第九章电磁感应

【教学课题】第九章电磁感应第一单元电磁感应楞次定律【考纲要求】①电磁感应现象Ⅰ(考纲要求)②磁通量Ⅰ（考纲要求）③楞次定律Ⅱ（考纲要求）【教学目标】1、地磁感应现象的认识2、掌握楞次定律和右手定则【教学重点】1、对楞次定律的理解和应用2、感应电流方向的判定3、右手定制、左手定则和安培定则的区别和应用【教学用时】3课时【教学进程】主干知识梳理一、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．能量转化发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为．3．电磁感应现象的实质变化的磁场产生了电场，在电场力的作用下导体中的自由电荷定向移动的结果，如果回路闭合则产生感应电流；如果回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流．磁通量电能二、楞次定律和右手定则1．楞次定律(1)内容：感应电流产生的磁场总要引起感应电流的的变化．(2)适用情况：所有电磁感应现象．2．右手定则(1)内容：伸开右手，使拇指跟其余四个手指，并且都与手掌在同一个，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向的方向，这时所指的方向就是感应电流的方向．(2)适用情况：闭合电路部分导体磁感线时产生感应电流．(3)磁通量Ф＝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．(4)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．基础自测自评1．(2012年淮北模拟)如图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流．各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中表示正确的是()答案：D2.(2012年合肥模拟)如图是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是()①开关S闭合瞬间②开关S由闭合到断开的瞬间③开关S已经是闭合的，变阻器滑片P向左迅速滑动④开关S已经是闭合的，变阻器滑片P向右迅速滑动A．①③B．①④C．②③D．②④解析：M向右运动是阻碍磁通量的增加，原因是左边螺线管中电流的磁场增强，所以有两种情况，一是S闭合，二是滑片P向左滑动，故A对．答案：A3.如图所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线处于同一平面内，而且处在两导线的中央，则()A．两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零B．两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零C．两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量相等D．因两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零答案：A4.如图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φ1，右方机翼末端处的电势为φ2，下列判断正确的是()A．若飞机从西往东飞，φ2比φ1高B．若飞机从东往西飞，φ2比φ1高C．若飞机从南往北飞，φ1比φ2高D．若飞机从北往南飞，φ2比φ1高答案：C要点透析 探究提高要点一、对楞次定律的理解和应用1．楞次定律中“阻碍”的含义2．楞次定律的使用步骤3．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”．[例1] 如图所示，光滑固定的金属导轨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，一条形磁铁从高处下落接近回路时( )A ．P 、Q 将静止不动B ．P 、Q 将相互远离C．磁铁的加速度仍为gD．磁铁的加速度小于g[思路点拨]可以用楞次定律确定P、Q中的感应电流方向．再根据左手定则确定感应电流受到的安培力来确定P、Q运动方向，根据感应电流的磁场的“阻碍”作用确定磁铁的加速度．还可以根据楞次定律的一些结论直接解答．[自主解答]解法一设磁铁下端为N极，如图所示，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，PQ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.当磁铁下端为S极时，根据类似的分析可得到相同的结果，所以，本题应选D.解法二根据楞次定律的另一表述——感应电流的效果，总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D.[答案] D1．如图所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈．当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是()A．F N先小于mg后大于mg，运动趋势向左B．F N先大于mg后小于mg，运动趋势向左C．F N先小于mg后大于mg，运动趋势向右D．F N先大于mg后小于mg，运动趋势向右答案：D要点二、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．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，确立感应电流的方向．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．(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．(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．[例2]MN、GH为光滑的水平平行金属导轨，ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆，匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，如图中所示，则()A．若固定ab，使cd向右滑动，则abcd回路有电流，电流方向由a到b到d到cB．若ab、cd以相同的速度一起向右滑动，则abcd回路有电流，电流方向由c到d到b到aC．若ab向左、cd向右同时运动，则abcd回路电流为零D．若ab、cd都向右运动，且两棒速度v cd＞v ab，则abcd回路有电流，电流方向由c到d到b到a[思路点拨]判断一个回路中是否有感应电流，关键是看穿过回路的磁通量是否有变化．[自主解答]由右手定则可判断出A选项中应产生顺时针的电流，故A错．若ab、cd同向且速度大小相同，ab、cd所围的线圈面积不变，磁通量不变，故不产生感应电流，故B错．若ab向左、cd向右，则abcd中有顺时针电流，故C错．若ab、cd均向右运动，且vcd＞vab，则abcd所围面积发生变化，磁通量也发生变化，故由楞次定律可判断出产生由c到d的电流，故D正确．[答案] D2．如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动．金属线框从右侧某一位置由静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面．则线框中感应电流的方向是()A．a→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d答案：B要点三、右手定则、左手定则和安培定则的区别和应用1．三个定则的区别2.相互联系(1)电流可以产生磁场，当电流的磁场发生变化时，也会发生电磁感应现象．(2)感应电流在原磁场中也要受安培力，这是确定感应电流阻碍“相对运动”的依据．(3)有些综合问题中，有时要同时应用三个定则．[例3]如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图．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，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是()A．当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点B．当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点C．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点D．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点[思路点拨]解答本题应把握以下三点：(1)用右手定则判定电流方向，确定a、b两点电势高低．(2)用安培定则确定两线圈磁场方向．(3)根据右侧线圈中磁场变化情况判定感应电流方向．[自主解答]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．由左线圈中的感应电动势恒定，知感应电流也恒定，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φb＞φa，电流沿逆时针方向．又由E＝Blv 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，并且磁感应强度不断增强，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，而在右线圈组成的电路中，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．故D正确．[答案] D3．如图所示，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在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是()A．向右匀速运动B．向左匀速运动C．向右减速运动D．向左减速运动答案：C随堂典题演练1．(2012年六安模拟)了解物理规律的发现过程，学会象科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要．以下符合史实的是()A．奥斯特发现了电流热效应的规律B．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律C．楞次发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕D．牛顿将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动答案：B2．(2011年高考江苏单科)如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计，匀强磁场与导轨平面垂直．阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好．t ＝0时，将开关S由1掷到2.q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度．下列图象正确的是()答案：D3.(2011年高考上海单科)如图，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a 绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a()A．顺时针加速旋转B．顺时针减速旋转C．逆时针加速旋转D．逆时针减速旋转答案：B4.(2012年合肥模拟)如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴．一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，当运动到关于OO′对称的位置时下列说法不正确的是()A．穿过回路的磁通量为零B．回路中感应电动势大小为2Blv0C．回路中感应电流的方向为顺时针方向D．回路中ab边与cd边所受安培力方向相同答案：C。