2016电磁感应现象楞次定律

选修3-2第九章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律考纲考情三年9考高考指数：★★★★★1.磁通量Ⅰ2.电磁感应现象Ⅰ3.楞次定律Ⅱ【知识梳理】知识点1磁通量1.概念：在磁感应强度为B的_________中,与磁场方向_____的面积S和B的乘积。2.公式：Φ=___。3.单位：1Wb=_______。4.物理意义：相当于穿过某一面积的_______的条数。匀强磁场垂直BS1T·m2磁感线知识点2电磁感应现象1.电磁感应现象：当闭合电路的磁通量_________时,电路中有__________产生的现象。2.产生感应电流的两种情况：(1)闭合电路的磁通量_________。(2)闭合电路的一部分导体切割_______运动。发生变化感应电流发生变化磁感线3.电磁感应现象的实质：电路中产生___________,如果电路闭合则有感应电流产生。4.能量转化：发生电磁感应现象时,是机械能或其他形式的能量转化为_____。感应电动势电能知识点3楞次定律1.楞次定律：(1)内容：感应电流的磁场总要_____引起感应电流的_______的变化。(2)适用范围：适用于一切回路_______变化的情况。阻碍磁通量磁通量2.右手定则：(1)使用方法。①让磁感线穿入___手手心。②使大拇指指向_________的方向。③则其余四指指向_________的方向。(2)适用范围：适用于_________切割磁感线的情况。右导体运动感应电流部分导体【思维诊断】(1)磁通量虽然是标量,但有正、负之分。()(2)当导体切割磁感线运动时,导体中一定产生感应电流。()(3)穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关。()(4)电路中磁通量发生变化时,就一定会产生感应电流。()(5)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。()(6)由楞次定律可直接判断出感应电流的方向。()提示：(1)√。当磁感线穿过线圈的一面时规定磁通量为正,则从另一面穿过线圈时磁通量为负,计算磁通量的变化时,要把“+”“-”号代入计算。(2)×。电路不闭合时,不能产生感应电流。(3)√。穿过n个线圈的磁感线条数与穿过一个线圈中的磁感线条数相同,磁通量相同。(4)×。产生感应电流时,电路还必须是闭合的。(5)×。当磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。(6)×。用楞次定律只能判断出感应电流的磁场方向,还得借助于安培定则才能判断出感应电流的方向。【小题快练】1.如图所示,ab是水平面上一个圆的直径,在过ab的竖直面内有一根通电直导线cd,且cd平行于ab,当cd竖直向上平移时,穿过圆面积的磁通量将()A.逐渐变大B.逐渐减小C.始终为零D.不为零,但始终保持不变【解析】选C。由安培定则可知,通电导线cd在空间形成磁场的磁感线为同心圆环,则穿过水平面上圆的直径ab两侧的磁感线方向相反。由对称性可知,圆内的磁通量始终为零,故本题选C。2.下列图中能产生感应电流的是()【解析】选B。选项A中的回路不闭合,不能产生感应电流;选项C、D中回路中的磁通量不变化,也不能产生感应电流;B选项中的磁通量在增加,又是闭合回路,能产生感应电流,故本题选B。3.如图所示,当磁场的磁感应强度B增强时,内、外金属上的感应电流的方向应为()A.内环顺时针,外环逆时针B.内环逆时针,外环顺时针C.内、外环均为顺时针D.内、外环均为逆时针【解析】选A。磁场增强,则穿过回路的磁通量增大,故感应电流的磁场向外,由安培定则知电流对整个电路而言应沿逆时针方向,即外环逆时针,内环顺时针,A正确。4.(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()【解析】选C、D。A图中磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量在向下增加,由楞次定律知感应电流的磁场阻碍原磁场的增加,方向向上,再由安培定则可以判断A中感应电流的方向与图中相反,所以A错,同理得B错,C、D正确。5.匀强磁场区域宽为d,一正方形线框abcd的边长为l,且ld,线框以速度v通过磁场区域,如图所示,从线框进入到完全离开磁场的时间内,线框中没有感应电流的时间是()dd2d2dA.B.C.D.vvvvllll【解析】选B。只有在线框进入磁场的过程中(bc边未出磁场)和线框出磁场的过程中(仅ad边在磁场中运动),穿过线框的磁通量才发生变化,产生感应电流。ad边和bc边都在磁场外时穿越磁场的过程中,没有感应电流,则t=。dvl考点1电磁感应现象的判断1.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况：(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ1-Φ0计算并判断磁通量是否变化。(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。2.判断电磁感应现象能否发生的一般流程：【典例1】如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ。在下列过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是()A.ab向右运动,同时使θ减小B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小C.ab向左运动,同时增大磁感应强度BD.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角(0°θ90°)【破题关键】关键信息思考方向与竖直方向的夹角为θθ不是B与S的夹角,Φ=BScosθab向左运动,同时增大磁感应强度B磁通量可能不变,也可能增加或减少【解析】选A。设开始时闭合回路的面积为S,据题意可知穿过该回路的磁通量表达式为Φ=BScosθ。A选项中S增大,θ减小,故cosθ增大,则Φ增大,回路中能产生感应电流,选项A正确。B选项中磁感应强度B减小,θ减小,cosθ增大,则Φ可能不变,故B选项错误。C选项中S减小,B增大,Φ也可能不变,故C错误。D选项中S增大,B增大,θ增大,cosθ减小,Φ也可能不变,故D错误。【总结提升】正确判断磁通量的变化情况(1)通过对穿过回路磁感线条数的分析和计算,可以确定磁通量是否变化。(2)依据公式Φ=BSsinθ(θ是B与S的夹角)确定磁通量与哪些因素有关。【变式1+1】1.(2014·新课标全国卷Ⅰ)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】选D。本题考查了感应电流的产生条件。产生感应电流的条件是只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电流,本题中的A、B选项都不会使得电路中的磁通量发生变化,并不满足产生感应电流的条件,都不正确。C选项中磁铁插入线圈时,虽有短暂电流产生,但未能及时观察,C项错误。在给线圈通电、断电瞬间,会引起闭合电路磁通量发生变化,产生感应电流,因此D项正确。2.(多选)如图所示,光滑导电圆环轨道竖直固定在匀强磁场中,磁场方向与轨道所在平面垂直,导体棒ab的两端可始终不离开轨道无摩擦地滑动,当ab由图示位置释放,直到滑到右侧虚线位置的过程中,关于ab棒中的感应电流情况,正确的是()A.因ab切割磁感线,故ab棒上有感应电流B.尽管ab切割磁感线,但ab棒上无感应电流C.磁场穿过圆环与ab构成的回路的磁通量没有变化D.磁场穿过圆环与ab构成的回路的磁通量发生了变化【解析】选B、C。由题意可知,导体棒在运动过程中与圆环构成的回路的磁通量没有发生变化,根据电磁感应产生的条件可判知回路中没有产生感应电流,故本题A、D错误,B、C正确。【加固训练】如图所示的条形磁铁的上方放置一矩形线框,线框平面水平且与条形磁铁平行,则线框在由N端匀速平移到S端的过程中,线框中的感应电流的情况是()A.线框中始终无感应电流B.线框中始终有感应电流C.线框中开始有感应电流,当线框运动到磁铁中部上方时无感应电流,以后又有了感应电流D.开始无感应电流,当运动到磁铁中部上方时有感应电流,后来又没有感应电流【解析】选B。条形磁铁中部磁性较弱,两极磁性最强,线圈从左向右移动过程中,线圈中磁通量先减小后反方向增大,因此线圈中始终有感应电流,故选B。考点2楞次定律的理解及应用1.楞次定律中“阻碍”的含义：(1)谁阻碍谁：感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量变化。(2)阻碍什么：阻碍的是磁通量变化,而不是阻碍磁通量本身。(3)如何阻碍：当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”。(4)阻碍效果：阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行。2.楞次定律与能量守恒：楞次定律在本质上就是能量守恒在电磁感应现象中的体现,发生电磁感应现象时,感应电流所受安培力会阻碍产生感应电流的原因,因此必须有外力克服安培力做功,而克服安培力做功的过程就是将其他形式的能量转化成电能的过程。3.应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：(1)明确研究对象：确定研究的是哪一个闭合回路。(2)分析原因：分析该回路中原磁通量的变化情况。(3)增反减同：根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场的方向。(4)方向判定：根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向。【典例2】长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动,如图甲所示。长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电：i=Imsinωt,i-t图像如图乙所示。规定沿长直导线向上的电流为正方向。关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向,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【解题探究】本题可结合表格分时段分析：时段磁通量变化感应电流方向向里增加___时针____________时针向外增加___时针____________时针T04～TT42～T3T24～3TT4～逆向里减小顺顺向外减小逆【解析】选D。和过程中电流向上增加和向下减小,穿过线框的磁通量向里增加和向外减小,由楞次定律知感应电流的磁场都是向外的。根据安培定则,产生的感应电流都为逆时针方向,同理过程中感应电流都为顺时针方向,所以选D。T04～T3T44～3TT4～【变式训练】如图,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()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【解析】选C。条形磁铁穿过圆环的过程中,圆环中的磁通量先向上增加,后向上减少,根据楞次定律：增反减同,感应电流产生的磁场方向先向下再向上,结合安培定则,产生的感应电流的方向先顺时针再逆时针,故选C。【加固训练】如图所示为一个圆环形导体,圆心为O,有一个带正电的粒子沿图中的直线从圆环表面匀速飞过,则环中的感应电流的情况是()A.沿逆时针方向B.沿顺时针方向C.先沿逆时针方向后沿顺时针方向D.先沿顺时针方向后沿逆时针方向【解析】选D。由于带正电的粒子没有沿圆环的直径运动,所以它产生的磁场的磁感线穿过圆环时不能抵消,所以穿过圆环的磁通量开始时向外增加,然后向外减少,根据楞次定律,圆环中感应电流的方向先沿顺时针方向,后沿逆时针方向,故只有选项D正确。考点3楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则1.“三个定则、一个定律”的应用对比：名称基本现象因果关系应用的定则或定律电流的磁效应运动电荷、电流产生磁场因电生磁安培定则洛伦兹力、安培力磁场对运动电荷、电流有作用力因电受力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线