环的磁通量发生变化，铜环中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落．开始时的感应电流比较小，条形磁铁向下做加速运动，且随下落速度增大，其加速度变小．当条形磁铁的速度达到一定值后，相应铜环对条形磁铁的作用力趋近于条形磁铁的重力．故条形磁铁先加速运动，但加速度变小，最后的速度趋近于某个定值．选项C正确．

6．[从阻碍面积变化的角度]（多选）如图4，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形，则磁场可能（　　）

图4

A．逐渐增强，方向向外B．逐渐增强，方向向里

C．逐渐减弱，方向向外D．逐渐减弱，方向向里

答案　CD

解析　根据楞次定律，感应电流的磁场方向总是阻碍引起闭合回路中磁通量的变化，体现在面积上是“增缩减扩”，而回路变为圆形，面积增加了，说明磁场逐渐减弱．因不知回路中电流方向，故无法判定磁场方向，故C、D都有可能．

7．[右手定则的应用]如图5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由静止开始释放，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（　　）

图5

A．a→b→c→d→a

B．d→c→b→a→d

C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a

D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d

答案　B

解析　摆动过程中ab、dc边切割磁感线，vab＜vdc，所以以dc边切割为主，由右手定则判断电流方向为d→c，故选B.

应用楞次定律判断感应电流和电动势的方向

1．利用楞次定律判断的电流方向也是电路中感应电动势的方向，利用右手定则判断的电流方向也是做切割磁感线运动的导体上感应电动势的方向．若电路为开路，可假设电路闭合，应用楞次定律或右手定则确定电路中假想电流的方向即为感应电动势的方向．

2．在分析电磁感应现象中的电势高低时，一定要明确产生感应电动势的那部分电路就是电源．在电源内部，电流方向从低电势处流向高电势处．

考点三　三定则一定律的综合应用

安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律应用于不同现象

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、电流的作用力

左手定则

电磁感应

部分导体做切割磁感线运动

右手定则

闭合回路磁通量变化

楞次定律

[思维深化]

1．右手定则与左手定则的区别：

“因电而动”——用左手定则，“因动而电”——用右手定则．

2．安培定则与楞次定律的区别：

“因电生磁”——用安培定则．

“因磁生电”——用楞次定律（或右手定则）．

8．[三定则一定律的综合应用]（多选）如图6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，MN的左边有一如图所示的闭合电路，当PQ在一外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是（　　）

图6

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

答案　BC

解析　MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流方向为M→NL1中感应电流的磁场方向向上.若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流方向为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流方向为P→Q且增大向左加速运动．

9．[三定则一定律的综合应用]（多选）如图7所示，一电子以初速度v沿与金属板平行的方向飞入MN极板间，突然发现电子向M板偏转，若不考虑磁场对电子运动方向的影响，则产生这一现象的原因可能是（　　）

图7

A．开关S闭合瞬间

B．开关S由闭合后断开瞬间

C．开关S是闭合的，变阻器滑片P向右迅速滑动

D．开关S是闭合的，变阻器滑片P向左迅速滑动

答案　AD

解析　电子向M板偏转，说明M板为正极，则感应电流如图：

由安培定则得，感应电流磁场方向水平向左，而原磁场方向水平向右，由楞次定律得原磁场增强，即原电流增加，故A、D正确．

10．[三定则一定律的综合应用]（多选）如图8所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引（　　）

图8

A．向右做匀速运动B．向左做减速运动

C．向右做减速运动D．向右做加速运动

答案　BC

解析　当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流，线圈中的磁通量恒定，无感应电流出现，A错；当导体棒向左做减速运动时，由右手定则可判定回路中出现了b→a的感应电流且减