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1、高二物理感应电流产生的条件和方向的判断北师大版【本讲教育信息】一. 教学内容： 感应电流产生的条件和方向的判断 1. 电磁感应现象 （1）利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。 （2）产生感应电流的条件：穿过闭合电路中的磁通量发生变化。 （3）磁通量变化的几种情况： 闭合电路的面积不变，磁场变化； 磁场不变，闭合电路面积发生变化； 线圈平面与磁场方向的夹角发生变化； 磁场和闭合回路面积都变化（一般不涉及）。 2. 感应电流的方向 （1）右手定则：伸开右手，使拇指与四指在同一平面内且跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向导体的运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的
2、方向。 （2）楞次定律 内容：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 意义：确定了感应电流的磁场方向与引起感应电流的原磁场方向间的关系，当电路中原磁场的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当电路中原磁场的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同，这一关系可概括为“增反，减同”。 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤： （i）查明电路中的磁场方向； （ii）查明电路中的磁通量的增减； （iii）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向； （iv）由安培定则判断感应电流的方向。 楞次定律的另一种表述：感应电流的效果总反抗引起感应电流的原因。 说明： 右手定则是楞次定律的特殊
3、情况，它的结论和楞次定律是一致的，当导体做切割磁感线运动时，用右手定则判断感应电流的方向比用楞次定律简便。 左手定则用于判断磁场对电流的作用力的情况，右手定则用于判断导体切割磁感线产生感应电流的方向。二. 难点分析： 正确理解楞次定律的关键是正确理解“阻碍”的含义。 （1）谁起阻碍作用？要明确起阻碍作用的是“感应电流的磁场”； （2）阻碍什么？感应电流的磁场阻碍的是“引起感应电流的磁通量的变化”，而不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量； （3）怎样阻碍？当引起感应电流的磁通量（原磁通量）增加时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相反，感应电流的磁场“反抗”原磁通量的增加。当原磁通量减少时，感应电流的
4、磁场就与原磁场的方向相同，感应电流的磁场“补偿”原磁通量的减少； （4）“阻碍”不等于“阻止”。当由于原磁通量的增加引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了，但磁通量仍在增加。当由于原磁通量的减少而引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了，但磁通量仍在减少；“阻碍”也不意味着“相反”，它们可能同向，也可能反向。【典型例题】 例1. 如图所示，在通电长直导线的正下方有矩形导线框，（a）向右匀速平移；（b）向右加速平移；速度方向与直导线平行；（c）绕水平轴转动，轴与直导线平行；（d）以直导线为轴旋转；（e）向直
5、导线运动。能产生感应电流的线框为_。 分析：a、b两种情况下，穿过线圈的磁感线条数不变，即不变，故无感应电流。 c情况转动中穿过线圈磁通要发生变化（开始一段时间磁通量减小），有感应电流产生。 d情况线圈绕导线转动，而导线激发的磁感线为以导线为中心的同心圆，故穿过线圈的磁通量不变，无感应电流。 e情况磁通量增大，有感应电流产生。 解：c、e。 例2. 线圈abcd的ab和cd边长为2l，ad和bc边长为l，其中处于有界磁场部分和磁场外部分水平边长各为l，判断下列情况下有无感应电流？如有电流，试判断感应电流方向。 （1）水平向左运动l距离过程中 （2）竖直向下运动l距离过程中 （3）以ad为轴转动
6、90过程中 分析：（1）线圈向左运动，穿过线圈的磁通量将增大。故有感应电流，其方向可通过右手定则判断为adcba即逆时针方向，也可通过楞次定律判断：原磁场方向垂直纸面向里，原磁通增大，故感应电流的磁场阻碍原磁通变化，方向与原磁场反向，即垂直纸面向外。根据右手安培定则可知感应电流为逆时针方向。 （2）线圈向下运动，磁通量不变，无感应电流。 （3）线圈以ad为轴转动060时，磁通量不变，无感应电流，转过6090时（即bc边进入磁场）磁通量减小，则感应电流磁场方向垂直纸面向里，故感应电流为abcda，即顺时针方向。 解：（1）有adcba方向电流（或逆时针方向电流）； （2）无感应电流； （3）转动
7、060过程中，无感应电流；转动6090过程中，有abcda方向电流，即顺时针方向电流。 例3. 如图所示，闭合导体环固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？ 解析：从“阻碍磁通量变化”来看，当条形磁铁的中心恰好位于线圈M所在的水平面时，磁铁内部向上的磁感线都穿过了线圈，而磁铁外部向下穿过线圈的磁通量最少，所以此时刻穿过线圈M的磁通量最大。因此全过程中原磁场方向向上，先增后减，感应电流磁场方向先下后上，感应电流先顺时针后逆时针。 从“阻碍相对运动”来看，线圈对应该是先排斥（靠近阶段）后吸引（远离阶段），把条形磁铁等效为螺线管，该螺线管中的电流
8、是从上向下看逆时针方向的，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”，感应电流方向应该是先顺时针后逆时针的，与前一种方法的结论相同。 例4. 如图所示，通有稳恒电流的螺线管竖直放置，铜环R沿螺线管的轴线加速下落。在下落过程中，环面始终保持水平。铜环先后经过轴线上1、2、3位置时的加速度分别为a1、a2、a3，位置2处于螺线管的中心，位置1、3与位置2等距离，则（ ） A. a1a2=gB. a3a1g C. a1=a3a2D. a3a1a2 解析：铜环下落过程中经位置1附近时，穿过铜环的磁通量由小变大，铜环中感应电流的磁场阻碍穿过铜环的磁通量变大，即阻碍铜环下落，故a1g。 经位置2附近时，由
9、于螺线管中部的磁感线可以认为均匀分布，穿过铜环的磁通量不变，铜环中无感应电流，铜环仅受重力作用，故a2=g。 经位置3附近时，穿过铜环的磁通量由大变小，铜环中感应电流的磁场阻碍穿过铜环的磁通量变小，即阻碍下落，故a3v2v1，因此在位置1和3附近使环中发生同样大小的磁通量变化所需的时间间隔t1t3，可见在位置3附近，穿过铜环的磁通量变化率大，环中产生的感应电动势和感应电流也大，受到的阻碍作用也大，所以位置3的加速度比位置1的小，即a3a1。故选项A、B、D正确。 例5. （1）如图所示在水平向右的匀强磁场中，有一闭合金属圆环C，当磁场增强时，则（ ） A. C环中有与图示相同方向的感应电流 B
10、. C环中有与图示相反方向的感应电流 C. C环有缩小的趋势 D. C环有扩张的趋势 分析：当磁场增强时，穿过C环的磁感线向右，磁通量增大，故C环中感应电流的磁场与原磁场反向，即方向向左，因此感应电流方向与图示相反。根据左手定则，C环各点受安培力方向均指向环心，故有缩小趋势。 解答：BC选项正确。 （2）如图所示，螺线管B置于闭合金属圆环A的轴线上，当B中通过的电流减小时，则（ ） A. 环A感应电流方向与图示相同 B. 环A感应电流方向与图示相反 C. 环A有缩小的趋势 D. 环A有扩张的趋势 E. 螺线管B有缩短的趋势 F. 螺线管B有伸长的趋势 分析：当螺线管B通有向右的电流I时，B内部
11、磁感线方向向右，外部有向左的磁感线。对环A，向右的磁感线全部穿过A环，其面积越大，向左穿过的磁感线越多，其磁通量越小。当B中电流减小时，穿过A的磁感线向右并且磁通量减小，因此A环中感应电流的磁场也向右，即感应电流方向与图示相同，环A处在B所激发的外磁场中，即磁场方向向左，由左手定则可以判定，A环各点所受安培力方向均指向环心，即有缩小的趋势。 由于B环中相邻每匝线圈中通有同向电流，其间有相互作用的吸引力，当电流减小时，相互间吸引力减小，故螺线管有伸长的趋势。 解答：A、C、F选项正确。 说明：对于C环，其面积越大，磁通量越大，故当原磁通量增大时，它通过减小面积来阻碍磁通量增大；而A环的面积越大，
12、反向磁感线越多，磁通量越小，故当原磁通增大时，它会通增大面积来阻碍磁通增大，而当原磁通减小时，它的面积要减小，其目的是阻碍原磁通减小。【模拟试题】 1. 关于产生感应电流的条件，正确的是（ ） A. 位于磁场中的闭合线圈中一定能产生感应电流 B. 闭合线圈和磁场发生相对运动一定能产生感应电流 C. 闭合线圈做切割磁感线运动一定能产生感应电流 D. 穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化一定能产生感应电流 2. 如图所示，开始时线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场中，一半在匀强磁场外，若要使线圈产生感应电流，下列方法中可行的是（ ） A. 以ab为轴转动 B. 以OO为轴转动 C. 以ad为轴转动（小
13、于60） D. 以bc为轴转动（小于60） 3. 在如图所示的几种情况中，哪个闭合线框或螺线管内不会产生感应电流（ ） A. 线框沿着平行于通电直导线方向移动 B. 线框向远离通电直导线的方向移动 C. 螺线管旁的磁铁向远离螺线管轴线的方向移动 D. 螺线管旁的磁铁平行于螺线管轴线的方向移动 4. 感应电流的方向，总是使感应电流的磁场（ ） A. 跟原来的磁场方向相反 B. 阻碍引起感应电流的磁通量 C. 跟原来的磁场方向相同 D. 阻碍引起感应电流的磁通量的变化 5. 一弹性导体组成闭合线圈，垂直磁场方向（位于纸面内）放置，当磁感应强度B发生变化时，观察到线圈所围面积大了，那么可以判断磁场的
14、方向和大小的变化情况可能是（ ） A. B垂直纸面向里，并不断增强 B. B垂直纸面向里，并不断减弱 C. B垂直纸面向外，并不断增强 D. B垂直纸面向外，并不断减弱 6. 如图所示，a、b、c、d为圆形线圈上等矩的四点，现用外力作用在上述四点，将线圈拉成正方形，设线圈导线不可伸长，则在线圈发生形变的过程中（ ） A. 线圈中将产生abcd方向的感应电流 B. 线圈中将产生adcb方向的感应电流 C. 线圈中产生的感应电流方向先是abcd，后是adcb D. 线圈中无感应电流 7. 如图所示，矩形线框abcd的一部分在匀强磁场内，垂直线框平面的磁场区域边界与ab边平行，若因线框运动使bc边受到方向向下的安培力的作用，则线框的运动情况是（ ） A. 向左平动 B. 向右平动 C. 向上平动 D. 向下平动 8. 如图所示，螺线管CD的导线绕法不明，当磁铁AB插入螺线管时，电路中产生图示方向的感应电流，下列关于
