届一轮复习人教版 电磁感应现象 楞次定律 学案 江苏专用.docx
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届一轮复习人教版电磁感应现象楞次定律学案江苏专用
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考点内容
要求
高考命题实况
高考战报
2015
2016
2017
电磁感应现象
Ⅰ
T4:
法拉第电磁感应定律的应用
T13:
感应电动势的计算
T6:
感应电动势、感应电流
T13:
法拉第电磁感应定律的应用
T1:
磁通量的计算
T13:
电磁感应综合应用
3年6考
难度中等
保B必会
感应电流的产生条件
Ⅱ
高频考点:
①楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用。
②电磁感应的综合问题。
创新区域:
①注重与电路、图象和能量相结合的综合应用。
②与实际相结合,培养科学素养的综合性应用。
③物理建模能力的培养。
法拉第电磁感应定律 楞次定律
Ⅱ
自感 涡流
Ⅰ
【说明】 限于导线方向与磁场方向、运动方向垂直的情况。
基础课1 电磁感应现象 楞次定律
知识排查
磁通量
1.概念:
在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S与B的乘积。
2.公式:
Φ=BS。
3.单位:
1Wb=1T·m2。
4.矢标性:
磁通量是标量,但有正负。
5.公式的适用条件
(1)匀强磁场;
(2)磁感线的方向与平面垂直,即B⊥S。
6.磁通量的意义
磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数。
7.磁通量的变化量:
ΔΦ=Φ2-Φ1。
8.磁通量的变化率(磁通量变化的快慢):
磁通量的变化量与所用时间的比值,即
,与线圈的匝数无关。
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
(1)条件:
穿过闭合电路的磁通量发生变化。
(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。
3.产生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,那么只有感应电动势,而无感应电流。
感应电流的方向
小题速练
1.思考判断
(1)1831年,英国物理学家法拉第发现了——电磁感应现象。
( )
(2)1834年,俄国物理学家楞次总结了确定感应电流方向的定律——楞次定律。
( )
(3)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生。
( )
(4)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数有关。
( )
(5)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势。
( )
(6)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。
( )
答案
(1)√
(2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.[人教版选修3-2P7第1题改编]如图1所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框。
在下列四种情况下,线框中会产生感应电流的是( )
图1
A.如图甲所示,保持线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中左右运动
B.如图乙所示,保持线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中上下运动
C.如图丙所示,线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D.如图丁所示,线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
答案 C
3.[人教版选修3-2P14第6题改编](多选)如图2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( )
图2
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
答案 BD
电磁感应现象的判断
常见的产生感应电流的三种情况
【例1】 (2017·江苏单科,1)如图3所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。
圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为( )
图3
A.1∶1B.1∶2
C.1∶4D.4∶1
解析 两个线圈的半径虽然不同,但是线圈内的匀强磁场的半径一样,则穿过两线圈的磁通量相同,故选项A正确。
答案 A
【例2】 如图4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( )
图4
A.ab向右运动,同时使θ减小
B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小
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θ角(0°<θ<90°)
解析 ab向右运动,回路面积增大,θ减小,cosθ增大,由Φ=BScosθ知,Φ增大,故选项A正确;同理可判断B、C、D中Φ不一定变化,不一定产生感应电流。
答案 A
判断电路中能否产生感应电流的一般流程
楞次定律的理解及应用
1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.应用楞次定律的两点注意
(1)感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向并非总是相同或相反,而是“增反减同”。
(2)由于运动而产生感应电流时,感应电流的效果是阻碍物体间的相对运动,而不是阻碍物体的运动。
【例3】 如图5所示,一个金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中,若要使圆环中产生如图中箭头所示方向的感应电流,下列方法可行的是( )
图5
A.仅使匀强磁场的磁感应强度均匀增大
B.仅使圆环绕水平轴ab如图转动30°
C.仅使圆环绕水平轴cd如图转动30°
D.保持圆环水平并仅使其绕过圆心的竖直轴转动
解析 原磁场的方向向上,圆环中顺时针(从上向下看)方向的感应电流的磁场方向向下,与原磁场的方向相反,所以穿过圆环的磁通量应增大。
仅使匀强磁场的磁感应强度均匀增大,穿过圆环的磁通量增大,根据楞次定律可知,圆环产生顺时针(从上向下看)方向的感应电流,选项A正确;仅使圆环绕水平轴ab或cd按题图所示方向转动30°,转动过程中穿过圆环的磁通量减小,根据楞次定律可知,圆环中产生逆时针(从上向下看)方向的感应电流,选项B、C错误;保持圆环水平并仅使其绕过圆心的竖直轴转动,穿过圆环的磁通量保持不变,不能产生感应电流,选项D错误。
答案 A
【例4】 (2017·全国卷Ⅲ,15)如图6,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( )
图6
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突然向右运动,由右手定则可知,PQRS中有沿逆时针方向的感应电流,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反,则穿过圆环形金属线框T中的磁通量减小,由楞次定律可知,T中有沿顺时针方向的感应电流,故选项D正确,A、B、C错误。
答案 D
判断感应电流方向的两种方法
方法一 用楞次定律判断(“四步法”)
方法二 用右手定则判断
该方法适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生的感应电流。
判断时注意掌心、拇指、四指的方向:
(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。
楞次定律推论的应用
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:
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”
P、Q是光滑固定导轨,
a、b是可动金属棒,
磁铁下移,通过回路的磁
通量增大,面积应减小,
a、b靠近
阻碍原电流的变化——“增反减同”
(见基础课2)
【例5】 如图7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,当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中,线圈ab将( )
图7
A.静止不动
B.顺时针转动
C.逆时针转动
D.发生转动,但电源的极性不明,无法确定转动方向
解析 题图中的两个通电的电磁铁之间的磁场方向总是水平的,当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中,电路的电流是增大的,两个电磁铁之间的磁场的磁感应强度也是增大的,闭合导体线圈中的磁通量是增大的,线圈在原磁场中所受的磁场力肯定使线圈向磁通量减小
的方向运动,显然只有顺时针方向的运动才能使线圈中的磁通量减小。
答案 B
【例6】 (多选)如图8甲所示为放在同一水平面内的两个闭合同心圆形线圈A、B,线圈A中通入如图乙所示的电流,t=0时电流方向为顺时针(如图中箭头所示),则下列说法中正确的是( )
图8
A.在t1~t2时间段内,线圈B内有顺时针方向的电流,线圈B有扩张的趋势
B.在t1~t2时间段内,线圈B内感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里
C.在0~t1时间段内,线圈B内有逆时针方向的电流
D.在0~t1时间段内,线圈B有收缩的趋势
解析 在t1~t2时间段内,线圈A中的电流为逆时针方向,产生的磁场垂直纸面向外且是增大的,由此可判定线圈B中的电流为顺时针方向,产生的磁场方向垂直纸面向里,线圈A、B中电流方向相反,相互排斥,线圈B有扩张趋势,故选项A、B正确;在0~t1时间段内,线圈A中的电流为顺时针方向,产生的磁场垂直纸面向里且是减小的,线圈B内有顺时针方向的感应电流,线圈A、B相互吸引,线圈B有收缩的趋势,选项C错误,D正确。
答案 ABD
“三个定则与一个定律”的综合应用
1.“三个定则”与“一个定律”的比较
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
2.三定则一定律的应用技巧
(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则。
(2)研究感应电流受到的安培力时,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。
【典例】 (多选)如图9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9
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
解析 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。
答案 BC
【变式训练】 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10所示,则( )
图10
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回路电流为零
D.若ab、cd都向右运动,且两棒速度
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