电磁感应现象楞次定律

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 电磁感应,一、磁通量,1.概念:在磁感应强度为,B,的匀强磁场中,与磁场方,向,的平面,S,和,B,的乘积.,2.公式: =,.,.,第1课时 电磁感应现象 楞次定律,BS,1 Tm,2,垂直,考点自清,1,二、电磁感应现象,1.产生感应电流的条件:穿过闭合电路的,发,生变化.,2.引起磁通量变化的常见情况,(1)闭合电路的部分导体做,运动,导致,变.,(2)线圈在磁场中转动,导致 变.,(3),变化,导致 变.,3.产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只,要穿过线圈平面的,发生变化,线路中就有,感应电动势.,磁通量,切割磁感线,磁感应强度,B,磁通量,2,4.电磁感应现象的实质是产生,如果回,路闭合则产生,;如果回路不闭合,则只有,而无,.,名师点拔,1.磁通量 =,BS,S,是指充满磁感线且与磁感线垂直,的有效面积,不一定是线圈面积.,2.磁通量是否发生变化,是判定电磁感应现象的惟,一依据,而引起磁通量变化的途径有多种.,感应电动势,感应电流,感应电动势,感应电流,3,三、楞次定律和右手定则,1.楞次定律,(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的,磁场总要,引起感应电流的,的变化.,(2)适用情况:所有,现象.,2.右手定则,(1)内容:伸开右手,使拇指与,垂直,并且都与手掌在同一平面内,让,从掌心进,入,并使拇指指向导线,这时四指所指,的方向就是,的方向.,(2)适用情况:导体,产生感应电流.,阻碍,磁通量,电磁感应,其余四个手指,磁感线,运动的方向,感应电流,切割磁感线,4,1.磁通量 =,BS,其中,S,跟磁场方向垂直.若不垂直,则需取平面在,垂直于磁场方向上的投影面积,即 =,BS,cos .,若穿过某个面有方向相反的磁场,则实际的磁通,量为相反方向的磁感线抵消以后所剩余的磁通量.,热点一 正确区分磁通量 、磁通量的变化 、,磁通量的变化率,热点聚焦,5,2.磁通量的变化 =,2,-,1,它可由,B,、,S,或者两者之间的夹角发生变化而引起.在匀强磁场中,即使初始状态和转过180时的平,面都与磁场垂直,两种状态下通过平面的磁通量,也是不同的,此过程磁通量变化 为2,BS,而不,是零.,3.磁通量的变化率,反映磁通量变化的快慢,它既不表示磁通量的大,小,也不表示磁通量变化的多少.磁通量的变化率,的大小不是单纯由,磁通量的变化量决定,还跟发生,这个变化所用时间有关,它描述的是磁通量变化的,快慢.在 ,t,图象中,它可用图线的斜率来表示.,6,交流与思考:,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、速度的变化量和速度的变化率三者的区别.,7,热点二 楞次定律的理解,1.因果关系:磁通量发生变化是原因,产生感应电流是结果,原因产生结果,结果又反过来影响原因.,2.楞次定律中“阻碍”的含义,8,3.楞次定律的推广含义,(1)阻碍原磁通量的变化“增反减同”.,(2)阻碍(导体的)相对运动“来拒去留”.,(3)磁通量增加,线圈面积“缩小”,磁通量减小,线圈面积“扩张”.,(4)阻碍线圈自身电流的变化(自感现象).,特别提示,如果问题不涉及感应电流的方向,则用楞次定律的,推广含义进行研究,可以使分析问题的过程简化.,9,热点三 感应电流方向的判定,1.利用右手定则判断闭合电路的一部分导体做切割,磁感线运动时产生的感应电流方向.,常见的几种切割情况:,(1)导体平动切割磁感线;,(2)导体转动切割磁感线;,(3)导体不动,磁场运动,等效为磁场不动,导体反,方向切割磁感线.,10,2.应用楞次定律判断感应电流方向的步骤:,(1)确定原磁场的方向;,(2)明确回路中磁通量变化情况;,(3)应用楞次定律的“增反减同”,确立感应电流,磁场的方向;,(4)应用安培定则,确定感应电流的方向.,3.楞次定律和右手定则的关系,(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导体,即一段导体做切割磁感线运动.,11,(2)从适用范围上说,楞次定律可应用于磁通量变化引起感应电流的各种情况(包括一部分导体切,割磁感线运动的情况),右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况.因此,右手,定则是楞次定律的一种特殊情况.,特别提示,1.若导体不动,回路中磁通量变化,应该用楞次,定律判断感应电流方向而不能用右手定则.,2.若是回路中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,定律进行判定也可以,但较为麻烦.,12,题型1 利用楞次定律判断感应电流的方向,【,例1,】,电阻,R,、电容器,C,与一线,圈连成闭合电路,条形磁铁静止,于线圈的正上方,N,极朝下,如图1,所示.现使磁铁开始自由下落,在,N,极接近线圈上端的过程中,流过,R,的电流方向和电容器极板的带,电情况是 ( ),图1,题型探究,13,A.,从a,到,b,上极板带正电,B.从,a,到,b,下极板带正电,C.从,b,到,a,上极板带正电,D.从,b,到,a,下极板带正电,审题提示,由条形磁铁N极朝下可知原磁场的方向,再由运动方向可知磁通量的变化,然后利用楞次定律,可判出感应电流磁场的方向,最后利用安培定则确定,感应电流的方向,由电路知识可判断出电容器极板的,带电情况.,14,解析,在N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的,磁感线方向向下,磁通量增大,由楞次定律可判定,流过线圈的电流的磁场方向向上,外电路电流由,b,流向,a,同时线圈作为电源,下端应为正极,则电容,器下极板电势高,带正电.,答案,D,15,方法提炼,感应电流方向的判断方法:,方法一:右手定则(适用于部分导体切割磁感线),方法二:楞次定律,楞次定律的应用步骤,16,变式练习,1,如图2所示,1831年法拉第把两个线圈,绕在一个铁环上,A,线圈与电源、滑动变阻器,R,组成,一个回路,B,线圈与开关S、电流表G组成另一个回,路.通过多次实验,法拉第终于总结出产生感应电,流的条件.关于该实验下列说法正确的是( ),图2,17,A.闭合开关S的瞬间,电流表G中有,a,b,的感应电流,B.闭合开关S的瞬间,电流表G中有,b,a,的感应电流,C.闭合开关S后,在增大电阻,R,的过程中,电流表G中,有,a,b,的感应电流,D.闭合开关S后,在增大电阻,R,的过程中,电流表G中,有,b,a,的感应电流,解析,闭合S的瞬间,穿过,B,的磁通量没有变化,G中无,感应电流,A、B两项均错.当闭合S后,若,R,增大,则,A,电,流减小,由右手螺旋定则知,穿过,B,的磁通量向下且减,小,由楞次定律知G中电流方向为,b,a,故D项正确.,答案,D,18,题型2 利用楞次定律的推广含义解题,【,例2,】 如图3所示,光滑固定导轨,M,、,N,水平放置,两根导体棒,P,、,Q,平,行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路,时 ( ),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,图3,19,思路点拨,先根据楞次定律判断出电流的方向,然,后运用左手定则判定受力方向.也可以从楞次定律,的推广角度灵活加以判定.,解析,解法一,假设磁铁的下端为N极,根据楞次定律先判断出,P,、,Q,中感应电流方向,再根据左手定则,可判,断,P,、,Q,所受安培力的方向,可见,P,、,Q,将互相靠,拢.由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三,定律,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小,于,g,.,若磁铁的下端为S极,可得到同样的结果.,20,解法二,根据楞次定律的第二种表述:感应电流的“效果”总要阻碍引起感应电流的“原因”.本题,的“原因”是“磁铁靠近回路,穿过回路的磁通量,增加”,所以“效果”便是“阻碍磁铁的靠近和穿,过回路磁通量的增加”.故磁铁因受到阻碍作用而,使加速度小于g,P,、,Q,互相靠拢以示阻碍磁通量的,增加,所以选项A、D正确.,答案,AD,21,规律总结,“阻碍”是楞次定律的核心,在解具体问题时可以,将楞次定律的“阻碍”含义推广为以下三种表述,方式:阻碍原磁场的变化;阻碍导体间的相对运动;,阻碍原电流的变化.有时应用推广的“阻碍 ”含,义解题比用楞次定律本身直接解题会更方便、更,简捷.,22,变式练习,2,如图4所示,光滑的,水平桌面上放着两个完全相同的,金属环,a,和,b,当一条形磁铁的S极,竖直向下迅速靠近两环中间时,则 ( ),A.,a,、,b,均静止不动,B.,a,、,b,互相靠近,C.,a,、,b,互相远离,D.,a,、,b,均向上跳起,C,图4,23,题型3 楞次定律、右手定则、左手定则、安培定,则的综合应用,【,例3,】,如图5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.向右加速运动 B.向左加速运动,C.向右减速运动 D.向左减速运动,图5,24,思维导图,MN,L,1,L,1,L,2,L,1,L,2,PQ,PQ,L,2,L,1,25,解析,由右手定则,PQ,向右加速运动,穿过,L,1,的磁通,量向上且增加,由楞次定律和左手定则可判断,MN,向左运动,故A错.若,PQ,向左加速运动,情况正好和A,相反,故B对.若,PQ,向右减速运动,由右手定则,穿过,L,1,的磁通量向上且减小,由楞次定律和左手定则可,判断,MN,向右运动,故C对.若,PQ,向左减速运动,情况,恰好和C相反,故D错误.,答案,BC,26,规律总结,安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的,比较及应用,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,电磁,感应,部分导体做切割磁感线运动,右手定则,闭合回路磁通量变化,楞次定律,27,2.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.,变式练习3,如图6所示, 在匀强磁,场中放有平行铜导轨,它与大线圈,M,相连接.要使小导线圈,N,获得顺时针,方向的感应电流,则放在导轨上的裸,金属棒,ab,的运动情况是(两线圈共面,放置) ( ),图6,28,A.向右匀速运动 B.向左加速运动,C.向右减速运动 D.向右加速运动,解析,欲使,N,产生顺时针方向的感应电流,感应电,流的磁场方向为垂直纸面向里,由楞次定律可知有,两种情况:一是,M,中有顺时针方向逐渐减小的电流,使其在,N,中的磁场方向向里,且磁通量在减小;二是,M,中有逆时针方向逐渐增大的电流,使其在,N,中的,磁场方向向外,且磁通量在增大.因此,对于前者,应使,ab,向右减速运动;对于后者,则应使,ab,向左加,速运动.故应选B、C.,答案,BC,29,题型4 电磁感应与科技,【,例4,】,如图,7,所示, 用一种新材料,制成一闭合线圈,当它浸入液氮中时,会成为超导体,这时手拿一永磁体,使,任一磁极向下,放在线圈的正上方,永,磁体便处于悬浮状态,这种现象称为,超导体磁悬浮,用电磁感应及有关知,识来解释这一现象.,图7,30,解析,当磁体放到线圈上方的过程中,穿过线圈的磁,通量由无到有发生变化,于是超导线圈中产生感应电,流,由于超导线圈中电阻几乎为零,产生的感应电流,极大,相应的感应磁场也极大;由楞次定律可知感应,电流的磁场相当于永磁体,与下方磁极的极性相同,永磁体将受到较大的向上的斥力,当永磁体重力与其,受到的磁场力相平衡时,永磁体处于悬浮状态.,答案,见解析,31,方法提炼,电磁感应现象、,楞次定律等知识与生产、生活联系,比较密切,如电磁阻尼现象、延时开关等.这类题目,往往以生产生活实践和高新技术为背景,提出问题,并要求学生用所学知识去解决问题.解决问题的关,键是认真读题,弄清物理情景,建立正确的物理模型,再用相关的物理规律求解.,32,变式练习4,如图8所示,铁质齿轮,P,与车轮同步转动,右端有一个绕有线圈的磁体,M,是一个电流检测器.当车轮带动,齿轮转动时,线圈中会有电流,这是由于齿靠近线圈时被磁化,使磁场增强,齿离开线圈时磁场减弱,磁,通量变化使线圈中产生了感应电流.将这个电流放,大后去控制制动装置,可有效地防止车轮被制动抱,死.在齿,a,转过虚线位置的过程中,关于,M,中感应电,流的说法正确的是 ( ),33,A.,M,中的感应电流方向一直向左,B.,M,中的感应电流方向一直向右,C.,M,中先有自右向左,后有自左向右的感应电流,D.,M,中先有自左向右,后有自右向左的感应电流,图8,34,解析,由楞次定律,感应电流的结果总是阻碍引起感,应电流的原因.由于齿靠近线圈时被磁化,使磁场增,强,感应电流的磁场要阻碍原磁场增强,由安培定则,M,中感应电流的方向自左向右;齿离开线圈时磁场减,弱,磁通量变化使线圈中产生了感应电流,感应电流的,磁场要阻碍原磁场减弱,由安培定则,M,中感应电流的,方向自右向左,D正确.,答案,D,35,1.如图9所示,A,为一固定的导体,圆环,条形磁铁,B,从左侧无穷,远处沿圆环轴线移向圆环,穿,过后移到右侧无穷远处.如果,磁铁的移动是匀速的,则( ),A.磁铁移近时受到圆环的斥力,离开时受到圆环,的引力,B.磁铁的整个运动过程中,圆环中电流方向不变,C.磁铁的中心通过环面时,圆环中电流为零,D.若,A,为一固定的超导体圆环,磁铁的中心通过,超导体环面时,圆环中电流最大,素能提升,图9,36,解析,磁铁靠近圆环的过程中,环中磁通量增加,产,生的感应电流阻碍磁铁靠近,磁铁离开圆环的过程,中,环中产生的感应电流阻碍磁铁远离,由安培定,则可知,环中电流方向要改变,所以A正确,B错误;,磁铁中心通过圆环面时,圆环的磁通量不变,无感,应电流,C正确;若,A,为一固定的超导体圆环,磁铁靠,近过程中,圆环电流逐渐增大,当远离时,产生感应,电流方向与开始阶段相反,将使环中电流逐渐减小,因此,磁铁中心通过环面时,环中电流最大,D正确.,答案,ACD,37,2.如图10所示,导线框,abcd,与导线在,同一平面内,直导线通有恒定电,流,I,当线框由左向右匀速通过直,导线时,线框中感应电流的方向,是 ( ),A.先,abcd,后,dcba,再,abcd,B.先,abcd,后,dcba,C.始终,dcba,D.先,dcba,后,abcd,再,dcba,图10,38,解析,导线框,abcd,到达直导线前,磁场方向向外,磁,通量增大,由楞次定律,线框中的电流沿,dcba,;导线,框跨在导线上,且在线框中心与导线重合之前,磁,场方向向外,磁通量变小,电流沿,abcd,在线框中心,与导线重合之后,磁场方向向内,磁通量变大,电流,也是沿,abcd,;线框到达导线右边之后,磁场方向向内,磁通量变小,由楞次定律,线框中的电流沿,dcba,.,答案,D,39,3.如图11所示重现了法拉第的一个,实验.下列说法中正确的是( ),A.右边磁铁S极断开时,有感应电,流从,a,至,b,通过检流计,B.右边磁铁S极断开时,有感应电,流从,b,至,a,通过检流计,C.左边磁铁N极断开时,有感应电,流从,a,至,b,通过检流计,D.左边磁铁N极断开时,有感应电,流从,b,至,a,通过检流计,图11,解析,铁芯中的磁场方向由左向右,右边磁铁S极断开时,铁芯中的磁场变弱,由楞次定律,感应电流从,a,至,b,通过检流计,A正确.同理C正确.,AC,40,4.如图12所示为一个圆环形导体,有,一个带负电的粒子沿直径方向从圆,环表面匀速掠过的过程,环中感应,电流的情况是 ( ),A.无感应电流,B.有逆时针方向的感应电流,C.有顺时针方向的感应电流,D.先逆时针方向后顺时针方向的感应电流,解析,带负电的粒子沿直径方向从圆环表面匀速,掠过时,相当于有向左的直线电流流过,在圆环中产,生的磁场大小上下对称分布,方向相反,产生的总磁,通量总是零,A正确.,A,图12,41,5.两个大小不同的绝缘金属圆环如图13,叠放在一起,小圆环有一半面积在大,圆环内,当大圆环通上顺时针方向电,流的瞬间,小圆环中感应电流的方向,是 ( ),A.顺时针方向,B.逆时针方向,C.左半圆顺时针,右半圆逆时针,D.无感应电流,图13,42,解析,根据安培定则,当大圆环中电流为顺时针方向时,圆环所在平面内的磁场是垂直于纸面向里的,而环外的磁场方向垂直于纸面向外,虽然小圆环在大圆环里外的面积一样,但环里磁场比环外磁场要强,净磁通量还是垂直于纸面向里.由楞次定律知,感应电流的磁场阻碍“”方向的磁通量的增强,应垂直于纸面向外,再由安培定则得出小圆环中感应电流的方向为逆时针方向,B选项正确.,答案,B,43,6.如图14所示,ab,是一个可以绕垂,直于纸面的轴,O,转动的闭合矩形,导体线圈,当滑动变阻器,R,的滑,片,P,自左向右滑动过程中,线圈,ab,将 ( ),A.静止不动,B.逆时针转动,C.顺时针转动,D.发生转动,但因电源的极性不明,无法确定转,动的方向,解析,当,P,向右滑动时,电路中电阻减小,电流增,大,线圈,ab,的磁通量增加,根据楞次定律判断,线,圈,ab,将顺时针转动.,C,图14,44,7.如图15所示,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.飞机在我国上空匀速巡航,机翼保持水平,飞行高度不变.由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差,设飞行员左方机翼末端处的,电势为,1,.右方机翼末端处电势为,2,则 ( ),图15,45,A.若飞机从西往东飞,1,比,2,高,B.若飞机从东往西飞,2,比,1,高,C.若飞机从南往北飞,1,比,2,高,D.若飞机从北往南飞,2,比,1,高,解析,飞机从西往东飞行时,金属机翼就要切割磁,感线而产生电动势,根据右手定则,磁场竖直分量向,下,手心向上,拇指指向飞机方向,四指指向就是感,应电动势的方向,即四指指向左翼末端,故,1,2,A正确.,同理,飞机从东往西飞,仍是,1,2,B错误,从南往,北、从北往南飞,都是,1,2,故C选项正确,D选项,错误.,答案,AC,46,反思总结,定,楞,返回,47,