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教育最新K12新课标2018版高考物理一轮复习第九章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律教案

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小学+初中+高中

第九章
【研透全国卷】

电磁感应

从近几年高考试题来看,高考对本章内容的考查,重点有感应电流的产生、感应电动势 方向的判断、感应电动势大小的计算等知识.常以选择题形式考查对基础知识、基本规律的理 解与应用,以计算题的形式考查综合性知识,如运动学、力学、能量、电路、图象等知识与 电磁感应结合的问题,一般难度较大,分值较高. 预测在 2018 年高考中仍将以法拉第电磁感应定律为核心,考查与之相关的力、电综合问 题.将重点考查学生的分析综合能力及运用数学知识解决物理问题的能力,在复习过程中还要 多关注电磁感应象与现代科技、生活相结合的新情景题目. 考点 内容 电磁感应现象 一、电磁感应现象、楞次定律 磁通量 楞次定律 法拉第电磁感 二、法拉第电磁感应定律、自感和涡流 应定律 自感和涡流 三、电磁感应中的电路和图象问题 四、电磁感应中的动力学和能量综合问题 要求 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ 选择、计算 Ⅰ 选择、计算 选择、计算 选择 题型

第 1 讲 电磁感应现象 楞次定律

知识点一 磁通量 1.概念:在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,与磁场方向 2.公式:Φ = 3.单位:1 Wb= 4.公式的适用条件 (1)匀强磁场. (2)磁感线的方向与平面垂直,即 B⊥S. 5.磁通量的意义 磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数. 答案:1.垂直 2.BS 3.1 T·m 小学+初中+高中
2

的面积 S 与 B 的乘积.

. .

小学+初中+高中 知识点二 电磁感应现象 1.电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量 2.产生感应电流的条件 (1)条件:穿过闭合电路的磁通量 . 运动. 时,电路中有 产生的现象.

(2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做 3.产生电磁感应现象的实质 电磁感应现象的实质是产生 合,那么只有 ,而无 感应电流 . 2.(1)发生变化

,如果回路闭合,则产生

;如果回路不闭

答案:1.发生变化

(2)切割磁感线

3.感应电动势

感应

电流 感应电动势 感应电流 知识点三 感应电流方向的判断 1.楞次定律 (1)内容:感应电流的磁场总要 (2)适用情况:所有的电磁感应现象. 2.右手定则 (1)内容: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平面内, 让磁感应线从 电流的方向. (2)适用情况: 产生感应电流 进入,并使拇指指向 的方向,这时四指所指的方向就是感应 引起感应电流的 的变化.

答案:1.(1)阻碍 磁通量 2.(1)掌心 导体运动 (2)导体切割磁感线

(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)线框不闭合时, 即使穿过线框的磁通量发生变化, 线框中也没有感应电流产生.( (4)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势.( ) )

)

(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.( (6)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化.( 答案:(1) (2)√ (3)√ (4)√ (5) (6)√ )

考点

电磁感应现象的判断

小学+初中+高中

小学+初中+高中 1.磁通量发生变化的三种常见情况 (1)磁场强弱不变,回路面积改变. (2)回路面积不变,磁场强弱改变. (3)线圈在磁场中转动. 2.判断电磁感应现象是否发生的流程 (1)确定研究的回路. (2)弄清楚回路内的磁场分布,并确定该回路的磁通量 Φ .

?Φ 不变→无感应电流. ?回路闭合,有感应电流; (3)? ? Φ 变化→? ?回路不闭合,无感应电流,但有感应电动势. ? ?
考向 1 磁场变化引起的感应电流 [典例 1] 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所 示连接.下列说法中正确的是( )

A.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,会使电流计指针静止在中央零刻度 D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片 P 加速滑动,电流计指针才能偏转 [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 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 B 错误;开关闭合后,只要移动滑片 P,线圈 B 中磁通变化而产生感应电流,故 C、 D 错误. [答案] A 考向 2 “有效”面积变化引起的感应电流 [典例 2] (多选)如图所示,矩形线框 abcd 由静止开始运动,若要使线框中产生感应电 )

流,则线框的运动情况应该是(

A.向右平动(ad 边还没有进入磁场) 小学+初中+高中

小学+初中+高中 B.向上平动(ab 边还没有离开磁场) C.以 bc 边为轴转动(ad 边还没有转入磁场) D.以 ab 边为轴转动(转角不超过 90°) [解题指导] 解答本题时应把握以下两点: (1)产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化. (2)判断线框做各种运动时穿过线框的磁通量是否发生变化. [解析] 选项 A 和 D 所描述的情况中,线框在磁场中的有效面积 S 均发生变化(A 情况下

S 增大,D 情况下 S 减小),穿过线框的磁通量均改变,由产生感应电流的条件知线框中会产
生感应电流.而选项 B、C 所描述的情况中,线框中的磁通量均不改变,不会产生感应电流. [答案] AD 考点 楞次定律的理解及应用

1.楞次定律中“阻碍”的含义

2.应用楞次定律判断感应电流方向的步骤

考向 1 楞次定律的基本应用

小学+初中+高中

小学+初中+高中 [典例 3] 如图所示,通有恒定电流的导线 MN 与闭合金属框共面,第一次将金属框由Ⅰ 平移到Ⅱ,第二次将金属框绕 cd 边翻转到Ⅱ,设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分 别为 Δ Φ 1 和 Δ Φ 2,则( )

A.Δ Φ 1>Δ Φ 2,两次运动中线框中均有沿 adcba 方向电流出现 B.Δ Φ 1=Δ Φ 2,两次运动中线框中均有沿 abcda 方向电流出现 C.Δ Φ 1<Δ Φ 2,两次运动中线框中均有沿 adcba 方向电流出现 D.Δ Φ 1<Δ Φ 2,两次运动中线框中均有沿 abcda 方向电流出现 [解析] 设金属框在位置Ⅰ的磁通量为 Φ Ⅰ, 金属框在位置Ⅱ的磁通量为 Φ Ⅱ, 由题可知: Δ Φ 1=|Φ Ⅱ-Φ Ⅰ|,Δ Φ 2=|-Φ Ⅱ-Φ Ⅰ|,所以金属框的磁通量变化量大小 Δ Φ 1<Δ Φ 2,由 安培定则知两次磁通量均向里减小,所以由楞次定律知两次运动中线框中均有沿 adcba 方向 的电流,C 对. [答案] C 考向 2 楞次定律的拓展应用——“增反减同” [典例 4]

如图所示,线圈两端与电阻相连构成闭合回路,在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁, 磁铁的 S 极朝下.在将磁铁的 S 极插入线圈的过程中( )

A.通过电阻的感应电流的方向由 a 到 b,线圈与磁铁相互排斥 B.通过电阻的感应电流的方向由 b 到 a,线圈与磁铁相互排斥 C.通过电阻的感应电流的方向由 a 到 b,线圈与磁铁相互吸引 D.通过电阻的感应电流的方向由 b 到 a,线圈与磁铁相互吸引 [解析] 将磁铁的 S 极插入线圈的过程中,由楞次定律知,通过电阻的感应电流的方向 由 b 到 a,线圈与磁铁相互排斥. [答案] B 考向 3 楞次定律的拓展应用——“来拒去留”

[典例 5] 如图所示,两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上,当一条形磁铁向 左运动靠近两环时,两环的运动情况是( A.同时向左运动,间距增大 B.同时向左运动,间距减小 小学+初中+高中 )

小学+初中+高中 C.同时向右运动,间距减小 D.同时向右运动,间距增大 [解析] 当条形磁铁向左靠近两环时,两环中的磁通量均增加.根据楞次定律,两环的运 动都要阻碍磁铁相对环的运动,即阻碍“靠近”,那么两环都向左运动.又由于两环中的感应 电流方向相同,两环相互吸引,且磁铁对右环的斥力较大,故右环向左运动的加速度较大, 所以两环间距离要减小,故只有选项 B 正确. [答案] B 考向 4 楞次定律的拓展应用——“增缩减扩”

[典例 6] (多选)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 相互靠拢 B.P、Q 将相互远离 C.磁铁的加速度仍为 g D.磁铁的加速度小于 g [解析] 根据楞次定律的另一种表述——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 A、D.

[答案] AD

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引起感应电流的原因. (1)阻碍原磁通量变化——“增反减同”. (2)阻碍相对运动——“来拒去留”. (3)使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”. 考点 “三定则”、“一定律”的综合应用

小学+初中+高中

小学+初中+高中

1.三定则、一定律的比较 基本现象 运动电荷、电流产生磁场 磁场对运动电荷、电流的作用力 部分导体切割磁感线 运动 闭合回路磁通量发生 变化 2.“三定则”的应用区别 三个定则容易混淆,特别是左、右手易错用,抓住因果关系是关键. (1)因电而生磁(I→B)→安培定则. (2)因动而生电(v、B→I)→右手定则. (3)因电而受力(I、B→F 安)→左手定则. 3.相互联系 (1)应用楞次定律,一般要用到安培定则. (2)研究感应电流受到的安培力,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安 培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论(“来拒去留”或“增缩减扩”)确定. 应用的定则或定律 安培定则 左手定则

电磁

右手定则

感应

楞次定律

[典例 7] (多选)如图所示,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒 定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好.在向右匀速通过

M、N 两区的过程中,导体棒所受安培力分别用 FM、FN 表示.不计轨道电阻.以下叙述正确的是
( )

A.FM 向右 C.FM 逐渐增大

B.FN 向左 D.FN 逐渐减小

[解题指导] (1)利用安培定则判断直线电流产生磁场的方向及强弱分布. (2)利用阻碍相对运动可判断安培力的方向. [解析] 根据安培定则,在轨道内的 M 区、N 区通电长直导线产生的磁场分别垂直轨道平 面向外和向里,由此可知,当导体棒运动到 M 区时,根据右手定则可以判定,在导体棒内产 小学+初中+高中

小学+初中+高中 生的感应电流与长直绝缘导线中的电流方向相反,再根据左手定则可知,金属棒在 M 区时受 到的安培力方向向左,A 错误;同理可以判定 B 正确;再根据导体棒在 M 区匀速靠近长直绝缘 导线时对应的磁场越来越大,因此产生的感应电动势越来越大,根据闭合电路的欧姆定律和 安培力的公式可知,导体棒所受的安培力 FM 也逐渐增大,C 正确;同理 D 正确. [答案] BCD [变式] (多选)如图所示,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( )

A.向右做匀速运动 C.向右做减速运动

B.向左做减速运动 D.向右做加速运动

答案:BC 解析:当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定不变, 无感应电流出现,A 错;当导体棒向左做减速运动时,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 中出现顺时针方向的感应电流(从右向左看)且被螺线管吸 引,B 对;同理可判定 C 对,D 错.

左、右手定则巧区分 (1)右手定则与左手定则的区别: 抓住“因果关系”才能无误, “因动而电”——用右手; “因电而动”——用左手. (2)使用中左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于区分,可把两个定则简单地总结为 “通电受力用左手,运动生电用右手”.“力”的最后一笔“丿”方向向左,用左手;“电” 的最后一笔“乚”方向向右,用右手.

1.[产生感应电流的条件]在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观 察到感应电流的是( )

A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化 B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化 C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相 邻房间去观察电流表的变化 D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观 察电流表的变化 答案:答案:D 解析:只形成闭合回路,回路中的磁通量不变化,不会产生感应电流, 小学+初中+高中

小学+初中+高中 选项 A、B、C 错误;给线圈通电或断电瞬间,通过闭合回路的磁通量变化,会产生感应电流, 能观察到电流表的变化,选项 D 正确. 2.

[楞次定律的应用]如图所示,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( A.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 答案:答案:C 解析:由条形磁铁的磁场分布可知,磁铁下落的过程,闭合圆环中的磁 通量始终向上,并且先增加后减少,由楞次定律可判断出,从上向下看时,闭合圆环中的感 应电流方向先顺时针后逆时针,C 正确. 3.[右手定则、安培力]如图所示,一个有界匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,一 个矩形闭合导线框 abcd 沿纸面由位置 1 匀速运动到位置 2,则( ) )

A.导线框进入磁场时,感应电流方向为 a→b→c→d→a B.导线框离开磁场时,感应电流方向为 a→d→c→b→a C.导线框离开磁场时,受到的安培力方向水平向右 D.导线框进入磁场时,受到的安培力方向水平向左 答案:答案:D 解析:导线框进入磁场时,cd 边切割磁感线,由右手定可知,电流方向 为 a→d→c→b→a,这时由左手定则可判断 cd 边受到的安培力方向水平向左,A 错,D 对;在 导线框离开磁场时,ab 边处于磁场中且在做切割磁感线运动,同样用右手定则和左手定则可 以判断电流方向为 a→b→c→d→a,这时安培力的方向仍然水平向左,B、C 错. 4.[楞次定律的应用]

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如图所示,插有铁芯的螺线管固定在水平面上,管右端的铁芯上套着一个可以自由移动 的表面绝缘的闭合铜环,螺线管与电源、电键组成电路,不计铜环与铁芯之间的摩擦阻力, 下列说法正确的是( )

A.闭合电键,螺线管右端为 N 极 B.闭合电键瞬间,铜环会向右运动 C.闭合电键瞬间,铜环会向左运动 D.闭合电键瞬间,铜环仍保持不动 答案:B 5.[楞次定律、安培力](多选)

AOC 是光滑的直角金属导轨,AO 沿竖直方向,OC 沿水平方向,ab 是一根靠立在导轨上的
金属直棒(开始时 b 离 O 点很近),如图所示.它从静止开始在重力作用下运动,运动过程中 a 端始终在 AO 上,b 端始终在 OC 上,直到 ab 完全落在 OC 上,整个装置放在一匀强磁场中,磁 场方向垂直纸面向里,则 ab 棒在运动过程中( A.感应电流方向始终是 b→a B.感应电流方向先是 b→a,后变为 a→b C.所受安培力方向垂直于 ab 向上 D.所受安培力方向先垂直于 ab 向下,后垂直于 ab 向上 答案:BD 解析:ab 棒下滑过程中,穿过闭合回路的磁通量先增大后减小,由楞次定律 可知,感应电流方向先由 b→a,后变为 a→b,B 正确;由左手定则可知,ab 棒所受安培力方向 先垂直于 ab 向下,后垂直于 ab 向上,D 正确. )

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