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1、第十章 电磁感应 第1节 电磁感应现象 楞次定律,基础过关,考点研析,素养提升,基础知识,一、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 的面积S与B的乘积. 2.公式:= . 3.单位:1 Wb= . 4.磁通量是 (填“矢量”或“标量”),但磁通量有正、负之分. 5.物理意义:相当于穿过某一面积的 的条数.如图所示,矩形abcd, abba,abcd的面积分别为S1,S2,S3,匀强磁场的磁感应强度B与平面abcd垂直,则,基础过关 紧扣教材自主落实,垂直,BS,1 Tm2,标量,磁感线,(1)通过矩形abcd的磁通量为 或 . (2)通过矩形abcd的磁通量为 . (3)
2、通过矩形abba的磁通量为 .,BS1cos ,BS3,BS3,0,二、电磁感应现象 1.电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量 时,电路中有 产生的现象. 2.产生感应电流的两种情况 (1)穿过闭合电路的磁通量 . (2)闭合电路的一部分导体在磁场内做切割 .,发生变化,感应电流,发生变化,磁感线运动,磁感应强度,磁场的有效面积,磁通量,线圈的面积,磁感应强度,磁通量,3.产生电磁感应现象的实质 实质是产生 ,如果回路闭合则产生 ;如果回路不闭合,则只有 ,而无 . 4.如图所示,能产生感应电流的是 .,感应电动势,感应电流,感应电动势,感应电流,B,三、楞次定律,如图所示,矩形线圈abcd匀
3、速通过一较宽的磁场区域. (1)用楞次定律判断:线圈进入磁场时的感应电流方向为 方向,离开磁场时的感应电流方向为 方向. (2)用右手定则判断:线圈经过左边界时,ab边的电流方向为由 指向 ;离开右边界时,ab边的电流方向为由 指向 .,逆时针,顺时针,b,a,a,b,(1)磁通量是矢量,有正、负之分.( ) (2)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生.( ) (3)当导体切割磁感线运动时,导体中一定产生感应电流.( ) (4)穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关( ) (5)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反( ),过关巧练,1.思考判断,2.(2019安徽芜湖校级模拟)关于电磁感应,下列说
4、法正确的是( ) A.有电必有磁,有磁必生电 B.电磁感应过程可以使其他形式的能转化为电能 C.电磁感应现象的发现,使人类社会进入了机械化大生产时代 D.电压表和电流表都是利用电磁感应原理工作的,B,解析:有电必有磁,但是有磁未必能生电,选项A错误;电磁感应过程可以使其他形式的能转化为电能,选项B正确;电磁感应现象的发现,使人类社会进入了电气化时代,故C错误;两种电表的工作原理都是通电线圈在磁场中会发生转动,故D错误.,3.(2019南昌东湖模拟)从奥斯特发现电流周围存在磁场后,法拉第坚信磁一定能生电.他使用如图所示的装置进行实验研究,其中线圈A中接入电源产生磁场,线圈B与电流表连接,但经过了
5、6年多的探究都没发现“磁生电”,主要原因是( ),D,A.线圈A中的电流较小,产生的磁场不够强 B.线圈A中的电流是恒定电流,不会产生磁场 C.线圈B中的匝数较少,产生的电流很小 D.线圈A中的电流是恒定电流,产生稳恒磁场,解析:线圈A中的电流发生变化时,穿过线圈B的磁通量发生变化,电流表G中产生感应电流.线圈A中的电流是恒定电流,产生稳恒磁场,穿过线圈B的磁通量不发生变化,电流表G中没有感应电流,故D正确,A,B,C错误.,4.如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动.t=0时,磁感应强度为B0,此时MN到达的位置使MDEN构成
6、一个边长为l的正方形.为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应怎样随时间t变化?请推导出这种情况下B与t的关系式.,考点一 电磁感应现象的判断,1.引起磁通量变化的常见情况 (1)电路中部分导线做切割磁感线运动或回路面积S变化导致变化. (2)回路中磁感应强度B随时间或位置发生变化导致变化. (3)线圈在磁场中转动(B与S的夹角发生变化)或B,S都变化后,其乘积BS发生变化,导致变化.,考点研析 核心探究重难突破,2.常见的产生感应电流的三种情况,【典例1】 (2019长沙校级模拟)(多选)如图为“研究电磁感应现象”的实验装置.如果将A线圈插入B线圈后保持不动,闭合开关时发现电
7、流表的指针向右偏了一下,那么闭合开关后,下列情况下电流表指针的偏转情况是( ) A.将A线圈迅速从B线圈中拔出时,指针向左偏转一下 B.保持开关闭合状态时,指针一直偏在零点右侧 C.滑动变阻器触头迅速向左滑动时,指针向右偏转一下 D.将A线圈内铁芯C快速拔出时,指针向左偏转一下,AD,审题指导,解析:由题意知,当开关闭合时,回路中的电流增加,电流产生的磁场增大,穿过线圈B的磁通量增加,电流表的指针向右偏转.若原磁场减弱,穿过回路的磁通量减小,电流表的指针向左偏转.若将A线圈迅速从B线圈中拔出,磁通量减小,故指针左偏,A对;若保持开关闭合状态时,回路中无磁通量的变化,指针一直指向零,B错;若将变
8、阻器的触头迅速左移,回路中的电阻增加,电流减小,故磁场减弱,磁通量变小,电流表的指针左偏,C错;将A线圈内铁芯C快速拔出时,磁通量减小,指针左偏,D对.,反思总结,电磁感应现象是否发生判断流程,1.面积变化引起的感应电流(2019江苏盐城校级模拟) 如图所示,开始时矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内,磁场边界MN为ab,dc的中点连线,若要使线圈产生感应电流,下列方法可行的是( ) A.将线圈沿纸面向上平移 B.以ad为轴,从图示位置转过60过程 C.以bc为轴,从图示位置转过60过程 D.将线圈垂直于纸面向内运动,B,题组训练,解析:将线圈向上平移,磁通量不变,故无感应电流产生,故A错误
9、;以ad为轴转动(小于60),磁通量减小,有感应电流产生,故B正确;以bc为轴转动(小于60),磁通量不变,没有感应电流产生,故C错误;线框垂直于纸面向里运动,磁通量不变,没有感应电流产生,故D错误.,2.磁场变化产生感应电流(2016江苏卷,6)(多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音,下列说法正确的有( ) A.选用铜质弦,电吉他仍能正常工作 B.取走磁体,电吉他将不能正常工作 C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势 D.弦振动过程中,线圈中的电流方向不断变化,BCD,解析:因铜质弦不能被
10、磁化,故铜质弦不能使电吉他正常工作,故选项A错误;若取走磁体,弦的振动无法通过电磁感应转化为电信号,音箱不能发声,选项B正确;根据法拉第电磁感应定律知,增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势,选项C正确;弦振动过程中,通过线圈的磁通量发生变化,所以电流方向不断变化,选项D正确.,考点二 楞次定律的理解及应用,1.楞次定律中“阻碍”的含义,感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化,阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身,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
11、是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行,2.楞次定律的推广应用 楞次定律中“阻碍”的主要表现形式: (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)线圈面积变化趋势“增缩减扩”; (4)阻碍原电流的变化“增反减同”.,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,审题指导,方法总结,用楞次定律判断感应电流方向的“四步法”,1.增反减同(2019安徽巢湖四校联考)(多选)如图所示,通电螺线管N置于闭合金属环M的轴线上,当N中的电流突然减小,则( ) A.环M有缩小的趋势 B.环M有扩张的趋势 C.螺线管N有缩短的趋势 D.螺线管N有
12、伸长的趋势,AD,题组训练,解析:对通电螺线管,当通入的电流突然减小时,螺线管每匝间的相互吸引力也减小,所以匝间距增大,C错误,D正确;对金属环,穿过的磁通量也随之减少,只有减小面积才能阻碍磁通量的减少,金属环有缩小的趋势,A正确,B错误.,2.增缩减扩(2019广东中山模拟)(多选)如图所示,在水平面上有一固定的U形金属框架,框架上置一金属杆ab.在垂直纸面方向有一匀强磁场,下面情况可能的是( ) A.若磁场方向垂直纸面向上,并且磁感应强度增大时,杆ab将向右移动 B.若磁场方向垂直纸面向上,并且磁感应强度减小时,杆ab将向右移动 C.若磁场方向垂直纸面向下,并且磁感应强度增大时,杆ab将向
13、右移动 D.若磁场方向垂直纸面向下,并且磁感应强度减小时,杆ab将向右移动,BD,解析:无论磁场方向垂直纸面向下还是向上,从阻碍面积变化的角度考虑,磁感应强度增大,杆ab就左移,磁感应强度减小,杆ab就右移;故选B,D.,3.来拒去留(2019安徽蚌埠模拟)如图所示,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的通有恒定电流的螺线管沿线圈中线AB正上方水平快速通过时,若线圈始终不动,则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向的运动趋势,下列说法中正确的是( ) 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,运动趋势先向右后向左 C.FN先小于mg后大于mg,运
14、动趋势先向左后向右 D.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右,D,解析:通电螺线管从线圈正上方快速通过时,通过线圈的磁通量先增大后减小.当通过线圈磁通量增大时,为阻碍其增大,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,在水平方向上线圈有向右运动的趋势;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,在水平方向上线圈有向右运动的趋势.综上所述,线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力,运动趋势总是向右,D正确.,考点三 三定则一定律的综合应用,“三个定则、一个定律”的应用对比,【典例3】 (多选)如图所示的水平装置中
15、,cd杆原来静止.当ab杆做如下哪些运动时,cd杆将向右移动,c端电势比d端电势高( ) A.向右匀速运动 B.向右加速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动,BD,解析:若ab匀速运动时,ab中感应电流恒定,L1中磁通量不变,穿过L2的磁通量不变,L2中无感应电流产生,cd杆保持静止,A错误;ab向右加速运动时,由右手定则可知ab杆中电流方向为ab,且电流变大,由安培定则得L2中的磁通量向下增大,根据楞次定律,通过cd的电流方向向下,c端电势比d端高,由左手定则可知cd向右移动,B正确;同理可得C错误,D正确.,反思总结,电磁感应电路中任意两点电势高低的判断 在比较电磁感应电路中任意两点电
16、势高低时,一定要明确是“电源”还是“外电路”的两点,对于电源,其电流方向从电源负极流向正极,“正电荷”移向哪点,哪点电势高.,1.“动生电”类问题(2018黑龙江哈尔滨六中二模)如图所示,导轨间的磁场方向垂直于纸面向里,圆形金属环B正对电磁铁A,当导线MN在导轨上向右加速滑动时,则( ) A.MN导线无电流,B环无感应电流 B.MN导线有向上电流,B环无感应电流 C.MN导线有向下电流,从左向右看B有逆时针方向电流 D.MN导线有向上电流,从左向右看B有顺时针方向电流,D,题组训练,解析:导线MN向右加速滑动,导线产生由N到M的电流,感应电动势E=Blv增大,通过电磁铁A的电流增大,电磁铁A产
17、生的磁感应强度变大,穿过金属环B的磁通量增大,B中产生感应电流,由楞次定律可知,为阻碍磁通量的增加,感应电流方向与A中的相反,即从左向右看B有顺时针方向电流,故A,B,C错误,D正确.,2.“动生电”和“电生动”综合类问题(2019浙江金华模拟)如图所示,在两个沿竖直方向的匀强磁场中,分别放入两个完全一样的水平金属圆盘a和b.它们可以绕竖直轴自由转动,用导线通过电刷把它们相连.当圆盘a转动时( ) A.圆盘b总是与a沿相同方向转动 B.圆盘b总是与a沿相反方向转动 C.若B1,B2同向,则a,b转向相同 D.若B1,B2反向,则a,b转向相同,D,解析:当圆盘a转动时,由于切割磁感线而产生感应
18、电流,该电流流入b盘中,在磁场中由于受安培力b盘会转动.但若不知B1,B2的方向关系,则b盘与a盘的转向关系将无法确定,故A,B错.设B1,B2同向且向上,a盘逆时针转动,则由右手定则可知a盘中的感应电流由aa,由左手定则可知,b盘受力将顺时针转动,故C错,同理可判定D项正确.,素养提升 学科素养演练提升,利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题 在二次感应现象中,“程序法”和“逆向推理法”的选择 1.如果要判断二次感应后的现象或结果,选择程序法. 2.如果已知二次感应后的结果,要判断导体棒的运动情况或磁场的变化,需选择逆向推理法. 类型一 程序法(正向推理法),【示例1】 (多选)如图所示,水
19、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,BC,类型二 逆向推理法,【示例2】 如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路.在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A.不计铁芯和铜环A之间的摩擦.则下列情况中铜环A会向右运动的是( ) A.线圈中通以恒定的电流 B.通电时,使滑动变阻器的滑片P向右匀速移动 C.通电时,使滑动变阻器的滑片P向左加速移动 D.开关突然断开的瞬间,C,解析:铜环A向右运动,说
20、明穿过A的磁通量在增加,绕在铁芯上的线圈中的电流在增大,选项C正确.,高考模拟,1.(2017全国卷,18)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示.无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是( ),A,解析:紫铜薄板上下振动时,方案B,C,D中穿过薄板的磁通量不发生变化,没有感应电流产生;方案A中,无论是上下还是左右振动,薄板中的磁通量都会发生变化,产生的感应电流会阻碍紫铜薄板上下及其左右
21、振动,达到衰减的效果,选项A正确.,2.(2017全国卷,15)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,D,解析:在PQRS回路中,金属杆PQ向右运动切割磁感线,由右手定则得PQRS回
22、路中感应电流沿逆时针方向,该电流在PQRS回路内部产生向外的磁场,使圆环形线框T内向里的磁通量减小,由楞次定律知,线框T中感应电流方向为顺时针方向,选项A,B,C错误,D正确.,3.(2016上海卷,5) 磁铁在线圈中心上方开始运动时,线圈中产生如图方向的感应电流,则磁铁( ) A.向上运动 B.向下运动 C.向左运动 D.向右运动,B,解析:从图示可以看出磁铁提供的穿过线圈原磁场的磁通量方向向下,由安培定则可知线圈中感应电流的磁场方向向上,即两个磁场的方向相反,则由楞次定律可知原磁场通过线圈的磁通量的大小在增加,故选B.,4.(2017海南卷,10)(多选)如图,空间中存在一匀强磁场区域,磁
23、场方向与竖直面(纸面)垂直,磁场的上、下边界(虚线)均为水平面;纸面内磁场上方有一个正方形导线框abcd,其上、下两边均与磁场边界平行,边长小于磁场上、下边界的间距.若线框自由下落,从ab边进入磁场时开始,直至ab边到达磁场下边界为止,线框下落的速度大小可能( ) A.始终减小 B.始终不变 C.始终增加 D.先减小后增加,CD,解析:导线框开始做自由落体运动,ab边以一定的速度进入磁场,ab边切割磁感线产生感应电流,根据左手定则可知ab边受到向上的安培力,当安培力大于重力时,线框做减速运动,当线框完全进入磁场后,线框不产生感应电流,此时只受重力,做加速运动,故先减速后加速,故A错误,D正确;
24、当ab边进入磁场后安培力等于重力时,线框做匀速运动,当线框完全进入磁场后,线框不产生感应电流,此时只受重力,做加速运动,故先匀速后加速,故B错误;当ab边进入磁场后安培力小于重力时,线框做加速运动,当线框完全进入磁场后,线框不产生感应电流,此时只受重力,做速度增大的加速运动,故C正确.,5.(2018全国卷,19)(多选)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路.将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态.下列说法正确的是( ) A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动 B.开关
25、闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向 D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,AD,解析:根据安培定则,开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场.根据楞次定律,直导线上将产生由南向北的电流,根据安培定则,直导线上方的磁场垂直纸面向里,故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,A正确;开关闭合并保持一段时间后,直导线上没有感应电流,故小磁针的N极指北,B,C错误;开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,根据楞次定律,直导线上将产生由北向南的电流,这时直导线上方的磁场垂直纸面向外,故小磁针N极朝垂直纸面向外的方向转动,D正确.,点击进入 课时训练,