2019-2020年高三物理一轮复习专题讲座选修3-2电磁感应第一讲电磁感应楞次定律.doc

2019-2020年高三物理一轮复习专题讲座选修3-2电磁感应第一讲电磁感应楞次定律课时安排：2课时教学目标：1理解电磁感应现象产生的条件2应用楞次定律或右手定则判断感应电流及感应电动势的方向3判断线圈或导体在磁场中的相对运动问题本讲重点：楞次定律的应用本讲难点：楞次定律的应用考点点拨：1磁铁相对线圈运动时楞次定律的应用2线圈在通电导线的磁场中时楞次定律的应用3线圈进出磁场时楞次定律的应用4楞次定律的综合应用5电磁感应在实际生活中的应用第一课时一、考点扫描（一）知识整合1、磁通量（1）磁通量：设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面， 与 的乘积叫做穿过这个面的磁通量。计算磁通量的公式是 。（2）磁通量的意义可以用磁感线形象地说明：磁通量所表示的，就是穿过磁场中的某个面的 。（3）磁通密度：由=BS得B=/S，这表示磁感应强度等于 ，因此常把磁感应强度叫做磁通密度。根据磁感线的意义，知道 可以形象地表示磁感应强度的大小。2、电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中 产生，这种利用 产生电流的现象叫做电磁感应。3、感应电流的方向（1）楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 。（2）从不同的角度来看楞次定律的内容，从磁通量变化的角度来看，感应电流总要 。从导体和磁体相对运动的角度来看，感应电流总要 。因此，产生感应电流的过程实质上是能的转化和转移的过程。（3）用楞次定律判断感应电流方向的步骤：明确所研究的闭合回路中原磁场的方向；穿过回路的磁通量如何变化（是增加还是减小）；由楞次定律判定出 ；根据感应电流的磁场方向，由 判定出感应电流方向。（4）右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个面内，让磁感线垂直 ，拇指指向 ，则其余四指指的就是 。（二）重难点阐释1感应电动势产生的条件感应电动势产生的条件是：穿过电路的磁通量发生变化。这里不要求闭合。无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生。这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的。但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流。2对楞次定律中“阻碍”意义的理解：（1）阻碍原磁场的变化。“阻碍”不是阻止，而是“延缓”，感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了，原磁场的变化趋势不会改变，不会发生逆转（2）阻碍的是原磁场的变化，而不是原磁场本身，如果原磁场不变化，即使它再强，也不会产生感应电流（3）阻碍不是相反当原磁通减小时，感应电流的磁场与原磁场同向，以阻碍其减小；当磁体远离导体运动时，导体运动将和磁体运动同向，以阻碍其相对运动（4）由于“阻碍”，为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其它形式的能转化为电能因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现3楞次定律的具体应用（1）从“阻碍磁通量变化”的角度来看，由磁通量计算式=BSsin可知，磁通量变化=2-1有多种形式，主要有：S、不变，B改变，这时=BSsinB、不变，S改变，这时=SBsinB、S不变，改变，这时=BS（sin2-sin1）当B、S、中有两个或三个一起变化时，就要分别计算1、2，再求2-1了。（2）从“阻碍相对运动”的角度来看，楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释：既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。又由于是由相对运动引起的，所以只能是机械能减少转化为电能，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。（3）从“阻碍自身电流变化”的角度来看，就是自感现象。在应用楞次定律时一定要注意：“阻碍”不等于“反向”；“阻碍”不是“阻止”。二、高考要点精析（一）磁铁相对线圈运动时楞次定律的应用考点点拨磁铁相对线圈运动时，线圈中的磁通量发生变化，产生感应电流。由楞次定律判断感应电流的方向，可以按步骤用“程序法”判定，也可用结论法“来拒去留”直接判断。NSv0【例1】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的过程中，导体环中的感应电流方向如何？解：从“阻碍磁通量变化”来看，原磁场方向向上，先增后减，感应电流磁场方向先下后上，感应电流方向先顺时针后逆时针。从“阻碍相对运动”来看，先排斥后吸引，把线圈等效为螺线管，根据“来拒去留”，判断出线圈的磁极先是上方为S极，后下方是S极，也有同样的结论。O1O2【例2】 如图所示，当磁铁绕O1O2轴匀速转动时，矩形导线框（不考虑重力）将如何运动？解：本题分析方法很多，最简单的方法是：从“阻碍相对运动”的角度来看，导线框一定会跟着条形磁铁同方向转动起来。如果不计摩擦阻力，最终导线框将和磁铁转动速度相同；如果考虑摩擦阻力导线框的转速总比条形磁铁转速小些。a b【例3】 如图所示，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b。当条形磁铁如图向下移动时（不到达导轨平面），a、b将如何移动？解：若按常规用“阻碍磁通量变化”判断，则要根据下端磁极的极性分别进行讨论，比较繁琐。而且在判定a、b所受磁场力时。应该以磁极对它们的磁场力为主，不能以a、b间的磁场力为主（因为它们是受合磁场的作用）。如果主注意到：磁铁向下插，通过闭合回路的磁通量增大，由=BS可知磁通量有增大的趋势，因此S的相应变化应该使磁通量有减小的趋势，所以a、b将互相靠近。这样判定比较简便。考点精炼a b1如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b。将条形磁铁沿它们的正中向下移动（不到达该平面），a、b将如何移动？O1 aO2 b2如图所示，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90的过程中，放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动？（二）线圈在通电导线的磁场中时楞次定律的应用考点点拨首先判断通电导线的磁场情况，然后根据楞次定律作出相应的判断。【例4】如图所示，有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？线圈面积有扩张的趋势还是有收缩的趋势？解：由于磁感线是闭合曲线，内环内部向里的磁感线条数和内环外向外的所有磁感线条数相等，所以外环所围面积内（应该包括内环内的面积，而不只是环形区域的面积）的总磁通向里、增大，所以外环中感应电流磁场的方向为向外，由安培定则，外环中感应电流方向为逆时针。线圈面积有扩张的趋势，通过“扩张”来“阻碍”磁通量的增加。拓展：若将上例中的两个圆环位置交换，情况又怎样？【例5】如图，线圈A中接有如图所示电源，线圈B有一半面积处在线圈A中，两线圈平行但不接触，则当开关S闭和瞬间，线圈B中的感应电流的情况是：（ ）A无感应电流B有沿顺时针的感应电流C有沿逆时针的感应电流D无法确定解：当开关S闭合瞬间，线圈A相当于环形电流，其内部磁感线方向向里，其外部磁感线方向向外。线圈B有一半面积处在线圈A中，则向里的磁场与向外的磁场同时增大。这时就要抓住主要部分。由于所有向里的磁感线都从A的内部穿过，所以A的内部向里的磁感线较密， A的外部向外的磁感线较稀。这样B一半的面积中磁感线是向里且较密，另一半面积中磁感线是向外且较稀。主要是以向里的磁感线为主，即当开关S闭合时，线圈B中的磁通量由零变为向里，故该瞬间磁通量增加，则产生的感应电流的磁场应向外，因此线圈B有沿逆时针的感应电流。答案为C。考点精炼3两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环，当A以如图所示方向绕中心转动的角速度发生变化时，B产生如图所示方向的感应电流，则（ ）AA可能带正电且转速减小 BA可能带正电且转速增大 CA可能带负电且转速减小 DA可能带负电且转速增大4如图所示，直导线及其右侧的矩形金属框位于同一平面内，当导线中的电流发生如图所示的变化时，关于线框中感应电流与矩形框受力情况，下列叙述正确的是（ ）A感应电流方向不变，线框所受合力方向不变 B感应电流方向改变，线框所受合力方向不变 C感应电流方向改变，线框所受合力方向改变 D感应电流方向不变，线框所受合力方向改变第二课时（三）线圈进出磁场时楞次定律的应用考点点拨线圈进出磁场时，穿过线圈平面的磁通量发生变化，会产生感应电流。此类问题往往和能的转化和守恒定律联系起来，形成综合题。OB【例6】如图所示，用丝线悬挂闭合金属环，悬于O点，虚线左边有匀强磁场，右边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来。试解释这一现象。若整个空间都有向外的匀强磁场，会有这种现象吗？解：只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时，由于磁通量发生变化，环内一定会有感应电流产生，根据楞次定律将会阻碍相对运动，所以摆动会很快停下来，这就是电磁阻尼现象。当然也可以用能量守恒来解释：既然有电流产生，就一定有一部分机械能向电能转化，最后电流通过导体转化为内能。若空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量反而不变化了，因此不产生感应电流，因此也就不会阻碍相对运动，摆动就不会很快停下来。【例7】 a db cO1O2如图所示，O1O2是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有匀强磁场。以下哪些情况下abcd中有感应电流产生？方向如何？A将abcd 向纸外平移 B将abcd向右平移 C将abcd以ab为轴转动60 D将abcd以cd为轴转动60解：A、C两种情况下穿过abcd的磁通量没有发生变化，无感应电流产生。B、D两种情况下原磁通向外，减少，感应电流磁场向外，感应电流方向为abcd。【例8】一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动，已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置和位置时，顺着磁场的方向看去，线圈中的感应电流的方向分别为 位置 位置A逆时针方向 逆时针方向B逆时针方向 顺时针方向C顺时针方向 顺时针方向D顺时针方向 逆时针方向命题意图：考查对楞次定律的理解应用能力及逻辑推理能力。错解分析：由于空间想象能力所限，部分考生无法判定线圈经位置、时刻磁通量的变化趋势，从而无法依据楞次定律和右手螺旋定则推理出正确选项。解题方法与技巧：线圈第一次经过位置时，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律，线圈中感应电流的磁场方向向左，根据安培定则，顺着磁场看去，感应电流的方向为逆时针方向.当线圈第一次通过位置时，穿过线圈的磁通量减小，可判断出感应电流为顺时针方向，故选项B正确。考点精炼5如图所示，在O点正下方有一理想边界的磁场，铜环在A点静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ）AAB两点在同一水平线上 BA点高于B点 CA点低于B点 D铜环将做等幅摆动6如图所示，闭合金属环从高h的曲面滚下，又沿曲面的低侧上升，设闭合环初速度为零，摩擦不计，则（ ）A若是匀强磁场，环滚上的高度小于h B若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h D若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h（四）楞次定律的综合应用考点点拨当部分导体棒做变速运动，或穿过闭合回路的磁通量非均匀变化时，可以产生变化的感应电流，这一变化的感应电流的磁场也是变化的，会在其它回路中再次产生感应电流，解决此类问题往往会多次用到楞次定律。【例9】如图所示，在匀强磁场中放有平行铜导轨，它与大线圈M相连接，要使小导线图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（两线线圈共面放置） （ ）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，感应电流磁场垂直纸面向里，由楞次定律可知有两种情况：一是M中有顺时针方向逐步减小的电流，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，且磁通量是在增大。因此对前者应使ab减速向右运动。对于后者，则应使ab加速向左运动，故应选BC。考点精炼c a d bL2 L17如图所示装置中，cd杆原来静止。当ab 杆做如下那些运动时，cd杆将向右移动？A向右匀速运动 B向右加速运动C向左加速运动 D向左减速运动8如图所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场，螺线管下方水平桌面上有一导体圆环，导线abcd所围区域内磁场的磁感强度按下列哪一图线所表示的方式随时间变化时，导体圆环将受到向上的磁场作用力 （ ）abcdBt0ABt0BBt0DBt0C（五）电磁感应在实际生活中的应用考点点拨电磁感应现象与生活实际联系比较密切，近年来的高考改革越来越突出对考生解决实际问题能力的考查。在日常复习中要适当关注与生活、生产、科研等实际问题相联系的背景题。解决此类问题的关键是通过审题，将实际问题转化为物理问题，然后用相关知识加以分析求解。ABSkDC【例10】如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合电路。在拉开开关S的时候,弹簧k并不能立即将衔铁D拉起，从而使触头C（连接工作电路）立即离开，过一段时间后触头C才能离开；延时继电器就是这样得名的。试说明这种继电器的工作原理。解析：当拉开开关S时使线圈A中电流变小并消失时，铁芯中的磁通量发生了变化（减小），从而在线圈B中激起感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小，这样，就使铁芯中磁场减弱得慢些，因此弹簧K不能立即将衔铁拉起。QabP【例11】如图所示是家庭用的“漏电保护器“的关键部分的原理图，其中P是一个变压器铁芯，入户的两根电线”（火线和零线）采用双线绕法，绕在铁芯的一侧作为原线圈，然后再接入户内的用电器。Q是一个脱扣开关的控制部分（脱扣开关本身没有画出，它是串联在本图左边的火线和零线上，开关断开时，用户的供电被切断），Q接在铁芯另一侧副线圈的两端a、b之间，当a、b间没有电压时，Q使得脱扣开关闭合，当a、b间有电压时，脱扣开关即断开，使用户断电。（1）用户正常用电时，a、b之间有没有电压？（2）如果某人站在地面上，手误触火线而触电，脱扣开关是否会断开？为什么？解析：（1） 用户正常用电时，a、b之间没有电压，因为双线绕成的初级线圈两根导线中的电流总是大小相等而方向相反的，穿过铁芯的磁通量总为0，副线圈中不会有感应电动势产生。（2）人站在地面上手误触火线，电流通过火线和人体而流向大地，不通过零线，这样变压器的铁芯中就会有磁通量的变化，从而次级产生感应电动势，脱扣开关就会断开。考点精炼9在有线电话网中，电话机是通过两条导线和电信局的交换机传送和接收电信号。如果不采取措施，发话者的音频信号必会传到自己的受话器中，使自己听到自己的讲话声音，这就是“侧音”。较大的侧音会影响接听对方的讲话，故必须减小或消除。如图所示是一电话机的消“侧音”电路与交换机的连接示意图。图中的两个变压器是完全相同的，a、b、c、d、e、f六个线圈的匝数相同。打电话时，对着话筒发话，把放大后的音频电压加到变压器的线圈a，从线圈c和b输出大小相等但随声频变化的电压，c两端的电压产生的电流IL通过线圈e和两导线L、电信局的交换机构成回路，再通过交换机传到对方电话机,对方就听到发话者的声音。同时由于线圈e中有电流通过，在线圈f中也会有电压输出，放大后在自己的电话机的受话器上发出自己的讲话声，这就是上面讲的“侧音”。为了消除这个侧音，可以把线圈b的电压加在线圈d上，并通过R调节d中的电流Id。那么为达到消侧音的目的，1应与（ ）相接；4应与（ ）相接，并使Id( )IL(填“小于”、“大于”、或“等于”)。对方讲话时，音频电压通过交换机和两条导线L加到本机，那么通过R的电流为多少？考点精炼参考答案1解：根据=BS，磁铁向下移动过程中，B增大，所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势，由于S不可改变，为阻碍增大，导体环应该尽量远离磁铁，所以a、b将相互远离。2解：无论条形磁铁的哪个极为N极，也无论是顺时针还是逆时针转动，在转动90过程中，穿过闭合电路的磁通量总是增大的（条形磁铁内、外的磁感线条数相同但方向相反，在线框所围面积内的总磁通量和磁铁内部的磁感线方向相同且增大。而该位置闭合电路所围面积越大，总磁通量越小，所以为阻碍磁通量增大金属棒ab将向右移动。3BC 4D 5B 6BD7BD 解析：ab 匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变化，L2中无感应电流产生，cd保持静止，A不正确；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下，增大，通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C不正确，D正确。8A 解析：穿过环的磁通量减少时，环受到向上的作用力，则abcd中的感应电流减小，此时要求abcd内磁通量变化率减小，故A选项正确。9解析：发话时，假定某一时刻通过线圈a的电流是从上端流入，而且增大，则在线圈c和b上感应的电压都是上正下负，e中形成的电流在变压器铁芯中产生的磁场的磁感线是逆时针方向的；1和3，2和4相接时，b的感应电压在d中形成的电流在铁芯中产生的磁感线是顺时针的，由于e和d的匝数相同，只要调节R使e、d中的电流强度相等，则e和d产生的磁场就完全抵消，通过线圈f的磁通量始终为零，f中没有感应电动势，受话器中没有发话者的声音，从而消除侧音。对方发话时，从交换机传来的音频电压加到电话机上，假设某一时刻在线圈e和c中形成的电流是从c的下端流入且增大，则b线圈的1端为负，d线圈的3端为负，感应电压值相同，在bdR回路中没有电流，d中不会产生磁场抵消e的磁场，f中有e产生的磁场的磁感线通过，磁通量会发生变化，产生感应电动势，放大后在受话器中发出对方的声音。三、考点落实训练11820年丹麦的物理学家发现了电流能够产生磁场；之后，英国的科学家经过十年不懈的努力终于在1831年发现了电磁感应现象，并发明了世界上第一台感应发电机2下列图中能产生感应电流的是（） v v VNSV（A） （B） （C） （D） （E） （F）3在某星球上的宇航员，为了确定该星球是否存在磁场，他手边有一根表面绝缘的长导线和一个灵敏电流计，现请你指导他如何操作4下列说法中正确的是：感应电动势的大小跟（）有关：A穿过闭合电路的磁通量B穿过闭合电路的磁通量的变化大小C穿过闭合电路的磁通量的变化快慢D单位时间内穿过闭合电路的磁通量的变化量 vBBvvBvB（A） （B） （C） （D）5如图所示，试根据已知条件确定导线中的感应电流方向（图中的导线是闭合电路中的一部分）：6（99全国）如图所示，为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的坚直分量向下。飞机在我国上空匀逐巡航。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。设飞行员左方机翼未端处的电势为U1，右方机翼未端处的电势力U2，则A.若飞机从西往东飞，U1比U2高B.若飞机从东往西飞，U2比U1高C.若飞机从南往北飞，U1比U2高D.若飞机从北往南飞，U2比U1高7如图所示，在两根平行长直导线中，通以同方向、同强度的电流，导线框ABCD和两导线在同一平面内，导线框沿着与两导线垂直的方向自右向左在两导线间匀速运动。在运动过程中，导线框中感应电流的方向（ ） A沿ABCD方向不变。B沿ADCB方向不变。 C由ABCD方向变成ADCB方向。D由ADCB方向变成ABCD方向。8如图所示，两个线圈绕在同一圆筒上，A中接有电源，B中导线ab短路。当把磁铁迅速插入A线圈中时，A线圈中的电流将 （填减少，增大，不变），B线圈中的感应电流的方向在外电路中是由 到 的；如线圈B能自由移动，则它将向 移动（左，右，不）。9如图所示，闭合金属铜环从高为h的曲面滚下，沿曲面的另一侧上升，设闭合环初速度为零，不计摩擦，则（ ）A若是匀强磁场，环上升的高度小于hB若是匀强磁场，环上升的高度大于hC若是非匀强磁场，环上升的高度等于hD若是非匀强磁场，环上升的高度小于h10一根磁化的钢棒以速度v射入水平放置的固定的铜管内，v的方向沿管中心轴，不计棒的重力和空气阻力，则在入射过程中（ ）A.铜管的内能增加 B.钢棒的速率减小 C.钢棒的速率不变 D.钢棒的速率增大11如图（a），圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴.Q中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图（b）所示.P所受的重力为G，桌面对P的支持力为N，则At1时刻NG Bt2时刻NGCt3时刻NGDt4时刻N=G12如图所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器的滑片P自左向右滑动时，从纸外向纸内看，线框ab将A保持静止不动B逆时针转动C顺时针转动D发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向考点落实训练参考答案15略6AC 7B8减小 b a 左 9D 解析 若是匀强磁场，闭合环的磁通量不发生变化，无感应电流产生，环也就受不到磁场力，所以环仍保持机械能守恒，上升的高度等于h。若是非匀强磁场，闭合环的磁通量发生变化，有感应电流产生，环受到磁场力作用去阻碍环与磁场间的相对运动，使环损失一部分机械能向电能转化，所以环上升的高度小于h。因此答案D正确。10AB 当磁化的钢棒射入铜管时，铜管中因磁通量增加而产生感应电流，铜管与钢棒间的磁场力会阻碍其相对运动，使钢棒的机械能向电能转化，进而使铜管的内能增加。所以答案AB正确。11AD 12C