2016电磁感应现象楞次定律.ppt

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1、选修3-2第九章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律,【知识梳理】知识点1 磁通量1.概念：在磁感应强度为B的_中,与磁场方向_的面积S和B的乘积。2.公式：=_。3.单位：1Wb=_。4.物理意义：相当于穿过某一面积的_的条数。,匀强磁场,垂直,BS,1 Tm2,磁感线,知识点2 电磁感应现象1.电磁感应现象：当闭合电路的磁通量_时,电路中有_产生的现象。2.产生感应电流的两种情况：(1)闭合电路的磁通量_。(2)闭合电路的一部分导体切割_运动。,发生变化,感应,电流,发生变化,磁感线,3.电磁感应现象的实质：电路中产生_,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,是机械

2、能或其他形式的能量转化为_。,感应电动势,电能,知识点3 楞次定律1.楞次定律：(1)内容：感应电流的磁场总要_引起感应电流的_的变化。(2)适用范围：适用于一切回路_变化的情况。,阻碍,磁通量,磁通量,2.右手定则：(1)使用方法。让磁感线穿入_手手心。使大拇指指向_的方向。则其余四指指向_的方向。(2)适用范围：适用于_切割磁感线的情况。,右,导体运动,感应电流,部分导体,【思维诊断】(1)磁通量虽然是标量,但有正、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)

3、感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。()(6)由楞次定律可直接判断出感应电流的方向。(),提示：(1)。当磁感线穿过线圈的一面时规定磁通量为正,则从另一面穿过线圈时磁通量为负,计算磁通量的变化时,要把“+”“-”号代入计算。(2)。电路不闭合时,不能产生感应电流。(3)。穿过n个线圈的磁感线条数与穿过一个线圈中的磁感线条数相同,磁通量相同。,(4)。产生感应电流时,电路还必须是闭合的。(5)。当磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。(6)。用楞次定律只能判断出感应电流的磁场方向,还得借助于安培定则才能判断出感应电流的方向。,【小题快练】1.如图所示,ab是水平面上一个圆的直径,在过ab

4、的竖直面内有一根通电直导线cd,且cd平行于ab,当cd竖直向上平移时,穿过圆面积的磁通量将()A.逐渐变大 B.逐渐减小C.始终为零 D.不为零,但始终保持不变,【解析】选C。由安培定则可知,通电导线cd在空间形成磁场的磁感线为同心圆环,则穿过水平面上圆的直径ab两侧的磁感线方向相反。由对称性可知,圆内的磁通量始终为零,故本题选C。,2.下列图中能产生感应电流的是(),【解析】选B。选项A中的回路不闭合,不能产生感应电流;选项C、D中回路中的磁通量不变化,也不能产生感应电流;B选项中的磁通量在增加,又是闭合回路,能产生感应电流,故本题选B。,3.如图所示,当磁场的磁感应强度B增强时,内、外金

5、属上的感应电流的方向应为()A.内环顺时针,外环逆时针B.内环逆时针,外环顺时针C.内、外环均为顺时针D.内、外环均为逆时针,【解析】选A。磁场增强,则穿过回路的磁通量增大,故感应电流的磁场向外,由安培定则知电流对整个电路而言应沿逆时针方向,即外环逆时针,内环顺时针,A正确。,4.(多选)下列各图是验证楞次定律实验的示意图,各图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,其中与事实相符的是(),【解析】选C、D。A图中磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量在向下增加,由楞次定律知感应电流的磁场阻碍原磁场的增加,方向向上,再由安培定则可以判断A中感应电流的方向与图

6、中相反,所以A错,同理得B错,C、D正确。,5.匀强磁场区域宽为d,一正方形线框abcd的边长为l,且ld,线框以速度v通过磁场区域,如图所示,从线框进入到完全离开磁场的时间内,线框中没有感应电流的时间是(),【解析】选B。只有在线框进入磁场的过程中(bc边未出磁场)和线框出磁场的过程中(仅ad边在磁场中运动),穿过线框的磁通量才发生变化,产生感应电流。ad边和bc边都在磁场外时穿越磁场的过程中,没有感应电流,则t=。,考点1 电磁感应现象的判断1.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况：(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。,(3)

7、磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由=1-0计算并判断磁通量是否变化。(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。,2.判断电磁感应现象能否发生的一般流程：,【典例1】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。在下列过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是()A.ab向右运动,同时使减小B.使磁感应强度B减小,角同时也减小C.ab向左运动,同时增大磁感应强度BD.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和角(090),【破题关键】,【解析】选A。设开始时闭合回路的面积为S,

8、据题意可知穿过该回路的磁通量表达式为=BScos。A选项中S增大,减小,故cos增大,则增大,回路中能产生感应电流,选项A正确。B选项中磁感应强度B减小,减小,cos增大,则可能不变,故B选项错误。C选项中S减小,B增大,也可能不变,故C错误。D选项中S增大,B增大,增大,cos减小,也可能不变,故D错误。,【总结提升】正确判断磁通量的变化情况(1)通过对穿过回路磁感线条数的分析和计算,可以确定磁通量是否变化。(2)依据公式=BSsin(是B与S的夹角)确定磁通量与哪些因素有关。,【变式1+1】1.(2014新课标全国卷)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(

9、)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,【解析】选D。本题考查了感应电流的产生条件。产生感应电流的条件是只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电流,本题中的A、B选项都不会使得电路中的磁通量发生变化,并不满足产生感应电流的条件,都不正确。C选项中磁铁插入线圈时,虽有短暂电流产生,但未能及时观察

10、,C项错误。在给线圈通电、断电瞬间,会引起闭合电路磁通量发生变化,产生感应电流,因此D项正确。,2.(多选)如图所示,光滑导电圆环轨道竖直固定在匀强磁场中,磁场方向与轨道所在平面垂直,导体棒ab的两端可始终不离开轨道无摩擦地滑动,当ab由图示位置释放,直到滑到右侧虚线位置的过程中,关于ab棒中的感应电流情况,正确的是(),A.因ab切割磁感线,故ab棒上有感应电流B.尽管ab切割磁感线,但ab棒上无感应电流C.磁场穿过圆环与ab构成的回路的磁通量没有变化D.磁场穿过圆环与ab构成的回路的磁通量发生了变化,【解析】选B、C。由题意可知,导体棒在运动过程中与圆环构成的回路的磁通量没有发生变化,根据

11、电磁感应产生的条件可判知回路中没有产生感应电流,故本题A、D错误,B、C正确。,【加固训练】如图所示的条形磁铁的上方放置一矩形线框,线框平面水平且与条形磁铁平行,则线框在由N端匀速平移到S端的过程中,线框中的感应电流的情况是(),A.线框中始终无感应电流B.线框中始终有感应电流C.线框中开始有感应电流,当线框运动到磁铁中部上方时无感应电流,以后又有了感应电流D.开始无感应电流,当运动到磁铁中部上方时有感应电流,后来又没有感应电流,【解析】选B。条形磁铁中部磁性较弱,两极磁性最强,线圈从左向右移动过程中,线圈中磁通量先减小后反方向增大,因此线圈中始终有感应电流,故选B。,考点2 楞次定律的理解及

12、应用1.楞次定律中“阻碍”的含义：(1)谁阻碍谁：感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量变化。(2)阻碍什么：阻碍的是磁通量变化,而不是阻碍磁通量本身。,(3)如何阻碍：当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”。(4)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.楞次定律与能量守恒：楞次定律在本质上就是能量守恒在电磁感应现象中的体现,发生电磁感应现象时,感应电流所受安培力会阻碍产生感应电流的原因,因此必须有外力克服安培力做功,而克服安培力做功的过程就是将其他形式的能量转化

13、成电能的过程。,3.应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：(1)明确研究对象：确定研究的是哪一个闭合回路。(2)分析原因：分析该回路中原磁通量的变化情况。(3)增反减同：根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场的方向。(4)方向判定：根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向。,【典例2】长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动,如图甲所示。长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电：i=Imsint,i-t图像如图乙所示。规定沿长直导线向上的电流为正方向。关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向,下列说法正确的是(),A.由顺时针方向变为逆时针方向B.由逆

14、时针方向变为顺时针方向C.由顺时针方向变为逆时针方向,再变为顺时针方向D.由逆时针方向变为顺时针方向,再变为逆时针方向,【解题探究】本题可结合表格分时段分析：,逆,向里减小,顺,顺,向外减小,逆,【解析】选D。和 过程中电流向上增加和向下减小,穿过线框的磁通量向里增加和向外减小,由楞次定律知感应电流的磁场都是向外的。根据安培定则,产生的感应电流都为逆时针方向,同理 过程中感应电流都为顺时针方向,所以选D。,【变式训练】如图,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触。关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是

15、()A.总是顺时针 B.总是逆时针C.先顺时针后逆时针 D.先逆时针后顺时针,【解析】选C。条形磁铁穿过圆环的过程中,圆环中的磁通量先向上增加,后向上减少,根据楞次定律：增反减同,感应电流产生的磁场方向先向下再向上,结合安培定则,产生的感应电流的方向先顺时针再逆时针,故选C。,【加固训练】如图所示为一个圆环形导体,圆心为O,有一个带正电的粒子沿图中的直线从圆环表面匀速飞过,则环中的感应电流的情况是(),A.沿逆时针方向B.沿顺时针方向C.先沿逆时针方向后沿顺时针方向D.先沿顺时针方向后沿逆时针方向,【解析】选D。由于带正电的粒子没有沿圆环的直径运动,所以它产生的磁场的磁感线穿过圆环时不能抵消,

16、所以穿过圆环的磁通量开始时向外增加,然后向外减少,根据楞次定律,圆环中感应电流的方向先沿顺时针方向,后沿逆时针方向,故只有选项D正确。,考点3 楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则1.“三个定则、一个定律”的应用对比：,2.“三个定则、一个定律”的相互联系：(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,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,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。,【典例3】(多选)(2014山东高考)如图,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

17、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()A.FM向右 B.FN向左C.FM逐渐增大 D.FN逐渐减小,【解题探究】解答本题时可从以下角度进行探究：,垂直轨道面向外,垂直轨道面向里,强,向下,向上,大,左,增大,左,减小,【解析】选B、C、D。由于绝缘导线紧贴导轨,根据安培定则判断电流I在M区的磁场方向应垂直轨道面向外,且从左向右,磁感线逐渐变密,导体棒匀速穿越该区时,由右手定则可判断棒中产生的感应电流方向竖直向下,且逐渐增大。再由左手定则可知棒所受的安培力水平向左,且逐渐增大,故选项A错误,C正确;同理可得,导体棒在穿越N区的过程

18、中,棒所受的安培力水平向左,且逐渐减小,故选项B、D均正确。,【易错提醒】解答本题时易出现的错误有：(1)误认为绝缘导线产生的磁场为匀强磁场,从而错误地认为FM、FN均不变,漏选C、D。(2)用安培定则判断出电流的磁场方向后错误地使用左手定则去判断导体棒中的感应电流方向,从而误选A。,【变式训练】(多选)如图所示,光滑平行金属导轨PP和QQ都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力方向的说法正确的是()A.感应电流方向是NM B.感应电流方向是MN

19、C.安培力水平向左 D.安培力水平向右,【解析】选A、C。方法一：由右手定则知,MN中感应电流方向是NM,再由左手定则可判知,MN所受安培力方向垂直导体棒水平向左。方法二：由楞次定律知,感应电流的产生必须阻碍引起感应电流的原因。本题中感应电流是由于MN相对于磁场向右运动引起的,则安培力必然阻碍这种相对运动,由安培力既垂直于电流又垂直于磁场方向可判知,MN所受安培力方向必须垂直于MN水平向左,再由左手定则,容易判断出感应电流的方向是NM。故正确选项为A、C。,【加固训练】(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

20、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,【解析】选B、C。若金属棒MN匀速向右运动,则线圈D与MN组成回路,产生恒定电流,穿过线圈A的磁通量不变,线圈A不受安培力作用,故选项A错误;若金属棒MN加速向左运动,则线圈D与MN组成回路中的电流不断增强,故穿过线圈A的磁通量不断增强,根据楞次定律,为阻碍磁通量的增强,线圈A有收缩的趋势,受到沿半径方向指向圆心的安培力,选项B正确;同理可得,当金属棒MN加速向右运动时,线圈A有收缩的趋势,受,到沿半径方向指向圆心的安培力,选项C正确;当金属棒MN减速向左运动时,线圈A有扩张的趋势,受到沿半径

21、方向背离圆心的安培力,选项D错误。所以本题选B、C。,【资源平台】备选角度：电磁感应中的二次感应问题(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,【规范解答】选B、C。MN向右运动,说明MN受到向右的安培力,因为ab在MN处产生的磁场垂直纸面向里 MN中的感应电流由MN L1中感应电流的磁场方向向上 L2中磁场方向向上减弱或磁场方向向下增强;若L2中磁场方向向上减弱 PQ中电流为QP且减小 向右减速运动;若

22、L2中磁场方向向下增强PQ中电流为PQ且增大 向左加速运动,故B、C正确。,思想方法之7楞次定律中的“因果分析法”1.方法概述：任何结果都是由一定的原因引起的,因果分析法是指在解题过程中,依据事物之间的前后联系、因果关系去分析原因或结果的一种思维方法。,2.选用思路：楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的效果(结果)总是要阻碍产生感应电流的原因：(1)阻碍原磁通量的变化“增反减同”。(2)阻碍相对运动“来拒去留”。(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”。(4)阻碍原电流的变化(自感现象)“增反减同”。,【典例】(多选)如图所示,光滑固定导轨m、n水平放置,两根导体棒p、q平行放于

23、导轨上,形成一个闭合回路。当一条形磁铁从高处下落接近回路时()A.p、q将互相靠拢 B.p、q将互相远离C.磁铁的加速度仍为g D.磁铁的加速度小于g,【精讲精析】选A、D。方法一：假设磁铁的下端为N极,穿过回路的磁通量增加,根据楞次定律可判断出感应电流的磁场方向向上,根据安培定则可判断出回路中感应电流的方向为逆时针方向(俯视),如图所示。再根据左手定则可判断p、q所受的安培力的方向,安培力使p、q相互靠拢。由于回路所受的安培力的合力向下,根据牛顿第三定律知,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小于g。若磁铁的下端为S极,根据类似的分析可以得出相同的结果,所以A、D选项正确。,方法二：根据楞次

24、定律的另一种表述感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因,本题中的“原因”是回路中的磁通量增加,归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近。所以p、q将相互靠近且磁铁的加速度小于g,故选项A、D正确。,【变式1+1】1.如图所示,两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上,当一条形磁铁向左运动靠近两环时,两环的运动情况是()A.同时向左运动,间距增大 B.同时向左运动,间距减小C.同时向右运动,间距减小 D.同时向右运动,间距增大,【解析】选B。当条形磁铁向左靠近两环时,两环中的磁通量均增加。根据楞次定律,两环的运动都要阻碍磁铁相对环的运动,即阻碍“靠近”,那么两环都向

25、左运动。又由于两环中的感应电流方向相同,两环相互吸引,所以两环间距离要减小,故只有选项B正确。,2.如图所示,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时,若线圈始终不动,则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是(),A.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向左B.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向左C.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向右D.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右,【解析】选D。条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时,通过线圈的磁通量先增加后减小。当通过线圈的磁通量增加时,为阻碍其增加,在竖直方向上线圈有向下运动的趋势,所以线圈受到的支持力大于其重力,在水平方向上有向右运动的趋势;当通过线圈的磁通量减小时,为阻碍其减小,在竖直方向上线圈有向上运动的趋势,所以线圈受到的支持力小于其重力,在水平方向上有向右运动的趋势。综上所述,线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力,在水平方向运动趋势总是向右。,