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学案

4.5电磁感应现象的两类情况导学案（第二课时）

【学习目标】会用相关公式计算电磁感应问题。

【重点难点】灵活运用电磁感应知识解决物理问题

【回顾练习】

感生电动势

1．定义：

由感生电场产生的感应电动势称为。

大小：

E＝n

.

2．方向判断和右手螺旋定则．

动生电动势

1．产生：

导体切割磁感线时，如果磁场不变化，空间就不存在感生电场，自由电荷不受电场力的作用，但自由电荷会随着导体棒切割磁感线的运动而受到力，这种情况下产生的电动势称为．这时的非静电力与有关．

2．大小：

E＝（B的方向与v的方向垂直）．

3．方向判断：

．

探究过程：

导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的计算

[问题设计]

一长为l的导体棒在磁感应强度为B的匀强磁场中绕其一端以角速度ω在垂直于磁场的平面内匀速转动，求OA两端产生的感应电动势．

例：

　长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动，如图6所示，磁感应强度为B.求：

（1）ab棒的平均速率．

（2）ab两端的电势差．

（3）经时间Δt金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少？

此过程中平均感应电动势多大？

典例分析

例1、如图所示，面积为0.2m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+0.2t）T，定值电阻R1=6Ω，线圈电阻R2=4Ω，求：

（1）磁通量变化率、回路中的感应电动势；（0.04V）

（2）a、b两点间的电压Uab（2.4V）

例2、矩形线圈abcd，长ab=20cm，宽bc=10cm，匝数n=200，线圈回路总电阻R=50Ω，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁感应强度B随时间的变化规律如右图所示，求：

（1）线圈回路的感应电动势；（2V）

（2）在t=0.3s时线圈ab边所受的安培力。

（1.6×10-3N）

针对训练：

1有一面积为150cm2的金属环，电阻为0.1Ω，在环中100cm2的同心圆面上存在如右图（b）所示的变化的磁场，在0.1s到0.2s的时间内环中感应电流为____，流过的电荷量为____。

2、右图所示，水平导轨的间距L1=0.5m，ab杆与导轨左端的距离L2=0.8m，由导轨与ab杆所构成的回路的总电阻R=0.2Ω，方向竖直向下的匀强磁场的磁感应强度B0=1T，重物的质量M=0.04kg，用细绳通过定滑轮与ab杆的中点相连，各处的摩擦均可忽略不计.现使磁场以

=0.2T/s的变化率均匀地增大，试求当t为多少秒时，M刚好离开地面（取g=10m/s2）？

3、右图所示，水平放置的导体框架，宽L=0.50m，电阻R=0.20Ω，匀强磁场垂直于框架平面，磁感应强度B=0.40T。

一导体棒ab垂直框边跨放在框架上，并无摩擦地在框架上滑动，框架和导体ab的电阻均不计。

当ab以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动时，求：

（1）ab棒中产生的感应电动势大小；（0.8V）

（2）维持导体棒ab做匀速运动的外力F的大小；（0.8N）

（3）若将外力F突然减小到F′，简要论述导体ab以后的运动情况。

（先减速后匀速）

4、右图所示，abcd是一个固定的U形金属框架，ab和cd边都很长，bc边长为L，框架的电阻可不计，ef是放置在框架上与bc平行导体杆，它可在框架上自由滑动（摩擦可忽略），它的电阻为R，现沿垂直于框架平面的方向加一恒定的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。

已知当以恒力F向右拉导体杆ef时，导体杆最后匀速滑动，求匀速滑动时的速度。

5、下图所示，两平行金属导轨之间的距离为L＝0.6m，两导轨所在平面与水平面之间的夹角为θ＝37°，电阻R的阻值为1Ω（其余电阻不计），一质量为m＝0.1kg的导体棒横放在导轨上，整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度为B＝0.5T，方向垂直导轨平面斜向上，已知导体棒与金属导轨间的动摩擦因数为μ＝0.3，今由静止释放导体棒，导体棒沿导轨下滑s＝3m，开始做匀速直线运动。

已知:

sin37°=0.6,cos37°=0.8，

重力加速度g=10m/s2，求：

（1）导体棒匀速运动的速度；（4m/s）

（2）导体棒下滑s的过程中产生的电能。

（0.28J）

4.6自感和互感学案

[学习目标]

1.了解自感和互感现象及其应用和防止。

2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象。

3.了解自感电动势的表达式E＝L

，知道自感系数的决定因素。

4.了解自感现象中的能量转化。

[重难点]

重点：

自感现象自感系数

难点：

分析自感现象

[知识储备]

1．通电导线周围存在磁场，当导线中电流变大时，导线周围各处的磁场都，当导线中电流减小时，导线周围各处的磁场都

2．楞次定律：

感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的

一、互感现象

1．两个线圈之间无导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势．这种现象叫做，这种感应电动势叫做

2．互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何两个之间．

3．互感现象可以把从一个电路传到另一个电路．就是利用互感现象制成的．

二、自感现象

当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势．这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做

三、自感系数

1．自感电动势的大小：

E＝，其中L是，简称．单位：

，符号：

2．自感系数与线圈的、、，以及是否有等因素有关．

四、磁场的能量

自感现象中，线圈中电流从无到有，磁场从无到有时，电源把能量输送给，储存在中，电流减小时，磁场中的能量释放出来转换为电能.

【自主合作探究】

一、互感现象

思考：

在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？

请同学们用学过的知识加以分析说明。

互感：

互感电动势：

利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。

因此，互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。

二、自感现象

[问题设计]

图1图2

1．通电自感：

如图1，开关S闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同？

为什么？

2．断电自感：

如图2，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关．

（1）观察到什么现象？

为什么？

开关断开前后，流过灯泡的电流方向有何关系？

（2）在断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象的原因是什么？

总结上述两个实验得出结论

自感现象:

自感电动势:

[要点提炼]

自感现象是指当通过线圈的电流发生变化时，在线圈中引起的电磁感应现象．

1．当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；

2．当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同；

3．自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化．

4．断电自感中，若断开开关瞬间，通过灯泡的电流瞬间比断开开关前瞬间大，灯泡会闪亮一下；若断开开关后，通过灯泡的电流比断开开关前瞬间小，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗．

一、互感现象的理解与应用

例1如图所示，是一种延时装置的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则（　　）

A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用

D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变化

二、自感现象的分析

例2如右图所示电路中,D1和D2是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数很大的线圈,其电阻与R相同,由于存在自感现象,在开关S接通和断开瞬间,D1和D2发亮的顺序是怎样的？

例3如右图所示的电路（a）、（b）中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小．接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光（）

A．在电路（a）中，断开S，A将渐渐变暗

B．在电路（a）中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗

C．在电路（b）中，断开S，A将渐渐变暗

D．在电路（b）中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗

三、自感现象的图象问题

例4　如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2A，流过灯泡的电流是1A，现将S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是（　　）

[当堂达标]

1．下列关于自感现象的说法中，正确的是（）

A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象

B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反

C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关

D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大

2．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是（）

A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大

B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零

C．线圈中电流变化越快，自感系数越大

D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定

3．右图所示为一演示实验电路图，图中L是一带铁芯的线圈，A是一个灯泡，电键S处于闭合状态，电路是接通的．现将电键S打开，则在电路切断的瞬间，通过灯泡A的电流方向是从____端到____端．这个实验是用来演示________现象的．

4．右图所示是演示自感现象的实验电路图，L是电感线圈，A1、A2是规格相同的灯泡，R的阻值与L的电阻值相同．当开关由断开到合上时，观察到现象是__________________________________________________。

5．如右图所示，两灯A1、A2完全相同，电感线圈与负载电阻及电灯电阻均为R．当电键S闭合的瞬间，较亮的灯是____；电键S断开的瞬间，看到的现象是___________________________________________．

6．如右图所示，A1、A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法中正确的是（）

A．开关S接通时，A2灯先亮、A1灯逐渐亮，最后A1A2一样亮

B．开关S接通时，A1、A2两灯始终一样亮

C．断开S的瞬间，流过A2的电流方向与断开S前电流方向相反

D．断开S的瞬间，流过A1的电流方向与断开S前电流方向相反

4.6自感和互感练习

[学习目标]

1.了解自感和互感现象及其应用和防止。

2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象。

3.了解自感电动势的表达式E＝L

，知道自感系数的决定因素。

[重难点]分析通电和断电瞬间的自感现象

[知识回顾]

一、互感现象

1．两个线圈之间无导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势．这种现象叫做，这种感应电动势叫做

2．互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何两个之间．

3．互感现象可以把从一个电路传到另一个电路．就是利用互感现象制成的．

二、自感现象

当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势．这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做

三、自感系数

1．自感电动势的大小：

E＝，其中L是，简称．单位：

，符号：

2．自感系数与线圈的、、，以及是否有等因素有关．

[课堂检测]

1．如图所示是套在同一铁芯上的两个线圈，左线圈与电源、变阻器及开关相连，右线圈与电流表连成一闭合电路．在下列情况下，电流表指针不偏转的是（　　）

A．开关S合上或断开的瞬间

B．开关S合上后，左线圈中通过恒定的电流时

C．开关S合上后，移动滑动变阻器滑片增大其阻值时

D．开关S合上后，移动滑动变阻器滑片减小其阻值时

2.无线电力传输目前取得重大突破，在日本展出了一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力．两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示．下列说法正确的是（　　）

A．若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势

B．只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势

C．A中电流越大，B中感应电动势越大

D．A中电流变化越快，B中感应电动势越大

3．（对自感现象的理解）关于自感现象，下列说法正确的是（　　）

A．感应电流一定和原来的电流方向相反

B．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大

C．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大

D．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大

4．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是（　　）

A．线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大

B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零

C．线圈中电流变化越快，自感系数越大

D．线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定

5.如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡A正常发光，当断开开关S的瞬间会有（　　）

A．灯A立即熄灭

B．灯A慢慢熄灭

C．灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭

D．灯A突然闪亮一下再突然熄灭

6．（自感现象的分析）如图所示电路中，

、

是两只相同的电流表，电感线圈L的直流电阻与电阻R阻值相等．下面判断正确的是（　　）

A．开关S接通的瞬间，电流表

的读数大于

的读数

B．开关S接通的瞬间，电流表

的读数小于

的读数

C．开关S接通，电路稳定后再断开的瞬间，电流表

的读数大于

的读数

D．开关S接通，电路稳定后再断开的瞬间，电流表

的读数等于

的读数

7．（自感现象的图象问题）在如图所示的电路中，S是闭合的，此时流过线圈L的电流为i1，流过灯泡A的电流为i2，且i1＞i2，在t1时刻将S断开，那么流过灯泡A的电流随时间变化的图象是图中的（　　）

8.如图所示，两个电阻阻值均为R，电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计，S原来断开，电路中电流I0＝

，现将S闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是（　　）

A．使电路的电流减小，最后由I0减小到零

B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0

C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变

D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2I0

9.如图所示的电路中，线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A、B是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是（　　）

A．S闭合后，A、B同时发光且亮度不变

B．S闭合后，A立即发光，然后又逐渐熄灭

C．S断开的瞬间，A、B同时熄灭

D．S断开的瞬间，A再次发光，然后又逐渐熄灭

10.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图7所示，其道理是（　　）

图7

A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消

B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消

C．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消

D．当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消

11.如图所示，电源的电动势为E＝10V，内阻不计，L与R的电阻值均为5Ω，两灯泡的电阻值均为RS＝10Ω.

（1）求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压；

（2）定性画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间的变化规律．

4.7涡流电磁阻尼电磁驱动学案

[学习目标]

1．知道什么是涡流

2.知道电磁阻尼和电磁驱动

3．知道涡流的危害和应用

[学习重难点]

重点：

涡流的概念和应用

难点：

电磁阻尼和电磁驱动的实例分析

[自主预习]

1．当线圈中的电流随时间变化时，由于，在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流，把这种感应电流叫。

利用涡流的热效应可进行，利用它的磁效应可进行．

2．当导体在，在导体中会产生感应电流，感应电流会使导体受到，安培力的方向总是导体的运动，这种现象称为；当时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到的作用而运动起来，这种现象称为

3．下列做法中可能产生涡流的是（）

A．把金属块放在匀强磁场中

B．让金属块在匀强磁场中匀速运动

C．让金属块在匀强磁场中做变速运动

D．把金属块放在变化的磁场中

4．磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是（）

A．防止涡流而设计的B．利用涡流而设计的

C．起电磁阻尼的作用D．起电磁驱动的作用

5．如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是（）

A．两环都向右运动B．两环都向左运动

C．环1静止，环2向右运动D．两环都静止

【自主合作探究】

一涡流及其应用

1．如图2所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是（）

A．恒定直流、小铁锅

B．恒定直流、玻璃杯

C．变化的电流、小铁锅

D．变化的电流、玻璃杯

二电磁阻尼

三电磁驱动

3．如图所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触，使磁铁转动，圆盘也会跟着转动，这种现象称为“电磁驱动”，请你说明电磁驱动的原理．

【例题分析】

例1电磁炉（或电磁灶）是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数之小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。

电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。

关于电磁炉，以下说法中正确的是（）

A电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的

B电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的

C电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的

D电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的

例2弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。

若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现（）

A.S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变

B.S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变

C.S闭合或断开，振幅变化相同

D.S闭合或断开，振幅都不发生变化

【课堂检测】

1．机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品，安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流，关于其工作原理，以下说法正确的是（）

A．人身上携带的金属物品会被地磁场磁化，在线圈中产生感应电流

B．人体在线圈交变电流产生的磁场中运动，产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流

C．线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流

D．金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流

2.磁电式仪表的线圈常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上；而不用塑料做骨架是因为（）

A.塑料材料的坚硬程度达不到要求

B.塑料是绝缘的，对线圈的绝缘产生不良影响

C.铝框是导体，在铝框和指针一块摆动过程中会产生涡流，使指针很快停止摆动

D.铝框的质量比塑料框的质量大

3．位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v水平穿过，如图6所示，在此过程中（）

A．磁铁做匀速直线运动

B．磁铁做减速运动

C．小车向右做加速运动

D．小车先加速后减速

4．变压器、电动机的线圈都是绕在铁芯上的，当线圈中通过变化的电流时，在铁芯中会产生使铁芯发热，造成能量的浪费。

5．一些电风扇的调速器、日光灯的镇流器是把线圈绕在铁芯上制成的，当电风扇、日光灯工作时，线圈中通过交变电流，从而产生交变的磁场，变化的磁场通过铁芯；就在铁芯中产生，使铁芯的温度升高。

所以，电风扇、日光灯工作一段时间后，调速器、镇流器会发热。

6．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外绕有线圈，线圈中通有高频电流，产生的变化磁场使炉内的金属中产生；从而使金属的温度升高来冶炼高质量的合金。

7．对于金属壳地雷或有较大金属零件的地雷，可以使用一种探雷器来探测，这种探雷器有一个线圈，线圈中通过变化的电流会产生变化的磁场，使埋在地下的金属壳地雷或金属零件产生。

8．如图所示，在水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑弧形轨道，一导体圆环自轨道右侧的P点无初速度滑下，下列判断正确的是：

A.圆环中将有感应电流产生

B.圆环能滑到轨道左侧与P点等高处

C.圆环最终停到轨道最低点

D.圆环将会在轨道上永远滑动下去

9.如图所示，是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一金属薄片，轻质杆可绕上端O点

为轴在竖直面内转动，一有界磁场垂直于金属薄片所在的平面．使摆从图中实线位置释放，摆很快就会停止摆动；若将摆改成梳齿状，还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间．试定性分析其原因．

10．弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来．如图所示，如果在磁铁下端放个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况．

第四章知识总结复习

学习目标

1、了解电磁感应现象，掌握产生感应电动势、产生感应电流的条件。

2、掌握右手定则和楞次定律，并能灵活运用于感应电流方向的判断。

3、掌握法拉第电磁感应定律，明确

和E=LvB两种表述形式的适用条件和适用范围，并能运用法拉第电磁感应定律熟练地计算电磁感应现象中所产生的感应电动势。

4、对导体棒旋转切割磁感线时所产生的感应电动势能够灵活地运用法拉第电磁感应定律做出正确的计算。

5、了解自感现象，掌握自感现象中的基本特征。

教学重难点

1.判断是否有感应电流，能运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向。

2.能运用法拉第电磁感应定律熟练地计算电磁感应现象中所产生的感应电动势。

知识归纳总结

一、感应电流的产生条件

只要穿过闭合回路的　　　　发生变化，闭合导体回路中就有感应电流，这是判断感应电流的依据。

二、感应电流方向的方向

（一）楞次定律

1.内容：

感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍变化。

2.应用楞次定律解题的步骤

①确定闭合电路②确定原磁场的方向③确定原磁通理的变化

④根据“增反减同”确定感应电流的磁场方向

⑤根据右手螺旋定则确定感应电流方向。

3.如图所示，一水平放置的矩形闭合线框abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线圈感应电流（　　）

A．沿abcd流动B．沿dcba流动

C．先沿abcd流动，后沿dcba流动D．先