专题26+楞次定律(精讲)-2019年高考物理双基突破(二)

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文档介绍

专题26+楞次定律(精讲)-2019年高考物理双基突破(二)

一、磁通量 ‎1.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和B的乘积。‎ ‎(2)公式:Φ=BS。‎ ‎(3)单位:韦伯,符号:Wb。‎ ‎2.对磁通量的理解 ‎(1)磁通量是标量,其正、负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面,大小与线圈的匝数无关。‎ ‎(2)合磁通量求法:若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在,当计算穿过这个面的磁通量时,先规定某个方向的磁通量为正,其反方向的磁通量为负,平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量。‎ ‎【题1】一磁感应强度大小为B的匀强磁场方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角.将abcd绕ad轴转180°角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量大小为 A.0   B.2BS   C.2BScosθ   D.2BSsinθ ‎【答案】C ‎3.“电生磁”到“磁生电”的发展里程 ‎(1)1820年,丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转,称为电流磁效应.‎ ‎(2)法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸,通有反向电流的平行导线则相斥,并总结出安培定则(右手螺旋定则,用来判断电流与磁场的相互关系)和左手定则(判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向)。‎ ‎(3)英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。‎ ‎(4)俄国物理学家楞次发现了确定感应电流方向的定律——楞次定律。‎ ‎【题2】物理学的发展离不开物理学家的科学研究,以下符合史实的是 A.牛顿建立了万有引力定律,并测出了万有引力常量 B.伽利略通过“理想斜面实验”得出“力是维持物体运动的原因”的结论 C.楞次发现了电磁感应现象,使人们对电与磁内在联系的认识更加完善 D.奥斯特发现了电流的磁效应,使人们突破了对电与磁认识的局限性 ‎【答案】D ‎4.电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量变化时,电路中有感应电流产生的现象。‎ ‎5.产生感应电流的两个必备条件 ‎(1)存在闭合回路。‎ ‎(2)磁通量发生变化。‎ ‎6.电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生了感应电动势,如果回路闭合则产生感应电流;如果回路不闭合,则只有感应电动势,而无感应电流。产生感应电动势的那部分导体相当于电源.发生电磁感应现象时,是机械能或其他形式的能转化为电能。‎ ‎【题3】(多选)如图所示,一个矩形线框从匀强磁场的上方自由落下,进入匀强磁场中,然后再从磁场中穿过。已知匀强磁场区域的宽度L大于线框的高度h,下列说法正确的是 A.线框只在进入和穿出磁场的过程中,才有感应电流产生 B.线框从进入到穿出磁场的整个过程中,都有感应电流产生 C.线框在进入和穿出磁场的过程中,都是机械能转化成电能 D.整个线框都在磁场中运动时,机械能转化成电能 ‎【答案】AC ‎【解析】产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化,线框全部在磁场中时,磁通量不变,不产生感应电流,故选项B、D错误。线框进入和穿出磁场的过程中磁通量发生变化,产生了感应电流,故选项A正确。在产生感应电流的过程中线框消耗了机械能,故选项C正确。 ‎ 二、楞次定律 ‎1.内容:感应电流具有这样的方向,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。‎ ‎2.适用情况:所有的电磁感应现象。适用于一切回路磁通量变化的情况。‎ ‎3.楞次定律的应用——运用楞次定律判定感应电流的思路 ‎(1)明确研究的对象是哪一个闭合电路;‎ ‎(2)该电路磁场的方向如何?该电路磁通量如何变化?‎ ‎(3)根据楞次定律判定感应电流磁场方向。‎ ‎(4)用安培定则判定感应电流方向。‎ 上面描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系,只要知道了其中任意两个因素,就可以确定第三个因素。‎ ‎【题6】(多选)下列各图是验证楞次定律实验的示意图,各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,其中与事实相符的是 ‎【答案】CD ‎ 三、右手定则 ‎1.使用范围:判定导线切割磁感线运动时感应电流的方向。‎ ‎2.使用方法:伸出右手,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,并使拇指指向磁场的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。‎ ‎【题7】(多选)如图所示,在直线电流附近有一根金属棒ab,当金属棒以b端为圆心,以ab为半径,‎ 在过导线的平面内逆时针匀速旋转到达图中的位置时 A.a端聚积电子 B.b端聚积电子 ‎ C.金属棒内电场强度等于零 D.Ua>Ub ‎【答案】BD ‎ 三、正确理解楞次定律中的“阻碍”一词 ‎1.弄清“阻碍”的几个层次 ‎(1)谁在阻碍——“感应电流的磁场”在阻碍;‎ ‎(2)阻碍什么——阻碍的是“引起感应电流的磁场的磁通量的变化”,而不是阻碍的引起感应电流的磁场、也不是阻碍的引起感应电流的磁通量。‎ ‎(3)如何阻碍——磁通量增加时,阻碍其增加,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,起抵消作用;磁通量减少时,阻碍其减少,感应电流的磁场与原磁场方向一致,起补偿作用。‎ ‎(4)为何阻碍——(原)磁场的磁通量发生了变化。‎ ‎(5)结果如何——阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化快慢,这种变化将继续进行,最终结果不受影响。‎ ‎2.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”。 铁靠近线圈,B感与B原方向相反。‎ ‎(2)阻碍(导体的)相对运动—“来拒去留”。 磁铁靠近,是斥力;磁铁远离,是引力。‎ ‎ ‎ ‎(3)使线圈面积有扩大或缩小趋势—“增缩减扩”。P、Q是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒、磁铁下移,a、b靠近。‎ ‎(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。合上S,B先亮 ‎3.弄清阻碍与“阻止”、“相反”的区别 ‎(1)阻碍不是阻止,最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化,是“阻而未止”。‎ ‎(2)阻碍不等同相反,当引起感应电流的磁通量增大时,感应电流的磁场与原磁场方向相反;当引起感应电流的磁通量减少时,感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相同(增反减同)。‎ ‎(3)阻碍的是导体与磁体的相对运动,而不是阻碍导体或磁体的运动。‎ ‎4.判断流程 ‎(1)明确研究的闭合回路;‎ ‎(2)弄清该电路磁场的方向如何?‎ ‎(3)确定该电路磁通量如何变化?‎ ‎(4)根据楞次定律判定感应电流磁场方向;‎ ‎(5)由安培定则判定感应电流方向。‎ ‎【题8】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 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。‎ ‎【题9】(多选)如图,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 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 ‎ 四、三定则一定律的综合应用 ‎1.安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律 ‎(1)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 ‎(2)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。‎ ‎(3)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)。‎ ‎【题10】(多选)如图所示,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 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 ‎ ‎【题11】(多选)如图,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 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;‎ ‎2.楞次定律与右手定则的区别及联系 楞次定律 右手定则 区 别 对象 整个闭合回路 闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导线 范围 各种电磁感应现象 只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况 应用 用于磁感应强度B随时间变化而产生电磁感应现象较方便 用于导体切割磁感线产生电磁感应的现象较方便 联系 右手定则是楞次定律的特例 ‎3.右手定则与左手定则的比较 项目 右手定则 左手定则 作用 判断感应电流方向 判断通电导体所受磁场力的方向 图例 因果 运动→电流 电流→运动 实例 发电机 电动机 ‎【题12】如图所示,同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r,导体棒PQ与三条导线接触良好;匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时,下列说法正确的是 ‎ ‎ A.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由b到a B.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由b到a C.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由a到b D.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由a到b ‎【答案】B ‎【解析】法一 用右手定则直接判定 依据右手定则可判断出导体棒PQ中的电流由P到Q,Q处电势最高,P处电势最低,由P到Q电势依次升高。外电路中的电流方向总是从高电势流向低电势处,因此流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由b到a,B正确。‎ 法二 用楞次定律判定 当PQ向左滑动时,穿过回路PQcd的磁通量是向里增加,由楞次定律可知感应电流的磁场方向向外,再由右手定则可知,回路中电流为逆时针方向,通过R的电流由c到d;当PQ向左滑动时,穿过回路aMQb的磁通量是向里减少,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向里,再由右手定则知,回路中的感应电流为顺时针方向,流过r的电流为由b到a。综上所述,B正确。 ‎ ‎【例13】如图所示,MN、GH为光滑的水平平行金属导轨,ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆,匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面,如图所示,则 ‎ ‎ A.若固定ab,使cd向右滑动,则abdc回路有电流,电流方向由a→b→d→c B.若ab、cd以相同的速度一起向右滑动,则abdc回路有电流,电流方向由c→d→b→a C.若ab向左、cd向右同时运动,则abdc回路电流为零 D.若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcd>vab,则abdc回路有电流,电流方向由c→d→b→a ‎【答案】D ‎4.三个定则 ‎(1)区别 三个定则 应用对象 使用方法 安培定则 电流产生磁场 右手握住导线或螺线管 左手定则 判断安培力、洛伦兹力的方向 左手四个手指指向电流方向或正电荷运动方向 右手定则 导体切割磁感线产生感应电流 右手大拇指指向导体切割磁感线的运动方向 ‎(2)相互联系 ‎(1)电流可以产生磁场,当电流的磁场发生变化时,也会发生电磁感应现象.‎ ‎(2)感应电流在原磁场中也要受安培力,这是确定感应电流阻碍“相对运动”的依据.‎ ‎(3)有些综合问题中,有时要同时应用三个定则.‎ ‎(3)一般解题步骤 ‎①分析题干条件,找出闭合电路或切割磁感线的导体棒。‎ ‎②结合题中的已知条件和待求量的关系选择恰当的规律。‎ ‎③正确地利用所选择的规律进行分析和判断。‎ ‎(4)三定则的应用技巧 ‎①因电而生磁(I→B)安培定则。‎ ‎②因动而生电(v、B→I)右手定则。‎ ‎③因电而受力(I、B→F安)左手定则。‎ ‎【题14】(多选)如图所示,两个线圈套在同一个铁芯上,线圈的绕向在图中已经标出。左线圈连着平行导轨M和N,导轨电阻不计,在导轨垂直方向上放着金属棒ab,金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法中正确的是 A.当金属棒ab向右匀速运动时,a点电势高于b点,c点电势高于d点 B.当金属棒ab向右匀速运动时,b点电势高于a点,c点与d点等电势 C.当金属棒ab向右加速运动时,b点电势高于a点,c点电势高于d点 D.当金属棒ab向右加速运动时,b点电势高于a点,d点电势高于c点 ‎【答案】BD 产生感应电流。当ab向右做加速运动时,由右手定则可推断φb>φa,电流沿逆时针方向。又由E=Blv可知ab导体两端的E 不断增大,那么左边电路中的感应电流也不断增大,由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的,并且场强不断增强,所以右边电路的线圈中的向上的磁通量不断增加。为了阻碍磁通量的增加,由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针方向,由此可知d点电势高于c点。综上可知,A、C错误,B、D正确。‎ ‎【题15】(多选)如图所示的电路中,若放在水平光滑金属导轨上的ab棒突然向右移动,这可能发生在 A.闭合开关S的瞬间 B.断开开关S的瞬间 C.闭合开关S后,减小滑动变阻器R的阻值时 D.闭合开关S后,增大滑动变阻器R的阻值时 ‎【答案】AC
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