江苏专用届高三物理一轮复习必考部分第9章电磁感应第1节电磁感应现象楞次定律教师用书文档格式.docx
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磁通量的正、负号不表示方向,磁通量是标量.
知识点2 电磁感应现象
1.电磁感应现象
当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生的现象.
2.产生感应电流的条件
(2)特例:
闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.
知识点3 感应电流方向的判断
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:
一切电磁感应现象.
2.右手定则
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,并使拇指指向导体运动的方向,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.正误判断
(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中不一定有感应电流产生.(×
)
(2)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.(√)
(3)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势.(√)
(4)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.(×
(5)回路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,也会产生“阻碍”作用.(×
(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.(对磁通量概念的理解)如图911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
图911
A.
B.
C.BL2D.NBL2
【答案】 A
3.(感应电流的产生条件)如图912所示,一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内,螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合.要使线圈a中产生感应电流,可采用的方法有( )
图912
A.使通电螺线管中的电流发生变化
B.使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C.使线圈a以MN为轴转动
D.使线圈绕垂直于MN的直径转动
【答案】 D
4.(楞次定律的应用)如图913所示,一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程
图913
A.沿顺时针方向
B.先沿顺时针方向后沿逆时针方向
C.沿逆时针方向
D.先沿逆时针方向后沿顺时针方向
【答案】 C
5.(右手定则的应用)(多选)在北半球,地磁场的水平分量由南向北,竖直分量竖直向下.北京平安大街上,如图914所示,某人骑车从东往西行驶,则下列说法正确的是( )
图914
A.自行车左车把的电势比右车把的电势高
B.自行车左车把的电势比右车把的电势低
C.图中辐条AB此时A端比B端的电势高
D.图中辐条AB此时A端比B端的电势低
【答案】 AD
[核心精讲]
1.磁通量发生变化的三种常见情况
(1)磁场强弱不变,回路面积改变;
(2)回路面积不变,磁场强弱改变;
(3)回路面积和磁场强弱均不变,但二者的相对位置发生改变.
2.判断电磁感应现象是否发生的一般流程
[题组通关]
1.(2014·
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
D 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D.
2.在一空间有方向相反、磁感应强度大小均为B的匀强磁场,如图915所示,垂直纸面向外的磁场分布在一半径为a的圆形区域内,垂直纸面向里的磁场分布在除圆形区域外的整个区域,该平面内有一半径为b(b>
a)的圆形线圈,线圈平面与磁感应强度方向垂直,线圈与半径为a的圆形区域是同心圆.从某时刻起磁感应强度大小开始减小到
,则此过程
图915
πB(b2-2a2)B.πB(b2-2a2)
C.πB(b2-a2)D.
πB(b2-2a2)
D 计算磁通量Φ时,磁感线既有垂直纸面向外的,又有垂直纸面向里的,所以可以取垂直纸面向里的方向为正方向,磁感应强度大小为B时线圈磁通量Φ1=πB(b2-a2)-πBa2,磁感应强度大小为
时线圈磁通量Φ2=
πB(b2-a2)-
πBa2,因而该线圈磁通量的变化量的大小为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=
πB(b2-2a2),故选项D正确.
1.楞次定律中“阻碍”的含义
谁阻碍谁感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍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的方向相反;
当磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同,即“增反减同”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.感应电流方向判断的两种方法
(1)用楞次定律判断
(2)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.
[师生共研]
●考向1 线圈类感应电流方向的判断
(多选)下列各选项是验证楞次定律实验的示意图,竖直放置的线圈固定不动,将磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流.各选项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,其中正确的是( )
CD 根据楞次定律可确定感应电流的方向:
以C选项为例,当磁铁向下运动时:
(1)闭合线圈原磁场的方向——向上;
(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加;
(3)感应电流产生的磁场方向——向下;
(4)利用安培定则判断感应电流的方向——与图中箭头方向相同.
线圈的上端为S极,磁铁与线圈相互排斥.运用以上分析方法可知,C、D正确.
●考向2 切割类感应电流方向的判断
如图916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( )
图916
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→a
B.若ab、cd以相同的速度一起向右运动,则abdc回路有电流,电流方向为a→c→d→b→a
C.若ab向左、cd向右同时运动,则abdc回路中的电流为零
D.若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcd>
vab,则abdc回路有电流,电流方向为a→c→d→b→a
D 由右手定则可判断出A项做法使回路产生顺时针方向的电流,故A项错;
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;
若ab向左,cd向右,则abdc回路中有顺时针方向的电流,故C项错;
若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcd>
vab,则ab、cd所围面积发生变化,磁通量也发生变化,由楞次定律可判断出,abdc回路中产生顺时针方向的电流,故D项正确.
3.(2017·
南通模拟)如图917甲所示,长直导线与闭合金属线框位于同一平面内,长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示.在0~
时间内,直导线中电流向上,则在
~T时间内,线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是( )【导学
图917
A.顺时针,向左B.逆时针,向右
C.顺时针,向右D.逆时针,向左
B 在0~
时间内,直导线中电流向上,由题图乙知,在
~T时间内,直导线电流方向也向上,根据安培定则知,导线右侧磁场的方向垂直纸面向里,电流逐渐增大,则磁场逐渐增强,根据楞次定律,金属线框中产生逆时针方向的感应电流.根据左手定则,金属线框左边受到的安培力方向向右,右边受到的安培力向左,离导线越近,磁场越强,则左边受到的安培力大于右边受到的安培力,所以金属线框所受安培力的合力方向向右,故B正确,A、C、D错误.
4.(多选)如图918所示,在直线电流附近有一根金属棒ab,当金属棒以b端为圆心,以ab为半径,在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时( )
图918
A.a端聚积电子
B.b端聚积电子
C.金属棒内电场强度等于零
D.棒ab两端的电势φa>
φb
BD 根据右手定则可确定棒b端聚积电子,A错,B对;
由于a、b两端存在电势差,φa>
φb,故金属棒中电场强度不等于零,C错,D对.
[典题示例]
(多选)如图919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( )
图919
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
【合作探讨】
(1)如何判断MN所在处的磁场方向?
由MN的运动方向,如何进一步判断MN中的电流方向?
提示:
根据安培定则判断ab中电流产生的磁场方向,进而确定MN处的磁场方向为垂直纸面向里,再由左手定则判断MN中电流的方向,应为由M到N.
(2)如何判断线圈L1中的磁场方向和L2中磁场的方向及变化情况?
根据安培定则判断L1中的磁场方向,再由楞次定律判断L2中磁场的方向及变化.
(3)如何判断PQ的运动情况?
已知L2中的磁场方向及变化情况,可根据安培定则和右手定则判断PQ的运动情况.
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→N
L1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.
“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运动
因动生电
右手定则
闭合回路磁通量变化
因磁生电
楞次定律
5.(多选)如图9110所示,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好.在向右匀速通过M、N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM、FN表示.不计轨道电阻.以下叙述正确的是( )
图9110
A.FM向右 B.FN向左
C.FM逐渐增大D.FN逐渐减小
BCD 根据直线电流产生磁场的分布情况知,M区的磁场方向垂直纸面向外,N区的磁场方向垂直纸面向里,离导线越远,磁感应强度越小.当导体棒匀速通过M、N两区时,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因,故导体棒在M、N两区运动时,受到的安培力均向左,故选项A错误,选项B正确;
导体棒在M区运动时,磁感应强度B变大,根据E=Blv,I=
及F=BIl可知,FM逐渐变大,故选项C正确;
导体棒在N区运动时,磁感应强度B变小,根据E=Blv,I=
及F=BIl可知,FN逐渐变小,故选项D正确.
如图9111所示,圆环形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者轴线重合,螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路.若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列表述正确的是( )
图9111
A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
B.穿过线圈a的磁通量变小
C.线圈a有扩张的趋势
D.线圈a对水平桌面的压力将增大
D 通过螺线管b的电流如图所示,根据右手螺旋定则判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下,滑片P向下滑动,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路电流增大,所产生的磁场的磁感应强度增强,根据楞次定律可知,线圈a中所产生的感应电流的磁场方向竖直向上,再由右手螺旋定则可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向,A错误;
由于螺线管b中的电流增大,所产生的磁感应强度增强,线圈a中的磁通量应变大,B错误;
根据楞次定律可知,线圈a将阻碍磁通量的增大.因此,线圈a有缩小且远离螺线管的趋势,线圈a对水平桌面的压力将增大,C错误、D正确.
四种常用推论
对楞次定律中“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,可由以下四种方式呈现:
1.阻碍原磁通量的变化,即“增反减同”.
2.阻碍相对运动,即“来拒去留”.
3.使线圈面积有扩大或缩小的趋势,即“增缩减扩”.
4.阻碍原电流的变化(自感现象),即“增反减同”.
6.如图9112所示,质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上.当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈,沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时,线圈始终保持不动.则关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力Ff的情况,以下判断正确的是
图9112
A.FN先大于mg,后小于mg
B.FN一直大于mg
C.Ff先向左,后向右
D.线圈中的电流方向始终不变
A 条形磁铁向右运动的过程中,线圈中的磁通量先增加后减小,为阻碍磁通量的变化,线圈先有向下的运动趋势,后有向上的运动趋势,故FN先大于mg,后小于mg,A项正确,B项错误;
条形磁铁相对线圈一直向右运动,为阻碍相对运动,线圈有向右运动的趋势,故摩擦力Ff一直向左,C项错误;
线圈中的磁通量先增加后减小,据楞次定律可知,感应电流的方向(俯视)先逆时针后顺时针,D项错误.
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