讲义第9章 第1讲文档格式.docx

讲义第9章 第1讲文档格式.docx

《讲义第9章 第1讲文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《讲义第9章 第1讲文档格式.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（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.

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]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

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]如图2所示为感应式发电机的结构图，a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是电流表的接线端.现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是（　　）

图2

A.将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置

B.将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置

C.将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置

D.将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置

答案　B

解析　当铜盘转动时，其切割磁感线产生感应电动势，此时铜盘相当于电源，铜盘边缘和中心相当于电源的两个极，则要想观察到感应电流，M、N应分别连接电源的两个极，故可知只有B项正确.

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

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.

导体切割磁感线产生感应电流.

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]如图4所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放（各线框下落过程中不翻转），则以下说法正确的是（　　）

图4

A.三者同时落地

B.甲、乙同时落地，丙后落地

C.甲、丙同时落地，乙后落地

D.乙、丙同时落地，甲后落地

解析　甲是铜线框，在下落过程中产生感应电流，所受的安培力阻碍它的下落，故所需的时间长；

乙没有闭合回路，丙是塑料线框，故都不会产生感应电流，它们做自由落体运动，故D正确.

6.[从阻碍面积变化的角度]（多选）如图5，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5

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6所示，在两根平行长直导线M、N中通以同方向同大小的电流，矩形导线框abcd的两边与两导线平行，且与两导线在同一平面内，线框沿着与两导线垂直的方向自右向左在两导线间匀速移动，则在移动过程中线框中感应电流方向是（　　）

图6

A.沿abcd不变B.沿adcb不变

C.由abcd变成adcbD.由adcb变成abcd

解析　本题中M与N中电流的方向相同，在M的右侧电流所产生的磁场方向垂直纸面向里，且离得越远，磁感应强度越小；

在N的左侧电流所产生的磁场方向垂直纸面向外，且离得越远，磁感应强度越小.也就是说，MN之间的磁场是变化的，要正确解决此问题，我们需要应用楞次定律，可以判断出，闭合线框abcd在从N到M的运动过程中，垂直纸面向外的磁通量减少，垂直纸面向里的磁通量增加，为了阻碍磁通量的变化，线圈中的电流始终沿着adcb方向.故选项B正确.

利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.

实验13　探究电磁感应的产生条件

1.实验现象

实验1　闭合导体回路中部分导体切割磁感线运动

如图7所示，导体AB做切割磁感线运动时，电流表的指针发生偏转，而导体AB平行于磁感线运动时，电流表的指针不发生偏转.

图7

实验2　条形磁铁在线圈中运动

如图8所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，电流表的指针发生偏转，但磁铁在线圈中静止时，电流表的指针不发生偏转.

图8

实验3　改变小螺线管中的电流

如图9所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S接通或断开时，电流表的指针发生偏转；

若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表的指针也发生偏转；

而开关一直闭合，滑动变阻器的滑片不动时，电流表的指针不发生偏转.

图9

2.归纳探究结论

实验1是通过导体运动改变穿过闭合导体回路的磁通量；

实验2是磁体运动即磁场变化，改变穿过闭合导体回路的磁通量；

实验3是通过改变原线圈中的电流从而改变磁场强弱，进而改变穿过闭合导体回路的磁通量.

8.[实验操作]如图10所示是研究电磁感应现象实验所需的器材，用实线将带有铁芯的小螺线管A、电源、滑动变阻器和开关连接成回路Ⅰ，将小量程电流表和大螺线管B连接成回路Ⅱ.并列举出实验中改变回路Ⅱ的磁通量，使回路Ⅱ产生感应电流的三种方式：

图10

（1）________________________________________________________________________；

（2）________________________________________________________________________；

（3）________________________________________________________________________.

解析　小螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路；

大螺线管B与电流表组成一个闭合回路，如图所示.小螺线管A放在大螺线管B内，当小螺线管A中的电流发生变化时，大螺线管B处的磁场也发生变化，进而使穿过大螺线管B的磁通量发生变化，大螺线管B与电流表组成的闭合回路中就产生了感应电流，所以采取的方式只要能够改变A中的电流就可以了.

答案　实物连接见解析图

（1）开关闭合（或断开）瞬间

（2）将小螺线管A插入大螺线管B（或从大螺线管B中取出）

（3）将小螺线管A插入大螺线管B中后移动滑动变阻器的滑片

9.[实验误差分析]某同学做观察电磁感应现象的实验，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图11所示的实验电路，当他接通或断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是（　　）

图11

A.开关位置接错B.电流表的正、负接线柱接反

C.线圈B的接头3、4接反D.蓄电池的正、负极接反

答案　A

解析　电流表的指针发生偏转的条件是接通或断开开关瞬间线圈B中的磁通量发生变化，开关的正确接法是接在线圈A所在的回路中，接在线圈B所在的电路中，不会产生感应电流.而B、C、D三项中的操作不会影响感应电流的产生.

10.[实验误差分析]物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”.如图12所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环.闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起.

某同学另找来器材再探究此实验.他连接好电路，经重复实验，线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是（　　）

图12

A.线圈接在了直流电源上B.电源电压过高

C.所选线圈的匝数过多D.所用套环的材料与老师的不同

实验14　探究感应电流方向的规律

1.实验设计

如图13所示，条形磁铁插入或拔出线圈来改变穿过螺线管的磁通量，利用电流表指针的偏转方向判断感应电流的方向.

图13

2.实验器材

电流表、条形磁铁、螺线管、电源、开关、导线.

3.实验现象

相对运动情况

原磁场方向

向下

向上

Φ的变化情况

增加

减少

感应电流在线圈中的方向

自下而上

自上而下

感应电流的磁场方向（线圈中）

感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系

相反

相同

4.实验结论

当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；

当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同.

5.注意事项

实验前应首先查明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系，判断的方法是：

采用如图14所示的电路，用一节干电池与电流表及线圈串联，由于电流表量程较小，所以在电路中应接入限流变阻器R，电池采用旧电池，开关S采用瞬间接触，记录指针偏转方向.

图14

11.[实验操作]如图15所示，是“研究电磁感应现象”的实验装置.

图15

（1）将实物电路中所缺的导线补充完整.

（2）如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将线圈L1迅速插入线圈L2中，灵敏电流计的指针将________偏转.（选填“向左”“向右”或“不”）

（3）线圈L1插入线圈L2后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，灵敏电流计的指针将________偏转.（选填“向左”“向右”或“不”）

解析　

（1）补充的实物电路如图所示.

（2）已知闭合开关瞬间，线圈L2中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转.当开关闭合后，将线圈L1迅速插入线圈L2中时，线圈L2中的磁通量增加，由已知条件可知产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转.

（3）滑动变阻器的滑片迅速向右移动，线圈L1中的电流变小，线圈L2中的磁场方向不变，磁通量减少，则灵敏电流计的指针向左偏转.

答案　

（1）见解析图　

（2）向右　（3）向左

12.[实验现象]（多选）如图16甲所示开关S闭合后电流表指针由中央向左偏，当把一个线圈A和这个电流表串联起来（图乙）后，将一个条形磁铁B插入或拔出线圈时，线圈中会产生感应电流，经观察发现，电流表指针由中央位置向右偏，这说明（　　）

图16

A.如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在远离线圈

B.如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在远离线圈

C.如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在靠近线圈

D.如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在靠近线圈

答案　AD

解析　根据题图甲，可以知道电流表的指针向电流流入的方向偏转，螺线管相当于一个电源，电源的正极在上端.根据安培定则，螺线管上端是S极.如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在远离线圈；

如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在靠近线圈.

练出高分

基础巩固题组

1.在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用.下列叙述不符合史实的是（　　）

A.奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系

B.安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说

C.法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流

D.楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，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

解析　通有恒定电流的静止导线附近产生的磁场是不变的，在其附近的固定导线圈中没有磁通量的变化，因此，不会出现感应电流.

2.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.变化的磁场使闭合电路中产生电流

C.插在通电螺线管中的软件棒被磁化

D.电流周围产生磁场

解析　磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；

插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；

电流周围产生磁场属于电流的磁效应；

而变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象.故正确答案为B.

3.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1所示连接.下列说法中正确的是（　　）

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

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.

4.如图2所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直于线圈平面.若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为（　　）

A.πBR2B.πBr2C.nπBR2D.nπBr2

解析　磁通量与线圈匝数无关，磁感线穿过的面积为πr2，而并非πR2，故B项对.

5.如图3所示，一个金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中，能使圆环中产生感应电流的做法是（　　）

A.使匀强磁场均匀减少

B.保持圆环水平并在磁场中上下移动

C.保持圆环水平并在磁场中左右移动

D.保持圆环水平并使圆环绕过圆心的竖直轴转动

解析　根据闭合回路中磁通量变化产生感应电流这一条件，能使圆环中产生感应电流的做法是使匀强磁场均匀减少，选项A正确.

6.如图4所示，导线框abcd和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，下列说法正确的是（　　）

A.线圈中有感应电流，且按顺时针方向

B.线框中有感应电流，且按逆时针方向

C.线框中有感应电流，但方向难以判断

D.由于穿过线圈的磁通量为零，所以线框中没有感应电流

解析　方法一　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），因ab导线向右做切割磁感线运动，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是逆时针方向的.

方法二　由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向，由对称性可知合磁通量Φ＝0.当导线框向右运动时，穿过线框的磁通量增大（方向垂直于纸面向里），由楞次定律可知感应电流的磁场方向垂直于纸面向外，再由安培定则判断出有逆时针方向的感应电流产生.故B选项正确.

7.如图5所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将（　　）

A.S增大，l变长B.S减小，l变短

C.S增大，l变短D.S减小，l变长

解析　当通电直导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增大，金属圆环中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要阻碍磁通量的增大.一是用缩小面积的方式进行阻碍；

二是用远离直导线的方式进行阻碍，故选项D正确.

8.（多选）如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合（彼此绝缘），下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是（　　）

解析　利用安培定则判断直导线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直导线电流产生的磁场分布情况是靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱.A中穿过圆环线圈的磁场如图甲所示，其有效磁场为ΦA＝Φ出－Φ进＝0，且始终为0，即使切断导线中的电流，ΦA也始终为0，A中不可能产生感应电流.B中线圈平面与导线的磁场平行，穿过B的磁通量也始终为0，B中也不能产生感应电流.C中穿过线圈的磁通量如图乙所示，Φ进>

Φ出，即ΦC≠0，当切断导线中的电流后，穿过线圈的磁通量ΦC减小为0，所以C中有感应电流产生.D中穿过线圈的磁通量ΦD不为0，当电流切断后，ΦD最终也减小为0，所以D中也有感应电流产生.

9.（多选）两根互相平行的金属导轨水平放置于如图6所示的匀强磁场中，在导轨上导体棒AB和CD可以自由滑动.当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法正确的是（　　）

A.CD内有电流通过，方向是D→C

B.CD向左运动

C.磁场对CD作用力向左

D.磁场对AB作用力向左

解析　为了判断CD内电流方向，首先判断AB内的电流方向，因为AB在外力F作用下向右做切割磁感线运动，根据右手定则判断可知电流的方向是B→A，AB起着电源作用，电流从A端流出，回路的电流方向是B→A→D→C→B，所以选项A正确.由右手定则可知D也正确.

10.（多选）如图7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，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动

D.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动

答案　AC

解析　M向右运动远离，说明是为了阻碍磁通量的增加，所以原电流增加，故A、C正确.

11.（多选）如图8，在水平光滑桌面上，两相同的矩形刚性小线圈分别叠放在固定的绝缘矩形金属框的左右两边上，且每个小线圈都各有一半面积在金属框内.在金属框接通逆时针方向电流的瞬间（　　）

A.两小线圈会有相互靠拢的趋势

B.两小线圈会有相互远离的趋势

C.两小线圈中感应电流都沿顺时针方向

D.左边小线圈中感应电流沿顺时针方向，右边小线圈中感应电流沿逆时针方向

答案　BC

解析　通电绝缘金属框内部磁场较外部磁场强，由楞次定律可知，通电瞬间，左右两个小线圈中均感应出顺时针方向的感应电流，有相互远离的趋势，故正确选项为B、C.

能力提升题组

12.如图9所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过.现将环从位置Ⅰ释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为FT1和FT2，重力加速度大小为g，则（　　）

A.FT1>

mg，FT