【物理】2018届一轮复习人教版 电磁感应现象和楞次定律 学案

【物理】2018届一轮复习人教版 电磁感应现象和楞次定律 学案

第 57 课时 电磁感应现象和楞次定律(双基落实课) [命题者说] 本课时所学内容是电磁感应基础知识，主要让学生掌握发生电磁感应的条 件、感应电流方向的判断。学习本课时的知识，可以为以后对电磁感应核心知识的学习打 下坚实的基础，并为分析电磁感应综合问题创造必备的条件。 一、理解磁通量的概念 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。 3．单位：1 Wb＝1_T·m2。 4．公式的适用条件 (1)匀强磁场； (2)磁感线的方向与平面垂直，即 B⊥S。 [小题练通] 1．判断正误 (1)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。(√) (2)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生。(×) (3)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生。(√) (4)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(√) 2．如图所示，一个矩形线圈与两条通有相同大小电流的平行直导线处于 同一平面，并且处在两导线的中央，则( ) A．两导线电流同向时，穿过线圈的磁通量为零 B．两导线电流反向时，穿过线圈的磁通量为零 C．两导线电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都相等 D．两导线电流产生的磁场是不均匀的，不能判定穿过线圈的磁通量是否为零 解析：选 A 根据安培定则，两导线电流同向时，它们在线圈处产生的磁场反向，穿 过线圈的磁通量为零；两导线电流反向时，它们在线圈处产生的磁场同向，穿过线圈的磁 通量不为零，故选项 A 正确。 (1)Φ＝BS 中的 S 应指闭合回路中处于匀强磁场中的有效面积。 (2)若假设磁感线向某一方向穿进磁通量为正，则向外穿出为负，计算合磁通量时正、 负可以抵消。 二、认识电磁感应现象 1.电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象。 2．产生感应电流的条件 (1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化； (2)特例：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。 3．产生电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生感应电动势，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。 [小题练通] 1．(2017·北京西城区期末)从 1822 年至 1831 年的近十年时间里，英国科学家法拉第心 系“磁生电”。在他的研究过程中有两个重要环节：(1)敏锐地觉察并提出“磁生电”的闪 光思想；(2)通过大量实验，将“磁生电”(产生感应电流)的情况概括为五种：变化的电流、 变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。结合你学过的相关知 识，试判断下列说法正确的是( ) A．环节(1)提出“磁生电”思想是受到了麦克斯韦电磁场理论的启发 B．环节(1)提出“磁生电”思想是为了对已经观察到的“磁生电”现象做出合理解释 C．环节(2)中五种“磁生电”的条件都可以概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变 化” D．环节(2)中“在磁场中运动的导体”这种情况不符合“穿过闭合导体回路的磁通量发 生变化”这一条件 解析：选 C 法拉第提出“磁生电”的闪光思想是受奥斯特发现电流周围存在磁场的 影响，A、B 错；环节(2)中“磁生电”的条件由法拉第总结概括为“穿过闭合导体回路的磁 通量发生变化”，C 对，D 错。 2．如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是( ) 解析：选 B 产生感应电流的条件是穿过线圈的磁通量发生变化，选项 B 符合要求。 判断感应电流的流程 (1)确定研究的回路。 (2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ。 (3) Φ不变→无感应电流。 Φ变化→ 回路闭合，有感应电流； 回路不闭合，无感应电流，但有感应电动势。 三、楞次定律和右手定则 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：适用于一切回路磁通量变化的情况。 2．右手定则 (1)使用方法 让磁感线穿入右手手心，大拇指指向导体运动的方向，其余四指指向感 应电流的方向。 (2)适用范围：适用于部分导体切割磁感线的情况。 [小题练通] 1．(多选)如图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线 圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流。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 表示正确的是( ) 解析：选 CD 根据楞次定律可确定感应电流的方向：如对 C 图分析，当磁铁向下运动 时：(1)闭合线圈原磁场的方向——向上；(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加；(3)感 应电流产生的磁场方向——向下；(4)利用安培定则判断感应电流的方向——与图中箭头方 向相同。线圈的上端为 S 极，磁铁与线圈相互排斥。综合以上分析知，C、D 正确。 2．(2017·长沙重点高中测试)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 到 b 到 d 到 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 到 d 到 b 到 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，且两棒速度 vcd>vab，则 abdc 回路有电流，电流方向由 c 到 d 到 b 到 a 解析：选 D 若固定 ab，使 cd 向右滑动，由右手定则知应产生顺时针方向的电流，故 A 错。若 ab、cd 同向运动且速度大小相同，ab、cd 所围的面积不变，磁通量不变，则不产 生感应电流，故 B 错。若 ab 向左、cd 向右同时运动，则 abdc 中有顺时针方向的电流，故 C 错。若 ab、cd 均向右运动，且 vcd>vab，则 ab、cd 所围的面积增大，磁通量也增大，则 产生由 c 到 d 到 b 到 a 的电流，故 D 正确。 (1)注意理解“阻碍”的意义，阻碍不是阻止，要弄清“增反减同”、“来拒去留”等。 (2)不要混淆右手定则、安培定则、左手定则，三个定则适用对象、使用方法都不相同。 四、楞次定律的综合应用 [典例] (多选)把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N 极附 近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面，当磁铁运动时， 线圈内产生了图中方向的电流，则磁铁的运动情况是( ) A．向左运动 B．向右运动 C．向上运动 D．向下运动 [解析] 根据右手螺旋定则，可得线圈感应电流产生的磁场方向为向右，根据楞次定律 增反减同可得线圈中的磁通量减小，而磁铁向左运动，向上运动，向下运动都能使得线圈 中的磁通量减小，故 A、C、D 正确。 [答案] ACD 本题先确定了感应电流的方向，再判断产生感应电流的原因，是楞次定律的推广应用。 判断顺序是由感应电流磁场方向看和原磁场方向相同还是相反，再根据楞次定律判断线圈 中磁通量增加还是减小，最后判断出磁铁的运动情况。 [集训冲关] 1．如图所示，通电导线 MN 与单匝矩形线圈 abcd 共面，位置靠近 ab 且相互绝缘。当 MN 中电流突然减小时，线圈所受安培力的合力方向( ) A．向左 B．向右 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里 解析：选 B 法一：当 MN 中电流突然减小时，单匝矩形线圈 abcd 垂直纸面向里的磁 通量减少，根据楞次定律，线圈 abcd 中产生的感应电流方向为顺时针方向，由左手定则可 知 ab 边与 cd 边所受安培力方向均向右，所以线圈所受安培力的合力方向向右，B 正确。 法二：由对楞次定律中“阻碍”的理解可知，当 MN 中电流突然减小而导致线圈 abcd 垂直纸面向里的磁通量减少时，线圈 abcd 一定会有向右运动的趋势以“阻碍”其磁通量的 减少，所以其所受安培力的合力方向向右，B 正确。 2．如图甲所示，长直导线与导线框 abcd 固定在同一平面内。直导线中通以如图乙所 示的大小和方向都随时间作周期性变化的交流电，并取图甲所示向上的电流方向为直导线 中电流的正方向。关于 0～T 时间内线框 abcd 中感应电流的方向，下列说法正确的是( ) A．由顺时针方向变为逆时针方向 B．由逆时针方向变为顺时针方向 C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向 D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向 解析：选 D 由题图乙，在 0～T 4 时间内电流正向增大，根据安培定则，矩形线圈所处 的磁场垂直纸面向里，由于磁通量增大，由增反减同，矩形线圈中的感应磁场应垂直纸面 向外，感应电流为逆时针，同理，T 4 ～T 2 ，T 2 ～3T 4 ，3T 4 ～T 内感应电流的方向依次为顺时针、 顺时针、逆时针，故 D 正确。 [课时达标检测] 一、单项选择题 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，穿过它们的磁通量分别为Фa、Фb、Фc，下列说法中正确的是 ( ) A．Фa<Фb<Фc B．Фa>Фb>Фc C．Фa<Фc<Фb D．Фa>Фc>Фb 解析：选 B 当 a 中有电流通过时，穿过 a、b、c 三个闭合线圈的向里的磁感线条数一 样多，向外的磁感线的条数 c 最多，其次是 b，a 中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通 量的计算，应该是Фa>Φb>Фc。 2.如图所示，一通电螺线管 b 放在闭合金属线圈 a 内，螺线管的中心线 恰好和线圈的一条直径 MN 重合。要使线圈 a 中产生感应电流，可采用的 方法有( ) A．使螺线管在线圈 a 所在平面内转动 B．使螺线管上的电流发生变化 C．使线圈以 MN 为轴转动 D．使线圈以与 MN 垂直的直径为轴转动 解析：选 D 题图所示位置，线圈 a 所在平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零， 当按 A、B、C 所述方式变化时，线圈 a 所在平面仍与磁感线平行，磁通量不变，不产生感 应电流；按 D 所述方式变化时，由于线圈与磁场夹角变化引起磁通量变化，能够产生感应 电流，故选 D。 3．如图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中( ) A．始终有感应电流自 a 向 b 流过电流表 G B．始终有感应电流自 b 向 a 流过电流表 G C．先有 a→G→b 方向的感应电流，后有 b→G→a 方向的感应电流 D．将不会产生感应电流 解析：选 C 条形磁铁从左边进入螺线管的过程中，在螺线管内产生的磁场方向向右， 且穿过螺线管的磁通量不断增加，根据楞次定律，产生的感应电流的方向是 a→G→b，条 形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中，在螺线管中产生的磁场方向仍向右，穿过螺线管的 磁通量不断减小，根据楞次定律，产生的感应电流的方向是 b→G→a，故 C 正确。 4.如图所示，当导线 ab 在电阻不计的金属导轨上滑动时，线圈 c 向右 摆动，则 ab 的运动情况是( ) A．向左或向右匀速运动 B．向左或向右减速运动 C．向左或向右加速运动 D．只能向右匀加速运动 解析：选 B 当导线 ab 在导轨上滑行时，线圈 c 向右运动，说明穿过线圈的磁通量正 在减少，即右侧回路中的感应电流减小，导线正在减速运动，与方向无关，故 A、C、D 错 误，B 正确。 5.(2017·泰州一模)如图所示，在长载流直导线近旁固定有两 平行光滑导轨 A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导 轨上有两根可自由滑动的导体棒 ab 和 cd。当载流直导线中的电 流逐渐减弱时，导体棒 ab 和 cd 的运动情况是( ) A．一起向左运动 B．一起向右运动 C．相向运动，相互靠近 D．相背运动，相互远离 解析：选 D 根据右手螺旋定则知，直流电流下方的磁场方向垂直纸面向里，电流减 小时，磁场减弱，根据楞次定律得，回路中的感应电流为 acdb，根据左手定则知，ab 所受 安培力方向向左，cd 所受安培力向右，即 ab 和 cd 相背运动，相互远离，故 D 正确，A、B、 C 错误，故选 D。 二、多项选择题 6.如图所示，法拉第研究“磁生电”现象的实验装置原理图。 两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈 A 接直流电源，线圈 B 接灵 敏电流表，下列哪些情况能使线圈 B 中产生感应电流( ) A．开关 S 闭合或断开瞬间 B．开关 S 闭合一段时间之后 C．开关 S 闭合后，改变滑动变阻器滑片的位置时 D．拿走铁环，再做这个实验，开关 S 闭合或断开的瞬间 解析：选 ACD 根据法拉第对产生感应电流的五类概括，选项 A、C、D 符合变化的 电流(变化的磁场)产生感应电流的现象。而开关 S 闭合一段时间之后，A 线圈中是恒定电流， 产生恒定的磁场，B 线圈中磁通量稳定不变，故不能使 B 线圈中产生感应电流，故选 A、C、 D。 7．如图所示，固定的水平长直导线中通有直流 I，矩形线框与导线 在同一竖直平面内，且一边与导线平行。线框由静止释放，在下落过程 中( ) A．穿过线框的磁通量保持不变 B．线框中感应电流方向保持不变 C．线框所受安培力的合力为零 D．线框的机械能不断减小 解析：选 BD 线框下落过程中，穿过线框的磁通量减小，选项 A 错误；由楞次定律可 判断出感应电流方向一直沿顺时针方向，选项 B 正确；线框受到的安培力的合力竖直向上， 但小于重力，则合力不为零，选项 C 错误；在下落过程中，安培力对线框做负功，则其机 械能减小，选项 D 正确。 8.如图所示，光滑平行金属导轨 PP′和 QQ′，都处于同一水平 面内，P 和 Q 之间连接一电阻 R。整个装置处于竖直向下的匀强磁场 中。现垂直于导轨放置一根导体棒 MN，用一水平向右的力 F 拉动导 体棒 MN，以下关于导体棒 MN 中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是 ( ) A．感应电流方向是 N→M B．感应电流方向是 M→N C．安培力水平向左 D．安培力水平向右 解析：选 AC 本题考查左、右手定则和楞次定律。 法一：由右手定则易知，MN 中感应电流方向是 N→M，再由左手定则可判知，MN 所 受安培力方向垂直棒水平向左。 法二：由楞次定律知，感应电流的产生，必然阻碍引起感应电流的原因。本题中，感 应电流是由于 MN 相对于磁场向右运动引起的，则安培力必然阻碍这种相对运动，由安培 力既垂直于电流又垂直于磁场方向可判知，MN 所受安培力方向必然垂直于 MN 水平向左， 再由左手定则，容易判断出感应电流的方向是 N→M，故正确选项为 A、C。