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1、 第1講電磁感應楞次定律 知識建構模塊建構技能建構【考綱要求】【考情總結】【備考建議】模塊建構知識建構技能建構1.電磁感應現(xiàn)象2.磁通量 3.法拉第電磁感應定律 4.楞次定律 5.自感.渦流 1.命題頻率較高的知識點有:感應電流的產生條件、方向判斷和感應電動勢的計算;電磁感應現(xiàn)象與磁場、電路、力學、能量等知識相聯(lián)系的綜合題及感應電流(或感應電動勢)的圖象問題,在高考中時常出現(xiàn).2.在高考中題型全面,有選擇題和計算題,選擇題多為較簡單的題目,計算題難度較大,區(qū)分度高,能很好地考查學生的綜合能力.預計本章內容在2013年的高考中考查可能有如下方面:判斷感應電流的有無、方向及感應電動勢計算仍是高考的

2、熱點,尤其是以圖象的形式考查.力學和電學知識相結合且涉及能量轉化與守恒的電磁感應類考題將繼續(xù)充當具有選拔性功能的壓軸題.與新技術、新信息、新材料相結合的題目是今后的命題趨勢.模塊建構知識建構技能建構 一、磁通量1.概念:穿過某一面積磁感線的條數,大小等于磁感應強度B、截面面積S和兩者夾角的正弦的乘積.2.公式:=BSsin (指B與S的夾角)模塊建構知識建構技能建構4. 磁通量的變化:=2-1 二、電磁感應現(xiàn)象3.標量,有正負之分,單位:韋伯(Wb)1.電磁感應現(xiàn)象:只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化,閉合回路中就有電流產生,這種利用磁場產生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應.產生的電流叫做感應電流.模塊建

3、構知識建構技能建構3.磁通量變化的常見情況 (改變的方式):線圈所圍面積發(fā)生變化,閉合電路中的部分導線做切割磁感線運動導致變化,其實質也是B不變而S增大或減小;線圈在磁場中轉動導致變化,線圈面積與磁感應強度二者之間夾角發(fā)生變化,如勻強磁場中轉動的矩形線圈就是典型;磁感應強度隨時間(或位置)變化,磁感應強度是時間的函數;或閉合回路變化導致變化.2.產生感應電流的條件:閉合回路中磁通量發(fā)生變化模塊建構知識建構技能建構4.電磁感應現(xiàn)象的實質:產生感應電動勢.無論回路是否閉合,只要穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中就有感應電動勢產生,產生感應電動勢的那部分導體相當于電源. 三、感應電流方向的判定模塊建構

4、知識建構技能建構(1)內容:伸開右手,使拇指跟其余的四指垂直且與手掌都在同一平面內,讓磁感線垂直穿過手心,手掌所在平面跟磁感線和導線所在平面垂直,大拇指指向導線運動的方向,四指所指的方向即為感應電流方向(電源).1.右手定則模塊建構知識建構技能建構2.楞次定律(2)適用范圍:導體棒切割磁感線產生感應電流方向的判斷(1)內容:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化.(2)適用范圍:一切情況下感應電流方向的判斷模塊建構知識建構技能建構(3)對“阻礙”的理解注意“阻礙”不是阻止,這里是阻而未止.阻礙磁通量變化指:磁通量增加時,阻礙增加(感應電流的磁場和原磁場方向相

5、反,起抵消作用);磁通量減少時,阻礙減少(感應電流的磁場和原磁場方向一致,起補償作用),簡稱“增反減同”.楞次定律另一種表達:感應電流的效果總是要阻礙(或反抗)產生感應電流的原因.(F安方向就起到阻礙的效果作用)即由電磁感應現(xiàn)象而引起的一些受力、相對運動、磁場變化等都有阻礙原磁通量變化的趨勢.a.阻礙原磁通量的變化或原磁場的變化;b.阻礙相對運動,可理解為“來拒去留”;模塊建構知識建構技能建構c.使線圈面積有擴大或縮小的趨勢;d.阻礙原電流的變化.有時應用這些推論解題,比用楞次定律本身更方便.模塊建構知識建構技能建構(4)應用楞次定律的一般步驟基本思路可歸結為:“一原、二感、三電流”.明確閉合

6、回路中引起感應電流的原磁場方向如何;確定原磁場穿過閉合回路中的磁通量如何變化(是增還是減);根據楞次定律確定感應電流磁場的方向;再利用安培定則,根據感應電流磁場的方向來確定感應電流的方向.模塊建構知識建構技能建構1.(2012年懷柔一模)如圖所示,磁帶錄音機既可用作錄音,也可用作放音,其主要部件為可勻速行進的磁帶a和繞有線圈的磁頭b,不論是錄音還是放音過程,磁帶或磁頭軟鐵都會存在磁化現(xiàn)象.下列關于錄音、放音過程中主要工作原理的描述,正確的是( )A.放音和錄音的主要原理都是電磁感應B.放音和錄音的主要原理都是磁場對電流的作用C.放音的主要原理是電磁感應,錄音的主要原理是電流的磁效應D.錄音的主

7、要原理是電磁感應,放音的主要原理是電流的磁效應模塊建構知識建構技能建構【答案】C【解析】錄音機錄音時是變化的電流產生變化的磁場引起磁帶上磁粉的重新分布,是利用電流的磁效應,放音時磁粉磁場的變化引起感應電流的變化,是利用了電磁感應,C對.模塊建構知識建構技能建構2.(2012年北京東城一模)如圖所示,正方形閉合導線框處在磁感應強度恒定的勻強磁場中,C、E、D、F為線框中的四個頂點,圖甲中的線框繞E點轉動,圖乙中的線框向右平動,磁場足夠大.下列判斷正確的是( )A.圖甲線框中有感應電流產生,C點電勢比D點低B.圖甲線框中無感應電流產生,C、D兩點電勢相等模塊建構知識建構技能建構C.圖乙線框中有感應

8、電流產生,C點電勢比D點低D.圖乙線框中無感應電流產生,C、D兩點電勢相等【解析】線框繞E點轉動和向右平動,都沒有磁通量的變化,無感應電流產生,由右手定則,圖甲線框中C、D兩點電勢相等,則A錯B對;圖乙線框中C點電勢比D點高,則C、D都錯.【答案】B模塊建構知識建構技能建構3.如圖所示,勻強磁場的磁感應強度為B、方向與水平面間的夾角為30,圖中實線位置有一面積為S的矩形線圈處于磁場中,并繞著它的一條邊從水平位置轉到豎直位置(圖中虛線位置).在此過程中磁通量的改變量大小為( )A.BS B.BSC.BS D.2BS【解析】取線圈在水平位置時穿過線圈的磁通量為正,則有:1=BSsin 30=BS當

9、線圈處于豎直位置時,磁感線從線圈另一面穿過,則磁通量為:31231212模塊建構知識建構技能建構2=-BScos 30=-BS故線圈中的磁通量的改變量=2-1=-BS即改變量大小|=BS.【答案】C32312312模塊建構知識建構技能建構4.(2012年廣東佛山一模)如圖所示,質量為m的銅質小閉合線圈靜置于粗糙水平桌面上.當一個豎直放置的條形磁鐵貼近線圈,沿線圈中線由左至右從線圈正上方等高、快速經過時,線圈始終保持不動.則關于線圈在此過程中受到的支持力FN和摩擦力f的情況,以下判斷正確的是( )A.FN先大于mg ,后小于mgB.FN一直大于mgC.f先向左,后向右D.f一直向左模塊建構知識建

10、構技能建構【解析】條形磁鐵從線圈正上方快速經過時,線圈的磁通量先增后減.由楞次定律,磁通量增加,在豎直方向上線圈有向下運動的趨勢,水平方向上有向右運動的趨勢;磁通量減小,在豎直方向上線圈有向上運動的趨勢,水平方向上有向右運動的趨勢,則A、D正確.【答案】AD模塊建構知識建構技能建構一、磁通量、磁通量的變化量的計算模塊建構知識建構技能建構 例1如圖所示,a、b、c三個閉合的線圈放在同一平面內,當a線圈中有電流通過時,它們的磁通量分別為a、b、c,則下列說法正確的是( )A.abbc C.accb 【名師點金】磁通量雖是標量,但有正負,計算時要考慮磁感線是穿進,還是穿出的.模塊建構知識建構技能建構

11、【規(guī)范全解】通電后a線圈相當于一條形磁鐵,其等效的N極垂直紙面向外,條形磁鐵內部的所有磁感線都通過a線圈,條形磁鐵外部的磁感線,一部分通過a、b線圈之間,一部分通過b、c線圈之間,還有一部分通過c線圈外面,線圈b、c的磁通量是進出磁感線的凈磁通,所以abc.【答案】B模塊建構知識建構技能建構(1)若磁感線沿相反方向通過同一平面,則磁通量在數值上等于正、反磁感線的代數和,這就是所謂的凈磁通.方法概述磁通量的計算要注意:模塊建構知識建構技能建構(2)當B與S間存在夾角時,要用有效的面積計算磁通量.所謂有效面積,是指面積在與磁感應強度B垂直的方向上的投影.變式訓練1如圖所示,ab是水平面上一個圓的直

12、徑,在過ab的豎直平面內有一根通電導線cd.已知cd平行于ab,當cd豎直向上平移時,電流的磁場穿過圓面積的磁通量將( )A.逐漸增大B.逐漸減小C.始終為零D.不為零,但保持不變模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】由于圓ab是關于過導線cd的豎直平面對稱,cd產生的磁場的磁感線只要穿進圓ab,就一定穿出圓ab,則圓的磁通量始終為零.【答案】C模塊建構知識建構技能建構 例2如圖所示,閉合矩形線圈abcd與長直導線MN在同一平面內,線圈的ab、dc兩邊與直導線平行,則導線中通正弦交流電線框向下平動線框向右平動線框以長直導線MN為軸轉動線框以ab為軸轉動線框以ad為軸轉動上述情況會產生感應電流的是

13、( )A.只有會產生 B.只有會產生C.只有會產生 D.都會產生二、電磁感應現(xiàn)象條件的探究【名師點金】磁通量 =BSsin ,當B、S或B與S夾角至少一個量發(fā)生變化,磁通量就可能變化,引起感應電流.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】導線中通正弦交流電和線框向右平動,引起磁場的變化,磁通量變化;線框以ab為軸轉動和以ad為軸轉動,既改變了磁場的大小,還改變了磁場與線框平面的夾角,引起磁通量變化;所以產生感應電流的有.【答案】B方法概述在分析電磁感應現(xiàn)象問題時要特別注意以下幾點:在一個閉合回路中不管它以哪種方式變化,只要穿過回路的磁通量發(fā)生變化,回路中就一定有感應電動勢產生;回路中產生了電動勢后

14、回路中是否有電流還要看回路是否閉合.模塊建構知識建構技能建構 例3如圖所示,甲、乙兩個矩形線圈同處在紙面內,甲的ab邊與乙的cd邊平行且靠得較近,甲、乙兩線圈分別處在垂直紙面方向的勻強磁場中,穿過甲的磁感應強度為B1,方向指向紙面內,穿過乙的磁感應強度為B2,方向指向紙面外,兩個磁場可同時變化,當發(fā)現(xiàn)ab邊和cd邊間有排斥力時,磁場的變化情況可能是( )A.B1變小,B2變大B.B1變大,B2變大三、楞次定律或右手定則的綜合應用模塊建構知識建構技能建構C.B1變小,B2變小D.B1不變,B2變小【名師點金】從“ab邊和cd邊間有排斥力”作為解題的切入點,得到電流方向關系,然后根據楞次定律分析.

15、模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】ab邊與cd邊有斥力,則兩邊通過的電流方向一定相反,由楞次定律可知,當B1變小,B2變大時,ab邊與cd邊中的電流方向相反.【答案】A方法概述楞次定律應用的基本思路可歸結為:“一原、二感、三電流”.明確閉合回路中引起感應電流的原磁場方向如何;確定原磁場穿過閉合回路中的磁通量如何變化(是增還是減);根據楞次定律確定感應電流磁場的方向;再利用安培定則,根據感應電流磁場的方向來確定感應的電流方向.模塊建構知識建構技能建構變式訓練2如圖所示,同一平面內的三條平行導線串有兩個電阻R和r,導體棒PQ與三條導線接觸良好;勻強磁場的方向垂直紙面向里.導體棒的電阻可忽略不計.

16、當導體棒向左滑動時,下列說法正確的是( )A.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由b到aB.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由b到a模塊建構知識建構技能建構C.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由a到bD.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由a到b模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】本題考查右手定則的運用.根據右手定則,可判斷PQ作為電源,Q端的電勢高,在PQcd回路中,電流為逆時針方向,即流過R的電流為由c到d;在電阻r的回路中,電流為順時針方向,即流過r的電流為由b到a.當然也可以用楞次定律,通過回路的磁通量的變化來判斷電流的方向.【答案】B模塊建構知識建構技能建構高考真

17、題1 (2008年高考海南物理卷)法拉第通過精心設計的一系列實驗,發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律,將歷史上認為各自獨立的學科“電學”與“磁學”聯(lián)系起來.在下面幾個典型的實驗設計思想中,所作的推論后來被實驗否定的是( )A.既然磁鐵可使近旁的鐵塊帶磁,靜電荷可使近旁的導體表面感應出電荷,那么靜止導線上的穩(wěn)恒電流也可在近旁靜止的線圈中感應出電流B.既然磁鐵可在近旁運動的導體中感應出電動勢,那么穩(wěn)恒電流也可在近旁運動的線圈中感應出電流C.既然運動的磁鐵可在近旁靜止的線圈中感應出電流,那么靜止的磁鐵也可在近旁運動的導體中感應出電動勢模塊建構知識建構技能建構【命題分析】電磁感應現(xiàn)象是物理主干知識點,物理學史是近幾年

18、高考熱點之一,兩點結合在一起考查,體現(xiàn)高考考查“重視基礎、重視學科思想”等命題思想.D.既然運動的磁鐵可在旁的導體中感應出電動勢,那么運動導線上的穩(wěn)恒電流也可在近旁的線圈中感應出電流模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】磁鐵可使近旁的鐵塊磁化帶磁,靜電荷可使近旁的導體引起靜電感應帶電,但靜止的穩(wěn)恒電流,其磁場不變,不會使靜止的線圈磁通量發(fā)生變化而產生感應電流,所以A項被實驗否定,答案應為A;除此之外,磁鐵可使運動的導體切割磁感線產生感應電動勢,穩(wěn)恒電流盡管磁場不變,但運動的線圈磁通量會變化,同樣運動導線上的穩(wěn)恒電流也會使線圈磁通量變化,綜上所述B、C、D都被實驗所證實是正確的.【答案】A【解析提

19、示】線圈中是否有感應電流,關鍵在于轉化為“磁通量變化”的分析判斷.模塊建構知識建構技能建構考向預測1 假如有一宇航員登月后,想探測一下月球表面是否有磁場,他手邊有一只靈敏電流表和一個小線圈,則下列推斷正確的是( )A.直接將電流表放于月球表面,看是否有示數來判斷磁場的有無B.將電流表與線圈組成閉合回路,使線圈沿某一方向運動,如電流表無示數,則可判斷月球表面無磁場C.將電流表與線圈組成閉合回路,使線圈沿某一方向運動,如電流表有示數,則可判斷月球表面有磁場D.將電流表與線圈組成閉合回路,使線圈在某一平面內沿各個方向運動,如電流表無示數,則可判斷月球表面無磁場模塊建構知識建構技能建構生改變時,回路中

20、有感應電流產生,A中即使有一個恒定的磁場,也不會有示數,A錯誤;同理,將電流表與線圈組成回路,使線圈沿某一方向運動,如電流表無示數,也不能判斷出沒有磁場,因為磁通量可能是恒定的,B錯誤;電流表有示數則說明一定有磁場,C正確;將電流表與線圈組成閉合回路,使線圈在某一個與磁場平行的平面內沿各個方向運動,也不會有示數,D錯誤.【答案】C【解析】電磁感應現(xiàn)象產生的條件是:穿過閉合回路的磁通量發(fā)模塊建構知識建構技能建構高考真題2 (2009年高考浙江理綜卷)如圖所示,在磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中,有一質量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質細桿懸掛在O點,并可繞O點擺動.

21、金屬線框從右側某一位置靜止開始釋放,在擺動到左側最高點的過程中,細桿和金屬框平面始終處于同一平面,且垂直紙面.則線框中感應電流的方向是( )A.abcdaB.dcbadC.先是dcbad,后是abcdaD.先是abcda,后是dcbad模塊建構知識建構技能建構【解析提示】運用楞次定律判定感應電流方向的重點需抓住“一個變化、二個磁場”:“一個變化”即磁通量的變化情況是增加還是減少;“二個磁場”即原磁場和感應磁場,根據楞次定律中的“阻礙”原則(即“增反減同”),確定兩磁場的方向關系,再運用安培定則判斷出感應電流方向.【命題分析】楞次定律是近年來高考的熱點之一,本題對學生的空間想象能力和分析推理能力

22、要求較高,區(qū)分度較好.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】金屬線框從右側某一位置靜止開始釋放,在擺動到豎直位置的過程中:磁場自abcd的右側面穿出,擺動過程中磁通量在減少,根據右手定則得電流的方向為dcbad;金屬線框豎直位置在擺動到左側最高點的過程中,根據右手定則不難得出感應電流的方向也為dcbad.【答案】B模塊建構知識建構技能建構考向預測2 (2011年上海金山期末)如圖所示,一根條形磁鐵從左向右靠近閉合金屬環(huán)的過程中,環(huán)中的感應電流(自左向右看)( )A.沿順時針方向B.先沿順時針方向后沿逆時針方向C.沿逆時針方向D.先沿逆時針方向后沿順時針方向模塊建構知識建構技能建構通量一直增加,根據楞次定律,環(huán)中的感應電流(自左向右看)為逆時針方向,C對.【答案】C【解析】條形磁鐵從左向右靠近閉合金屬環(huán)的過程中,向右的磁模塊建構知識建構技能建構