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1、一、电磁感应现象1.产生感应电流的条件穿过闭合电路的磁通量发生变化。知识梳理知识梳理2.磁通量发生变化的常见情况(1)闭合电路的部分导体做切割磁感线运动,即线圈面积S发生变化导致变化。(2)线圈在磁场中转动导致变化。(3)磁感应强度变化(随时间、位置变化)导致变化。3.产生感应电动势的条件(1)无论电路是否闭合,只要穿过线圈平面磁通量发生变化,线路中就有感应电动势,产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。(2)电磁感应现象的实质就是产生感应电动势。如果电路闭合,就有感应电流。如果电路不闭合,就只有感应电动势而无感应电流。二、感应电流方向的判定二、感应电流方向的判定1.右手定则(1)伸开右手,让
2、大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线从掌心进入,大拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向,就是感应电流的方向。(2)适用范围:适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。2.楞次定律(1)内容:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。(2)运用楞次定律判定感应电流方向的步骤a.明确穿过闭合电路的原磁场方向。b.明确穿过闭合电路的原磁通量是如何变化的。c.根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。d.利用安培定则判定感应电流的方向。注意(1)导体切割磁感线产生感应电流的方向用右手定则较简便。(2)变化的磁场产生感应电流只能用楞次定律判断。1.(1)在磁场中线
3、圈面积越大,则穿过线圈的磁通量越大。()(2)穿过线圈的磁通量越大,磁通量的变化也越大。()(3)某时刻穿过线圈的磁通量为零,则这时磁通量的变化率也一定为零。()(4)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。()(5)磁通量是矢量,其正负表示方向。()(6)只要回路磁通量发生变化,一定会有感应电流产生。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.(多选)如图所示,一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中,下列做法中能使圆盘中产生感应电流的是()A.圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动B.圆盘以某一水平直径为轴匀速转动C.圆盘在磁场中向右匀速平移D.匀强磁场均匀增加答案BD若圆盘绕竖直中心轴匀速转动
4、,则每条半径切割磁感线产生感应电动势使圆心与边缘存在电势差,不产生感应电流,A错。若圆盘以某一水平直径为轴匀速转动或匀强磁场均匀增加,则穿过圆盘平面磁通量变化,产生环形感应电流,B、D均正确。若圆盘在磁场中向右匀速平移,则穿过圆盘平面磁通量不变,不产生感应电流,C错。3.如图所示,a、b是平行的金属导轨,匀强磁场垂直导轨平面,c、d是分别串有电压表和电流表的金属棒,它们与导轨接触良好,当c、d以相同的速度向右运动时,下列说法正确的是()A.两表均无读数B.两表均有读数C.电流表有读数,电压表无读数D.电流表无读数,电压表有读数答案A当c、d以相同的速度向右运动时,穿过回路的磁通量没变,故无感应
5、电流产生,所以电流表和电压表中的电流为零。4.如图,铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落,在下落过程中,下列判断中正确的是()A.金属环在下落过程中的机械能守恒B.金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量C.金属环的机械能先减小后增大D.磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力属环下落到磁铁中央位置时,金属环中的磁通量不变,其中无感应电流,和磁铁间无作用力,磁铁所受重力等于桌面对它的支持力,由牛顿第三定律,磁铁对桌面的压力等于桌面对磁铁的支持力,等于磁铁的重力,D错误。答案B金属环在下落过程中,磁通量发生变化,闭合金属环中产生感应电流,金属环受到磁场力的作用,机械能不守恒,A错。
6、由能量守恒,金属环重力势能的减少量等于其动能的增加量和在金属环中产生的电能之和,B对。金属环下落的过程中,机械能转变为电能,机械能减少,C错误。当金1.楞次定律中“阻碍”的含义重难一对楞次定律的理解和应用重难一对楞次定律的理解和应用重难突破重难突破2.楞次定律的使用步骤典例1MN、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,如图所示,则()A.若固定ab,使cd向右滑动,则abdc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abdc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
7、,则abdc回路电流为零D.若ab、cd都向右运动,且两棒速度vcdvab,则abdc回路有电流,电流方向由c到d到b到a解析若固定ab,使cd向右滑动,由右手定则知应产生顺时针方向的电流,故A错。若ab、cd同向运动且速度大小相同,ab、cd所围的面积不变,磁通量不变,则不产生感应电流,故B错。若ab向左、cd向右同时运动,则abdc中有顺时针方向的电流,故C错。若ab、cd均向右运动,且vcdvab,则ab、cd所围的面积增大,磁通量也增大,则产生由c到d到b到a的电流,故D正确。答案D1-1如图所示,矩形闭合线圈abcd竖直放置,OO是它的对称轴,通电直导线AB与OO平行,且AB、OO所
8、在平面与线圈平面垂直。若要在线圈中产生abcda方向的感应电流,可行的做法是()A.AB中电流I逐渐增大B.AB中电流I先增大后减小C.AB正对OO,逐渐靠近线圈D.线圈绕OO轴逆时针转动90(俯视)答案D解析选项A、B、C的做法,电流产生的磁场穿过线圈的磁通量始终为零,所以不会产生感应电流;D项中线圈绕OO轴逆时针转动90(俯视),线圈中会产生abcda方向的感应电流,选项D正确。1.规律比较基本现象应用的定则或定律运动电荷、电流产生磁场安培定则磁场对运动电荷、电流的作用力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律重难二楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的
9、区别与联系重难二楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的区别与联系关键是抓住因果关系:(1)因电而生磁(IB)安培定则;(2)因动而生电(v、BI安)右手定则;(3)因电而受力(I、BF安)左手定则。3.相互联系(1)应用楞次定律,必然要用到安培定则;(2)对于感应电流受到的安培力,有时可以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,有时可以直接应用楞次定律的推论确定。2.应用区别典例2(多选)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
10、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点与d点等电势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点解析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ab。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。又左线圈中的感应电动势恒定,则感应电流也恒定,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ba,电流沿逆时针方向。又由E=BL
11、v可知ab金属棒两端的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(从下向上看),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(从下向上看),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d沿外电路(即电阻R)流向c,所以d点电势高于c点。答案BD2-1(多选)如图所示,水平放置的两条光滑导轨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在磁场的作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是()A.向
12、右加速运动B.向左加速运动C.向右减速运动D.向左减速运动答案BC解析当PQ向右运动时,用右手定则可判断出PQ中感应电流的方向是由QP,而此时MN向右运动,由安培定则可判断出穿过L1的磁场方向是自下而上的;若PQ向右加速运动,则穿过L1的磁通量增加,用楞次定律可判断出流过MN的感应电流从NM,用左手定则可判断出MN受到向左的安培力,将向左运动,可见选项A错误。若PQ向右减速运动,流过MN的感应电流方向、感应电流所受的安培力的方向均将反向,MN向右运动,所以选项C正确。同理可判断出选项B正确,D错误。2-2如图所示,金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路,金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动
13、,则()A.ab棒不受安培力作用B.ab棒所受安培力的方向向右C.ab棒向右运动速度越大,所受安培力越大D.螺线管产生的磁场,A端为N极答案C解析金属棒ab沿导轨向右运动时,所受安培力方向向左,以“阻碍”其运动,A、B错误。金属棒ab沿导轨向右运动时,产生的感应电动势E=Blv,回路中的感应电流I=,金属棒ab所受安培力F=BIl=,C正确。根据右手定则可知,流过金属棒ab的感应电流的方向是从b流向a,所以流过螺线管的电流方向是从A端到达B端,根据安培定则可知,螺线管的A端为S极,D错误。ER2 2B l vR巧用楞次定律的推论速解电磁感应问题巧用楞次定律的推论速解电磁感应问题楞次定律描述的是
14、感应电流与磁通量变化之间的关系,常用于判断感应电流的方向或其所受安培力的方向,一般有以下四种呈现方式:(1)阻碍原磁通量的变化,即“增反减同”。(2)阻碍相对运动,即“来拒去留”。(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势,即“增缩减扩”。(4)阻碍原电流的变化(自感现象),即“增反减同”。思想方法思想方法典例典例(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平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时()A.P、Q将互相靠拢B.P、Q将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g解析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中感应
15、电流的方向,根据左手定则可判断出P、Q所受安培力的方向,可见P、Q将互相靠拢。由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律可知,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小于g。当下端为S极时,可得到同样的结果。解法二根据楞次定律的另一种表述感应电流的效果总是要阻碍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将互相靠拢,且磁铁的加速度小于g。答案AD应用楞次定律及其推论时应用楞次定律及其推论时,要注意要注意“阻碍阻碍”的具体含义的具体含义(1)从阻碍磁通量的变化理解为:当磁通量增大时,会阻碍磁通量增大,当磁通量减
16、小时,会阻碍磁通量减小。(2)从阻碍相对运动理解为:阻碍相对运动是“阻碍”的又一种体现,表现在“近斥远吸,来拒去留”。(3)从阻碍电流的变化(自感现象)理解为:阻碍电流的变化,增则反,减则同。针对训练针对训练如图,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.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向左B.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向左C.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向右D.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右答案D解析当条形磁铁从线圈上方等高快速经过时,线圈中的磁通量先增大后减小,由楞次定律可知,当磁铁靠近线圈时,线圈有向减小磁通量方向运动的趋势,即向下向右;当磁铁远离时,线圈有向上向右运动的趋势;线圈在整个过程中处于静止状态。所以线圈受到的支持力FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右,选D。