高考物理一輪復(fù)習(xí)專用資料——電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律
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1、第31講 電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律 【考點整合】 一、磁通量 1、磁通量的定義: 如果在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面,其面積為S,則定義B與S的乘積為穿過這個面的磁通量,用Φ表示??梢哉J為磁通量就是穿過某面積的磁感線的條數(shù)叫做穿過這一面積的磁通量。 2、磁通量的計算公式:φ=B·S。 若面積S與垂直于磁場方向的平面間的夾角為θ,則穿過S的磁通量φ=B·S⊥=BScosθ;若S與B之間的夾角為α,則φ=B·S⊥=BSsinα;無論采用哪一種公式計算,關(guān)鍵把握住“線圈的有效面積——線圈平面沿磁場方向的投影” 若平面S與磁場B平形,則φ=0 3、磁通量是標(biāo)
2、量,沒有方向,但有正負。若規(guī)定磁感線從某一邊穿過平面時磁通量為正,則反方向穿過平面的磁通量就為負,當(dāng)某面上同時有正反兩個方向的磁感線穿過時,則穿過該面的實際磁通量為正負磁通量的代數(shù)和,φ=φ正-φ負。 4、穿過某一線圈(多匝時)平面的磁通量的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)。穿過任意閉合曲面的總磁通量總是為零(如:穿過地球表面的總磁通量為零)。 5、在國際單位制中,磁通量的單位是韋伯(Wb):1Wb=1T·m2=1N·m2/A·m=1N·m/A=1J/A=1V·A·S/A=1V·S。 二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象及條件 1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 利用磁場產(chǎn)生電流(或電動勢)的現(xiàn)象,叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的電流叫
3、感應(yīng)電流,所產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢。 2、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件:(1)閉合回路;(2)回路中的磁通量發(fā)生變化。 回路中磁通量發(fā)生變化就產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢,這是電磁感應(yīng)的本質(zhì),產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分電路(導(dǎo)體)相當(dāng)于電源。 三、感應(yīng)電流方向的判斷 1、楞次定律(判斷感應(yīng)電流方向): 感應(yīng)電流具有這樣的方向,感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化. 2、右手定則: 根據(jù)楞次定律,可以推出導(dǎo)體切割磁感線情況下的感應(yīng)電流方向的判斷方法,即右手定則:伸開右手,讓拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在一個平面內(nèi),讓磁感線垂直從手心進入,拇指指向?qū)w運動的方向,其余四指指的就是感應(yīng)電流的方
4、向。 【要點探究&典例精講】 ? 要點一 對電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件的理解和應(yīng)用 1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 利用磁場產(chǎn)生電流(或電動勢)的現(xiàn)象,叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流,所產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢。 所謂電磁感應(yīng)現(xiàn)象,實際上是指由于磁的某種變化而引起電的產(chǎn)生的現(xiàn)象,磁場變化,將在周圍空間激起電場;如周圍空間中有導(dǎo)體存在,一般導(dǎo)體中將激起感應(yīng)電動勢;如導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路,則回路中還將產(chǎn)生感應(yīng)電流。 2、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件: (1)閉合回路; (2)回路中的磁通量發(fā)生變化。 回路中磁通量發(fā)生變化就產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢,這是電磁感應(yīng)的本質(zhì),產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分電路(導(dǎo)體)
5、相當(dāng)于電源。 3、發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種基本方式及其理論解釋 (1)動生電動勢:當(dāng)導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的相對運動時,就將在導(dǎo)體中激起感應(yīng)電動勢。這種發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方式可以用運動電荷在磁場中受到洛侖茲力的作用來解釋。 (2)感生電動勢:當(dāng)磁場的強弱改變而使穿過磁場中的閉合回路程的磁通量發(fā)生變化時,就將在閉合回路程里激起感應(yīng)電流。這種發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方式可以用麥克斯韋的電磁場理論來解釋。 4、引起磁通量變化的常見情況: (1)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動; (2)線圈在磁場中面積發(fā)生變化; (3)線圈中磁感應(yīng)強度發(fā)生變化; (4)通電線圈中電流發(fā)生變化 a b c 例1、
6、如圖所示,環(huán)形導(dǎo)線a中有順時針方向的電流,a環(huán)外有兩個同心導(dǎo)線圈b、c,與環(huán)形導(dǎo)線a在同一平面內(nèi)。穿過線圈b、c的磁通量各是什么方向?穿過哪個線圈的磁通量更大? a d b c O1 O2 例2、如圖所示,O1O2是矩形導(dǎo)線框abcd的對稱軸,其左方有垂直于紙面向外的勻強磁場。以下哪些情況下abcd中有感應(yīng)電流產(chǎn)生( ) A.將abcd 向紙外平移B.將abcd向右平移 C.將abcd以ab為軸轉(zhuǎn)動60° D.將abcd以cd為軸轉(zhuǎn)動60° ? 要點二 感應(yīng)電流方向的判定 1、楞次定律:適用于各種情況下感應(yīng)電流方向的判斷 (1)對
7、楞次定律中阻礙二字的正確理解 “阻礙”不是阻止,這里是阻而未止。阻礙磁通量變化指: 磁通量增加時,阻礙增加(感應(yīng)電流的磁場和原磁場方向相反,起抵消作用); 磁通量減少時,阻礙減少(感應(yīng)電流的磁場和原磁場方向一致,起補償作用),簡稱“增反減同”. (2)理解楞次定律要注意四個層次: 誰阻礙誰?是感應(yīng)電流的磁通量阻礙原磁通量; 阻礙什么?阻礙的是磁通量的變化而不是磁通量本身; 如何阻礙?當(dāng)磁通量增加時,感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反,當(dāng)磁通量減小時,感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同,即”增反減同”; 結(jié)果如何?阻礙不是阻止,只是延緩了磁通量變化的快慢,結(jié)果是增加的還是增加,減
8、少的還是減少。 (3)應(yīng)用步驟 楞次定律說明的是感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向之間的關(guān)系,即穿過閉合電路的磁通量增大時,兩磁場方向相反;磁通量減小時,兩磁場方向相同.因此,根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向時,應(yīng)按以下步驟進行: →→ →④ 2、右手定則:楞次定律的推論,只適用于部分導(dǎo)體切割磁感線的情況 用右手定則時應(yīng)注意: ①主要用于閉合回路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流的方向判定。 ②右手定則僅在導(dǎo)體切割磁感線時使用,應(yīng)用時要注意磁場方向、運動方向、感應(yīng)電流方向三者互相垂直. ③當(dāng)導(dǎo)體的運動方向與磁場方向不垂直時,拇指應(yīng)指向切割磁感線的分速度方向.
9、④若形成閉合回路,四指指向感應(yīng)電流方向;若未形成閉合回路,四指指向高電勢. ⑤“因電而動”用左手定則.“因動而電”用右手定則. ⑥應(yīng)用時要特別注意:四指指向是電源內(nèi)部電流的方向(負→正).因而也是電勢升高的方向;即:四指指向正極。 例3、如圖所示,單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強磁場中,線圈軸線OO′與磁場邊界重合,線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(ab向紙外,cd向紙內(nèi)).若從圖示位置開始計時,并規(guī)定電流方向沿a→b→c→d→a為正方向,則線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時間變化的圖象是() 例4、如圖所示,在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中,有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉
10、合矩形金屬線框abcd,用絕緣輕質(zhì)細桿懸掛在O點,并可繞O點擺動.金屬線框從右側(cè)某一位置靜止開始釋放,在擺動到左側(cè)最高點的過程中,細桿和金屬框平面始終處于同一平面,且垂直紙面.則線框中感應(yīng)電流的方向是() A.a(chǎn)→b→c→d B.d→c→b→a→d C.先是d→c→b→a→d,后是a→b→c→d→a D.先是a→b→c→d→a,后是d→c→b→a←d ? 要點三 楞次定律的拓展與應(yīng)用 1.就磁通量而言,感應(yīng)電流產(chǎn)生的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量(原磁通量)的變化。即當(dāng)原磁通量增加時,感應(yīng)電流的磁場就與原磁場方向相反;當(dāng)原磁通量減小時,感應(yīng)電流的磁場就與原磁場方向相
11、同。簡稱口訣“增反減同”。注意區(qū)分兩種磁場:一是研究對象所在位置的磁場和線框中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場 2.就相對運動而言,阻礙所有的相對運動,簡稱口訣“來拒去留”。從運動的效果上看,也可以形象地述為“敵”進“我”退,“敵”逃“我”追。 3.就閉合回路的面積而言,致使電路和面積有收縮或擴張的趨勢。收縮或擴張是為了阻礙電路磁通量的變化。若穿過閉合電路的磁感線皆朝同一個方向,則磁通量增大時,面積有收縮的趨勢;磁通量減少時,面積有擴張的趨勢。簡稱口訣“增縮減擴”。 4.感應(yīng)電流(或感應(yīng)電動勢)的方向阻礙原電流的變化 5.一個回路中磁通量發(fā)生變化,在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,那么,(1)若此電流是變化的,
12、則它會在鄰近的另一回路產(chǎn)生感應(yīng)電流;(2)若此電流是恒定的,則它不會在鄰近的另一回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 例5、一長直鐵芯上繞有一固定線圈M,鐵芯右端與一木質(zhì)圓柱密接,木質(zhì)圓柱上套有一閉合金屬環(huán)N,N可在木質(zhì)圓柱上無摩擦移動.M連接在如圖40-10所示的電路中,其中R為滑動變阻器,E1和E2為直流電源,S為單刀雙擲開關(guān).下列情況中,可觀測到N向左運動的是() A.在S斷開的情況下,S向a閉合的瞬間 B.在S斷開的情況下,S向b閉合的瞬間 C.在S已向a閉合的情況下,將R的滑動頭向c端移動時 D.在S已向a閉合的情況下,將R的滑動頭向d端移動時 例6、如圖,在同一鐵芯上繞兩個線圈A和B
13、,單刀雙擲開關(guān)S原來接觸點1,現(xiàn)在把它扳向觸點2,則在開關(guān)S斷開1和閉合2的過程中,流過電阻R中電流的方向是( ) A.先由P到Q,再由Q到P B.先由Q到P,再由P到Q C.始終是由Q到P D.始終是由P到Q 例7、如圖所示裝置中,cd桿原來靜止。當(dāng)ab 桿做如下那些運動時,cd桿將向右移動( ) c a d b L2 L1 A.向右勻速運動;B.向右加速運動; C.向左加速運動;D.向左減速運動 例8、如圖所示,一水平放置的矩形線圈abcd,在細長的磁鐵的N極附近豎
14、直下落,保持bc邊在紙外,ad邊在紙內(nèi),從圖中的位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ,在這個過程中,線圈中感應(yīng)電流( ) A.沿abcd流動 B.沿dcba流動 C.由Ⅰ到Ⅱ都是abcd流動,由Ⅱ到Ⅲ是dcba流動 D.由Ⅰ到Ⅱ都是dcba流動,由Ⅱ到Ⅲ是abcd流動 本講習(xí)題精練 1、如圖所示,金屬導(dǎo)軌上的導(dǎo)體棒ab在勻強磁場中沿導(dǎo)軌做下列哪種運動時,銅制線圈c中將有感應(yīng)電流產(chǎn)生且被螺線管吸引的是( ) A.向右做勻速運動 B.向左做勻速運動 C.向右做減速運動 D.向右做加速運動 2、如圖所示,矩形閉合線圈放置在水平薄板上,
15、有一塊蹄形磁鐵如圖所示置于平板的正下方(磁極間距略大于矩形線圈的寬度。)當(dāng)磁鐵勻速向右通過線圈時,線圈仍靜止不動,那么線圈受到薄板的磨擦力方向和線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向(從上向下看)是( ) A.摩擦力方向一直向左 B.摩擦力方向先向左、后向或右 C.感應(yīng)電流的方向順時針→逆時針→逆時針→順時針 D.感應(yīng)電流的方向順時針→逆時針 3、如圖所示,通有穩(wěn)恒電流的長直螺線管豎直放置,銅環(huán)R沿螺線管的軸線加速下落。在下落過程中,環(huán)面始終保持水平。銅環(huán)先后經(jīng)過軸線上1、2、3位置時的加速度分別為a1、a2、a3。位置2處于螺線管的中心,位置1、3與位置2等距離。設(shè)重力加速度為g,則:(
16、 ) A.a(chǎn)1<a2=g B.a(chǎn)3<a1<g C.a(chǎn)1=a3<a2 D.a(chǎn)3<a1<a2 4、如圖所示,光滑固定導(dǎo)體軌M、N水平放置,兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放于導(dǎo)軌上,形成一個閉合路,當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時( ) A.P、Q將互相靠攏 B.P、Q相互相遠離 C.磁鐵的加速度仍為g D.磁鐵的加速度小于g 5、A和B是兩個大小相同的環(huán)形線圈,將兩線圈平行共軸放置,如圖甲所示,當(dāng)線圈在A中的電流i1隨時間變化的圖像如圖乙所示時,若規(guī)定電流方向如圖甲所示的方向為正方向,則線圈B中的電流i2隨時間t變化的圖像是圖中的( )
17、 6、如圖所示,MN和PQ為兩根足夠長的水平光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌電阻不計,變壓器為理想變壓器,現(xiàn)在水平導(dǎo)軌部分加一豎直向上的勻強磁場,金屬棒ab與導(dǎo)軌電接觸良好,則以下說法正確的是( ) A.若ab棒勻速運動,則IR≠0,IC≠0 B.若ab棒勻速運動,則IR≠0,IC=0 C.若ab棒在某一中心位置兩側(cè)做簡諧運動,則IR≠0,IC≠0 D.若ab棒做勻加速運動,IR≠0,IC=0 7、如圖所示,MN利PQ為處于同一水平面內(nèi)的兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌,垂直導(dǎo)軌放置的金屬棒ab與導(dǎo)軌接觸良好,在水平金屬導(dǎo)軌之間加豎直向—卜的勻強磁場,導(dǎo)軌的N、Q端按理想變壓器的初級線圈,理想變壓器的
18、輸出端有三組次級線圈,分別接有電阻元件R、電感元件L和電容元件C。若用IR、IL、IC分別表示通過R、L和C的電流,不考慮電容器的瞬間充放電,則下列判斷中正確的是 ( ) A.若ab棒勻速運動,則 B.若ab棒勻加速運動,則 C.若ab棒做加速度變小的加速運動,則 D.若ab棒在某一中心位置附近做簡諧運動,則 8、如圖所示,水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN,當(dāng)PQ在外力作用下運動時,MN在磁場力作用下向右運動,PQ所做的運動可能是( ) A.向右勻加速運動 B.向左勻加速運動 C.向右勻減速運動 D.向左勻減速運動 O2
19、O1 9、如圖所示,當(dāng)磁鐵繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動時,矩形導(dǎo)線框(不考慮重力)將如何運動? N S v0 M 10、如圖所示,閉合導(dǎo)體環(huán)固定。條形磁鐵S極向下以初速度v0沿過導(dǎo)體環(huán)圓心的豎直線下落過程,導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電流方向如何? O1 a O2 b 11、如圖所示,在條形磁鐵從圖示位置繞O1O2軸轉(zhuǎn)動90°的過程中,放在導(dǎo)軌右端附近的金屬棒ab將如何移動? a b 12、如圖所示,絕緣水平面上有兩個離得很近的導(dǎo)體環(huán)a、b。將條形磁鐵沿它們的正中向下移動(不到達該平面),a、b將如何移動?
20、 a b 13、如圖所示,水平面上有兩根平行導(dǎo)軌,上面放兩根金屬棒a、b。當(dāng)條形磁鐵如圖向下移動時(不到達導(dǎo)軌平面),a、b將如何移動? 14、如圖所示,螺線管A外接一平行軌道,軌道上垂直放置金屬桿cd,cd所處位置有垂直軌道平面向里的勻強磁場;螺管B外接一根固定的直導(dǎo)體ef,平行于ef放置一根通電軟導(dǎo)線ab,ab中電流方向由a向b。當(dāng)導(dǎo)體棒cd向左運動時,發(fā)現(xiàn)軟導(dǎo)線ab:①不動;②左偏;③右偏;試分析cd棒對應(yīng)的運動狀態(tài)? 內(nèi)容總結(jié) (1)第31講 電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律 【考點整合】 一、磁通量 1、磁通量的定義: 如果在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面,其面積為S,則定義B與S的乘積為穿過這個面的磁通量,用Φ表示 (2)所謂電磁感應(yīng)現(xiàn)象,實際上是指由于磁的某種變化而引起電的產(chǎn)生的現(xiàn)象,磁場變化,將在周圍空間激起電場 (3)阻礙不是阻止,只是延緩了磁通量變化的快慢,結(jié)果是增加的還是增加,減少的還是減少
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