20版:第1讲 电磁感应现象 楞次定律(创新设计)
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楞次定律教学设计一、设计指导思想1、中小学课堂教学一直沿用凯诺夫的“讲解——接受”的教学模式,这种方法适应当时系统传授知识的需要。
随着人类知识总量的急剧增加,新技术革命浪潮的兴起,现在的教学要注重学生认知目标与情感目标的统一。
重视培养学生正确的思维方法和独立思考,手脑并用,积极探索等良好的学习习惯。
培养学生自治,自理,自学等各种能力。
要想实现上述目标,就要优化课堂设计。
2、“楞次定律”是高中物理《电磁感应》教学的重点和难点内容,设计一个从新课引入—新课教学—课堂练习的完整的课堂教学过程。
在设计与制作的过程中把物理课件与其它的教学教法相结合,把课件模拟实验与教师演示实验和学生动手操作实验相统一,把物理课件引入课堂教学,探讨突破教学难点,提高教学效率,优化教学的手段,增强学习兴趣,培养思维能力等正、反两个方面的影响。
3、教师引导学生动手做实验,通过观察实验现象,分析归纳实验结果,培养学生的动手能力和观察能力,通过自己的探索深刻理解楞次定律,能熟练运用楞次定律解决实际问题。
二、教学目标设计:1、知识掌握目标:正确理解楞次定律,能熟练应用楞次定律判断各种情景的感应电流方向。
2、能力培养目标:着重培养学生的实验观察能力、归纳综合能力、应用物理原理解决实际问题的能力。
3、教学优化目标:通过课件演示和动手操作实验,调动学生参与课堂活动,激发学生思维,增强学习兴趣。
应用课件突破教学难点,扩大教学容量,提高教学效率。
三、重点难点分析1、使学生清楚地知道,引起感应电流的磁通量的变化和感应电流所激发的磁场之间的关系是这一节课的重点。
2、教材通过简单的实验介绍就给出了楞次定律,没有演绎,推理的过程。
给学生理解楞次定律带来困难。
3、楞次定律是根据闭合回路磁通量的变化来判断感应电流的方向的一个定律,该定律涉及的物理概念较多,有原磁场、感应电流的磁场、磁通量、感应电流等概念,且涉及到磁感线空间分布和磁通量的动态变化过程分析,在应用该定律时,还要用右手螺旋定则。
第十二章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律课标要求核心考点五年考情核心素养对接1.知道磁通量.通过实验,了解电磁感应现象,了解产生感应电流的条件.知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响.2.探究影响感应电流方向的因素,理解楞次定律.电磁感应现象及感应电流方向的判断2023:山东T12;2020:全国ⅡT14,天津T6;2019:浙江4月T21 1.物理观念:理解电磁感应现象;用能量的观点解释楞次定律.2.科学思维:运用电磁感应现象及“三定则、一定律”分析相关问题.3.科学探究:观察、分析电磁感应现象,探究、论证产生感应电流的条件.4.科学态度与责任:通过了解电磁感应的实际应用,体会科技进步对人类生活和社会发展的重要影响,增强社会责任感.楞次定律推论的应用2022:上海T15;2020:全国ⅢT14,江苏T3;2019:全国ⅢT14,上海T10“三定则、一定律”的应用2022:江苏T3命题分析预测高考主要考查电磁感应现象的分析与判断、楞次定律推论的应用以及“三定则、一定律”的应用,多以选择题的形式呈现,难度较小.预计2025年高考将继续考查应用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向.电磁感应现象在生产生活中有着广泛的应用,一些相关的生活化的素材将是高考命题的热点素材.考点1电磁感应现象及感应电流方向的判断1.电磁感应现象2.楞次定律与右手定则定律或定则内容适用范围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[8]阻碍引起感应电流的[9]磁通量的变化一切电磁感应现象右手定则如图,伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让[10]磁感线从掌心进入,并使拇指指向[11]导线运动的方向,这时四指所指的方向就是[12]感应电流的方向导线[13]切割磁感线产生感应电流3.感应电流方向的判断(1)用楞次定律判断①楞次定律中“阻碍”的含义②应用楞次定律的思路(2)用右手定则判断该方法只适用于导体切割磁感线产生的感应电流,注意三个要点:①掌心——磁感线穿入;②拇指——指向导体运动的方向;③四指——指向感应电流的方向.每当高考考生入场时,监考老师要用金属探测器对考生进行安检,当探测器靠近金属物体时,探测器就会发出警报.判断下列说法的正误.(1)探测器靠近非金属物体时不发生报警现象.(√)(2)探测器靠近金属物体报警时利用了静电感应现象.(✕)(3)探测器靠近金属物体和远离金属物体时产生的感应电流方向不同.(√)如图所示,在光滑水平面上,通有电流I的长直导线附近有一个矩形线圈ABCD,线圈与导线始终在同一个平面内.线圈在导线的一侧,垂直于导线左右平移时,其中产生了A→B→C→D→A方向的电流.已知距离载流直导线较近的位置磁场较强.则线圈在向左(选填“左”或“右”)移动.如果通电导线电流减小,线圈将向左(选填“左”或“右”)运动.如果矩形线圈周长不变,由矩形突然变成圆形,在此过程中,线圈中有(选填“有”或“无”)感应电流.解析选择矩形线圈为研究对象,画出通电直导线一侧的磁感线分布如图所示,磁感线方向垂直于纸面向里,用“×”表示.已知矩形线圈中感应电流的方向为A→B→C→D→A,根据安培定则,感应电流的磁场方向是垂直于纸面向外的,用矩形中心的圆点“·”表示.根据楞次定律,感应电流的磁场应该是阻碍穿过线圈的磁通量变化的.现在已经判明感应电流的磁场垂直于纸面向外,跟原来磁场的方向相反.因此,线圈移动时通过它的磁通量一定在增加,这说明线圈在向左移动.如果通电导线电流减小,穿过线圈的磁通量将减少,根据楞次定律,感应电流的磁场将阻碍磁通量的减少,线圈将向左运动.由矩形突然变成圆形,穿过线圈的磁通量发生变化,在此过程中,线圈中有感应电流.如图,假定导体棒CD不动,磁感应强度B减小但方向不变.(1)我们研究的是哪个闭合导体回路?(2)磁感应强度减小时,穿过这个闭合导体回路的磁通量是增加还是减少?(3)感应电流的磁场应该是沿哪个方向的?(4)导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的?答案(1)CDEF(2)减少(3)与原磁感应强度方向相同(4)从D到C命题点1感应电流有无的判断1.下列各图所描述的物理情境中,没有感应电流的是(A)A BC D解析开关S闭合稳定后,穿过线圈N的磁通量保持不变,线圈N中不产生感应电流;磁铁向铝环A靠近,穿过铝环A的磁通量在增大,铝环A中产生感应电流;金属框从A向B 运动,穿过金属框的磁通量时刻在变化,金属框中产生感应电流;铜盘在磁场中按题图所示方向转动,铜盘的无数辐条切割磁感线,与外电路构成闭合回路,产生感应电流.故选A.方法点拨判断感应电流有无的方法命题点2感应电流方向的判断2.[2023海南]汽车测速利用了电磁感应现象,汽车可简化为一个矩形线圈abcd,埋在地下的线圈分别为1、2,通上顺时针(俯视)方向的电流,当汽车经过线圈时(C)A.线圈1、2产生的磁场方向竖直向上B.汽车进入线圈1过程产生的感应电流方向为abcdC.汽车离开线圈1过程产生的感应电流方向为abcdD.汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同解析由安培定则可知,线圈1、2产生的磁场方向都是竖直向下的,A错误;汽车进入线圈1时,线圈abcd中向下的磁通量增加,由楞次定律可判断,线圈abcd中的感应电流方向与线圈1中的电流方向相反,是逆时针,即感应电流方向为adcb,同理,汽车离开线圈1时,线圈abcd中向下的磁通量减少,线圈abcd中的感应电流方向是顺时针,即感应电流方向为abcd,故B错误,C正确;由楞次定律可知,安培力为阻力,与速度方向相反,D 错误.3.[右手定则/2023广东佛山模拟]如图所示,光滑平行金属导轨PP'和QQ',都处于同一水平面内,P 和Q 之间连接一电阻R ,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中.现在垂直于导轨放置一根导体棒MN ,用一水平向右的力F 拉动导体棒MN ,以下关于导体棒MN 中的感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是(A)A.感应电流方向是N →M ,安培力水平向左B.感应电流方向是M →N ,安培力水平向左C.感应电流方向是N →M ,安培力水平向右D.感应电流方向是M →N ,安培力水平向右解析根据右手定则判断可知导体棒MN 中的感应电流方向是N →M ,根据左手定则判断可知MN 所受安培力的方向水平向左,故A 正确,B 、C 、D 错误.方法点拨楞次定律的本质是能量守恒,右手定则是楞次定律的特例,楞次定律适用于所有的电磁感应现象,而右手定则适用于一段导体在磁场中切割磁感线运动的情况.考点2楞次定律推论的应用楞次定律的推论增反减同磁体靠近线圈,B 感与B 原方向相反当I 1增大时,环B 中的感应电流方向与I 1相反;当I 1减小时,环B 中的感应电流方向与I 1相同来拒去留磁体靠近,是斥力;磁体远离,是引力.阻碍磁体与圆环的相对运动增缩减扩(适用于单向磁场)P 、Q 是光滑固定导轨,a 、b 是可动金属棒,磁体下移(上移),a 、b 靠近(远离),使回路面积有缩小(扩大)的趋势增离减靠当开关S 闭合时,左环向左摆动、右环向右摆动,远离通电线圈.当开关断开时,情况相反.通过远离和靠近阻碍磁通量的变化说明以上情况“殊途同归”,实质上都是以不同的方式阻碍磁通量的变化如图所示,一轻质绝缘横杆两侧各固定一铝环,横杆可绕中心点自由转动,拿一条形磁铁插向A 环,后又取出插向B 环.判断下列说法的正误.(1)磁铁插向A 环,横杆发生转动.(√)(2)磁铁插向B 环,横杆发生转动.(✕)(3)磁铁插向A 环,A 环中产生感应电动势和感应电流.(√)(4)磁铁插向B 环,B 环中不产生感应电动势和感应电流.(✕)引起感应电流的原因感应电流产生的效果如何“阻碍”口诀闭合回路中的磁通量变化在闭合回路中产生磁场感应电流在闭合回路中产生的磁场在磁通量增加时与原磁场方向相反,反之相同增反减同导体相对运动产生安培力产生的安培力总是阻碍导体的相对运动,而不是阻碍导体的运动来拒去留线圈中磁通量变化产生安培力使线圈面积变化线圈面积在磁通量增加时有收缩趋势,反之则扩大增缩减扩命题点1阻碍原磁通量的变化——“增反减同”4.[楞次定律]如图所示,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环.圆环初始时静止.将图中开关S 由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到(B)A.拨至M端或N端,圆环都向左运动B.拨至M端或N端,圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动解析将开关S由断开状态拨至M端或N端,都会使线圈中的电流突然增大,穿过右边圆环的磁通量突然增大,由楞次定律可知,圆环都会向右运动以阻碍磁通量的增大,B正确,A、C、D均错误.命题点2阻碍相对运动——“来拒去留”5.[2023河北邢台模拟]如图所示,当条形磁铁突然向闭合铜环运动时,铜环的运动情况是(A)A.向右摆动B.向左摆动C.静止D.竖直向上运动解析由于条形磁铁相对铜环向右运动,铜环中产生感应电流,由楞次定律可知,铜环中的感应电流的磁场将阻碍由于磁铁的靠近而引起的磁通量的增大,铜环将向右运动以阻碍这种相对运动,A正确.命题拓展命题情境变化若用弹簧悬挂条形磁铁,磁铁下端的水平桌面上放一个固定的闭合铜环,并使磁铁上下振动,如图所示.磁铁在向下运动的过程中,判断铜环给磁铁的磁场力方向.答案向上解析根据楞次定律的“来拒去留”,磁铁向闭合铜环靠近,受到阻力作用,即铜环给磁铁的磁场力向上.命题点3使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”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下迅速移动时,下列判断正确的是(A)A.铝环有收缩的趋势,对桌面的压力增大B.铝环有收缩的趋势,对桌面的压力减小C.铝环有扩张的趋势,对桌面的压力减小D.铝环有扩张的趋势,对桌面的压力增大解析根据楞次定律可知,当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,穿过闭合铝环的磁通量增大,因此铝环有收缩的趋势,同时有远离磁铁的趋势,从而阻碍磁通量的增大,故增大了和桌面的挤压程度,从而使铝环对桌面的压力增大,A正确,B、C、D错误.考点3“三定则、一定律”的应用“三定则、一定律”的比较定则或定律适用的现象因果关系安培定则电流的磁效应——电流、运动电荷产生的磁场因电生磁(1)安培力——磁场对通电导线的作用力;左手定则因电受力(2)洛伦兹力——磁场对运动电荷的作用力右手定则导体做切割磁感线运动产生的电磁感应现象因动生电楞次定律穿过闭合回路的磁通量变化产生的电磁感应现象因磁生电(1)如图,已知导线运动方向与感应电流的方向,可根据右手定则画出磁场方向,请在图上画出.(2)如图,已知电流方向与磁场方向,可根据左手定则画出导线在磁场中的受力方向,请在图上画出.7.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,导轨平面与磁场方向垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆形金属线框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(D)A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向解析金属杆PQ突然向右运动,则其速度v方向向右,由右手定则可知,金属杆PQ中的感应电流方向由Q指向P,则PQRS中感应电流沿逆时针方向.PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外,穿过T的总磁通量减少,根据楞次定律和安培定则可知,T中的感应电流沿顺时针方向,D正确.命题拓展命题条件拓展(1)若金属杆PQ不动,让线圈T突然向右运动,在运动开始的瞬间,判断T中感应电流的情况.(2)若金属杆PQ与线圈T都不动,增大匀强磁场的磁感应强度,判断T中感应电流的情况.答案(1)金属杆PQ不动,让线圈T突然向右运动,在运动开始的瞬间,T内的磁通量不发生变化,所以T中没有感应电流.(2)若金属杆PQ与线圈T都不动,增大匀强磁场的磁感应强度,则T内的磁通量增大,根据楞次定律和安培定则可知,T中的感应电流沿逆时针方向.方法点拨二次感应问题的程序分析法电磁感应现象在生活实际中的应用电磁感应现象在生产、生活中有着广泛的应用,如测量列车速度和加速度的装置、电梯坠落的应急安全装置、安检门、电磁炉、磁悬浮列车等,这些生活化的素材将是未来高考命题的热点素材之一.1.[测量列车速度和加速度的装置]为了测量列车运行的速度和加速度的大小,可采用如图甲所示的装置,它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(测量记录仪未画出).当列车经过线圈上方时,线圈中产生的电流被记录下来,P、Q为接测量仪器的端口,若俯视轨道平面,磁场垂直于地面向下(如图乙所示),则在列车经过测量线圈的过程中,流经线圈的电流方向为(B)A.始终沿逆时针方向B.先沿逆时针方向,再沿顺时针方向C.先沿顺时针方向,再沿逆时针方向D.始终沿顺时针方向解析列车经过线圈上方时,穿过线圈的磁通量先增大后减小,根据楞次定律和安培定则可知线圈中产生的电流方向为先沿逆时针方向,再沿顺时针方向,B正确.2.[无线充电]随着科技的不断发展,无线充电已经进入人们的日常生活.小到手表、手机,大到电脑、电动汽车的无线充电,都已经实现了从理论研发到实际应用的转化.如图是某无线充电手机的充电图及原理图,下列说法正确的是(C)A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”B.只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同D.只要有无线充电底座,所有手机都可以进行无线充电解析无线充电是互感现象的一种应用,可类比为常见的变压器,接收线圈部分的工作原理是变化的磁场产生感应电流,属于电磁感应,充电底座接交流电源时发射线圈能产生变化的磁场,可以对手机充电,线圈互感时不改变交变电流的频率,故两线圈中交变电流频率相同,A、B错误,C正确;只有具备合适的接收线圈的手机才可以进行无线充电,D错误.3.[安检门]如图所示为安检门原理图,左边门框中有一通电线圈,右边门框中有一接收线圈.工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向(从左向右看)均匀增大的电流,则(D )A.无金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为顺时针方向B.无金属片通过时,接收线圈中的感应电流增大C.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为顺时针方向D.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流大小发生变化解析当通电线圈中有不断增大的顺时针方向的电流时,知穿过接收线圈的磁通量向右,且增大,根据楞次定律,接收线圈中产生逆时针方向的电流,即使有金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针方向,故A 、C 错误;通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流,则通电线圈产生的磁感应强度均匀增大,所以穿过接收线圈的磁通量均匀增大,则磁通量的变化率为定值,由法拉第电磁感应定律可知,接收线圈中的感应电流大小不变,故B 错误;有金属片通过时,则穿过金属片的磁通量发生变化,金属片中会产生感应电流,感应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同,所以会将该空间中的磁场的变化削弱一些,使接收线圈中的感应电流大小发生变化,故D 正确.4.[电磁驱动原理/多选]航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示.当固定线圈上突然通过直流电时,线圈左侧的金属环被弹射出去.现在线圈左侧同一位置,先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环,已知电阻率ρ铜<ρ铝,则合上开关S 的瞬间(BCD )A.从右侧看,环中产生沿逆时针方向的感应电流B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力C.电池正、负极调换后,金属环仍将向左弹射D.若将金属环置于线圈右侧,环将向右弹射解析闭合开关S 的瞬间,金属环中的磁通量向右增大,根据楞次定律可知,从右侧看,环中产生沿顺时针方向的感应电流,A 错误;由于电阻率ρ铜<ρ铝,先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环,铜环中产生的感应电流大于铝环中产生的感应电流,由安培力公式可知,铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力,B 正确;电池正、负极调换后,闭合开关S 的瞬间,穿过金属环的磁通量向左增大,根据楞次定律可知,金属环仍将向左弹射,C 正确;若将金属环置于线圈右侧,则闭合开关S 的瞬间,环将向右弹射,D 正确.5.[电梯坠落的应急安全装置]某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置如图所示,在电梯轿厢上安装永久磁铁,并在电梯的井壁上铺设线圈,这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害.关于该装置,下列说法正确的是(B )A.当电梯突然坠落时,该安全装置可使电梯停在空中B.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,闭合线圈A、B中的电流方向相反C.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,只有闭合线圈A在阻碍电梯下落D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,只有闭合线圈B在阻碍电梯下落解析若电梯突然坠落,线圈闭合时,线圈内的磁通量发生变化,将在线圈中产生感应电流,感应电流会阻碍永久磁铁的运动,可起到应急避险作用,但不能阻止永久磁铁的运动,故A错误;当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,闭合线圈A中向上的磁通量减少,感应电流的方向从上向下看是逆时针方向,闭合线圈B中向上的磁通量增加,感应电流的方向从上向下看是顺时针方向,可知闭合线圈A与B中感应电流方向相反,故B正确;结合A的分析可知,当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落,故C、D错误.1.[电磁感应现象/2020天津/多选]手机无线充电是比较新颖的充电方式.如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量.当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电.在充电过程中(AC)A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座无需导线连接,这样传递能量没有损失解析由题意可知送电线圈中通入正弦式交变电流,可知电流产生的磁场也呈周期性变化,A正确;由变压器的工作原理可知,受电线圈输出的电流也是正弦式交变电流,受电线圈中感应电流产生的磁场随电流的变化而变化,B错误;送电线圈和受电线圈的能量传递是通过互感现象实现的,C正确;由于送电线圈产生的磁场并没有全部穿过受电线圈,即有磁通的损失,因此该充电过程存在能量的损失,D错误.2.[利用楞次定律判断感应电流的方向/2020江苏]如图所示,两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反.金属圆环的直径与两磁场的边界重合.下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(B)A.同时增大B1减小B2B.同时减小B1增大B2C.同时以相同的变化率增大B1和B2D.同时以相同的变化率减小B1和B2解析当同时增大B1减小B2时,通过金属圆环的总磁通量增加,且方向垂直纸面向里,根据楞次定律知,感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外,根据安培定则知,此时金属圆环中的感应电流沿逆时针方向,A错误;同理当同时减小B1增大B2时,金属圆环中产生顺时针方向的感应电流,B正确;当同时以相同的变化率增大或减小B1和B2时,金属圆环中的总磁通量没有变化,仍然为0,金属圆环中无感应电流产生,C、D均错误.3.[利用左手定则判断感应电流的方向/2023山东/多选]足够长U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上,宽为1m,电阻不计.质量为1kg、长为1m、电阻为1Ω的导体棒MN放置在导轨上,与导轨形成矩形回路并始终接触良好,Ⅰ和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场,磁感应强度分别为B1和B2,其中B1=2T,方向向下.用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为0.1kg的重物相连,绳与CD垂直且平行于桌面.如图所示,某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域Ⅰ和Ⅱ并做匀速直线运动,MN、CD与磁场边界平行.MN的速度v1=2m/s,CD的速度为v2且v2>v1,MN和导轨间的动摩擦因数为0.2.重力加速度大小取10m/s2,下列说法正确的是(BD)A.B2的方向向上B.B2的方向向下C.v2=5m/sD.v2=3m/s解析导轨的速度v2>v1,对导体棒受力分析可知导体棒受到向右的摩擦力以及向左的安培力,摩擦力大小为F f=μmg=2N,导体棒受到的安培力大小为F A1=F f=2N,由F A1=ILB1得I=1A,由左手定则可知回路中的电流方向为N→M→D→C→N.由于F f>m0g,故导轨受到的安培力水平向右,安培力大小为F A2=F f-m0g=1N,由F A2=ILB2得B2=1T,由左手定则可知B2的方向向下,A错误,B正确;电路中的电流为I=1B1−2B2,代入数据解得v2=3m/s,C错误,D正确.1.如图所示,闭合线圈abcd水平放置,其面积为S,匝数为n,线圈与磁感应。
第1节 楞次定律知识点一 影响感应电流方向的因素[观图助学]实验:探究影响感应电流方向的因素1.磁通量增大时的情况磁场与磁体的磁场方向相反,阻碍磁通量的增加。
2.磁通量减小时的情况图号磁体的磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向丙向下顺时针(俯视)向下丁向上逆时针(俯视)向上结论根据实验结果填写上表,比较表中的数据。
当穿过线圈的磁通量减小时,感应电流的磁场与磁体磁场的方向相同,阻碍磁通量的减小。
甲磁场变强乙磁场变弱由于磁铁的插入与抽出,线圈中磁场的强弱在变化。
回顾磁通量及磁通量变化的几种情况。
(1)面积S和磁感应强度B的乘积称为磁通量。
(2)磁通量是标量,但是有正负。
(3)磁通量的变化量:①S不变,B改变,则ΔΦ=ΔB·S;②S改变,B不变,则ΔΦ=B·ΔS;③B与S之间的夹角发生变化,磁通量也发生变化。
知识点二楞次定律[观图助学]当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反,这种情况如图甲所示;当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同,这种情况如图乙所示。
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阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(2)理解:当磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,当磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同,即增反减同。
[思考判断](1)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反。
(×)(2)感应电流的磁场可能与引起感应电流的磁场方向相同。
(√)(3)感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(√)磁极靠近或远离铝环当磁极靠近铝环时的现象为:铝环向右移动,当磁极远离铝环时的现象为:铝环向左移动,如何解释这一现象?知识点三右手定则[观图助学]在图中,假定导体棒CD向右运动。
判定感应电流的方向(1)我们研究的是哪个闭合导体回路?(2)当导体棒CD向右运动时,穿过这个闭合导体回路的磁通量是增大还是减小?(3)感应电流的磁场应该是沿哪个方向的?(4)导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的?答案(1)我们研究的是CDEF这个闭合的回路。
第1讲 电磁感应现象 楞次定律知识排查磁通量1.磁通量(1)定义:磁感应强度B 与垂直磁场方向的面积S 的乘积。
(2)公式:Φ=BS (B ⊥S );单位:韦伯(Wb)。
(3)矢标性:磁通量是标量,但有正负。
2.磁通量的变化量:ΔΦ=Φ2-Φ1。
3.磁通量的变化率(磁通量变化的快慢):磁通量的变化量与所用时间的比值,即ΔΦΔt ,与线圈的匝数无关。
电磁感应现象1.电磁感应现象当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中有感应电流产生的现象。
2.产生感应电流的条件(1)闭合导体回路;(2)磁通量发生变化。
感应电流的方向图11.楞次定律(1)内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(2)适用范围:一切电磁感应现象。
2.右手定则(1)内容:如图1,伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
(2)适用情况:导线切割磁感线产生感应电流。
小题速练1.思考判断(1)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生。
()(2)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。
()(3)电路中磁通量发生变化时,就一定会产生感应电流。
()(4)当导体切割磁感线时,一定产生感应电流。
()(5)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。
() 答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2.如图2所示,一圆形金属线圈放置在水平桌面上,匀强磁场垂直桌面竖直向下,过线圈上A点作切线OO′,OO′与线圈在同一平面上。
在线圈以OO′为轴翻转180°的过程中,线圈中电流流向()图2A.始终为A→B→C→AB.始终为A→C→B→AC.先为A→C→B→A,再为A→B→C→AD.先为A→B→C→A,再为A→C→B→A解析在线圈以OO′为轴翻转0~90°的过程中,穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减小,由楞次定律可知感应电流方向为A→B→C→A;线圈以OO′为轴翻转90°~180°的过程中,穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加,由楞次定律可知感应电流方向仍然为A→B→C→A,A正确。
答案 A电磁感应现象的理解和判断1.常见的产生感应电流的三种情况2.判断磁通量是否变化的方法(1)根据公式Φ=BS(B⊥S)判断。
(2)根据穿过平面的磁感线的条数是否变化判断。
【例1】如图3所示,一个金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中,若要使圆环中产生如箭头所示方向的瞬时感应电流,下列方法可行的是()图3A.使匀强磁场的磁感应强度均匀增大B.使圆环绕水平轴ab如图转动30°C.使圆环绕水平轴cd如图转动30°D.保持圆环水平并使其绕过圆心的竖直轴转动解析原磁场的方向向上,圆环中感应电流产生的磁场方向竖直向下,与原磁场的方向相反,根据楞次定律,说明圆环磁通量在增大。
使匀强磁场的磁感应强度均匀增大,穿过圆环的磁通量增大,A项正确;使圆环绕水平轴ab或cd转动30°,圆环在中性面上的投影面积减小,磁通量减小,只会产生与图示方向反向的感应电流,B、C项错误;保持圆环水平并使其绕过圆心的竖直轴转动,圆环仍与磁场垂直,磁通量不变,不会产生感应电流,D项错误。
答案 A1.(2017·江苏单科,1)如图4所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。
圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为()图4A.1∶1 B.1∶2C.1∶4 D.4∶1解析两个线圈的半径虽然不同,但是磁场穿过两个线圈的有效面积一样,则穿过两线圈的磁通量相同,故选项A正确。
答案 A2.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图5所示连接。
下列说法正确的是()图5A.开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,电流计指针均不会偏转C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,电流计指针不会偏转D.开关断开后,滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针发生偏转解析线圈A插入或拔出,都将造成线圈B处磁场的变化,因此线圈B处的磁通量变化,产生感应电流,故选项A正确;开关闭合和断开均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流,故选项B错误;开关闭合后,只要移动滑片P,线圈B中磁通量变化而产生感应电流,故选项C错误;开关断开后,线圈B无磁通量变化,故无感应电流,选项D错误。
答案 A楞次定律的理解及应用1.楞次定律中“阻碍”的含义2.判断感应电流方向的两种方法方法一用楞次定律判断(“四步法”)方法二用右手定则判断该方法适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生的感应电流。
判断时注意掌心、拇指、四指的方向:(1)掌心——磁感线垂直穿入;(2)拇指——指向导体运动的方向;(3)四指——指向感应电流的方向。
【例2】(多选)(2018·全国卷Ⅰ,19)如图6,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。
将一磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。
下列说法正确的是()图6A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动解析由电路可知,开关闭合瞬间,右侧线圈正面环绕部分的电流向下,由安培定则可知,直导线在铁芯中产生向右的磁场,由楞次定律可知,左侧线圈正面环绕部分产生向上的电流,则直导线中的电流方向由南向北,由安培定则可知,直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里的磁场,则小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,A正确;开关闭合并保持一段时间后,穿过左侧线圈的磁通量不变,则左侧线圈中的感应电流为零,直导线不产生磁场,则小磁针静止不动,B、C错误;开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,穿过左侧线圈向右的磁通量减少,则由楞次定律可知,左侧线圈正面环绕部分产生向下的感应电流,则流过直导线的电流方向由北向南,直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外的磁场,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,D正确。
答案AD三定则一定律的应用技巧(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则。
(2)研究感应电流受到的安培力时,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。
1.如图7所示,在通电长直导线AB的一侧悬挂一可以自由摆动的闭合矩形金属线圈P,AB在线圈平面内。
当发现闭合线圈向右摆动时()图7A.AB中的电流减小,用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流B.AB中的电流不变,用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流C.AB中的电流增大,用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流D.AB中的电流增大,用楞次定律判断得线圈中产生顺时针方向的电流解析根据安培定则可知线圈所在处的磁场方向垂直纸面向里,若直导线中的电流增大,穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律得到:线圈中感应电流方向为逆时针方向。
根据左手定则可知线圈中各边所受安培力均指向线圈内,由于靠近导线磁场强,则安培力较大;远离导线磁场弱,则安培力较小。
因此线圈离开AB 直导线,即向右摆动,反之产生顺时针方向的电流,向左摆动,故C正确。
答案 C2.(2017·全国卷Ⅲ,15)如图8,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()图8A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向解析金属杆PQ突然向右运动,由右手定则可知,PQRS中有沿逆时针方向的感应电流,由于感应电流产生的磁场与原磁场方向相反,则穿过圆环形金属线框T中的磁通量减小,由楞次定律可知,T中有沿顺时针方向的感应电流,故选项D正确,A、B、C错误。
答案 D3.[易错题](多选)如图9所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引()图9A.向右做匀速运动B.向左做减速运动C.向右做减速运动D.向右做加速运动解析当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈c中的磁通量恒定不变,无感应电流产生,选项A错误;当导体棒向左减速运动时,由右手定则可判定回路中出现从b―→a的感应电流且减小,由安培定则知螺线管中感应电流的磁场向左在减弱,由楞次定律知c中出现顺时针感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引,选项B正确;同理可判定选项C正确,D错误。
答案BC楞次定律推论的应用楞次定律中“阻碍”的推广含义可以推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因,列表说明如下:内容例证阻碍原磁通量变化—“增反减同”磁铁靠近线圈,B感与B原反向阻碍相对运动——“来拒去留”使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”B减小,线圈扩张阻碍原电流的变化合上S,B先亮——“增反减同”【例3】(2019·上海静安质检)如图10所示,在同一水平面内有两根光滑平行金属导轨MN和PQ,在两导轨之间竖直放置通电螺线管,ab和cd是放在导轨上的两根金属棒,它们分别放在螺线管的左、右两侧,保持开关闭合,最初两金属棒处于静止状态。
当滑动变阻器的滑片向左滑动时,两根金属棒与导轨构成的回路中感应电流方向(俯视图)及ab、cd两棒的运动情况是()图10A.感应电流为顺时针方向,两棒相互靠近B.感应电流为顺时针方向,两棒相互远离C.感应电流为逆时针方向,两棒相互靠近D.感应电流为逆时针方向,两棒相互远离解析当变阻器滑片向左滑动时,电路中的电流变大,螺线管的磁场增强,根据安培定则,由电流方向可确定螺线管内的磁场方向垂直导轨向下,由于螺线管处于两棒中间,所以穿过两棒与导轨所围成的回路磁通量变大,由楞次定律的“增反减同”可得,回路产生逆时针方向的感应电流,根据左手定则可判断安培力的方向,故ab棒所受安培力方向向左,cd棒所受安培力方向向右,两棒相互远离,故D正确,A、B、C错误。
答案 D1.[增反减同]如图11所示,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触,关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是()图11A.总是顺时针B.总是逆时针C.先顺时针后逆时针D.先逆时针后顺时针解析磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触,则导体环中,先是向上的磁通量增加,磁铁中点到达圆环所在平面后,向上的磁通量减少,根据楞次定律可知,产生的感应电流方向先顺时针后逆时针,选项C正确。