第1讲 电磁感应现象 楞次定律Word文档格式.docx
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2.公式:
Φ=BS。
3.单位:
1Wb=1_T·
m2。
4.标矢性:
磁通量是标量(选填“标量”或“矢量”),但有正负。
知识点二 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。
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:
磁通量发生变化时,电路中产生感应电动势,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。
知识点三 楞次定律
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:
适用于一切回路中磁通量变化的情况。
2.右手定则
(1)使用方法。
①让磁感线穿入右手手心。
②使大拇指指向导体运动的方向。
③则其余四指指向感应电流的方向。
适用于部分导体切割磁感线的情况。
[诊断自测]
1.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( )
答案:
B
2.
如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为l,匝数为n,过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为( )
A.
B.
C.Bl2D.nBl2
解析:
穿过线圈的磁通量Φ=BS=B·
l2=
,选项A正确。
A
3.(多选)下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,导体ab上的感应电流方向为b→a的是( )
ab棒顺时针转动,运用右手定则:
磁感线穿过手心,拇指指向顺时针方向,则导体ab上的感应电流方向为a→b,故A项错误;
ab向纸外运动,运用右手定则时,磁感线穿过手心,拇指指向纸外,则知导体ab上的感应电流方向为b→a,故B项正确;
穿过回路的磁通量减小,由楞次定律知,回路中感应电流方向由b→a→d→c,则导体ab上的感应电流方向为b→a,故C项正确;
ab棒沿导轨向下运动,由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a,故D项正确。
BCD
4.(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中,与导轨接触良好的导体棒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.导体棒CD内有电流通过,方向是D→C
B.导体棒CD内有电流通过,方向是C→D
C.磁场对导体棒CD的作用力向左
D.磁场对导体棒AB的作用力向左
两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路,当AB向右运动时,回路中磁通量增加,结合安培定则判断回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B。
再根据左手定则,可判断出磁场对CD的作用力向右,对AB的作用力向左。
故选项B、D正确。
BD
考点一 电磁感应现象的理解和判断
1.常见的产生感应电流的三种情况
2.判断是否产生感应电流的流程
(1)确定研究的回路。
(2)弄清楚回路内的磁场分布,并确定穿过该回路的磁通量Φ。
(3)Φ不变→无感应电流
Φ变化→
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
本题以验证“由磁产生电”设想的实验为背景,主要考查电磁感应现象。
产生感应电流必须满足的条件:
①电路闭合;
②穿过闭合电路的磁通量要发生变化。
选项A、B电路闭合,但磁通量不变,不能产生感应电流,故选项A、B不能观察到电流表的变化;
选项C满足产生感应电流的条件,也能产生感应电流,但是等我们从一个房间到另一个房间后,电流表中已没有电流,故选项C也不能观察到电流表的变化;
选项D满足产生感应电流的条件,能产生感应电流,可以观察到电流表的变化,所以选项D。
D
[多维练透]
1.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关按如图所示连接。
下列说法正确的是( )
A.开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流表指针偏转
B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,电流表指针均不会偏转
C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流表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,电流表指针才能偏转
线圈A插入或拔出,都将造成线圈B处磁场的变化,因此线圈B处的磁通量变化,产生感应电流,故A正确;
开关闭合和断开均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流,故B错误;
开关闭合后,只要移动滑片P,线圈B中磁通量变化而产生感应电流,故C、D错误。
2.(2019·
江苏徐州打靶冲刺)下列各图所描述的物理情境中,没有产生感应电流的是( )
开关S闭合稳定后,穿过线圈N的磁通量保持不变,线圈N中不会产生感应电流,故A符合题意;
磁铁向铝环A靠近,穿过铝环的磁通量增大,铝环中产生感应电流,故B不符合题意;
金属框中从A位置向B位置运动,穿过金属框的磁通量发生变化,金属框产生感应电流,故C不符合题意;
铜盘在磁场中按图示方向转动,铜盘的一部分切割磁感线,回路中产生感应电流,故D不符合题意。
考点二 楞次定律的应用
1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.利用楞次定律判断感应电流方向的步骤
(2018·
全国卷Ⅰ·
19)(多选)
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。
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
根据安培定则,开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场。
A对:
开关闭合后的瞬间,根据楞次定律,直导线上将产生由南向北的电流,根据安培定则,直导线上方的磁场垂直纸面向里,故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动。
B、C错:
开关闭合并保持一段时间后,直导线上没有感应电流,故小磁针的N极指北。
D对:
开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,根据楞次定律,直导线上将产生由北向南的电流,这时直导线上方的磁场垂直纸面向外,故小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动。
AD
[方法技巧] 判断感应电流方向的方法
71)楞次定律。
(2)右手定则。
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。
1.(2017·
全国卷Ⅲ·
15)
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
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。
广西柳州模拟)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ad、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0
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
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,不产生感应电流,故B错。
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错。
若ab、cd都向右运动,且vcd>
vab,则ab、cd所围的面积发生变化,磁通量也发生变化,故由楞次定律可判断出产生由c到d到b到a的电流,故D正确。
3.
(2016·
海南单科·
4)如图,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直面内,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( )
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
根据楞次定律,当金属圆环上、下移动时,穿过圆环的磁通量不发生变化,故没有感应电流产生,故选项A、B错误;
当金属圆环向左移动时,则穿过圆环的磁场垂直纸面向外并且增强,故根据楞次定律可以知道,产生的感应电流为顺时针,故选项C错误;
当金属圆环向右移动时,则穿过圆环的磁场垂直纸面向里并且增强,故根据楞次定律可以知道,产生的感应电流为逆时针,故选项D正确。
考点三 利用楞次定律的推论速解电磁感应现象问题
楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的“效果”总是阻碍产生感应电流的原因,可由以下三种方式呈现。
内容
例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同”
阻碍相对运动——“来拒去留”
使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”
上海卷·
19)(多选)如图(a),螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,以图中箭头所示方向为其正方向。
螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内。
当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时( )
A.在t1~t2时间内,L有收缩趋势
B.在t2~t3时间内,L有扩张趋势
C.在t2~t3时间内,L内有逆时针方向的感应电流
D.在t3~t4时间内,L内有顺时针方向的感应电流
L收缩还是扩张取决于螺线管中产生感应电流的变化情况,t1~t2磁通量的变化率增大,感应电流变大,abcd线框内磁通量变大,L有收缩的趋势,A选项正确;
t2~t3时间内磁通量的变化率为常数,产生的感应电流恒定不变,abcd线框内磁感应强度不变,L没有电流,也就没有扩张趋势,B、C选项错误;
根据楞次定律,t3~t4时间内由于螺线管内磁通量变化引起的感应电流在线框中为dcba方向并减小,L线圈中原磁场的方向垂直于纸面向里且磁感应强度大小减小,根据楞次定律得L中的感应电流方向为顺时针方向,D选项正确。
1.如图所示,在水平放置的螺线管的中央,放着一个可绕水平轴OO′自由转动的闭合线圈abcd,轴OO′与螺线管的轴线垂直,ab边在OO′轴的左上方,闭合K的瞬间,关于线圈的运动情况,下列说法正确的是( )
A.不转动
B.ab边向左转动
C.ab边向右转动
D.转动的方向与螺线管中的电流方向有关
闭合K的瞬间,通过闭合线圈abcd的磁通量增大,根据楞次定律,线圈ab边向左转动,转动的方向与螺线管中的电流方向无关,选项B正确。
【人教版选修3-2P14第6题改编】
(多选)如图所示,一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环,横杆可绕中心点自由转动,老师拿一条形磁铁插向其中一个小环,后又取出插向另一个小环,同学们看到的现象及现象分析正确的是( )
A.磁铁插向左环,横杆发生转动
B.磁铁插向右环,横杆发生转动
C.磁铁插向左环,左环中不产生感应电动势和感应电流
D.磁铁插向右环,右环中产生感应电动势和感应电流
在水平面内有一固定的U形裸金属框架,框架上静止放置一根粗糙的金属杆ab,整个装置放在竖直方向的匀强磁场中,如图所示。
A.只有当磁场方向向上且增强,ab杆才可能向左移动
B.只有当磁场方向向下且减弱,ab杆才可能向右移动
C.无论磁场方向如何,只要磁场减弱,ab杆就可能向右移动
D.当磁场变化时,ab杆中一定有电流产生,且一定会移动
根据楞次定律中“增缩减扩”的原理,无论磁场方向如何,只要磁场增强,导体棒就可能向左移动,只要磁场减弱,导体棒就可能向右移动,A、B项错误,C项正确;
当磁场变化时,ab杆中一定有电流产生,ab杆也一定受安培力,但如果安培力小于金属杆与框架间的最大静摩擦力,则ab杆不会移动,D项错误。
C
考点四 三定则一定律的综合应用
1.“三定则”“一定律”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、电流有力的作用
左手定则
电磁
部分导体做切割磁感线运动
右手定则
感应
闭合回路磁通量的变化
2.“三个定则”和“一个定律”的因果关系
(1)因电而生磁(I→B)→安培定则;
(2)因动而生电(v、B→I安)→右手定则;
(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则;
(4)因磁而生电(S、B→I安)→楞次定律。
如图所示,金属导轨间的磁场方向垂直于纸面向里,当与导轨接触良好的导线MN在导轨上向右加速滑动时,正对电磁铁A的圆形金属环B中( )
A.有感应电流,且B被A吸引
B.无感应电流
C.可能有,也可能没有感应电流
D.有感应电流,且B被A排斥
MN向右加速滑动,根据右手定则,MN中的电流方向从N→M,且大小在逐渐变大,根据安培定则知,电磁铁A的左端为N极,且磁场逐渐增强,根据楞次定律知,B环中的感应电流产生的内部磁场方向向右,B被A排斥。
故选项D正确。
[方法技巧] 程序法(正向推理法)
1.如图所示,Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极,ab为放在其间的金属棒。
ab和cd用导线连成一个闭合回路。
当ab棒向左运动时,cd导线受到向下的磁场力。
则有( )
A.由此可知d点电势高于c点电势
B.由此可知Ⅰ是S极
C.由此可知Ⅰ是N极
D.当ab棒向左运动时,ab导线受到向左的磁场力
由左手定则可知,cd棒受到的安培力向下,所以cd棒中电流方向是由c指向d,所以c点的电势高于d点的电势,故A错误;
结合A的分析可知,ab中的电流由b流向a,ab棒向左运动时,由右手定则可知,ab棒所处位置磁场方向竖直向上,则Ⅰ是S极,Ⅱ是N极,故B正确,C错误;
当ab棒向左运动时,根据楞次定律可知ab导线受到向右的磁场力,故D错误。
(多选)置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线,与套在铁芯上部的线圈A相连。
套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上,如图所示。
导轨上有一根金属棒ab处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。
A.圆盘顺时针加速转动时,ab棒将向右运动
B.圆盘顺时针匀速转动时,ab棒将向右运动
C.圆盘顺时针减速转动时,ab棒将向右运动
D.圆盘顺时针加速转动时,ab棒将向左运动
由右手定则知,圆盘顺时针加速转动时,感应电流从圆心流向边缘,线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强。
由楞次定律知,线圈B中的感应磁场方向向上,由右手螺旋定则知,ab棒中感应电流方向由a→b。
由左手定则知,ab棒受的安培力方向向左,将向左运动。
故A错误,D正确;
同理可知,若圆盘顺时针减速转动时,则ab棒将向右运动,选项C正确;
当圆盘顺时针匀速转动时,线圈A中产生恒定的电流,那么线圈B的磁通量不变,则ab棒没有感应电流,则将不会运动,故B错误;
故选C、D。
CD
电磁感应中的STSE问题
电磁感应现象与生活密切相关,高考对这部分的考查更趋向于有关现代气息和STSE问题中信息题的考查。
命题背景有电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接术、卫星悬绳发电、磁悬浮列车等。
(2017·
18)
扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。
为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示。
无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;
出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是( )
底盘上的紫铜薄板出现扰动时,其扰动方向不确定,在选项C这种情况下,紫铜薄板出现上下或左右扰动时,穿过薄板的磁通量难以改变,不能发生电磁感应现象,没有阻尼效应;
在选项B、D这两种情况下,紫铜薄板出现上下扰动时,也没有发生电磁阻尼现象;
选项A这种情况下,不管紫铜薄板出现上下或左右扰动时,都发生电磁感应现象,产生电磁阻尼效应,选项A正确。
江苏卷·
6)(多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音。
下列说法正确的有( )
A.选用铜质弦,电吉他仍能正常工作
B.取走磁体,电吉他将不能正常工作
C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势
D.弦振动过程中,线圈中的电流方向不断变化
铜质弦为非磁性材料,不能被磁化,选用铜质弦,电吉他不能正常工作,A项错误;
若取走磁体,金属弦不能被磁化,其振动时,不能在线圈中产生感应电动势,电吉他不能正常工作,B项正确;
由E=n
可知,C项正确;
弦振动过程中,穿过线圈的磁通量大小不断变化。
由楞次定律可知,线圈中感应电流方向不断变化,D项正确。
(2019·
北京丰台区模拟)随着科技的不断发展,无线充电已经进入人们的视线。
小到手表、手机,大到电脑、电动汽车。
都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化。
如图所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。
关于无线充电,下列说法正确的是( )
A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B.只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电
C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同
D.只要有无线充电底座,所有手机都可以进行无线充电
无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应,故A错误;
当给充电设备通以恒定直流电时,充电设备不会产生交变磁场,即不能正常充电,故B错误;
接收线圈中交变电流的频率应与发射线圈中交变电流的频率相同,故C正确;
被充电手机内部,应该有一类似金属线圈的部件与手机电池相连,当有交变磁场时,则产生感应电动势,那么普通手机由于没有金属线圈,所以不能够利用无线充电设备进行充电,故D错误。
(多选)航母上飞机弹射起飞利用的电磁驱动原理如图所示。
当固定线圈上突然通过直流电流时,线圈左侧的金属环被弹射出去,现在线圈左侧同一位置,先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的两个闭合环,电阻率ρ铜<
ρ铝,则合上开关S的瞬间( )
A.从右侧看,环中产生沿逆时针方向的感应电流
B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力
C.若将金属环置于线圈的右侧,环将向右弹射
D.电池正负极调换后,金属环仍能向左弹射
线圈中电流为左侧流入,磁场方向为向右,在闭合开关的过程中,磁场变强。
则由楞次定律可以知道,感应电流由右侧看为顺时针,故A项错误;
因为铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大。
故铜环受到的安培力要大于铝环,故B项正确;
若环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动,故C项正确;
电池正负极调换后,金属环受力向左,故仍将向左弹出,故D项正确。
(多选)涡流检测是工业上无损检测的方法之一,如图所示,线圈中通以一定频率的正弦交流电,靠近待测工件时,工件内会产生涡流,同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。
下列说法中正确的是( )
A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化
B.涡流的频率等于通入线圈的交流电频率
C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
D.待测工件可以是塑料或橡胶制品
由楞次定律可知,涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化,A项正确;
类似于变压器,涡流的频率等于通入线圈的交流电频率,B项正确;
由于电流在磁场中受安培力作用,故通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力,C项正确;
涡流必须是在导体中产生,故待测工件不能是塑料或橡胶制品,D项错误。
ABC
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