1、第27讲 电磁感应现象 楞次定律,-2-,-3-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),电磁感应现象 核心知识整合 1.磁通量 (1)定义: 与垂直于磁感应强度的 的乘积,叫穿过这个面的磁通量,简称磁通。用字母 表示。 (2)大小:在匀强磁场中,当BS时,= ;当BS时,磁通量为 。不垂直时,取S在与B垂直方向上的投影。 (3)单位: ,符号: 。,磁感应强度B,面积S,BS,0,韦伯,Wb,-4-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),特别提醒: 磁通量是标量,却有正、负之分。若规定磁感线从线圈平面的a面穿入为正,则从它的反面b面穿入用负表示,磁通量概念是学习电磁感应的基础。 由
2、=BS,可以得到 。通过某一平面的磁通量的大小,可以用穿过这一平面的磁感线条数的多少来形象表示。因此,磁感应强度的另一种定义叫磁通量密度或磁通密度,其单位可表示为Wb/m2。 当穿过某个面有方向相反的磁场,则不能直接用=BS。应考虑相反方向的磁通量抵消以后所剩余的磁通量。,-5-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),2.磁通量的变化量:=2-1 开始和转过180时平面都与磁场垂直,穿过平面的磁通量是不同的,一正一负,=-2BS,而不是零。 3.产生感应电流的条件: 只要穿过闭合电路的 发生变化,即0,闭合电路中就有感应电流产生。 4.产生电磁感应现象的实质: 电磁感应现象的实质是产生
3、,如果回路闭合,则产生 ;如果回路不闭合,则只有 ,而无 。,磁通量,感应电动势,感应电流,感应电动势,感应电流,-6-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),命题点一 磁通量及其计算 【例1】 我国的嫦娥二号探月卫星在发射1 533 s后进入近地点高度为200 km的地月转移轨道。假设卫星中有一边长为50 cm的正方形导线框,由于卫星调整姿态线框由水平方向转至竖直方向,此处地磁场磁感应强度B=410-5 T,方向如图所示,该过程中磁通量的改变量的大小是 Wb。 方法技巧用=BS计算磁通量要注意,公式=BS适用条件匀强磁场,面积S为线圈垂直磁感线平面的有效投影面积。,答案,解析,-7-,
4、考点一,考点二,实验(13),实验(14),【例2】 如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为l,匝数为N,过ab中点和cd中点的连线OO恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为( ),答案,解析,-8-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),【例3】 一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成角,此时通过线圈的磁通量为 。将abcd绕ad轴转180角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量为 。,答案:BScos 2BScos 解析:矩形线圈abcd如图所示放置,匀强磁场方向水平向右,平
5、面abcd与竖直方向成角,则此时通过线圈的磁通量为1=BScos 。当规定此时穿过线圈为正面,则当线圈绕ad轴转180角时,穿过线圈反面,则其磁通量2=-BScos 。因此穿过线圈平面的磁通量的变化量为=1-2=2BScos 。,-9-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),易错警示“正负”代表的不同含义 1.矢量中正负代表方向; 2.功的正负代表“促进”物体运动,或“阻碍物体运动”,+5 J的功和-5 J的功一样大; 3.重力势能的正负代表在零势能参考平面的上方或下方,+5 J的重力势能比-5 J的重力势能大; 4.磁通量的正负代表磁感线从线圈不同的面穿过。,-10-,考点一,考点二,
6、实验(13),实验(14),命题点二 产生感应电流的条件 【例4】 如图所示,空间内存在水平向右的匀强磁场,闭合导线框abcd与磁场平行,下列情形中线框内产生感应电流的是( ) A.线框向右平移 B.线框向上平移 C.线框以ab边为轴转动 D.线框以bc边为轴转动 方法技巧判断电路中能否产生感应电流,应把握两点:一是要有闭合回路;二是回路中的磁通量要发生变化。,答案,解析,-11-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),【例5】 如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为。在下列各过程中,一定能在轨
7、道回路里产生感应电流的是( )A.ab向右运动,同时使减小 B.使磁感应强度B减小,角同时也减小 C.ab向左运动,同时增大磁感应强度B D.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和角(090),答案,解析,-12-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),思路点拨电磁感应现象能否发生的判断流程 (1)确定研究的闭合回路。 (2)明确回路内的磁场分布,并确定该回路的磁通量。,-13-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),感应电流方向的判断 核心知识整合 1.楞次定律 (1)内容:感应电流的磁场总要 引起感应电流的 的变化。 (2)适用范围:适用于一切回路 变化的情况。,阻碍,磁通量,磁
8、通量,-14-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),2.右手定则 (1)使用方法:让磁感线穿入 ,大拇指指向的方向,其余四指指向 的方向。 (2)适用范围:适用于 切割磁感线的情况。,右手手心,导体运动,感应电流,部分导体,-15-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),关键能力提升 命题点一 楞次定律 【例6】 如图所示,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上迅速移动时,下列判断正确的是( ) A.铝环有收缩趋势,对桌面压力减小 B.铝环有扩张趋势,对桌面压力减小 C.铝环有收缩趋势,对桌面压力增大 D.铝环有扩张趋势,对桌面压力增大
9、,答案,解析,-16-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),【例7】 如图所示,圆环形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者轴线重合,螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列表述正确的是( )A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流 B.穿过线圈a的磁通量变小 C.线圈a有扩张的趋势 D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大,答案,解析,-17-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),【例8】 如图所示,铝质的圆筒形管竖直立在水平桌面上,一条形磁铁从铝管的正上方由静止开始下落,然后从管内下落到水平桌面上。已知磁铁下
10、落过程中不与管壁接触,不计空气阻力,下列判断正确的是( )A.磁铁在整个下落过程中做自由落体运动 B.磁铁在管内下落过程中机械能守恒 C.磁铁在管内下落过程中,铝管对桌面的压力等于铝管的重力 D.磁铁在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量,答案,解析,-18-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),思路点拨应用楞次定律处理电磁感应问题的常用方法 1.常规法:根据原磁场方向及磁通量变化情况,应用楞次定律确定感应电流产生的磁场方向,利用安培定则判断出感应电流方向,利用左手定则判断导体受力和运动趋势。 2.效果法:由楞次定律可知,感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因,根据“阻碍”的
11、原则,直接对运动趋势做出判断。 3.口诀法:即“增反减同,来拒去留,增缩减扩”。,-19-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),方法技巧楞次定律中“阻碍”的含义,-20-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),命题点二 安培定则、右手定则、左手定则综合运用 【例9】 如图所示,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( )A.PQRS中感应电流沿顺时针方向,T中感应
12、电流沿逆时针方向 B.PQRS中感应电流沿顺时针方向,T中感应电流沿顺时针方向 C.PQRS中感应电流沿逆时针方向,T中感应电流沿逆时针方向 D.PQRS中感应电流沿逆时针方向,T中感应电流沿顺时针方向,答案,解析,-21-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),【例10】 (多选)两根互相平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中,在导轨上导体棒AB和CD可以自由滑动。当AB在外力F作用下向右运动时,下列说法正确的是( )A.CD内有电流通过,方向是DC B.CD向左运动 C.磁场对CD作用力向左 D.磁场对AB作用力向左,答案,解析,-22-,考点一,考点二,实验(13),实验(1
13、4),探究电磁感应的产生条件 核心知识整合 1.实验目的 探究电磁感应的产生条件。 2.实验原理 穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就有感应电流产生。 3.实验器材 蹄形磁铁、导线棒、导线若干、灵敏电流表、大线圈、小线圈、滑动变阻器、开关、直流电源。,-23-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),4.实验电路与步骤 (1)探究导体棒在磁场中运动是否产生电流,-24-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),(2)探究磁铁在线圈中运动是否产生电流,-25-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),(3)模仿法拉第的实验,-26-,考点一,考点二,实验(13),实验
14、(14),关键能力提升 命题点 实验原理与操作 【例11】 下图是研究电磁感应现象实验所需的器材,用实线将带有铁芯的小线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成回路,将小量程电流表和大螺线圈B连接成回路。并列举出实验中改变回路的磁通量,使回路产生感应电流的三种方式:(1) ; (2) ; (3) 。,-27-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),答案:实物连接见解析图; (1)将小线圈A插入大线圈B中;开关闭合(或断开)瞬间; (2)闭合开关,将小线圈A插入大线圈B(或从大线圈B中取出); (3)闭合开关,将小线圈A插入大线圈B中后移动滑动变阻器的滑片。,-28-,考点一,考点二,实验(13
15、),实验(14),解析:小线圈A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路;大线圈B与电流表组成一个闭合回路,如图所示。小线圈A放在大线圈B内,当小线圈A中的电流发生变化时,大线圈B处的磁场也发生变化,进而使穿过大线圈B的磁通量发生变化,大线圈B与电流表组成的闭合回路中就产生了感应电流,所以采取的方式只要能够改变A中的电流就可以了。,-29-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),探究感应电流方向的规律 核心知识整合 1.实验目的 探究感应电流方向的规律。 2.实验原理 感应电流的磁场方向阻碍原磁场磁通量的变化。 3.实验器材 条形磁铁、灵敏电流表、线圈、干电池、定值电阻、开关、导线若干。,-
16、30-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),4.实验步骤 (1)确定线圈导线绕向,仔细观察实验用线圈导线的绕向,用白线把绕向标识好,如图1所示。 (2)用干电池确定电流表的指针偏转方向与电流方向的关系,电路图如图2所示。,-31-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),(3)探究影响感应电流方向的因素。 如图所示连接电路,并将磁铁向线圈插入或从线圈中拔出,分析感应电流的方向与哪些因素有关。,-32-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),5.实验现象记录表格,-33-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),关键能力提升 命题点 实验原理与操作 【例12】 (20172
17、018学年浙江宁波六校高二下)下图为研究电磁感应现象的实验装置,部分导线已连接。(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好。 (2)在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上开关后可能出现的情况有:将原线圈迅速插入副线圈时,灵敏电流计指针将 (选填“向右偏”“向左偏”或“不偏转”)。,-34-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),答案:(1)如图所示(2)向右偏,-35-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),解析:(1)将电源、开关、变阻器、小螺线管串联成一个回路,再将电流计与大螺线管串联成另一个回路,电路图如图所示。(2)闭合开关,穿过副线圈的磁通量增大,灵敏
18、电流表的指针向右偏;将原线圈迅速插入副线圈时,磁场方向不变,穿过副线圈的磁通量增大,灵敏电流计指针将向右偏转一下。,-36-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),【例13】 某实验小组用如图所示的实验装置完成“探究楞次定律”的实验,实验记录如下表,该同学实验记录中有三处忘记记录了,请你补充完整: ; ; 。,-37-,考点一,考点二,实验(13),实验(14),【例13】 某实验小组用如图所示的实验装置完成“探究楞次定律”的实验,实验记录如下表,该同学实验记录中有三处忘记记录了,请你补充完整: ; ; 。,答案:从线圈中抽出 向右偏转 S极朝下,-38-,考点一,考点二,实验(13),
19、实验(14),解析:从图中可以看出当N极朝下插入线圈时,穿过线圈的向下的磁通量增加,根据楞次定律,此时感应出向上的磁场,并导致电流表向左偏转; 当S极朝下并从线圈中抽出时,则穿过线圈向上的磁通量减小,根据楞次定律,则应该感应出向上的磁场,所以这时候电流表也向左偏; 当N极向下并从线圈中抽出时,穿过线圈向下的磁通量减小,根据楞次定律应感应出向下的磁场,与题给条件相反,所以电流表应该右偏; 当S极朝下并插入线圈时,则向上的磁通量增大,则感应出向下的磁场,则电流表会右偏。,-39-,1,2,3,4,5,1.关于磁通量的说法正确的是( ) A.磁通量有正负之分,所以磁通量是矢量 B.引入磁通量的概念,
20、是为了描述磁场中某一个面的磁场分布情况 C.引入磁通量的概念,是为了描述磁场中某一点的磁场分布情况 D.由磁通量计算式=BS可知,在匀强磁场中磁通量就等于磁感应强度与线圈面积的乘积,答案,解析,-40-,1,2,3,4,5,2.下列四幅图中能产生感应电流的情形是( ),答案,解析,-41-,1,2,3,4,5,3.如图所示,无限长直导线中通以电流I,矩形线圈与电流共面,下列情况在线圈中没有感应电流的是( )A.电流I增大 B.线圈向下平动 C.线圈向右平动 D.电流I减小,答案,解析,-42-,1,2,3,4,5,4.(多选)如图所示,在光滑水平桌面上有两个金属圆环,在它们圆心连线中点正上方有一个条形磁铁,当条形磁铁自由下落时,将会出现的情况是( )A.两金属环将相互靠拢 B.两金属环将相互排斥 C.磁铁的加速度会大于g D.磁铁的加速度会小于g,答案,解析,-43-,1,2,3,4,5,6,5.甲、乙两个同心的闭合金属圆环位于同一平面内,甲环中通以顺时针方向电流I,如图所示,当甲环中电流逐渐增大时,乙环中每段导线所受磁场力的方向是( ) A.指向圆心 B.背离圆心 C.垂直纸面向内 D.垂直纸面向外,答案,解析,
