第1讲电磁感应现象楞次定律讲义.docx
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第1讲电磁感应现象楞次定律讲义
第1讲 电磁感应现象 楞次定律
板块一 主干梳理·夯实基础
【知识点1】 磁通量 Ⅰ
1.磁通量
(1)定义:
匀强磁场中,磁感应强度(B)与垂直磁场方向的面积(S)的乘积叫做穿过这个面积的磁通量,简称磁通,我们可以用穿过这一面积的磁感线条数的多少来形象地理解。
(2)公式:
Φ=BS。
(3)适用条件:
①匀强磁场;②S是垂直磁场方向的有效面积。
(4)单位:
韦伯(Wb),1Wb=1_T·m2。
(5)标量性:
磁通量是标量,但有正负之分。
磁通量的正负是这样规定的,即任何一个平面都有正、反两面,若规定磁感线从正面穿入时磁通量为正,则磁感线从反面穿入时磁通量为负。
2.磁通量的变化量
在某个过程中,穿过某个平面的磁通量的变化量等于末磁通量Φ2与初磁通量Φ1的差值,即ΔΦ=Φ2-Φ1。
3.磁通量的变化率(磁通量的变化快慢)
磁通量的变化量与发生此变化所用时间的比值,即。
【知识点2】 电磁感应现象 Ⅰ
1.电磁感应现象:
当闭合电路的磁通量发生改变时,电路中有感应电流产生的现象。
2.产生感应电流的条件
(1)电路闭合。
(2)磁通量变化。
3.电磁感应现象的两种情况
(1)闭合电路中部分导体做切割磁感线运动。
(2)穿过闭合回路的磁通量发生变化。
4.电磁感应现象的实质
电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合则产生感应电流;如果回路不闭合,则只产生感应电动势,而不产生感应电流。
5.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电能。
【知识点3】 楞次定律 Ⅱ
1.楞次定律
(1)内容:
感应电流产生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:
适用于一切回路磁通量变化的情况。
2.右手定则
(1)内容:
①磁感线穿入右手手心。
(从掌心入,手背穿出)
②大拇指指向导体运动的方向。
③其余四指指向感应电流的方向。
(2)适用范围:
适用于部分导体切割磁感线。
板块二 考点细研·悟法培优
考点1电磁感应现象的判断[解题技巧]
1.磁通量变化的常见情况
2.感应电流能否产生的判断
例1 (多选)如图所示,矩形闭合线圈abcd竖直放置,OO′是它的对称轴,通电直导线AB与OO′平行。
若要在线圈中产生感应电流,可行的做法是( )
A.AB中电流I逐渐增大
B.AB中电流I先增大后减小
C.以AB为轴,线圈绕AB顺时针转90°
D.线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)
(1)AB中电流变化,能否在线圈中产生感应电流?
提示:
只要AB中电流变化,线圈中磁通量就变化,就有感应电流产生。
(2)能够引起线圈中磁通量变化的因素有哪些?
提示:
①AB中电流强度的大小和方向;②线圈的有效面积。
尝试解答 选ABD。
只要AB中电流发生变化,可以是大小改变,也可以是方向变,也可以是大小和方向同时变,都可以使线圈的磁通量发生变化,而产生感应电流,A和B都正确;以AB为轴,线圈绕AB顺时针转90°的过程中,磁感应强度的大小和线圈的有效面积都没变,磁通量不变,不能产生感应电流,C错误;以OO′为轴逆时针转90°的过程中,线圈的有效面积发生了变化,磁通量变化,能产生感应电流,D正确。
总结升华
判断是否产生感应电流的方法
①确定所研究回路;②看Φ是否变化;③回路是否闭合;②③同时满足可产生感应电流。
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。
在下列各过程中,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θ角减小
B.使磁感应强度B减小,同时θ角也减小
C.ab向左运动,同时增大磁感应强度B
D.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和夹角θ(0°<θ<90°)
答案 A
解析 设此时回路的面积为S,由题意得磁通量Φ=BScosθ,对选项A,S增大,θ减小,cosθ增大,则Φ增大,故选项A正确;对选项B,θ减小,cosθ增大,又B减小,故Φ可能不变,选项B错误;对选项C,S减小,B增大,Φ可能不变,故选项C错误;对选项D,S增大,B增大,θ增大,cosθ减小,Φ可能不变,故选项D错误。
考点2对楞次定律的理解及应用[深化理解]
1.感应电流方向判断的两种方法
方法一 用楞次定律判断
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。
2.楞次定律中“阻碍”的含义
例2 如图所示,磁场方向垂直于纸面,磁感应强度在竖直方向均匀分布,水平方向非均匀分布。
一铜制圆环用丝线悬挂于O点,将圆环拉至位置a后无初速度释放,在圆环从a摆向b的过程中( )
A.感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针
B.感应电流方向一直是逆时针
C.感应电流方向先顺时针后逆时针再顺时针
D.感应电流方向一直是顺时针
(1)圆环从a摆到虚线左侧的过程中,磁通量如何变?
提示:
变大。
(2)从虚线右侧到b的过程中,磁通量如何变化?
提示:
变小。
(3)从紧邻虚线左侧运动到紧邻虚线右侧的过程中磁通量如何变化?
原磁场方向如何?
提示:
先减小后反方向增大;方向开始垂直纸面向里,后垂直纸面向外。
尝试解答 选A。
在竖直虚线左侧,圆环向右摆时磁通量增加,由楞次定律可判断,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反,由安培定则可知感应电流方向为逆时针方向;摆过竖直虚线时,环中磁通量左减右增相当于方向向外的增大,因此感应电流方向为顺时针方向;在竖直虚线右侧向右摆动时,环中磁通量减小,感应电流的磁场与原磁场同向,可知感应电流为逆时针方向,因此只有A项正确。
总结升华
电磁感应现象中的两个磁场
(1)原磁场:
引起电磁感应现象的磁场。
做题时需要首先明确原磁场分布特点(大小、方向)以及穿过闭合回路的磁场变化情况。
(2)感应电流磁场:
感应电流产生的磁场,阻碍原磁场的磁通量变化,根据“增反减同”可以判断出感应电流产生的磁场方向。
(3)感应电流的方向:
在确定感应电流产生的磁场方向后,再由安培定则判断感应电流的方向。
[2017·镇江模拟](多选)航母上飞机弹射起飞所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的形状、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
答案 BCD
解析 闭合开关S的瞬间,金属环中向右的磁场磁通量增大,根据楞次定律,从右侧看,环中产生沿顺时针方向的感应电流,A错误;由于电阻率ρ铜<ρ铝,先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环,铜环中产生的感应电流大于铝环中产生的感应电流,由安培力公式可知,铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力,B正确;若将金属环置于线圈右侧,则闭合开关S的瞬间,穿过圆环的磁通量增加,圆环要阻碍磁通量的增加,环将向右弹射,C正确;电池正、负极调换后,同理可以得出金属环仍能向左弹射,D正确。
考点3楞次定律、左手定则、右手定则、安培定则的综合应用[对比分析]
1.“三个定则一个定律”的比较
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安或q、B→F洛)→左手定则;
(4)因磁而生电(Φ、B→I安)→楞次定律。
例3 (多选)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,MN的左边有一闭合电路,当PQ在外力的作用下运动时,MN向右运动,则PQ所做的运动可能是( )
A.向右加速运动B.向左加速运动
C.向右减速运动D.向左减速运动
(1)如何判断MN所在处的磁场方向?
提示:
MN处的磁场由ab中电流产生,用安培定则判断。
(2)由MN的运动方向,如何确定MN中的电流方向?
提示:
用左手定则确定。
(3)L1中磁场方向如何判定?
提示:
与L2的磁场方向一致,L2中磁场方向由PQ切割磁感线方向决定,应用右手定则。
尝试解答 选BC。
MN向右运动,说明MN受到向右的安培力,因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流由M→NL1中感应电流的磁场方向向上;若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为Q→P且减小向右减速运动;若L2中磁场方向向下增强PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动。
总结升华
三定则、一规律的应用方法
(1)应用左手定则和右手定则应注意二者的区别:
抓住“因果关系”才能不失误,“因动而电”——用右手;“因电而动”——用左手。
(2)应用楞次定律,必然要用到安培定则。
(3)感应电流受到安培力,有时可以先用右手定则确定电流的方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论“来拒去留”“增缩减扩”等确定安培力的方向。
1.(多选)如图所示,在匀强磁场中放有一与线圈D相连接的平行导轨,要使放在线圈D中的线圈A(A、D两线圈同心共面)各处受到沿半径方向指向圆心的力,金属棒MN的运动情况可能是( )
A.匀速向右B.加速向左
C.加速向右D.减速向左
答案 BC
解析 假设MN向右运动,由右手定则可知MN中的电流方向N→M,在D中产生磁场,由安培定则可知磁场方向垂直纸面向外,如果MN加速向右运动,则MN中电流增大,ΦA增大,由楞次定律可知,A有收缩的趋势;如果MN匀速向右运动,则MN中的电流不变,ΦA不变,由楞次定律可知,A没有收缩的趋势,故C正确,A错误。
假设MN向左运动可知,MN中的电流方向M→N,由安培定则可知,D中磁场方向垂直纸面向里,若MN加速向左运动,则MN中电流增大,A有收缩的趋势;若MN减速向左运动,则MN中电流减小,A有扩张的趋势,B正确,D错误。
2.(多选)如图所示装置中,cd杆光滑且原来静止。
当ab杆做如下哪些运动时,cd杆将向右移动( )
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
答案 BD
解析 cd杆向右移动,说明受向右的安培力,由左手定则可知cd杆中的电流c→d,由安培定则可知L2中感应电流产生的磁场方向竖直向上,如果与原磁场方向相同,则Φ减小,L1中的电流减小,ab杆减速,L1中磁场方向竖直向下,由安培定则可知ab杆中电流b→a,由右手定则可知ab杆向左切割磁感线,即ab杆向左减速运动。
如果与原磁场方向相反,则ab杆向右加速,所以应选B、D。
1.方法概述
逆向思维法是指从事物正向发展的目标、规律的相反方向出发,运用颠倒的思维方式去思考问题的一种方法。
2.常见类型
(1)运动形式的可逆性,如将匀减速运动看作反向的匀加速运动。
(2)运用“执果索因”进行逆向思考,如通过感应电流产生的效果来推导产生的原因、感应电流的方向等。
3.解题思路
(1)分析确定研究问题的类型是否能用逆向思维法解决。
(2)确定逆向思维问题的类型。
(3)通过转换研究对象或执果索因等逆向思维的方法确定求解思路。
如图(甲)所示,一矩形金属线圈abcd垂直匀强磁场并固定于磁场中,磁场是变化的,磁感应强度B随时间t的变化关系图象如图(乙)所示,则线圈的ab边所受安培力F随时间t变化的图象是(规定向右为安培力F的正方向)( )
[答案]
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