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1、第十章电磁感应,第1讲电磁感应现象楞次定律,一、磁通量 1.定义:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S和B的乘积。 2.公式:=BS。 适用条件:(1)匀强磁场。 (2)S为垂直磁场的有效面积。 3.矢标性:磁通量是标量。 4.磁通量的意义 (1)磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线条数。 (2)同一线圈平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量最大;当它跟磁场方向平行时,磁通量为零;当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时,磁通量为零。,二、电磁感应现象 1.电磁感应现象:当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中有感应电流产生的现象。 2.产生感应电流的条件:穿
2、过闭合回路的磁通量发生变化。 3.产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈平面的磁通量发生变化,线圈中就有感应电动势产生。 4.电磁感应现象中的能量转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能,该过程遵循能量守恒定律。,三、感应电流方向的判断 1.楞次定律 (1)内容:感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 (2)适用情况:所有的电磁感应现象。 2.右手定则 (1)内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内,让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导体运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。 (2)适用情况:导体棒切割磁感线产
3、生感应电流。,【提示】1.对磁通量的两点提醒: (1)公式=BS中,S为垂直于磁场方向的面积。 (2)穿过某个面有方向相反的磁场,则不能直接用=BS求解,应考虑相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量。 2.楞次定律的三个易混点: (1)“阻碍”的不是磁通量,而是磁通量的变化。 (2)“阻碍”不是阻止,感应电流磁场无法阻止原磁通量的变化。 (3)“阻碍”不是相反,感应电流磁场方向与原磁场方向不一定相反。,考点二,考点三,考点一,考点一磁感应现象的判断 1.判断电磁感应现象是否发生的一般流程 2.磁通量发生变化的三种常见情况 (1)磁场强弱不变,回路面积改变。 (2)回路面积不变,磁场强弱改变。 (
4、3)回路面积和磁场强弱均不变,但二者的相对位置发生改变。,考点二,考点三,考点一,典例1如图所示,通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面,第一次将金属框由平移到,第二次将金属框绕cd边翻转到,设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为1和2,则 () A.12,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现 B.1=2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现 C.12,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现 D.12,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现 【解题思路】设金属框在位置的磁通量为,金属框在位置的磁通量为,由题可知:1=|-|,2=|-|,所以金属框的磁通量变化量
5、大小12,由安培定则知两次磁通量均向里减小,则感应电流的磁场也向里,所以由楞次定律知两次运动线框中均出现沿adcba方向的电流,C项正确。 【参考答案】 C,考点二,考点三,考点一,【反思总结】对磁通量概念的理解: (1)磁通量是一个双向标量,考虑通过某个面内的磁通量时,应取磁通量的代数和。 (2)利用=BS求磁通量时,S应为某平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。,考点二,考点三,考点一,1.(多选)如图所示,面积大小为S的矩形线圈abcd,放在磁感应强度 为B的匀强磁场中,线圈可以绕O1O2转动。下列说法中正确的是 ( AB ) A.当线圈在如图所示位置时,穿过线圈的磁通量大小=BS B.当
6、线圈从图示位置转过90时,穿过线圈的磁通量大小=0 C.当线圈从图示位置转过180的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量大小=0 D.当线圈从图示位置转过360的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量大小=BS 【解析】根据磁通量的定义可知,如图所示时,磁通量最大m=BS,当转过90时,线圈与磁场平行,磁通量为零,所以A、B项正确;当线圈转过180时,磁通量大小为=-BS,故磁通量变化的大小为=2BS,C项错误;当线圈转过360时,磁通量大小为=BS,故磁通量变化的大小为零,D项错误。,考点二,考点三,考点一,2.如图所示,一个金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中,若要使圆环中产生如箭头所示方向的瞬时
7、感应电流,下列方法可行的是 ( A ) A.使匀强磁场均匀增大 B.使圆环绕水平轴ab如图转动30 C.使圆环绕水平轴cd如图转动30 D.保持圆环水平并使其绕过圆心的竖直轴转动 【解析】根据安培定则,圆环中感应电流产生的磁场竖直向下与原磁场方向相反,根据楞次定律,说明圆环磁通量在增大,磁场增强则磁通量增大,A项正确;使圆环绕水平轴ab或者cd如图转动30,使得圆环在中性面上的投影面积减小,磁通量减小,只会产生与图示方向相反的感应电流,B、C项错误;保持圆环水平并使其绕过圆心的竖直轴转动,圆环仍和磁场垂直,磁通量不变,不会产生感应电流,D项错误。,考点二,考点三,考点一,考点二楞次定律的理解和
8、应用 1.感应电流方向的判断方法 方法一右手定则 该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向: (1)掌心磁感线垂直穿入。 (2)拇指指向导体运动的方向。 (3)四指指向感应电流的方向。,考点二,考点三,考点一,方法二楞次定律 楞次定律的应用步骤(程序法)可以用下面的方框图加以概括:,考点二,考点三,考点一,2.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
9、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。 3.楞次定律与能量守恒定律 楞次定律在本质上就是能量守恒定律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, 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成电能的过程。,考点二,考点三,考点一,典例2(2012新课标全国卷)如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行。已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针
10、方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是 (),考点二,考点三,考点一,【解题思路】因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强,而线框中左右两边电流的大小相同,而方向相反,所以受到的安培力方向相反,而导线框的左边受到的力大于导线框的右边受到的力,所以合力沿左边力的方向,因为线框受到的安培力的合力先水平向左,后水平向右,根据左手定则,导线在线框处的磁场方向先垂直纸面向里减小,后垂直纸面向外增大,根据右手定则,导线的电流先正向减小,后为负向增大,A项正确。 【参考答案】 A 【方法归纳】判断感应电流方向的分析步骤: (1)明
11、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是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。,考点二,考点三,考点一,1.(多选)如图甲所示,螺线管内有一平行于轴线的磁场,规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向,螺线管与U形导线框cdef相连,导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导线框cdef在同一平面内,当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时,下列选项中正确的是 ( BD ) A.在t1时刻,金属圆环L内的磁通量最大 B.
12、在t2时刻,金属圆环L内的磁通量最大 C.在t1t2时间内,金属圆环L内有逆时针方向的感应电流 D.在t1t2时间内,金属圆环L有收缩的趋势,考点二,考点三,考点一,【解析】由B-t图知,图上某点切线斜率即为该时刻磁通量的变化率,则t1时刻磁通量的变化率为零,则感应电流为零,L上的磁通量为零,A项错误;在t2时刻,磁感应强度为零,但是磁通量的变化率最大,则感应电流最大,通过金属圆环的磁通量最大,B项正确;在t1t2时间内,磁通量的变化率不断变大,则线圈内的感应电流不断变大,根据右手螺旋定则,在线圈中的电流方向由f到c,则穿过圆环的磁通量向外增大,根据楞次定律,在金属圆环中产生顺时针方向的感应电
13、流,由左手定则可知圆环各处受力指向圆心,有收缩的趋势,C项错误,D项正确。,考点二,考点三,考点一,2.(多选)如图所示,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,将圆环拉至位置a后无初速度释放,在圆环从a摆向b的过程中 ( AD ) 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,考点二,考点三,考点一,【解析】从磁场分布可看出:左侧向里的磁场从左向右越来越强,右侧向外的磁场从左向右越来越弱。所以,圆环从位置a运动到磁场分界线前,磁通量向里增大,由楞次定
14、律知,感应电流的磁场与原磁场方向相反即向外,由安培定则知,感应电流沿逆时针方向;同理,跨越分界线过程中,磁通量由向里最大变为向外最大,则感应电流磁场方向向里,感应电流沿顺时针方向;同理,继续摆到b的过程中,磁通量向外减小,感应电流沿逆时针方向,A项正确,B项错误;由于圆环所在的磁场上下对称,圆环等效水平部分所受安培力使圆环在竖直方向平衡,所以总的安培力沿水平方向,C项错误,D项正确。,考点二,考点三,考点一,考点三“三个定则、一个定律”的综合应用 1.应用现象及规律比较 2.应用技巧 多定则应用的关键是抓住因果关系: (1)因电而生磁(IB)安培定则。 (2)因动而生电(v、BI)右手定则。
15、(3)因电而生力(I、BF安)左手定则。,考点二,考点三,考点一,典例3(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,考点二,考点三,考点一,考点二,考点三,考点一,【参考答案】 BC 【方法归纳】(1)分析题干条件,找出闭合电路或切割磁感线的导体棒。 (2)结合题中的已知条件和待求量的关系选择恰当的规律。 (3)正确地利用所选择的规律进行分析和判断。,考点二,考点三,考点一,(多选)如图所示,金属导轨上
16、的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引 ( BC ) A.向右做匀速运动B.向左做减速运动 C.向右做减速运动D.向右做加速运动 【解析】当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定不变,无感应电流出现,A项错误;当导体棒向左减速运动时,由右手定则可判定导体棒中出现从ba的感应电流且减小,由安培定则知螺线管中磁场向左在减弱,根据楞次定律推论可知c中将有感应电流产生且被螺线管吸引,B项正确;同理,C项正确,D项错误。,巧用楞次定律的推论速解电磁感应问题 楞次定律描述的是感应电流与磁通量变化之间的关系,常用于判断感应电流的方向或其所受安培力的方向,一般有以下四种呈现方式: (1)阻碍原磁通量的变化,即“增反减同”。 (2)阻碍相对运动,即“来拒去留”。 (3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势,即“增缩减扩”。 (4)阻碍原电流的变化(自感现象),即“增反减同”。,典例(2016四川乐至中学月考)如图所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭
