【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应现象、楞次定律学案

【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应现象、楞次定律学案

电磁感应现象、楞次定律 ‎[研读考纲明方向]‎ ‎[重读教材定方法]‎ ‎(对应人教版选修3－2的页码及相关问题)‎ ‎1．P7图4.2－7，要使电流表偏转，摇绳的两同学应南北站立还是东西站立？‎ 提示：东西站立。‎ ‎2．P7[问题与练习]T1，甲、乙、丙三种情况，哪种产生感应电流？哪种产生感应电动势？‎ 提示：乙、丙产生感应电动势，丙产生感应电流。‎ ‎3．P9[问题与练习]T7，为使MN棒中不产生感应电流，磁感应强度B与t的关系如何？‎ 提示：由B0l2＝Bl(l＋vt)，得B＝。‎ ‎4．P11阅读教材，思考：感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反吗？‎ 提示：不一定。‎ ‎5．P12[思考与讨论]导体棒AB中的感应电流沿什么方向？‎ 提示：沿A→B。‎ ‎6．P13[问题与练习]T4，线圈在B位置时，穿过它的磁通量为零，产生的感应电流也为零吗？‎ 提示：磁通量为零，感应电流不为零。‎ ‎7．P16阅读教材，思考：E＝Blv中，l指导线实际长度吗？‎ 提示：不是。l是有效切割长度。‎ ‎8．P16[思考与讨论]感应电动势是加强了电源产生的电流，还是削弱了它？是有利于线圈的转动，还是阻碍了线圈的转动？‎ 提示：根据楞次定律可知，感应电动势削弱了电源产生的电流，阻碍了线圈的转动。‎ ‎9．P20‎ ‎[思考与讨论]导体棒哪端电势高？若外接用电器，导体棒电流沿什么方向？此时导体棒中哪端电势高？‎ 提示：C端电势高；电流从D→C；C端电势高。‎ ‎10．P23图4.6－4，思考：开关S断开后灯泡A中的电流方向是什么？‎ 提示：从右向左。‎ ‎11．P23图4.6－5，图甲中，若开关S断开，电流表示数立即变为零还是逐渐变为零？‎ 提示：立即变为零。‎ ‎12．P24阅读“磁场的能量”。‎ ‎13．P27图4.7－7，连接正负接线柱的导线有什么作用？‎ 提示：使电流表中形成闭合电路，起到电磁阻尼作用，预防指针振动过大。‎ 第51讲　电磁感应现象、楞次定律 考点一　电磁感应现象的理解 一、磁通量 ‎1．磁通量 ‎(1)定义：磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。‎ ‎(2)公式：Φ＝BS(B⊥S)；单位：韦伯(Wb)。‎ ‎(3)矢标性：磁通量是标量，但有正负。‎ ‎2．磁通量的变化量：ΔΦ＝Φ2－Φ1。‎ ‎3．磁通量的变化率(磁通量变化的快慢)：磁通量的变化量与所用时间的比值，即，与线圈的匝数无关。‎ ‎4．磁通量发生变化的三种常见情况 ‎(1)磁场强弱不变，回路面积改变。‎ ‎(2)回路面积不变，磁场强弱改变。‎ ‎(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的方向发生改变。‎ 二、电磁感应现象 ‎1．电磁感应现象：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，电路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。‎ ‎2．产生感应电流的条件 ‎(1)电路闭合；(2)磁通量发生变化。‎ ‎3．实质：电磁感应现象的实质是产生感应电动势，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。‎ ‎1. 如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，穿过三个线圈的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，则(　　)‎ A．Φa<Φb<Φc B．Φa>Φb>Φc C．Φa<Φc<Φb D．Φa>Φc>Φb 答案　B 解析　当线圈a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈垂直纸面向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线条数线圈c最多，其次是线圈b，线圈a中没有向外的磁感线，因此穿过闭合线圈的净磁感线条数线圈a最多，线圈b次之，线圈c最少，即Φa>Φb>Φc，故B正确。‎ ‎2. 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化量大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　)‎ A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2‎ C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定 答案　C 解析　设闭合线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在位置1处比在位置2处要强，故Φ1>Φ2。将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以ΔΦ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)。故正确选项为C。‎ ‎3．[教材母题]　(人教版选修3－2 P8·T3)如图所示，垂直于纸面的匀强磁场局限在虚线框内，闭合线圈由位置1穿过虚线框运动到位置2。线圈在运动过程中什么时候有感应电流，什么时候没有感应电流？为什么？‎ ‎[变式子题]　(2018·河北邯郸期末)图中能产生感应电流的是(　　)‎ 答案　B 解析　A项中线圈不是闭合的，不能产生感应电流；B项中回路的面积增大，穿过回路的磁通量增大，能够产生感应电流；C项中由于直导线在线圈对称轴的正上方，所以穿过线圈的磁通量等于0，电流增大，穿过线圈的磁通量仍然是0，不能产生感应电流；D项中线圈整体沿垂直于匀强磁场方向运动，穿过线圈的磁通量始终最大且没有发生变化，不能产生感应电流。故选B。‎ ‎考点二　感应电流的方向 ‎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)适用范围：一切电磁感应现象。‎ ‎(3)应用楞次定律的思路：‎ ‎2．右手定则 ‎(1)内容：如图所示，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，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。‎ ‎(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流。‎ ‎3．“三定则一定律”的应用对比 ‎1．[教材母题]　(人教版选修3－2 P13·T3)在如图中CDEF是金属框，框内存在着如图所示的匀强磁场。当导体AB向右移动时，请用楞次定律判断ABCD和ABFE两个电路中感应电流的方向。‎ ‎[变式子题]　(2017·全国卷Ⅲ)如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是(　　)‎ A．PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向 B．PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向 C．PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向 D．PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向 答案　D 解析　金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，闭合回路PQRS中磁场方向垂直纸面向里，磁通量增大，由楞次定律可判断，闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外，由安培定则可判断感应电流方向为逆时针；由于闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，与原磁场方向相反，则T中磁通量减小，由楞次定律可判断，T中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则可知T中感应电流方向为顺时针，选项D正确。‎ ‎2. (多选)两根互相平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，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 答案　AD 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起着电源的作用，电流从A端流出，回路的电流方向是 B→A→D→C→B，所以A正确。由左手定则可知D正确，B、C错误。‎ 考点三　楞次定律的推广应用 ‎1．楞次定律中“阻碍”的含义 ‎2．楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为电磁感应的效果总要阻碍引起电磁感应的原因，列表说明如下 如图甲所示，两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合，放在同一水平面内，线圈A中通以如图乙所示的变化电流，t＝0时电流的方向为顺时针方向(如图中箭头所示)，在t1～t2时间内，对于线圈B，下列说法中正确的是(　　)‎ A．线圈B内有顺时针方向的电流，且线圈B有扩张的趋势 B．线圈B内有顺时针方向的电流，且线圈B有收缩的趋势 C．线圈B内有逆时针方向的电流，且线圈B有扩张的趋势 D．线圈B内有逆时针方向的电流，且线圈B有收缩的趋势 解析　t1～t2时间内，线圈A中的电流方向为逆时针方向，根据安培定则可知在线圈A内部产生的磁场方向向外，线圈外部产生的磁场方向向里，线圈B内的合磁通量是向外的。由于线圈A中的电流增大，故穿过线圈B的磁通量增加，因而根据楞次定律和安培定则，在线圈B中将产生顺时针方向的感应电流，由楞次定律的推论可知，线圈B有扩张的趋势。故A正确。‎ 答案　A 方法感悟 线圈大小的变化趋势常有两种判断方法 ‎(1)微元法：取线圈B上一小段导线，若取足够小，则可看成一条直线段，根据其中感应电流的方向，所在处磁场的方向及左手定则，可知该段导线的受力方向，以此推出线圈是有收缩的趋势还是有扩张的趋势。‎ ‎(2)感应电流的效果，总要反抗产生感应电流的原因。‎ 本题中“原因”是线圈B中磁通量的增加，“效果”便是阻碍磁通量的增加，只有线圈B的面积增大才能阻碍磁通量的增加，故线圈B有扩张的趋势。‎ ‎1．(2018·山东实验中学一诊)(多选)匀强磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内，如图甲所示。磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正，磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。用I1、I2、I3分别表示Oa、ab、bc段的感应电流，F1、F2、F3分别表示金属环产生对应感应电流时其中很小段受到的安培力。则(　　)‎ A．I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向 B．I2沿顺时针方向，I3沿逆时针方向 C．F1方向指向圆心，F2方向指向圆心 D．F2方向背离圆心向外，F3方向指向圆心 答案　AD 解析　由题图可知，在Oa段磁场方向垂直于纸面向里，穿过圆环的磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流I1沿逆时针方向，在ab段磁场方向垂直纸面向里，穿过圆环的磁通量减少，由楞次定律可知，感应电流I2沿顺时针方向，A正确；在bc段磁场垂直纸面向外，磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流I3沿顺时针方向，B错误；由左手定则可知，Oa段电流受到的安培力F1方向指向圆心，ab段电流受到的安培力F2方向背离圆心向外，C错误；bc段电流受到的安培力F3方向指向圆心，D正确。‎ ‎2. (2018·安徽宣城月考)如图所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈，当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是(　　)‎ A．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左 B．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左 C．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右 D．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右 答案　D 解析　解法一：当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，线圈中向下的磁通量先增大后减小，由楞次定律可知，线圈中先产生逆时针方向的感应电流后产生顺时针方向的感应电流(从上往下看)，线圈四条边所受安培力的合力先向右下，后向右上，因此FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右，D正确。‎ 解法二：根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总要反抗产生感应电流的原因。本题中的“原因”是线圈中磁通量先增大后减小，归根结底是磁铁先靠近后远离线圈。“效果”是线圈要采取措施阻碍磁通量先增大后减小，即“来拒去留”，故必有向右运动的趋势。在竖直方向上，线圈则应以先“向下躲”后“向上追”的方式阻碍磁通量先增大后减小，故FN先大于mg后小于mg。D正确。‎