电磁感应 第一节 电磁感应现象 感应电流的方向

*,Copyright,by ARTCOM PT All rights reserved.,Company,Logo,Copyright,by ARTCOM PT All rights reserved.,Company,Logo,第一节电磁感应现象感应电流的方向,第九章 电磁感应,知识梳理与自测,一、磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率,1,磁通量,(1),定义：磁感应强度,B,与,_,于磁,场方向的面积,S,的,_,叫做穿过这,个面积的磁通量,垂直,乘积,(2),定义式：,_,，式中的面积,S,指的是垂直于匀强磁场方向的面积；若面积,S,与磁感应强度,B,的夹角为,，则,_,.,(3),国际单位：,_,，符号,_,.,(4),物理意义：磁通量反映穿过某一面积的磁感线条数的,_,BS,BS,sin,韦伯,Wb,多少,2,磁通量的变化量,磁通量的变化量,_,，与感应电动势的大小无必然联系,3,磁通量的变化率,/,t,磁通量的变化率为,_,时间内磁通量的变化量，表示磁通量变化的,_,|,2,1,|,单位,快慢,思考感悟,1,穿过一个平面的磁通量大，是否磁通量的变化量和变化率也一定大？,反之，穿过一个平面的磁通量的变化率大，磁通量和磁通量的变化量是否也一定大？,【,提示,】,穿过一个平面的磁通量大，磁通量的变化量不一定大，磁通量的变化率也不一定大；穿过一个平面的磁通量的变化率大，磁通量和磁通量的变化量都不一定大以上三个量的区别类似于速度、速度变化量和速度的变化率三者的区别,二、电磁感应,1,利用磁场产生电流的现象叫做,_,，产生的电流叫做,_,2,要产生感应电流必须满足两个条件：,(1),回路,_,；,(2),磁通量,_,当存在多个回路时，只要,_,闭合回路中的磁通量发生改变，都会产生感应电流,电磁感应,感应电流,闭合,发生变化,任一,3,感应电流与感应电动势的关系：在电磁感应现象中产生的是感应电动势，若回路是,_,的，则有感应电流产,生；若回路,_,，则只产生感应电,动势，而无感应电流产生在闭合回,路中，产生感应电动势的部分是,_,，其余部分则为外电路,闭合,不闭合,电源,三、右手定则、楞次定律,1,右手定则：伸开右手，让大拇指跟其余四个手指,_,，并且都跟手掌在同一个,_,内，让磁感线,_,穿过手,心，拇指指向导体,_,的方向，其余四指所指的方向就是,_,的方向，如图,9,1,1,所示,垂直,平面,垂直,运动,感应电流,图,9,1,1,2,楞次定律,(1),楞次定律的内容：感应电流的磁场总要,_,引起感应电流的,_,的变化,(2),楞次定律的适用范围：适用于所有电磁感应的情形,阻碍,磁通量,思考感悟,2,在判断感应电流的方向时，右手定则和楞次定律一致吗？,【,提示,】,楞次定律与右手定则：一,般与特殊的关系，可交叉使用，互为检,验，灵活应用当闭合电路中磁通量的变化量是由导体切割磁感线而引起的，,感应电流的方向优先用右手定则判定，而变化的磁场产生感应电流的方向用楞次定律判定较简便,一、正确区分磁通量,、磁通量的变化量,、磁通量的变化率,1,三者的区别,考点剖析与方法,物理量,单位,物理意义,磁通量,Wb,表示某时刻或某位置穿过某一面积的磁感线条数的多少,磁通量的变化量,Wb,表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少,(,单选,),如图,9,1,2,所示，四面体,OABC,处在沿,Ox,方向的匀强磁场中，下列关于磁场穿过各个面的磁通量的说法中不正确的是,(,),例,1,图,9,1,2,A,穿过,AOB,面的磁通量为,0,B,穿过,ABC,面和,BOC,面的磁通量相等,C,穿过,AOC,面的磁通量为,0,D,穿过,ABC,面的磁通量大于穿过,BOC,面的磁通量,【,解析,】,因磁场是沿,Ox,方向，,则有效面积为四面体的,OBC,面的面积；依题意，此题中,A,、,B,、,C,的说法都,是正确的,【,答案,】,D,变式训练,1,(,单选,),在水平面上有一个不规则的多边形导线框，面积为,S,20 cm,2,，在竖直方向加如图,9,1,3,所示的磁场，以向上为正方向，则下列说法正确的是,(,),图,9,1,3,A,前,2 s,内穿过线框的磁通量的变化量为,0,B,前,1 s,内穿过线框的磁通量的变化量为,30 Wb,C,第二个,1 s,内穿过线框的磁通量的变化量为,3,10,3,Wb,D,第二个,1 s,内穿过线框的磁通量的变化量为,1,10,3,Wb,解析：选,C.,刚开始时磁感应强度为,1.5 T,，竖直向上，在,1 s,内均匀减小到零，第,2 s,内继续减小到,1.5 T,，因此前,2 s,磁通量的变化量为,|,B,2,S,B,1,S,|,6,10,3,Wb,；前,1 s,及第一个,1 s,内和第二个,1 s,内磁通量的变化量都为,3,10,3,Wb.,选项,A,的错误在于忽视了磁通量的正负号选项,B,、,D,计算出错，故选项,C,正确,3,对感应电流产生条件的认识,产生感应电流的条件是：穿过闭合导体回路的磁通量发生变化应强调的两点,是：,(1),回路必须闭合，如果回路不闭,合，则不产生感应电流；,(2),回路的磁通量一定发生变化由于磁通量,BS,sin,，决定于穿过闭合导体回路的,磁,感应强度,B,、线圈面积,S,及线圈所在平面与磁场方向的夹角,，因此判断闭合导体回路中是否产生感应电流可以,从,B,、,S,、,是否发生变化进行分析就,可以了,(,单选,),如图,9,1,4,所示，开始时矩形线框平面与磁场方向垂直，且一半在匀强磁场内，另一半在磁场外，若要使线框产生感应电流，下列方法不可行的是,(,),例,2,图,9,1,4,A,将线框向左拉出磁场,B,以,ad,为轴转动,C,以,ab,边为轴转动,(,转过角度小于,60),D,以,cd,边为轴转动,(,转过角度小于,60),【,思路点拨,】,解答此题关键是看线框内磁通量是否发生改变，若变则有，不变则无,【,解析,】,将线框向左拉出磁场的过程中，线框,cd,部分做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量减小，所以线框中产生感应电流，故,A,正确；当线框以,ad,边为轴转动时，线框的,bc,边的右半段在做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中,产生感应电流，故,B,正确；当线框以,ab,边为轴转动,(,小于,60),时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流，故,C,正确，如果转过的角度超过,60(60,300),，,cd,边将进入无磁场区，那么线框中不产生感应电流；当线框以,cd,边为轴转动时，如,果转动的角度小于,60,，则穿过线框的磁通量始终保持不变，故,D,是不可,行的,【,答案,】,D,【,规律总结,】,是否产生感应电流关,键是看闭合回路中的磁通量是否发生,变化关于磁通量的变化主要有以下几种情况：闭合电路的部分导线做切割磁感线运动，导致磁通量变化；线圈在磁场中转动导致磁通量变化；磁感应强度变化,(,随时间变化或随位置变化,),导致磁通量变化,2,(,单选,)(2012,潮汕两市名校高三联考,),恒定的匀强磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向，要使线圈中能产生感应电流，线圈在磁场中应做,(,),变式训练,A,线圈沿自身所在的平面做匀速运动,B,线圈沿自身所在的平面做匀加速运动,C,线圈绕任意一条直径转动,D,线圈沿磁场方向平行移动,解析：选,C.,要使线圈中产生感应电流，必须使线圈中的磁通量发生变化，,A,、,B,、,D,三种情况中，线圈中的磁通量均不变，,C,情况中，线圈中的磁通量周期性变化，在线圈中产生电流,二、楞次定律的理解及应用,1,楞次定律中,“,阻碍,”,的含义,2,楞次定律的应用步骤,3,楞次定律与右手定则的比较,特别提醒：,(,1,),“,阻碍,”,并不等于,“,相,反,”,在理解楞次定律时，有些同学错误地把,“,阻碍,”,作用认为感应电流产生的磁场和原磁场的方向相反,.,事实上，它们可能同向，也可能反向，要根据磁通量的变化情况作出判断,.,(,2,),“,阻碍,”,不等于,“,阻止,”,感应电流产生的磁场阻碍原磁场的磁通量的变化，但不能阻,止，最后该增加的仍增加，该减少的仍减少，只不过增加或减少变慢了，阻碍只是延缓其变化,.,(,3,),楞次定律的实质是能量的转化和守恒，感应电流的磁场阻碍磁通量变化的过程，是其他形式的能转化为电能的过程,.,(,单选,)(2012,江门质检,),如图,9,1,5,所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻,R,和,r,，导体棒,PQ,与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里导体棒的电阻可忽略当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是,(,),例,3,图,9,1,5,A,流过,R,的电流为由,d,到,c,，流过,r,的电流为由,b,到,a,B,流过,R,的电流为由,c,到,d,，流过,r,的电流为由,b,到,a,C,流过,R,的电流为由,d,到,c,，流过,r,的电流为由,a,到,b,D,流过,R,的电流为由,c,到,d,，流过,r,的电流为由,a,到,b,【,思路点拨,】,本题判断感应电流方向既可根据切割方式应用右手定则，又可根据磁通量的变化应用楞次定律,【,解析,】,法一：根据右手定则，可判断,PQ,作为电源，,Q,端电势高，在,PQcd,回路中，电流为逆时针方向，即流过,R,的电流为由,c,到,d,，在电阻,r,的回路中，电流为顺时针方向，即流过,r,的电流为由,b,到,a,.,法二：根据楞次定律，由题图可知，导体棒,PQ,与三条导线连结成了两个闭合回路，一个是,R,所在回路,(,PQcd,),，另一个是,r,所在回路,(,Qab,),当导体棒向左滑动时，穿过,PQcd,回路中垂直纸面向里的磁通量增加,(,面积增大,),，由楞次定律可以判断知，在该回路中会产生逆时针,方向的感应电流，即流过,R,的电流为由,c,到,d,.,同时，穿过,Qab,回路中垂直纸面向里的磁通量减少,(,面积减小,),，由楞次定律可以判断知，在该回路中会产生顺时针方向的感应电流，即流过,r,的电流为由,b,到,a,，故,B,选项正确,【,答案,】,B,【,规律总结,】,运用楞次定律判断感应电流的方向可归结为：,“,一原，二感，三电流,”,即：,明确原磁场；,确定感应电流的磁场；,判定感应电流的方向,3,(,单选,)(2012,福建莆田质检,),如图,9,1,6,所示，光滑金属导轨框架,MON,竖直放置，水平方向的匀强磁场垂直,MON,平面金属棒,ab,从,abO,60,位置由静止释放在重力的作用下，棒,ab,的两端沿框架滑动在棒,ab,由图示位置滑动到水平位置的过程中，棒,变式训练,ab,中感应电流的方向是,(,),A,始终由,a,到,b,B,始终由,b,到,a,C,先由,a,到,b,，,再由,b,到,a,D,先由,b,到,a,， 图,9,1,6,再由,a,到,b,解析：选,D.,由题意知当棒,ab,与,ON,夹角为,45,时，三角形,Oab,面积最大，此时闭合回路的磁通量最大，故穿过闭合回路的磁通量应是先增大后减小，由楞次定律可知电流方向为先由,b,到,a,，再由,a,到,b,，故,D,项正确,4,楞次定律的推广,对楞次定律中,“,阻碍,”,的含义可以推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因：,(1),阻碍原磁通量的变化,“,增反减,同,”,；,(2),阻碍相对运动,“,来拒去留,”,；,(3),使线圈面积有扩大或缩小的趋势,“,增缩减扩,”,；,(4),阻碍原电流的变化,(,自感现象,),“,增反减同,”,(,单选,),一长直铁芯上绕有一固定线圈,M,，铁芯右端与一木质圆柱密,接，木质圆柱上套有一闭合金属环,N,，,N,可在木质圆柱上无摩擦移动,M,连接在如图,9,1,7,所示的电路中，其中,R,为滑动变阻器，,E,1,和,E,2,为直流电源，,S,为单刀双掷开关下列情况中，可观测到,N,向左运动的是,(,),例,4,图,9,1,7,A,在,S,断开的情况下，,S,向,a,闭合的瞬间,B,在,S,断开的情况下，,S,向,b,闭合的瞬间,C,在,S,已向,a,闭合的情况下，将,R,的滑动头向,c,端移动时,D,在,S,已向,a,闭合的情况下，将,R,的滑动头向,d,端移动时,【,思路点拨,】,解决此题思考以下两点：,(1),N,向左运动的原因是什么？,(2),怎样才能引起,N,环中磁通量的增大或减小？,【,解析,】,由楞次定律及左手定则可知：只要线圈中电流增强，即穿过,N,的磁通量增加，则,N,受排斥而向右移动只要线圈中电流减弱，即穿过,N,的磁通量减少，则,N,受吸引而向左移动故,C,选项正确,【,答案,】,C,变式训练,4,(,单选,),如图,9,1,8,所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁铁，当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是,(,),图,9,1,8,A,铝环有收缩趋势，对桌面压力减小,B,铝环有收缩趋势，对桌面压力增大,C,铝环有扩张趋势，对桌面压力减小,D,铝环有扩张趋势，对桌面压力增大,解析：选,B.,磁铁向下运动，线圈中的磁通量增加，线圈只有缩小、向下才能阻碍磁通量的增加,三、楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的综合应用,1,规律比较,基本现象,应用的定则或定律,运动电荷、电流产生磁场,安培定则,磁场对运动电荷、电流有作用力,左手定则,基本现象,应用的定则或定律,电磁感应,部分导体做切割磁感线运动,右手定则,穿过闭合回路的磁通量变化,楞次定律,2.,应用区别,关键是抓住因果关系：,(1),因电而生磁,(,I,B,),安培定则；,(2),因动而生电,(,v,、,B,I,安,),右手定则；,(3),因电而受力,(,I,、,B,F,安,),左手定则,3,相互联系,(1),应用楞次定律时，必然要用到安培定则,(2),感应电流受到的安培力，有时可以先用右手定则确定电流方向，再用左手定则确定安培力的方向，有时可以直接应用楞次定律的推论确定,(,双选,)(2012,佛山六校联考,),如图,9,1,9,所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经标出左线圈连着平行导轨,M,和,N,，导轨电阻不,计，在导轨垂直方向上放着金属棒,ab,，金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁,场中下列说法中正确的是,(,),例,5,A,当金属棒,ab,向右匀速运动时，,a,点电势高于,b,点，,c,点电势高于,d,点,B,当金属棒,ab,向右匀速运动时，,b,点电势高于,a,点，,c,点与,d,点等电势,C,当金属棒,ab,向右加速运动时，,b,点电势高于,a,点，,c,点电势高于,d,点,D,当金属棒,ab,向右加速运动时，,b,点电势高于,a,点，,d,点电势高于,c,点,图,9,1,9,【,解析,】,当金属棒向右匀速运动而切割磁感线时，金属棒产生恒定感应电动,势，由右手定则判断电流方向由,a,b,.,根据电流从电源,(,ab,相当于电源,),正极流出沿外电路回到电源负极的特点，可以判断,b,点电势高于,a,点又左线圈中的感应电动势恒定，则感应电流也恒定，所,以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流,当,ab,向右做加速运动时，由右手定则可推断,b,a,，电流沿逆时针方向，又由,E,BL,v,可知,ab,导体两端的,E,不断增大，那么左边电路中的感应电流也不断增,大，由安培定则可判断它在铁芯中的,磁感线方向是沿逆时针方向的，并且,场强不断增强，所以右边电路的线,圈中的向上的磁通量不断增加由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针，而在右线圈形成的电路中，感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上把这个线圈看做,电源，由于电流是从,c,沿内电路,(,即右线圈,),流向,d,，所以,d,点电势高于,c,点,【,答案,】,BD,变式训练,5,(,双选,)(2012,广州调研,),如图,9,1,10,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,，当,PQ,在外力作用下运动时，,MN,在磁场力作用下向右运动，则,PQ,所做的运动可能是,(,),A,向右匀加速运动,B,向左匀加速运动,C,向右匀减速运动,D,向左匀减速运动,图,9,1,10,解析：选,BC.,MN,棒中有感应电流，受安培力作用而向右运动，由左手定则可判断出,MN,中电流的方向是由,M,流至,N,，此电流在,L,1,中产生磁场的方向是向上的,若,PQ,向右运动，由右手定则及安培定则可知,L,2,产生的磁场的方向也是向上的由于,L,1,产生的磁场方向与,L,2,产生的磁场的方向相同，可知,L,2,产生的磁场的磁通,量是减少的，故,PQ,棒做的是向右的减速运动，,C,是可能的,若,PQ,棒向左运动，则它产生的感应电流在,L,2,中产生的磁场是向下的，与,L,1,产生的磁场方向是相反的，由楞次定律可知,L,2,中的磁场是增强的，故,PQ,棒做的是向左的加速运动，,B,是可能的,楞次定律的拓展应用,热点示例与挑战,(,双选,),如图,9,1,11,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，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时,(,),例,图,9,1,11,A,P,、,Q,将互相靠拢,B,P,、,Q,将互相远离,C,磁铁的加速度仍为,g,D,磁铁的加速度小于,g,【,解析,】,法一：根据楞次定律的另一表述：感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因本题中,“,原因,”,是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，,“,效果,”,便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近所以，,P,、,Q,将互相靠近且磁铁的加速度小于,g,，应选,A,、,D.,法二：设磁铁下端为,N,极，如图,9,1,12,所示，根据楞次定律可判断出,P,、,Q,中的感应电流方向，根据左手定则可判断,P,、,Q,所受安培力的方向，可见，,P,、,Q,将相互靠拢，由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律知，磁铁将受到向上的反作用力，从而加速度小于,图,9,1,12,g,.,当磁铁下端为,S,极时，根据类似的分析可得到相同的结论所以，本题应选,A,、,D.,【,答案,】,AD,【,方法总结,】,结论法处理电磁感应问题,所谓结论法，是对于一些特定的物理问题，根据物理规律和定律推出的一些重要结论，这些结论可以用来直接分析问,题应用结论法解题，能够实现快速解,答，避开了繁琐复杂的中间判断环节，,但在应用此法时，要特别注意结论,的适用条件，不能盲目乱用例如,两平行通电导线间作用力可用,“,同向相吸、异向相斥,”,来判断；由相对运动引起的电磁感应现象，可用,“,来拒去留,”,来判断；由磁场增减在线圈中引起的电磁感应现象，可用,“,增反减,同,”,或,“,增缩减扩,”,来判断针对,本题，就可用,“,来拒去留,”,和,“,增缩减扩,”,来快速得到答案,(,双选,),如图,9,1,13,所示，,A,、,B,为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度两个相同的磁性小球，同时从,A,、,B,管上端的管口无初速度释放，穿过,A,管的小球比穿过,B,管的小球先落到地面下列对于两管的描述中可能正确的是,(,),自我挑战,图,9,1,13,A,A,管是用塑料制成的，,B,管是用铜制成的,B,A,管是用铝制成的，,B,管是用胶木制成的,C,A,管是用胶木制成的，,B,管是用塑料制成的,D,A,管是用胶木制成的，,B,管是用铝制成的,解析：选,AD.,磁性小球通过金属圆管过程中，将圆管看做由许多金属圆环组成，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，根据楞次定律，该电流阻碍小球的下落，小球向下运动的加速度小于重力加速度，小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体运,动，穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少，正确答案为,AD.,