- 2021-06-01 发布 |
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文档介绍
【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。查看更多