第十章電磁感應(yīng) 第1課時電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 磁通量1 定義 在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 有一塊磁感線方向的面積為S的平面 我們定義為通過這個面的磁通量 2 公式 3 單位 1Wb 4 磁通量是 填 矢量 或 標量 但磁通量有正 負之分 BS 垂直 1T m2 BS 標量 5 物理意義 相當于穿過某一面積的的條數(shù) 如圖所示 矩形abcd abb a a b cd的面積分別為S1 S2 S3 勻強磁場的磁感應(yīng)強度B與平面a b cd垂直 則 1 通過矩形abcd的磁通量為或 2 通過矩形a b cd的磁通量為 3 通過矩形abb a 的磁通量為 磁感線 BS1cos BS3 0 BS3 二 電磁感應(yīng)現(xiàn)象1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象當穿過閉合電路的磁通量時 電路中有產(chǎn)生的現(xiàn)象 2 產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩種情況 1 穿過閉合電路的磁通量 2 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割 發(fā)生變化 感應(yīng)電流 發(fā)生變化 磁感線運動 磁感應(yīng)強度 磁場的有效面積 磁通量 線圈的面積 磁感應(yīng)強度 磁通量 3 產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)實質(zhì)是產(chǎn)生 如果回路閉合則產(chǎn)生 如果回路不閉合 則只有 而無 4 如圖所示 能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電流 感應(yīng)電流 B 三 楞次定律 如圖所示 矩形線圈abcd勻速通過一較寬的磁場區(qū)域 1 用楞次定律判斷 線圈進入磁場時的感應(yīng)電流方向為方向 離開磁場時的感應(yīng)電流方向為方向 2 用右手定則判斷 線圈經(jīng)過左邊界時 ab邊的電流方向為由指向 離開右邊界時 ab邊的電流方向為由指向 逆時針 順時針 b a a b 自主檢測 1 思考判斷 1 磁通量是矢量 有正 負之分 2 閉合電路內(nèi)只要有磁通量 就有感應(yīng)電流產(chǎn)生 3 當導(dǎo)體切割磁感線運動時 導(dǎo)體中一定產(chǎn)生感應(yīng)電流 4 穿過線圈的磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān) 5 感應(yīng)電流的磁場總是與原磁場方向相反 答案 1 2 3 4 5 2 2018 蕪湖校級模擬 關(guān)于電磁感應(yīng) 下列說法正確的是 A 有電必有磁 有磁必生電B 電磁感應(yīng)過程可以使其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能C 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 使人類社會進入了機械化大生產(chǎn)時代D 電壓表和電流表都是利用電磁感應(yīng)原理工作的 B 解析 有電必有磁 但是有磁未必能生電 選項A錯誤 電磁感應(yīng)過程可以使其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 選項B正確 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 使人類社會進入了電氣化時代 故C錯誤 兩種電表的工作原理都是通電線圈在磁場中會發(fā)生轉(zhuǎn)動 故D錯誤 3 2018 南昌東湖區(qū)模擬 從奧斯特發(fā)現(xiàn)電流周圍存在磁場后 法拉第堅信磁一定能生電 他使用如圖所示的裝置進行實驗研究 其中線圈A中接入電源產(chǎn)生磁場 線圈B與電流表連接 但經(jīng)過了6年多的探究都沒發(fā)現(xiàn) 磁生電 主要原因是 A 線圈A中的電流較小 產(chǎn)生的磁場不夠強B 線圈A中的電流是恒定電流 不會產(chǎn)生磁場C 線圈B中的匝數(shù)較少 產(chǎn)生的電流很小D 線圈A中的電流是恒定電流 產(chǎn)生穩(wěn)恒磁場 D 解析 線圈A中的電流發(fā)生變化時 穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化 電流表G中產(chǎn)生感應(yīng)電流 線圈A中的電流是恒定電流 產(chǎn)生穩(wěn)恒磁場 穿過線圈B的磁通量不發(fā)生變化 電流表G中沒有感應(yīng)電流 故D正確 A B C錯誤 核心探究分類探究 各個擊破 考點一電磁感應(yīng)現(xiàn)象的判斷 1 引起磁通量 變化的常見情況 1 電路中部分導(dǎo)線做切割磁感線運動或回路面積S變化導(dǎo)致 變化 2 回路中磁感應(yīng)強度B隨時間或位置發(fā)生變化導(dǎo)致 變化 3 線圈在磁場中轉(zhuǎn)動 B與S的夾角發(fā)生變化 或B S都變化后 其乘積BS發(fā)生變化 導(dǎo)致 變化 2 常見的產(chǎn)生感應(yīng)電流的三種情況 典例1 2018 長沙校級模擬 多選 如圖為 研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象 的實驗裝置 如果在A線圈插入B線圈后保持不動 閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)電流表的指針向右偏了一下 那么閉合開關(guān)后 下列情況下電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況是 A 將A線圈迅速從B線圈中拔出時 指針向左偏轉(zhuǎn)一下B 保持開關(guān)閉合狀態(tài)時 指針一直偏在零點右側(cè)C 滑動變阻器觸頭迅速向左滑動時 指針向右偏轉(zhuǎn)一下D 將A線圈內(nèi)鐵芯C快速拔出時 指針向左偏轉(zhuǎn)一下 AD 核心點撥 1 本題產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是B線圈內(nèi)磁場發(fā)生變化 2 在A線圈插入B線圈后保持不動 閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)電流表的指針向右偏了一下 說明B線圈內(nèi)磁場增強 電流表指針右偏 反之磁場減弱時 電流表指針應(yīng)左偏 解析 由題意知 當開關(guān)閉合時 回路中的電流增加 電流產(chǎn)生的磁場增大 穿過線圈B的磁通量增加 電流表的指針向右偏轉(zhuǎn) 若原磁場減小 穿過回路的磁通量減小 電流表的指針向左偏轉(zhuǎn) 若將A線圈迅速從B線圈中拔出 磁通量減小 故指針左偏 A對 若保持開關(guān)閉合狀態(tài)時 回路中無磁通量的變化 指針一直指向零 B錯 若將變阻器的觸頭迅速左移 回路中的電阻增加 電流減小 故磁場減弱 磁通量變小 電流表的指針左偏 C錯 將A線圈內(nèi)鐵芯C快速拔出時 磁通量減小 指針左偏 D對 題后反思電磁感應(yīng)現(xiàn)象是否發(fā)生判斷流程 多維訓(xùn)練 1 導(dǎo)學(xué)號58826203 面積變化引起的感應(yīng)電流 2018 鹽城校級模擬 如圖所示 開始時矩形線圈與磁場垂直 且一半在勻強磁場內(nèi) 磁場邊界MN為ab dc的中點連線 若要使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流 下列方法可行的是 A 將線圈沿紙面向上平移B 以ad為軸 從圖示位置轉(zhuǎn)過60 過程C 以bc為軸 從圖示位置轉(zhuǎn)過60 過程D 將線圈垂直于紙面向內(nèi)運動 B 解析 將線圈向上平移 磁通量不變 故無感應(yīng)電流產(chǎn)生 故A錯誤 以ad為軸轉(zhuǎn)動 小于60 磁通量減小 有感應(yīng)電流產(chǎn)生 故B正確 以bc為軸轉(zhuǎn)動 小于60 磁通量不變 沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生 故C錯誤 線框垂直于紙面向里運動 磁通量不變 沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生 故D錯誤 2 磁場變化產(chǎn)生感應(yīng)電流 2016 江蘇卷 6 多選 電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示 磁體附近的金屬弦被磁化 因此弦振動時 在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音 下列說法正確的有 A 選用銅質(zhì)弦 電吉他仍能正常工作B 取走磁體 電吉他將不能正常工作C 增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動勢D 弦振動過程中 線圈中的電流方向不斷變化 BCD 解析 因銅質(zhì)弦不能被磁化 故銅質(zhì)弦不能使電吉他正常工作 故選項A錯誤 若取走磁體 弦的振動無法通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號 音箱不能發(fā)聲 選項B正確 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知 增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動勢 選項C正確 弦振動過程中 通過線圈的磁通量發(fā)生變化 所以電流方向不斷變化 選項D正確 考點二楞次定律的理解及應(yīng)用 1 楞次定律中 阻礙 的含義 感應(yīng)電流的磁通量阻礙引起感應(yīng)電流的磁場 原磁場 的磁通量的變化 阻礙的是磁通量的變化 而不是阻礙磁通量本身 當磁通量增加時 感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場的方向相反 當磁通量減少時 感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場的方向相同 即 增反減同 阻礙效果 阻礙并不是阻止 只是延緩了磁通量的變化 這種變化將繼續(xù)進行 2 楞次定律的推廣應(yīng)用楞次定律中 阻礙 的主要表現(xiàn)形式 1 阻礙原磁通量的變化 增反減同 2 阻礙相對運動 來拒去留 3 線圈面積變化趨勢 增縮減擴 4 阻礙原電流的變化 增反減同 B A 順時針 向左B 逆時針 向右C 順時針 向右D 逆時針 向左 核心點撥 1 直導(dǎo)線中電流的變化引起導(dǎo)線周圍磁場的變化 進而引起線框內(nèi)磁通量的變化 而產(chǎn)生感應(yīng)電流 2 線框中左 右兩邊所處直線電流的磁場強弱不同 方法總結(jié)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的 四步法 多維訓(xùn)練 1 增反減同 2018 安徽巢湖四校聯(lián)考 多選 如圖所示 通電螺線管N置于閉合金屬環(huán)M的軸線上 當N中的電流突然減小 則 A 環(huán)M有縮小的趨勢B 環(huán)M有擴張的趨勢C 螺線管N有縮短的趨勢D 螺線管N有伸長的趨勢 AD 解析 對通電螺線管 當通入的電流突然減小時 螺線管每匝間的相互吸引力也減少 所以匝間距增大 C錯誤 D正確 對金屬環(huán) 穿過的磁通量也隨之減少 只有減小面積才能阻礙磁通量的減少 金屬環(huán)有縮小的趨勢 A正確 B錯誤 2 增縮減擴 2018 廣東中山模擬 多選 如圖所示 在水平面上有一固定的U形金屬框架 框架上置一金屬桿ab 在垂直紙面方向有一勻強磁場 下面情況可能的是 A 若磁場方向垂直紙面向上 并且磁感應(yīng)強度增大時 桿ab將向右移動B 若磁場方向垂直紙面向上 并且磁感應(yīng)強度減小時 桿ab將向右移動C 若磁場方向垂直紙面向下 并且磁感應(yīng)強度增大時 桿ab將向右移動D 若磁場方向垂直紙面向下 并且磁感應(yīng)強度減小時 桿ab將向右移動 BD 解析 無論磁場方向垂直紙面向下還是向上 從阻礙面積變化的角度考慮 磁感應(yīng)強度增大 桿ab就左移 磁感應(yīng)強度減小 桿ab就右移 故選B D 3 導(dǎo)學(xué)號58826204 來拒去留 2018 安徽蚌埠模擬 如圖所示 粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈 當一豎直放置的通有恒定電流的螺線管沿線圈中線AB正上方水平快速通過時 若線圈始終不動 則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向的運動趨勢 下列說法中正確的是 A FN先小于mg后大于mg 運動趨勢向左B FN先大于mg后小于mg 運動趨勢先向右后向左C FN先小于mg后大于mg 運動趨勢先向左后向右D FN先大于mg后小于mg 運動趨勢向右 D 解析 通電螺線管從線圈正上方快速通過時 通過線圈的磁通量先增大后減小 當通過線圈磁通量增大時 為阻礙其增大 在豎直方向上線圈有向下運動的趨勢 所以線圈受到的支持力大于其重力 在水平方向上線圈有向右運動的趨勢 當通過線圈的磁通量減小時 為阻礙其減小 在豎直方向上線圈有向上運動的趨勢 所以線圈受到的支持力小于其重力 在水平方向上線圈有向右運動的趨勢 綜上所述 線圈所受到的支持力先大于重力后小于重力 運動趨勢總是向右 D正確 考點三三定則一定律的綜合應(yīng)用 三個定則 一個定律 的應(yīng)用對比 典例3 多選 如圖所示的水平裝置中 cd桿原來靜止 當ab桿做如下哪些運動時 cd桿將向右移動 c點電勢比d電勢高 A 向右勻速運動B 向右加速運動C 向左加速運動D 向左減速運動 BD 核心點撥 1 由于ab桿在外力作用下切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流 只有L1中磁場變化 L2中才能產(chǎn)生感應(yīng)電流 2 cd桿在安培力作用下向右運動 解析 若ab勻速運動時 ab中感應(yīng)電流恒定 L1中磁通量不變 穿過L2的磁通量不變 L2中無感應(yīng)電流產(chǎn)生 cd保持靜止 A錯誤 ab向右加速運動時 由右手定則可知ab桿中電流方向為a b 且電流變大 由安培定則得L2中的磁通量向下增大 根據(jù)楞次定律 通過cd的電流方向向下 c端電勢比d端高 由左手定則可知cd向右移動 B正確 同理可得C錯誤 D正確 方法總結(jié)電磁感應(yīng)電路中任意兩點電勢高低的判斷在比較電磁感應(yīng)電路中任意兩點電勢高低時 一定要明確是 電源 還是 外電路 的兩點 對于電源 其電流方向從電源負極流向正極 正電荷 移向哪點 哪點電勢高 多維訓(xùn)練 1 電生動 類問題 2018 合肥校級模擬 如圖所示 固定在水平面內(nèi)的兩光滑平行金屬導(dǎo)軌M N 兩根導(dǎo)體棒P Q平行放于導(dǎo)軌上 形成一個閉合回路 當一條形磁鐵從高處下落接近回路時 A P Q將互相靠攏B P Q將互相遠離C 磁鐵的加速度仍為gD 磁鐵的加速度大于g A 解析 當一條形磁鐵從高處下落接近回路時 穿過回路的磁通量增加 根據(jù)楞次定律 感應(yīng)電流的磁場總是阻礙磁通量的變化 可知 P Q將互相靠攏 回路的面積減小一點 使穿過回路的磁場減小一點 起到阻礙原磁通量增加的作用 故A正確 B錯誤 由于磁鐵受到向上的安培力作用 所以合力小于重力 磁鐵的加速度一定小于g 故C D錯誤 2 導(dǎo)學(xué)號58826205 動生電 和 電生動 綜合類問題 2018 浙江金華模擬 如圖所示 在兩個沿豎直方向的勻強磁場中 分別放入兩個完全一樣的水平金屬圓盤a和b 它們可以繞豎直軸自由轉(zhuǎn)動 用導(dǎo)線通過電刷把它們相連 當圓盤a轉(zhuǎn)動時 A 圓盤b總是與a沿相同方向轉(zhuǎn)動B 圓盤b總是與a沿相反方向轉(zhuǎn)動C 若B1 B2同向 則a b轉(zhuǎn)向相同D 若B1 B2反向 則a b轉(zhuǎn)向相同 D 解析 當圓盤a轉(zhuǎn)動時 由于切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流 該電流流入b盤中 在磁場中由于受安培力b盤會轉(zhuǎn)動 但若不知B1 B2的方向關(guān)系 則b盤與a盤的轉(zhuǎn)向關(guān)系將無法確定 故A B錯 設(shè)B1 B2同向且向上 a盤逆時針轉(zhuǎn)動 則由右手定則可知a盤中的感應(yīng)電流由a a 由左手定則可知 b盤受力將順時針轉(zhuǎn)動 故C錯 同理可判定D項正確 演練提升真題體驗 強化提升 高考模擬 1 楞次定律的推廣應(yīng)用 2017 全國 卷 18 掃描隧道顯微鏡 STM 可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌 為了有效隔離外界振動對STM的擾動 在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板 并施加磁場來快速衰減其微小振動 如圖所示 無擾動時 按下列四種方案對紫銅薄板施加恒定磁場 出現(xiàn)擾動后 對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是 A 解析 紫銅薄板上下振動時 方案B C D中穿過薄板的磁通量不發(fā)生變化 沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生 方案A中 無論是上下還是左右振動 薄板中的磁通量都會發(fā)生變化 產(chǎn)生的感應(yīng)電流會阻礙紫銅薄板上下及其左右振動 達到衰減的效果 選項A正確 2 楞次定律的理解 2017 全國 卷 15 如圖 在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導(dǎo)軌 導(dǎo)軌平面與磁場垂直 金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS 一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi) 線框與導(dǎo)軌共面 現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動 在運動開始的瞬間 關(guān)于感應(yīng)電流的方向 下列說法正確的是 A PQRS中沿順時針方向 T中沿逆時針方向B PQRS中沿順時針方向 T中沿順時針方向C PQRS中沿逆時針方向 T中沿逆時針方向D PQRS中沿逆時針方向 T中沿順時針方向 D 解析 在PQRS回路中 金屬桿PQ向右運動切割磁感線 由右手定則得PQRS回路中感應(yīng)電流沿逆時針方向 該電流在PQRS回路內(nèi)部產(chǎn)生向外的磁場 使圓環(huán)形線框T內(nèi)向里的磁通量減小 由楞次定律知 線框T中感應(yīng)電流方向為順時針方向 選項A B C錯誤 D正確 3 楞次定律的應(yīng)用 2016 上海卷 5 磁鐵在線圈中心上方開始運動時 線圈中產(chǎn)生如圖方向的感應(yīng)電流 則磁鐵 A 向上運動B 向下運動C 向左運動D 向右運動 B 解析 從圖示可以看出磁鐵提供的穿過線圈原磁場的磁通量方向向下 由安培定則可知線圈中感應(yīng)電流的磁場方向向上 即兩個磁場的方向相反 則由楞次定律可知原磁場通過線圈的磁通量的大小在增加 B正確 故選B 4 楞次定律的綜合應(yīng)用 2017 海南卷 10 多選 如圖 空間中存在一勻強磁場區(qū)域 磁場方向與豎直面 紙面 垂直 磁場的上 下邊界 虛線 均為水平面 紙面內(nèi)磁場上方有一個正方形導(dǎo)線框abcd 其上 下兩邊均與磁場邊界平行 邊長小于磁場上 下邊界的間距 若線框自由下落 從ab邊進入磁場時開始 直至ab邊到達磁場下邊界為止 線框下落的速度大小可能 A 始終減小B 始終不變C 始終增加D 先減小后增加 CD 解析 導(dǎo)線框開始做自由落體運動 ab邊以一定的速度進入磁場 ab邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流 根據(jù)左手定則可知ab邊受到向上的安培力 當安培力大于重力時 線框做減速運動 當線框完全進入磁場后 線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流 此時只受重力 做加速運動 故先減速后加速 故A錯誤 D正確 當ab邊進入磁場后安培力等于重力時 線框做勻速運動 當線框完全進入磁場后 線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流 此時只受重力 做加速運動 故先勻速后加速 故B錯誤 當ab邊進入磁場后安培力小于重力時 線框做加速運動 當線框完全進入磁場后 線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流 此時只受重力 做加速度增大的加速運動 故C正確 拓展增分 利用程序法和逆向推理法分析二次感應(yīng)問題在二次感應(yīng)現(xiàn)象中 程序法 和 逆向推理法 的選擇1 如果要判斷二次感應(yīng)后的現(xiàn)象或結(jié)果 選擇程序法 2 如果已知二次感應(yīng)后的結(jié)果 要判斷導(dǎo)體棒的運動情況或磁場的變化 需選擇逆向推理法 1 程序法 正向推理法 示例1 多選 如圖所示 水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ MN MN的左邊有一閉合電路 當PQ在外力的作用下運動時 MN向右運動 則PQ所做的運動可能是 A 向右加速運動B 向左加速運動C 向右減速運動D 向左減速運動 BC 2 逆向推理法 示例2 2017 江西南昌模擬 如圖所示 繞在鐵芯上的線圈與電源 滑動變阻器和開關(guān)組成閉合回路 在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A 不計鐵芯和銅環(huán)A之間的摩擦 則下列情況中銅環(huán)A會向右運動的是 A 線圈中通以恒定的電流B 通電時 使滑動變阻器的滑片P向右勻速移動C 通電時 使滑動變阻器的滑片P向左加速移動D 開關(guān)突然斷開的瞬間 C 解析 銅環(huán)A向右運動 說明穿過A的磁通量在增加 繞在鐵芯上的線圈中的電流在增大 選項C正確