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1、高三物理复习高三物理复习 12-112-1 电磁感应现象电磁感应现象 楞次定律楞次定律知识梳理知识梳理 磁通量磁通量 1定义：磁感应强度 B 与垂直磁场方向的面积 S 的乘积叫穿过这个面积的磁通量，=BS。单位为韦伯，1Wb=1Tm2。 注意：如果面积 S 与 B 不垂直，如图所示，应以 B 乘以在垂直磁场方向上的投影面积 S， 即 =BS=BScos。物理意义：反映穿过某一面积的磁感线条数多少。 2磁通密度：垂直穿过单位面积的磁感线的条数，叫磁通密度，即磁感应强度大小。SB电磁感应现象电磁感应现象 利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 产生感应电动势、感应电流的条件：
2、导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生 感应电动势；穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈里就产生感应电动势。如果导体是闭合电 路的一部分，或者线圈是闭合的，就产生感应电流。从本质上讲，上述两种说法是一致的， 所以产生感应电流的条件可以归结为：穿过闭合电路的磁通量发生变化。 感应电流方向的判断感应电流方向的判断 1当闭合电路中的磁通量发生变化引起感应电流时，用楞次定律判断感应电流方向。 （1）楞次定律的内容：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 （2）应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤：明确原磁场的方向及磁通量的变 化情况；根据楞次定律中的“阻碍” ，确定感应电流产生的磁场方
3、向；利用安培定则判 断出感应电流的方向。 伸开右手让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进 入，拇指指向导体运动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向。 楞次定律与右手定则楞次定律与右手定则 1从研究对象上说，楞次定律研究的是整个闭合回路，右手定则研究的是闭合电路的 一部分，即一段导线做切割磁感线运动。 2从适用范围上说，楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况（当然 包括一部分导体做切割磁感线运动的情况） ，右手定则只用于一段导线在磁场中做切割磁感 线运动的情况，导线不动时不能应用。因此，右手定则可以看做楞次定律的特殊情况。 3有的问题只能用楞次定律不能
4、用右手定同则，有的问题则两者都能用，对一个具体 的问题，能用楞次定律判断出感应电流方向，不要想着也一定能用右手定则判断出来。若是 导体不动，回路中的磁通量变化，应用楞次定律判断感应电流方向，而不能用右手定则判断； 若是回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简单，用楞 次定律也能进行判断，但较为麻烦。楞次定律与能量守恒定律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，感应电流在闭合电路中流动 时将电能转化为内能，根据能量守恒定律，能量不能无中生有，这部分能量只能从其他形式 的能量转化而来。例如，当条形磁铁从闭合线圈中插进与拨出的过程中，按
5、照楞次定律，把 磁铁插入线圈或从线圈中拨出，那必须克服磁场的斥力或引力做功。实际上，正是这一过程 消耗机械能转化为电能再转化为内能。 假设感应电流的效果不是反抗引起感应电流的原因，而是促进引进感应电流的原因，那 么，在上例中，只需把条形磁铁稍稍推动一下，感应电流产生的磁场将吸引它，使它动得更 快些，于是更增大了感应电流，使线圈吸引条形磁铁的力更大，条形磁铁将做更快的运 动，如此不断反复加强，只需在最初阶段条形磁铁做微小移动做出微量的功就能获得无 限增大的机械能和电能，这显然是违背能量守恒定律的。 感应电流的方向遵循楞次定律的事实本身就说明了楞次定律的本质就是能量守恒定律， 或者说，楞次定律是能
6、量守恒定律在电能感应现象中的具体表现。 安培定则、左手定则、右手定则比较安培定则、左手定则、右手定则比较 安培定则、左手定则、右手定则都是用手来反映几个物理量间方向关系的定则。要注意 它们的适用条件和各自对应的因果联系。安培定则反映的是电流（因）产生磁场（果）这一 现象中电流方向和磁场方向间的关系；左手定则反映的是运动电荷或电流（因）在磁场中受 磁场力（果）这一现象中，电流（或运动电荷） 、磁场和磁场力方向间的关系；右手定则反 映的是导线在磁场中的切割磁感线运动（因）产生感应电势差（果）的现象中，磁场方向、 导线切割磁感线运动方向和感应电动势方向间的关系。典例精析典例精析 例 1 有一个垂直纸
7、面向里的匀强磁场，B=0.80T，磁场有理想的圆形边界，圆心为 O， 半径为 R=1cm，如图，现于纸面内先后放上圆线圈，圆心均在 O 处，A 线圈半径为 RA=1cm，10 匝；B 线圈半径为 RB=2cm，1 匝；C 线圈半径为 RC=0.5cm，1 匝，求：（1）在 B 减为 0.40T 的过程中，A 和 B 的磁通量改变多少？ （2）当磁场转过 30角的过程中，C 中磁通量改变多少？ 解析 （1）对 A 线圈2 A11RB 2 A22RB 磁通改变量Wb103 . 1)10(14. 3)4 . 08 . 0(|422 12对 B 线圈： Wb102 . 5)102(14. 3)4 .
8、08 . 0(|422 12（2）对 C 线圈：，磁场转过 30，线圈面积在垂直磁场方向的投影为2 C1RB，则30cosR2 C30cosRB2 C2磁通量的改变量：Wb104 . 8)866. 01 ()105(14. 38 . 0)30cos1 (RB|12|6232 C例 2 如图所示，直导线中通以电流 I，矩形线圈与电流共面，下列情况能产生感应电流 的是 （ ）A电流 I 增大时 B线圈向右平动 C线圈向下平动 D线圈绕 ab 边转动 解析 通电导体周围的磁感线是以直导线上任一点为圆心的一系列的同心圆，在距离直 导线距离相等的地方磁场的强弱相等，但方向不同。距离直导线越近处，磁场越强
9、。当导线 中的电流增大时，其周围的磁场增强，穿过线圈的磁通量 随 B 的增大而增大，故线圈中 能产生感应电流。选项 A 正确。同理线圈向右平动时，线圈绕 ab 边转动时，穿过线圈的磁 通量发生了变化，故 BD 选项都能产生感应电流。当线圈向下平动时，穿过线圈的磁通量不 发生变化，无法产生感应电流，C 选项不正确，应选 ABD。 点评 本例易错处：对通电直导线周围磁场的分布情况不清，空间想像力不够。对 回路中是否产生感应电流的条件没搞清楚。 例 3 如图为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的竖直分量向下，飞机在和国上 空匀速巡航，机翼保持水平，飞机高度不变。由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差
10、，设 飞行员左方机翼末端处的电势为 U1，右方机翼末端处的电势为 U2。 （ ）A若飞机从西往东飞，U1比 U2高 B若飞机从东往西飞，U2比 U1高 C若飞机从南往北飞，U1比 U2高 D若飞机从北往南飞，U2比 U1高 解析 地球是一个大磁体，在地球表面空间，地磁感线是从南向北的。在北半球，地磁 场的竖直分量向下，飞机水平飞行时机翼两端相连的金属体做切割磁感线运动，根据右手定 则，可以确定机翼两端的电流方向，而机翼两端的导体相当于电源，在内电路中电流是从低 电势点流向高电势点的，由此可以得出正确结论为 AC。 点评 正确解答此例除了运用到上述物理知识以外，还要求对“飞行员左方机翼末端处”
11、所包含的意义十分清楚。这是一个常识性的问题，不然搞错方位，就会得出相反的结论。l例 4 如图所示，ab 是一个可绕垂直于纸面的轴 O 转动的闭合矩形线框，当滑动变阻器的滑 片 P 自左向右滑动时，从纸外向纸内看，框 ab 将 （ ）A保持静止不动 B逆时针转动 C顺时针转动 D发生转动，但因电源极性不明，无法确定转动方向 解析 滑动变阻器 R 的滑片 P 向右湍滑动时，其接入电路的电阻变大，导致电流变小， 由电流产生的磁场就会减弱，穿过线圈的磁通量变小，线圈中出现感应电流，受原磁场的力 的作用而转动。根据楞次定律，感应电流的效果（线框中因有感应电流而转动）总是反抗产 生它的原因（磁通量减小）
12、，因此线框中的转动有利于穿过线圈的磁通量增大。所以线框 ab 应顺时针转动，增大其垂直于磁感线方向投影的面积，才能阻碍线框的磁通量的减小，故选 C 项。 点评 本例易错处：对楞次定律理解不够；感应电流的效果总是反抗它产生的原因未 能完全明白。解题时若先假设电源极性，由安培定则判断原磁场方向，由楞次定律判定感 应电流的方向，再由左手定则判断线框的受力方向，从而判断线框的转动方向。按这一思路 求解十分繁琐且极易出错。 例 5 如图甲所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是 （ ）A向右摆动B向左摆动 C静止D不能判定 解析 方法一（电流元受力分析法）：画出磁铁磁感线分布如图乙所示，当磁铁向环
13、运 动时，由楞次定律判断出铜环的感应电流方向如图乙所示。把铜环的电流等效为多段直线电 流元，取上、下两小段电流研究，由左手定则判断出两段电流受力如图所示，由图可联想到 整个铜环所受力向右，则 A 答案正确。方法二（射闪法）：磁铁向右运动，使铜环的磁通量增加而产生感应电流，由楞次定律 可知，铜环为阻碍原磁通量的增大，必向磁力线较疏的右方运动，即往躲开磁通量增加的方 向运动。则 A 正确。方法三（等效法）：磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为图丙所示的条形磁 铁，则两磁铁有排斥作用。故 A 正确。 方法四（阻碍相对运动法）：磁铁向右运动时，由楞次定律的另一种表述得知铜环产生 的感应电流总是阻
14、碍导体间的相对运动，则磁铁和铜环间的排斥作用，故 A 答案正确。 点评 从以上的分析可以看出：虽然方法不同，但本质还是楞次定律，只有领会其精髓， 才能灵活运用它进行正确的判断。 例 6 如图所示，A、B 两个线圈绕在同一个闭合铁芯上，它们的两端分别与电阻可以不 计光滑、水平、平行导轨 P、Q 和 M、N 相连；P、Q 处在竖直向下的匀强磁场 B1中，M、N 处在竖直向上的匀强磁场 B2中；直导线 ab 横放在 P、Q 上，直导线 cd 横放在 M、N 上，cd 原来不动。下列说法中正确的是 （ ）A若 ab 向右匀速滑动，则 cd 也向右滑动 B若 ab 向右加速滑动，则 cd 也向右滑动 C
15、若 ab 向右减速滑动，则 cd 也向右滑动 D若 ab 向右减速滑动，则 cd 向左滑动 解析 （1）ab 匀速滑动时，线圈 A 中磁感应电流恒定，闭合铁芯中的磁通量不发生变 化。线圈 B 中无感应电流，cd 不会动。选项 A 错误。 （2）ab 向右加速滑动时，线圈 A 中的感应电流在增大，闭合铁芯中逆时针方向的磁通 量在增大，线圈 B 中产生感应电流，根据楞次定律和右手定则，直导线 cd 中的电流方向由 c 到 d；对 cd 应用左手定则，它受磁场 B2的安培力方向向右，cd 将向右滑动，可见选项 B 正 确。 （3）ab 向右减速滑动时，线圈 A 中的感应电流在减弱，闭合铁芯中逆时针方向的磁通 量在减小，这时流过直导线 cd 的电流方向由 d 到 c，所受安培力向左，cd 向左滑动。可见， 选项 D 正确，选项 C 错误。故选 BD。w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
