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1、第九章电磁感应 第九章电磁感应 第一节电磁感应现象楞次定律 一 磁通量1 概念 磁感应强度B与面积S的 2 计算 1 公式 乘积 BS 2 适用条件 匀强磁场 S是 磁场中的有效面积 3 单位 韦伯 Wb 1Wb 3 意义 穿过某一面积的磁感线的 4 标矢性 磁通量是 但有正 负 垂直 1T m2 条数 标量 二 电磁感应1 电磁感应现象当穿过闭合电路的 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 产生感应电动势和感应电流的条件 1 产生感应电动势的条件 磁通量 无论回路是否闭合 只要穿过线圈平面的磁通量发生 回路中就有感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于 2 产生感应
2、电流的条件 电路闭合 磁通量变化 变化 电源 三 感应电流方向的判断1 右手定则 伸开右手 使拇指与其余四个手指 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心垂直进入 并使拇指指 图9 1 1 垂直 向 的方向 这时四指所指的方向就是 的方向 如图9 1 1所示 2 楞次定律内容 感应电流具有这样的方向 即感应电流的磁场总要 引起感应电流的 的变化 导线运动 感应电流 阻碍 磁通量 特别提示 右手定则一般用于判断部分导体切割磁感线产生的感应电流方向 而楞次定律一般用于由于B变化或 角变化而引起的感应电流的方向判断 一 楞次定律的理解及应用1 楞次定律中 阻碍 的含义 2 楞次定律的推广对楞次定律
3、中 阻碍 的含义可以推广为感应电流的效果总是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 3 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤楞次定律没有直接告诉感应电流的方向 它说明的是感应电流的磁场与原磁场方向之间的关系 即穿过闭合回路的磁通量增大时 两磁场方向相反 磁通量减小时 两磁场方向相同 因 此 根据楞次定律判断感应电流的方向时 应按以下步骤进行 1 明确闭合电路范围内的原磁场的方向 2 分析穿过闭合电路的磁通量的变化情况 3 根据楞次定律 判定感应电流磁场的方向 4 利
4、用安培定则 判断感应电流的方向 特别提醒 运用楞次定律判定感应电流的方向可归结为 一原 二感 三电流 即 明确原磁场 确定感应电流磁场 判定感应电流方向 即时应用1 如图9 1 2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 图9 1 2 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由静止开始释放 在摆动到左侧最高点的过程中 细杆和金属框平面始终处于同一平面 且垂直纸面 则线框中感应电流的方向是 A a b c d aB d c b a dC 先是d c b a d 后是a b c d aD 先是a b c d a
5、后是d c b a d 解析 选B 由楞次定律可知 在线框从右侧摆动到O点正下方的过程中 向上的磁通量在减小 故感应电流的方向沿d c b a d 线框从O点正下方向左侧摆动的过程中 电流方向沿d c b a d 故选B 二 楞次定律 右手定则 左手定则 安培定则的综合应用1 规律比较 2 应用区别关键是抓住因果关系 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 3 相互联系 1 应用楞次定律 必然要用到安培定则 2 感应电流受到的安培力 有时可以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 有时可以直接应用楞次定律
6、的推论确定 特别提醒 在本类型题目中 往往多次运用楞次定律 在分析问题时应注意导体棒的运动特点或穿过闭合回路的磁通量变化情况 防止在应用楞次定律时出现错误 即时应用2 2011 高考上海卷 如图9 1 3 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 图9 1 3 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 圆环从位置a运动到磁场分界线前 磁通量向里增大 感应电流为逆时针 跨越分界线过程中
7、磁通量由向里最大变为向外最大 感应电流为顺时针 再摆到b的过程中 磁通量向外减小 感应电流为逆时针 所以选项A正确 由于圆环所在处的磁场 上下对称 所受安培力竖直方向平衡 因此总的安培力沿水平方向 故D正确 某实验小组用如图9 1 4所示的实验装置来验证楞次定律 当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时 通过电流计的感应电流方向是 图9 1 4 A a G bB 先a G b 后b G aC b G aD 先b G a 后a G b 解析 1 确定原磁场的方向 条形磁铁在穿入线圈的过程中 磁场方向向下 2 明确回路中磁通量变化的情况 向下的磁通量增加 3 由楞次定律的 增反减同 可知 线圈中感应电流
8、产生的磁场方向向上 4 应用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针 俯视 即 从b G a 同理可以判断出条形磁铁穿出线圈过程中 向下的磁通量减小 由楞次定律可得 线圈中将产生顺时针的感应电流 俯视 电流从a G b 答案 D 规律总结 利用楞次定律确定感应电流方向时 首先要弄清原磁场的方向 磁通量如何变化 再确定感应电流的磁场 然后利用安培定则确定感应电流方向 变式训练1长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动 如图9 1 5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 Imsin t i t图象如图乙所示 规定沿长直导线方向上的电流为正方向 关于最初一个周期内矩
9、形线框中感应电流的方向 下列说法正确的是 图9 1 5 A 由顺时针方向变为逆时针方向B 由逆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 解析 选D 将一个周期分为四个阶段 对全过程的分析列表如下 看上表的最后一列 可知选项D正确 2011 高考上海卷 如图9 1 6 均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置 当a绕O点在其所在平面内旋转时 b中产生顺时针方向 图9 1 6 的感应电流 且具有收缩趋势 由此可知 圆环a A 顺时针加速旋转B 顺时针减速旋转C 逆时针加速旋转D 逆时针减速旋转 解析 b中感应电流方
10、向为顺时针 根据感应电流的效果阻碍引起感应电流的原因可知 a中等效电流顺时针减小或逆时针增大 又因为b有收缩趋势 即a b相互吸引 根据同向电流相吸可知 a中等效电流为顺时针减小 即a环做顺时针减速运动 答案 B 名师点评 用楞次定律拓展推广进行判断 简便 迅速 变式训练2 2010 高考海南卷 一金属圆环水平固定放置 现将一竖直的条形磁铁在圆环上方沿圆环轴线从静止开始释放 在条形磁铁穿过圆环的过程中 条形磁铁与圆环 A 始终相互吸引B 始终相互排斥 C 先相互吸引 后相互排斥D 先相互排斥 后相互吸引解析 选D 由楞次定律可知 当条形磁铁靠近圆环时 感应电流阻碍其靠近 是排斥力 当磁铁穿过圆
11、环远离圆环时 感应电流阻碍其远离 是吸引力 D正确 如图9 1 7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 当PQ在外力的作用下运动时 MN在磁场力的作 图9 1 7 用下向右运动 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 解析 分析该类问题 首先要明确PQ运动是引起MN运动的原因 然后根据楞次定律和左手定则判断 由右手定则知 若PQ向右加速运动 穿过L1的磁通量向上且增加 由楞次定律和左手定则可判断MN向左运动 故A错 若PQ向左加速运动 情况正 好和A相反 故B对 若PQ向右减速运动 由右手定则 穿过L1的磁通量向上且减小
12、 由楞次定律和左手定则可判断MN向右运动 故C对 若PQ向左减速运动 情况恰好和C相反 故D错 答案 BC 变式训练3如图9 1 8所示 在匀强磁场中放有平行铜导轨 它与大线圈M相连接 要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流 则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况是 两线圈共面放置 图9 1 8 A 向右匀速运动B 向左减速运动C 向右减速运动D 向右加速运动解析 选C 欲使N产生顺时针方向的感应电流 感应电流的磁场垂直纸面向里 由楞次定律可知有两种情况 一是M中有顺时针方向逐渐减小的电流 使其在N中的磁场方向向里 且 磁通量在减小 二是M中有逆时针方向逐渐增大的电流 使其在N中的磁场方向向外
13、且磁通量在增大 因此对前者应使ab减速向右运动 对于后者 则应使ab加速向左运动 如图9 1 9所示 两个线圈套在同一个铁芯上 线圈的绕向如图 左线圈连着平行导轨M和N 导轨电阻不计 在导轨垂直方向上放着金属棒ab 图9 1 9 金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中 下列说法中正确的是 A 当金属棒向右匀速运动时 a点电势高于b点 c点电势高于d点B 当金属棒向右匀速运动时 b点电势高于a点 c点与d点等电势 C 当金属棒向右加速运动时 b点电势高于a点 c点电势高于d点D 当金属棒向右加速运动时 b点电势高于a点 d点电势高于c点 解析 1 金属棒匀速向右运动切割磁感线时 产生恒定感应电动势 由右手定则判断电流由a b b点电势高于a点 c d端不产生感应电动势 c点与d点等势 故A错 B正确 2 金属棒向右加速运动时 b点电势仍高于a点 感应电流增大 穿过右边线圈的磁通量增大 所以右线圈中也产生感应电流 由楞次定律可判断电流从d点流出 在外电路d点电势高于c点 故C错 D正确 答案 BD 规律总结 产生电磁感应的部分导体相当于电源 电源内部的电流方向指向电势升高的方向 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
