第一节 电磁感应现象 楞次定律.docx
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第一节电磁感应现象楞次定律
第一节 电磁感应现象 楞次定律
[学生用书P197]
【基础梳理】
一、电磁感应现象
1.磁通量
(1)定义:
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和B的乘积.
(2)公式:
Φ=B·S.
(3)单位:
1Wb=1__T·m2.
(4)标矢性:
磁通量是标量,但有正、负.
(5)物理意义:
磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数.
2.电磁感应
(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磁通量变化.
(3)电磁感应现象的实质:
电路中产生感应电动势,如果电路闭合则有感应电流产生.
(4)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.
二、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)适用情况:
所有的电磁感应现象.
2.右手定则
(1)内容:
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.
【自我诊断】
判一判
(1)磁通量是矢量,有正、负之分.( )
(2)当导体切割磁感线运动时,导体中一定产生感应电流.( )
(3)穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关.( )
(4)电路中磁通量发生变化时,就一定会产生感应电流.( )
(5)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反.( )
(6)楞次定律和右手定则都可以判断感应电流的方向,二者没什么区别.( )
提示:
(1)×
(2)× (3)√ (4)× (5)× (6)×
做一做
为了判断线圈绕向,可将灵敏电流计G与线圈L连接,如图所示.已知线圈由a端开始绕至b端;当电流从电流计G左端流入时,指针向左偏转.
(1)将条形磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,发现指针向左偏转.俯视线圈,其绕向为________(选填“顺时针”或“逆时针”).
(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时,指针向右偏转.俯视线圈,其绕向为________(选填“顺时针”或“逆时针”).
提示:
(1)将磁铁N极向下插入L时,根据楞次定律L的上方应为N极.由电流计指针向左偏转,可确定L中电流由b端流入,根据安培定则,俯视线圈,电流为逆时针,线圈绕向为顺时针.
(2)将磁铁远离L,由楞次定律,线圈L上方仍为N极,由于此时电流计指针向右偏转,可确定L中电流由a端流入.根据安培定则,俯视线圈,电流为逆时针,线圈绕向也为逆时针.
答案:
(1)顺时针
(2)逆时针
对电磁感应现象的理解[学生用书P198]
【知识提炼】
1.常见的产生感应电流的三种情况
2.判断电路中能否产生感应电流的一般流程
【跟进题组】
1.(2017·高考江苏卷)如图所示,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( )
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶4D.4∶1
解析:
选A.磁通量Φ=B·S,其中B为磁感应强度,S为与B垂直的有效面积.因为是同一磁场,B相同,且有效面积相同,Sa=Sb,故Φa=Φb.选项A正确.
2.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接.下列说法中正确的是( )
A.开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转
B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,电流计指针均不会偏转
C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计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,电流计指针才能偏转
解析:
选A.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中磁通量就变化而产生感应电流,故C、D错误.
对楞次定律的理解及应用[学生用书P198]
【知识提炼】
1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.感应电流方向判断的两种方法
法一:
用楞次定律判断
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.
【典题例析】
(2017·高考全国卷Ⅲ)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
[解析] 金属杆PQ向右切割磁感线,根据右手定则可知PQRS中感应电流沿逆时针方向;原来T中的磁场方向垂直于纸面向里,金属杆PQ中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外,使得穿过T的磁通量减小,根据楞次定律可知T中产生顺时针方向的感应电流,综上所述,可知A、B、C项错误,D项正确.
[答案] D
【迁移题组】
迁移1 “增反减同”现象
1.(多选)
如图所示,磁场垂直于纸面,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.安培力方向始终与速度方向相反
D.安培力方向始终沿水平方向
解析:
选AD.从磁场分布可看出:
左侧向里的磁场从左向右越来越强,右侧向外的磁场从左向右越来越弱.所以,圆环从位置a运动到磁场分界线前,磁通量向里增大,由楞次定律知,感应电流的磁场与原磁场方向相反即向外,由安培定则知,感应电流沿逆时针方向;同理,跨越分界线过程中,磁通量由向里最大变为向外最大,感应电流沿顺时针方向;继续摆到b的过程中,磁通量向外减小,感应电流沿逆时针方向,A正确,B错误;由于圆环所在处的磁场上下对称,圆环等效水平部分所受安培力使圆环在竖直方向平衡,所以总的安培力沿水平方向,故D正确,C错误.
迁移2 “来拒去留”现象
2.很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落.条形磁铁在圆筒中的运动速率( )
A.均匀增大
B.先增大,后减小
C.逐渐增大,趋于不变
D.先增大,再减小,最后不变
解析:
选C.开始时,条形磁铁以加速度g竖直下落,则穿过铜环的磁通量发生变化,铜环中产生感应电流,感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落.开始时的感应电流比较小,条形磁铁向下做加速运动,且随下落速度增大,其加速度变小.当条形磁铁的速度达到一定值后,相应铜环对条形磁铁的作用力趋近于条形磁铁的重力.故条形磁铁先加速运动,但加速度变小,最后的速度趋近于某个定值.选项C正确.
迁移3 “增缩减扩”现象
3.
(多选)(高考上海卷)如图,匀强磁场垂直于软导线回路平面,由于磁场发生变化,回路变为圆形.则该磁场( )
A.逐渐增强,方向向外
B.逐渐增强,方向向里
C.逐渐减弱,方向向外
D.逐渐减弱,方向向里
解析:
选CD.回路变为圆形,面积增大,说明闭合回路的磁通量增大,所以磁场逐渐减弱,而磁场方向可能向外,也可能向里,故选项C、D正确.
迁移4 右手定则的应用
4.如图所示,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( )
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滑动,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
解析:
选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项错误;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项错误;若ab向左,cd向右,则abdc回路中有顺时针方向的电流,故C项错误;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.
“一定律、三定则”的综合应用[学生用书P199]
【知识提炼】
1.“三个定则”“一个定律”的比较
名称
基本现象
应用的定则或定律
电流的磁效应
运动电荷、电流产生磁场
安培定则
磁场对电流的作用
磁场对运动电荷、电流有作用力
左手定则
电磁感应
部分导体做切割磁感线运动
右手定则
闭合回路磁通量变化
楞次定律
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.
【典题例析】
(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
[审题指导] MN向右运动,说明电流从M→N,则L1中的磁场方向向上,可看出L2中的磁场变化分两种情况讨论:
向上减小或向下增加;则可判断L2中的电流方向,而L2中的电流是由PQ运动产生的,再由右手定则判断PQ的运动性质.
[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.故选项B、C正确.
[答案] BC
(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则来分析原来磁场的分布情况.
(2)研究感应电流受到的安培力,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的方向,或者直接应用楞次定律的推论确定.
(3)“一定律、三定则”中只要是涉及力的判断都用左手判断,涉及“电生磁”或“磁生电”的判断均用右手判断,即“左力右电”.
【迁移题组】
迁移1 “因动生电”现象的判断
1.(多选)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( )
A.向右做匀速运动B.向左做减速运动
C.向右做减速运动D.向右做加速运动
解析:
选BC.当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定不变,无感应电流出现,A错误;当导体棒向左减速运动时,由右手定则可判定回路中出现从b→a的感应电流且减小,由安培定则知螺线管中感应电流的磁
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- 第一节 电磁感应现象 楞次定律 电磁感应 现象