高考物理一轮复习专用资料—— 电磁感应现象楞次定律

高考物理一轮复习专用资料—— 电磁感应现象楞次定律

第31讲 电磁感应现象、楞次定律 ‎【考点整合】‎ 一、磁通量 ‎1、磁通量的定义：‎ 如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S，则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量，用Φ表示。可以认为磁通量就是穿过某面积的磁感线的条数叫做穿过这一面积的磁通量。‎ ‎2、磁通量的计算公式：φ=B·S。‎ 若面积S与垂直于磁场方向的平面间的夹角为θ，则穿过S的磁通量φ＝B·S⊥＝BScosθ；若S与B之间的夹角为α，则φ＝B·S⊥＝BSsinα；无论采用哪一种公式计算，关键把握住“线圈的有效面积——线圈平面沿磁场方向的投影”‎ 若平面S与磁场B平形，则φ=0‎ ‎3、磁通量是标量，没有方向，但有正负。若规定磁感线从某一边穿过平面时磁通量为正，则反方向穿过平面的磁通量就为负，当某面上同时有正反两个方向的磁感线穿过时，则穿过该面的实际磁通量为正负磁通量的代数和，φ＝φ正－φ负。‎ ‎4、穿过某一线圈（多匝时）平面的磁通量的大小与线圈的匝数无关。穿过任意闭合曲面的总磁通量总是为零（如：穿过地球表面的总磁通量为零）。‎ ‎5、在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯（Wb）：1Wb＝1T·m2＝1N·m2/A·m＝1N·m/A＝1J/A＝1V·A·S/A＝1V·S。‎ 二、电磁感应现象及条件 ‎1、电磁感应现象 利用磁场产生电流（或电动势）的现象，叫电磁感应现象。所产生的电流叫感应电流，所产生的电动势叫感应电动势。‎ ‎2、产生感应电流的条件：（1）闭合回路；（2）回路中的磁通量发生变化。‎ 回路中磁通量发生变化就产生了感应电动势，这是电磁感应的本质，产生感应电动势的那部分电路（导体）相当于电源。‎ 三、感应电流方向的判断 ‎1、楞次定律(判断感应电流方向)：‎ 感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．‎ ‎2、右手定则：‎ 根据楞次定律，可以推出导体切割磁感线情况下的感应电流方向的判断方法，即右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向。‎ ‎【要点探究&典例精讲】‎ ‎▶ 要点一 对电磁感应现象及其产生条件的理解和应用 ‎1、电磁感应现象 利用磁场产生电流（或电动势）的现象，叫电磁感应现象。所产生的电流叫感应电流，所产生的电动势叫感应电动势。‎ 所谓电磁感应现象，实际上是指由于磁的某种变化而引起电的产生的现象，磁场变化，将在周围空间激起电场；如周围空间中有导体存在，一般导体中将激起感应电动势；如导体构成闭合回路，则回路中还将产生感应电流。‎ ‎2、产生感应电流的条件：‎ ‎（1）闭合回路；‎ ‎（2）回路中的磁通量发生变化。‎ 回路中磁通量发生变化就产生了感应电动势，这是电磁感应的本质，产生感应电动势的那部分电路（导体）相当于电源。‎ ‎3、发生电磁感应现象的两种基本方式及其理论解释 ‎（1）动生电动势：当导体在磁场中做切割磁感线的相对运动时，就将在导体中激起感应电动势。这种发生电磁感应现象的方式可以用运动电荷在磁场中受到洛仑兹力的作用来解释。‎ ‎（2）感生电动势：当磁场的强弱改变而使穿过磁场中的闭合回路程的磁通量发生变化时，就将在闭合回路程里激起感应电流。这种发生电磁感应现象的方式可以用麦克斯韦的电磁场理论来解释。‎ ‎4、引起磁通量变化的常见情况：‎ ‎（1）线圈在磁场中转动；‎ ‎（2）线圈在磁场中面积发生变化；‎ ‎（3）线圈中磁感应强度发生变化；‎ ‎（4）通电线圈中电流发生变化 a b c 例1、如图所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面内。穿过线圈b、c的磁通量各是什么方向？穿过哪个线圈的磁通量更大？‎ a d b c O1‎ O2‎ 例2、如图所示，O1O2是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场。以下哪些情况下abcd中有感应电流产生（ ）‎ A．将abcd 向纸外平移 B．将abcd向右平移 C．将abcd以ab为轴转动60°‎ D．将abcd以cd为轴转动60°‎ ‎▶ 要点二 感应电流方向的判定 ‎1、楞次定律：适用于各种情况下感应电流方向的判断 ‎（1）对楞次定律中阻碍二字的正确理解 ‎“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。阻碍磁通量变化指：‎ 磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用)；‎ 磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用)，简称“增反减同”．‎ ‎（2）理解楞次定律要注意四个层次:‎ 谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量;‎ 阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身;‎ 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，当磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即”增反减同”;‎ 结果如何?阻碍不是阻止，只是延缓了磁通量变化的快慢，结果是增加的还是增加，减少的还是减少。‎ ‎（3）应用步骤 楞次定律说明的是感应电流的磁场与原磁场方向之间的关系，即穿过闭合电路的磁通量增大时，两磁场方向相反；磁通量减小时，两磁场方向相同．因此，根据楞次定律判断感应电流的方向时，应按以下步骤进行：‎ →→‎ →④ ‎2、右手定则：楞次定律的推论，只适用于部分导体切割磁感线的情况 用右手定则时应注意：‎ ①主要用于闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时，产生的感应电动势与感应电流的方向判定。‎ ②右手定则仅在导体切割磁感线时使用，应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直．‎ ③当导体的运动方向与磁场方向不垂直时，拇指应指向切割磁感线的分速度方向．‎ ④若形成闭合回路，四指指向感应电流方向；若未形成闭合回路，四指指向高电势．‎ ⑤“因电而动”用左手定则．“因动而电”用右手定则．‎ ⑥应用时要特别注意：四指指向是电源内部电流的方向(负→正)．因而也是电势升高的方向；即：四指指向正极。‎ 例3、如图所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合，线圈按图示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)．若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是(　　)‎ 例4、如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd，用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动．金属线框从右侧某一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属框平面始终处于同一平面，且垂直纸面．则线框中感应电流的方向是(　　)‎ A．a→b→c→d B．d→c→b→a→d C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a ‎ D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a←d ‎ ‎▶ 要点三 楞次定律的拓展与应用 ‎1．就磁通量而言，感应电流产生的效果总是阻碍引起感应电流的磁通量（原磁通量）的变化。即当原磁通量增加时，感应电流的磁场就与原磁场方向相反；当原磁通量减小时，感应电流的磁场就与原磁场方向相同。简称口诀“增反减同”。注意区分两种磁场：一是研究对象所在位置的磁场和线框中感应电流产生的磁场 ‎2．就相对运动而言，阻碍所有的相对运动，简称口诀“来拒去留”。从运动的效果上看，也可以形象地述为“敌”进“我”退，“敌”逃“我”追。‎ ‎3．就闭合回路的面积而言，致使电路和面积有收缩或扩张的趋势。收缩或扩张是为了阻碍电路磁通量的变化。若穿过闭合电路的磁感线皆朝同一个方向，则磁通量增大时，面积有收缩的趋势；磁通量减少时，面积有扩张的趋势。简称口诀“增缩减扩”。‎ ‎4．感应电流（或感应电动势）的方向阻碍原电流的变化 ‎5． 一个回路中磁通量发生变化，在回路中产生感应电流，那么，（1）若此电流是变化的，则它会在邻近的另一回路产生感应电流；（2）若此电流是恒定的，则它不会在邻近的另一回路中产生感应电流 例5、一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动．M连接在如图40－10所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关．下列情况中，可观测到N向左运动的是(　　)‎ A．在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间 B．在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间 C．在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向c端移动时 D．在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向d端移动时 例6、如图，在同一铁芯上绕两个线圈A和B，单刀双掷开关S原来接触点1，现在把它扳向触点2，则在开关S断开1和闭合2的过程中，流过电阻R中电流的方向是（ ）‎ A．先由P到Q，再由Q到P B．先由Q到P，再由P到Q ‎ C．始终是由Q到P D．始终是由P到Q 例7、如图所示装置中，cd杆原来静止。当ab 杆做如下那些运动时，cd杆将向右移动（ ）‎ c a ‎ d b L‎2 L1‎ A．向右匀速运动；B．向右加速运动；‎ C．向左加速运动；D．向左减速运动 例8、如图所示，一水平放置的矩形线圈abcd，在细长的磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，从图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ，在这个过程中，线圈中感应电流（ ）‎ A．沿abcd流动 B．沿dcba流动 C．由Ⅰ到Ⅱ都是abcd流动，由Ⅱ到Ⅲ是dcba流动 D．由Ⅰ到Ⅱ都是dcba流动，由Ⅱ到Ⅲ是abcd流动 本讲习题精练 ‎1、如图所示，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的是( )‎ A．向右做匀速运动 B．向左做匀速运动 C．向右做减速运动 D．向右做加速运动 ‎2、如图所示，矩形闭合线圈放置在水平薄板上，有一块蹄形磁铁如图所示置于平板的正下方（磁极间距略大于矩形线圈的宽度。）当磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到薄板的磨擦力方向和线圈中产生感应电流的方向（从上向下看）是( ）‎ A．摩擦力方向一直向左 ‎ B．摩擦力方向先向左、后向或右 ‎ C．感应电流的方向顺时针→逆时针→逆时针→顺时针 ‎ D．感应电流的方向顺时针→逆时针 ‎3、如图所示，通有稳恒电流的长直螺线管竖直放置，铜环R沿螺线管的轴线加速下落。在下落过程中，环面始终保持水平。铜环先后经过轴线上1、2、3位置时的加速度分别为a1、a2、a3。位置2处于螺线管的中心，位置1、3与位置2等距离。设重力加速度为g，则：（ ）‎ A．a1＜a2＝g B．a3＜a1＜g ‎ C．a1＝a3＜a2 D．a3＜a1＜a2‎ ‎4、如图所示，光滑固定导体轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时（ ）‎ A．P、Q将互相靠拢 B．P、Q相互相远离 C．磁铁的加速度仍为g D．磁铁的加速度小于g ‎5、A和B是两个大小相同的环形线圈，将两线圈平行共轴放置，如图甲所示，当线圈在A中的电流i1随时间变化的图像如图乙所示时，若规定电流方向如图甲所示的方向为正方向，则线圈B中的电流i2随时间t变化的图像是图中的（ ）‎ ‎6、如图所示，MN和PQ为两根足够长的水平光滑金属导轨，导轨电阻不计，变压器为理想变压器，现在水平导轨部分加一竖直向上的匀强磁场，金属棒ab与导轨电接触良好，则以下说法正确的是（ ）‎ A．若ab棒匀速运动，则IR≠0，IC≠0‎ B．若ab棒匀速运动，则IR≠0，IC＝0‎ C．若ab棒在某一中心位置两侧做简谐运动，则IR≠0，IC≠0‎ D．若ab棒做匀加速运动，IR≠0，IC＝0‎ ‎7、如图所示，MN利PQ为处于同一水平面内的两根平行的光滑金属导轨，垂直导轨放置的金属棒ab与导轨接触良好，在水平金属导轨之间加竖直向—卜的匀强磁场，导轨的N、Q端按理想变压器的初级线圈，理想变压器的输出端有三组次级线圈，分别接有电阻元件R、电感元件L和电容元件C。若用IR、IL、IC分别表示通过R、L和C的电流，不考虑电容器的瞬间充放电，则下列判断中正确的是 （ ）‎ A．若ab棒匀速运动，则 B．若ab棒匀加速运动，则 C．若ab棒做加速度变小的加速运动，则 D．若ab棒在某一中心位置附近做简谐运动，则 ‎8、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，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，PQ所做的运动可能是（ ）‎ A．向右匀加速运动 B．向左匀加速运动 C．向右匀减速运动 D．向左匀减速运动 O2‎ O1‎ ‎9、如图所示，当磁铁绕O1O2轴匀速转动时，矩形导线框（不考虑重力）将如何运动？‎ N S v0‎ M ‎10、如图所示，闭合导体环固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？‎ O‎1 a O2 b ‎11、如图所示，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90°的过程中，放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动？‎ a b ‎12、如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b。将条形磁铁沿它们的正中向下移动（不到达该平面），a、b将如何移动？‎ a b ‎13、如图所示，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b。当条形磁铁如图向下移动时（不到达导轨平面），a、b将如何移动？‎ ‎14、如图所示，螺线管A外接一平行轨道，轨道上垂直放置金属杆cd，cd所处位置有垂直轨道平面向里的匀强磁场；螺管B外接一根固定的直导体ef，平行于ef放置一根通电软导线ab，ab中电流方向由a向b。当导体棒cd向左运动时，发现软导线ab：①不动；②左偏；③右偏；试分析cd棒对应的运动状态？‎