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第1讲电磁感应现象楞次定律一电磁感应现象二感应电流方向的判断基础过关考点一磁通量电磁感应现象考点二对楞次定律的理解及应用考点三“一定律、三定则”的综合应用考点突破基础过关一、电磁感应现象1.磁通量(1)概念:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向①垂直的面积S与B的乘积。(2)公式:Φ=②BS。(3)单位:③韦伯(韦),符号Wb。(4)标矢性:磁通量是④标量,但有正、负。2.电磁感应(1)概念:当穿过闭合电路的磁通量⑤发生变化时,电路中有⑥感应电流产生的现象。(2)产生感应电流的条件a.电路⑦闭合;b.磁通量⑧变化。(3)电磁感应现象的实质:电路中产生⑨感应电动势,如果电路闭合则有感应电流产生。(5)物理意义:磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数。二、感应电流方向的判断1.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)适用范围:一切电磁感应现象。(4)能量转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为⑩电能。2.右手定则(1)内容: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个平面内;让 磁感线从掌心进入,并使拇指指向 导线运动的方向,这时四指所指的方向就是 感应电流的方向。(2)适用情况:导体 切割磁感线产生感应电流。1.判断下列说法对错。(1)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生。 (✕)(2)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。 (√)(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)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势。 (√)(5)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。 (✕)(6)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.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 (D)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3.如图所示,ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈,在滑动变阻器R的滑片P向右滑动的过程中,线圈ab将 (B)A.静止不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.发生转动,但因电源的极性不明,无法确定转动方向考点一磁通量电磁感应现象考点突破1.磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率的区别磁通量Φ磁通量的变化量ΔΦ磁通量的变化率 物理意义某时刻穿过某个面的磁感线的条数某一段时间内穿过某个面的磁通量的变化量表示磁场中穿过某个面的磁通量变化快慢的物理量大小Φ=B·Sn,Sn是与B垂直的面的面积ΔΦ=Φ2-Φ1ΔΦ=B·ΔSΔΦ=S·ΔB = =B· =S· tΔΔ2211BSBStΔtΔΔStΔΔtΔΔBtΔΔtΔΔ磁通量Φ磁通量的变化量ΔΦ磁通量的变化率 注意若穿过某个面有方向相反的磁场,则不能直接用Φ=B·S求解,应考虑相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量开始时和转过180°时线圈平面都与磁场垂直,但穿过线圈的磁通量是一正一负,ΔΦ=2BS而不是0既不表示磁通量的大小,也不表示磁通量变化的多少。在Φ-t图像中,可用图线的斜率表示附注发电机中:线圈平面与磁感线平行时,Φ=0,但 最大;线圈平面与磁感线垂直时,Φ最大,但 =0tΔΔtΔΔ续表2.常见的产生感应电流的三种情况 3.判断电路中能否产生感应电流的一般流程 1.(多选)(2018课标Ⅰ,19,6分)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是 ()A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动答案AD解析本题考查电流的磁效应、楞次定律等知识。当开关闭合瞬间,右侧线圈中电流突然增大,铁芯上向右的磁场增强,由楞次定律可知左侧线圈中正面感应电流向上,则远处直导线上电流向左,由安培定则可知小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向里,A项正确。开关闭合并保持一段时间后,磁场不再变化,左侧线圈中没有感应电流,小磁针N、S极回到原始方向,故B、C两项错误。开关断开的瞬间,右侧线圈中电流减小,左侧线圈正面感应电流向下,远处直导线上电流向右,由安培定则知,小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向外,故D项正确。2.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接。下列说法中正确的是 ()A.开关闭合后,线圈A插入或拔出线圈B都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会发生偏转C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才能发生偏转答案A解析开关闭合后,线圈A插入或拔出线圈B都会引起穿过线圈B的磁通量的变化,从而使电流计指针发生偏转,选项A正确;线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,穿过线圈B的磁通量会发生变化,电流计指针会发生偏转,选项B错误;开关闭合后,滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动,都会导致线圈A中的电流发生变化,使穿过线圈B的磁通量发生变化,电流计指针都会发生偏转,选项C、D错误。考点二对楞次定律的理解及应用1.楞次定律中“阻碍”的含义 2.感应电流方向判断的两种方法(1)方法一:用楞次定律判断(2)方法二:用右手定则判断该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向:①掌心——磁感线垂直穿入;②拇指——指向导体运动的方向;③四指——指向感应电流的方向。例1(2017课标Ⅲ,15,6分)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 (D) 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中沿顺时针方向解析金属杆PQ向右运动,穿过PQRS的磁通量增加,由楞次定律可知,PQRS中产生逆时针方向的电流。这时因为PQRS中感应电流的作用,穿过T的磁通量减小,依据楞次定律可知,T中产生顺时针方向的感应电流。故只有D项正确。考向1“增反减同”现象1.(2016海南单科)如图,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内,环的圆心与两导线距离相等,环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若 (D)A.金属环向上运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向B.金属环向下运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向C.金属环向左侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向D.金属环向右侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向解析当金属环上下移动时,穿过环的磁通量不发生变化,根据楞次定律可知,没有感应电流产生,选项A、B错误;当金属环向左移动时,穿过环的磁通量垂直纸面向外且增大,根据楞次定律可知,产生顺时针方向的感应电流,故选项C错误;当金属环向右移动时,穿过环的磁通量垂直纸面向里且增大,根据楞次定律可知,产生逆时针方向的感应电流,故选项D正确。考向2“来拒去留”现象2.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 (C)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,最后不变解析对磁铁受力分析可知,磁铁重力不变,磁场力随速率的增大而增大,当重力等于磁场力时,磁铁匀速下落,所以选C。考向3“增缩减扩”现象3.(多选)(2019山东临沂质检)如图所示,光滑固定的金属导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时 (AD)A.P、Q将互相靠拢B.P、Q将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g解析解法一磁铁下端为N极,如图所示,根据楞次定律和安培定则可判断出P、Q中感应电流的方向,根据左手定则可判断出P、Q所受安培力的方向,可知P、Q将互相靠拢。由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律可知,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小于g。当下端为S极时,可得到同样的结果。解法二根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因,本题中“原因”是回路中磁通量的增加,归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近,所以P、Q将互相靠拢,且磁铁的加速度小于g。考向4右手定则的应用4.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,垂直纸面向外的匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面,则 ()A.若固定ab,使cd向右滑动,则abdc回路有电流,电流方向为a→b→d→c→aB.若ab、cd以相同的速度一起向右滑动,则abdc回路有电流,电流方向为a→c→d→b→aC.若ab向左、cd向右同时运动,且两杆速度大小相等,则abdc回路中的电流为零D.若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcdvab,则abdc回路有电流,电流方向为a→c→d→b→a答案D解析由右手定则可判断出固定ab,使cd向右滑动,则abdc回路产生顺时针方向的电流,故A项错误;若ab、cd同向运动且速度大小相同,ab、cd所围面积不变,磁通量不变,故不产生感应电流,故B项错误;若ab向左,cd向右同时运动,则abdc回路中有顺时针方向的电流,故C项错误;若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcdvab,则ab、cd所围面积发生变化,磁通量也发生变化,由楞次定律及安培定则可判断出,abdc回路中产生顺时针方向的电流,故D项正确。楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。列表说明如下:名师点拨考点三“一定律、三定则”的综合应用1.安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律应用的比较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,有感应电流产生右手定则闭合电路磁通量发生变化,有感应电流产生楞次定律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)。1.(多选)如图所示,在匀强磁场中放有平行金属导轨,它与大线圈M相连接,要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流,则放在金属导轨上的金属棒ab的运动情况是(两线圈共面放置) (BC) A.向右匀速运动B.向左加速运动C.向右减速运动D.向右加速运动解析若线圈N中产生顺时针方向的感应电流,则感应电流的磁场方向垂直纸面向里,由楞次定律可知有两种情况:一是大线圈M中有沿顺时针方向逐渐减小的电流,使其在小线圈N中的磁场方向向里,且磁通量在减小;二是大线圈M中有逆时针方向逐渐增大的电流,使其在小线圈N中的磁场方向向外,且磁通量在增大。因此对前者应使ab向右减速运动;对于后者,则应使ab向左加速运动。2.如图所示,金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合