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1、第十章 电磁感应考 试 说 明内容要求说明命题趋势电磁感应现象本章作为电磁学的重点章节之一,在复习过程中主要注意以下几个方面的内容:1. 两个定律:楞次定律和法拉第电磁感应定律;2. 两个感应电流的判定方法:楞次定律和右手定则;3. 三个主要内容:一是感应电流的产生条件及其方向,二是感应电动势、感应电流的大小,三是自感现象及其应用;4. 三种模型:单杆模型、双杆模型、线框模型.在复习中要重视以下几个方面:一是对楞次定律本质含义的理解.二是要重视电磁感应现象中的综合应用题,它往往涉及受力分析、运动过程分析、能量转化和守恒定律、电路分析等诸多力学、电学知识.分析和解决问题时,要注意分清物理过程,建
2、立清晰的物理模型,灵活地运用能量转化与守恒定律感应电流的产生条件法拉第电磁感应定律楞次定律限于导线方向与磁场方向、运动方向垂直的情况,有关反电动势的计算不作要求自感涡流知 识 网 络第1讲电磁感应现象楞次定律(本讲对应学生用书第154157页)考纲解读1. 理解感应电流的产生条件.2. 掌握磁通量的概念,并能进行熟练的运用.3. 会用楞次定律判断感应电流的方向.4. 熟练运用右手定则解决有关问题.基础梳理1. 感应电流的产生条件(1) 电磁感应现象:只要穿过闭合电路的发生变化,闭合回路中就有电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做. (2) 产生感应电流的条件:回路中磁
3、通量发生变化.(3) 能量的转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为. 2. 磁通量匀强磁场的磁感应强度B与垂直B的方向上的面积S的.公式为=,单位为,符号为.磁通量是量.磁通量变化有三种可能:(1) . (2) . (3) .3. 感应电流的方向判定(1) 楞次定律:的磁场总是阻碍引起感应电流的的变化. (2) 应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤: 明确原磁通量的方向. 判断磁通量的增减情况. 确定感应电流形成的磁场方向. 利用安培定则反推感应电流的方向.(3) 右手定则:伸开右手,使拇指跟其余的四指且与手掌都在同一平面内,让磁感线穿过手心,并使大拇指指向导线运动的方向,这时
4、四指所指的方向即为方向.1. (1) 磁通量感应电流(2) 闭合(3) 电能2. 乘积BS韦伯Wb标B变S不变B不变S变B和S都变3. (1) 感应电流磁通量(3) 垂直感应电流对磁通量和感应电流条件的正确理解1. =BS的含义=BS只适用于磁感应强度B与面积S垂直的情况.当S与垂直于B的平面间的夹角为时,则有=BScos .如图甲所示.甲2. 面积S的含义S不一定是某个线圈的真正面积,而是线圈在磁场范围内的有效面积.如图乙所示,S应为线圈面积的一半.乙3. 多匝线圈的磁通量多匝线圈的磁通量的大小与线圈匝数无关,因为不论线圈匝数多少,穿过线圈的磁感线条数相同,而磁感线条数表示磁通量的大小. 4
5、. 合磁通量的求法若某个平面内有两个或多个不同方向和强弱的磁场共同存在,当计算穿过此平面的磁通量时,先规定某个方向的磁通量为正,反方向的磁通量为负,平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量.(1) 磁通量是标量,其正、负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面.(2) 对于=BScos ,可理解为=B(Scos ),即等于B与S在垂直于B方向上分量的乘积;也可理解为=(Bcos )S,即等于B在垂直于S方向上的分量与S的乘积.5. 电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,则有感应电流,如果回路不闭合,则只能产生感应电动势,而不会形成持续的电流.我们看变化是看回路中的磁通
6、量变化,而不是看回路外的磁通量变化.典题演示1(2017扬州中学)法拉第在1831年发现了“磁生电”现象.如图,他把两个线圈绕在同一个软铁环上,线圈A和电池连接,线圈B用导线连通,导线下面平行放置一个小磁针.实验中可能观察到的现象是()A. 用一节电池作电源小磁针不偏转,用十节电池作电源小磁针会偏转B. 线圈B匝数较少时小磁针不偏转,匝数足够多时小磁针会偏转C. 线圈A和电池连接瞬间,小磁针会偏转D. 线圈A和电池断开瞬间,小磁针不偏转【解析】 用一节电池作电源小磁针不偏转,线圈B中磁通量不发生改变,没有感应电流产生,用十节电池作电源小磁针也不会偏转,故A错误;线圈B匝数较少时小磁针不偏转,线
7、圈B中磁通量不发生改变,没有感应电流产生,匝数足够多时小磁针也不会偏转,故B错误;线圈A和电池连接瞬间或断开瞬间,线圈B中磁通量均发生改变,产生感应电流,故D错误,C正确.【答案】 C典题演示2(2014金陵中学)如图所示,开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直,且一半在磁场内,一半在磁场外.若要使线框中产生感应电流, 下列办法中不可行的是()A. 将线框向左拉出磁场B. 以ab边为轴转动(小于90) C. 以ad边为轴转动(小于60)D. 以bc边为轴转动(小于60)【解析】 将线框向左拉出磁场的过程中,线框的bc部分做切割磁感线的运动,或者说穿过线框的磁通量减少,所以线框中将产生感应电流.当线
8、框以ab边为轴转动时,线框的cd边的右半段在做切割磁感线的运动,或者说穿过线框的磁通量发生了变化,所以线框中将产生感应电流.当线框以ad边为轴转动(小于60)时,穿过线框的磁通量减少,所以在这个过程中,线框中会产生感应电流.如果转过的角度超过60,bc边将进入无磁场区,那么线框中将不产生感应电流(60300).当线框以bc边为轴转动时,如果转动的角度小于60,则穿过线框的磁通量始终保持不变.【答案】 D对楞次定律中“阻碍”的理解1. 阻碍原磁场的变化.“阻碍”不是阻止,而是“延缓”,感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化,只能使原磁场的变化延缓,原磁场的变化趋势不会改变,不会发生逆转.2. 阻碍的
9、是磁通量的变化而不是磁通量本身.如果原磁场不变化,即使它再强,也不会产生感应电流.3. 阻碍不是相反.当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,以阻碍其增加;当磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,以阻碍其减少.4. 由于“阻碍”,为了维持原磁场的变化,必须有外力克服这一“阻碍”而做功,从而导致其他形式的能转化为电能.因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现.典题演示3如图所示,在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中,有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点,并可绕O点摆动.金属线框从右侧某一位置静止开始释放,在摆动到左侧
10、最高点的过程中,细杆和金属线框平面始终处于同一平面,且该平面垂直纸面.则线框中感应电流的方向是()A. abcdaB. dcbadC. 先是dcbad,后是abcdaD. 先是abcda,后是dcbad【解析】 依题意,原磁场方向竖直向上.金属线框从右侧静止释放到最低点过程,穿过金属线框的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向为竖直向上,由安培定则可知,感应电流为dcbad.金属线框从最低点到左侧最高点过程,穿过金属线框的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向为竖直向下,由安培定则可知,感应电流为dcbad.【答案】 B楞次定律推论的灵活应用楞次定律的另一种表述:感应电流的效果
11、总是要反抗产生感应电流的原因.这里产生感应电流的原因,既可以是磁通量的变化,也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变.(1) 当电路的磁通量发生变化时,感应电流的效果就阻碍变化阻碍原磁通量的变化.(2) 当出现引起磁通量变化的相对运动时,感应电流的效果就阻碍变化阻碍(导体间的)相对运动,即“来时拒,去时留”.(3) 当回路发生形变时,感应电流的效果就阻碍回路发生形变.(4) 当线圈自身的电流发生变化时,感应电流的效果就阻碍原来的电流发生变化.总之,如果问题不涉及感应电流的方向,则从楞次定律的另类表述出发的分析方法较为简便.典题演示4(多选)如图所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P
12、、Q平行放于导轨上,形成一个闭合回路.当一个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gD. 磁铁的加速度小于g【解析】 方法一:设磁铁下端为N极,如右图所示,根据楞次定律可判断出P、Q中感应电流方向,根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向,可见P、Q将互相靠拢,由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律,磁铁将受到向上的反作用力,从而使磁铁的加速度小于g.当S极为下端时,可得到同样的结果.方法二:根据楞次定律的推论解题.磁铁靠近回路,回路中的磁通量增加.由楞次定律的推论可知,为阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近,P、Q将互相靠近,且磁铁的
13、加速度小于g.【答案】 AD典题演示5(多选)(2016常州中学)如图甲所示,MN是一个螺线管,A是在MN的正下方放置在绝缘水平桌面上的金属圆环.现在a、b两端接入如图乙所示的正弦式交变电流,设电流从a端流入为正方向,下列说法中正确的是()甲乙A. 0t1时间内A环对桌面的压力不断增大B. 0t1时间内A环对桌面的压力先增大后减小C. t1t2和t2t3时间内A环中的电流方向相同D. t3t4时间内A环对桌面的压力大于A环的重力【解析】 在0t1时间内,电流增大,磁场增大,磁通量增大,斜率反映感应电动势大小,A环要向磁通量减小的方向运动,所以A环对桌面的压力先增大后减小,故B正确,A错误;t1
14、t2和t2t3时间内,斜率方向不变,所以感应电流方向不变,故C正确;t3t4时间内电流减小,磁通量减小,A环要向磁通量增加的方向运动,所以磁场力向上,A环对桌面的压力小于A环的重力,故D错误.【答案】 BC楞次定律和左、右手定则的综合应用1. 楞次定律和右手定则用于判断感应电流的方向,左手定则用于判断磁场力的方向.楞次定律的应用步骤概括为“一原、二感、三电流”.右手定则是楞次定律的特例,用于判断导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况.楞次定律的应用拓展为:(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”.2. 三个定则的比较:因果右手定则导线在磁场中做切割磁感线运动产生感应电动势左手定则运动电荷或电流受磁场力作用安培定则电流产生磁场典题演示6(多选)(2016苏州一模)如图所示是某次创意物理实验设计作品小熊荡秋千的原理图.两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上,漆包线绕成的两个线圈P、Q与其组成闭合回路.两个磁性很强的条形磁铁如图放置,当用手左右摆动线圈P时,线圈Q也会跟着摆动,仿佛小熊在荡秋千.下列说法中正确的是()A. P向右摆动的过程中,P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)
