高考第一轮物理总复习第1节电磁感应现象感应电流的方向

第1节电磁感应现象感应电流的方向一、磁通量1．概念：穿过某一面积的_．2．磁通量的计算(1)公式：Φ＝．(2)适用条件：①磁场；②S是垂直磁场并在磁场中的面积．(3)单位：韦伯(Wb)，1Wb＝1．二、电磁感应现象1．产生感应电流的条件穿过闭合回路的发生变化．磁感线条数BS匀强有效T·m2磁通量2．磁通量发生变化的常见情况(1)闭合回路的部分导体做运动，即线圈面积S发生变化导致Φ变化．(2)线圈在磁场中导致Φ变化．(3)变化(随时间、位置变化)导致Φ变化．如磁体对线圈发生相对运动．3．产生感应电动势的条件(1)无论回路是否闭合，只要穿过回路平面的发生变化，回路中就有，产生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．如果回路闭合，就有感应电流．如果回路不闭合，就只有感应电动势而无感应电流．切割磁感线转动磁感应强度磁通量感应电动势感应电动势感应电动势三、感应电流方向的判定1．楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总是要__________引起__________的磁通量的_________．(2)应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤：①确定研究对象，即明确要判断的是哪个闭合电路中产生的感应电流．②确定研究对象所处的磁场的方向及其分布情况．③确定穿过闭合电路的磁通量的变化情况．④根据楞次定律，判断闭合电路中感应电流的磁场方向．⑤根据安培定则(即右手螺旋定则)判断感应电流的方向．阻碍感应电流变化2．右手定则伸开右手，让大拇指跟其余四指________并且都跟手掌在同一__________，让磁感线垂直穿过掌心，大拇指指向______________方向，其余四指所指的方向，就是______________的方向．垂直平面内导体的运动_感应电流题型一：磁通量的变化及计算例1如图所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P，现用力从四周拉弹簧线圈，使线圈包围的面积变大，则下列说法中，正确的是()A．磁通量增大，有感应电流产生B．磁通量增大，无感应电流产生C．磁通量减小，有感应电流产生D．磁通量减小，无感应电流产生【解析】题中磁感线在条形磁铁的内外形成闭合曲线，则磁铁外部的磁感线总数等于内部磁感线的总数，而且磁铁内外磁感线方向相反，而磁铁外部的磁感线分布在无穷大空间，所以图中线圈中磁铁内部的磁感线多于外部的磁感线，由于方向相反，外部的磁感线要将内部磁感线抵消一些，当弹簧线圈的面积增大时，内部磁感线总数不变，而抵消增多，剩余减小，则磁通量将减小，所以当弹簧面积增大时，穿过电路的磁通量Φ减小，将产生感应电流，故C正确；A、B、D错误．【答案】C【方法与知识感悟】1.对磁通量的理解(1)Φ＝B·S的含义：Φ＝BS只适用于磁感应强度B与面积S垂直的情况．当B与S平面间的夹角为θ时，则有Φ＝BSsinθ.可理解为Φ＝BSsinθ，即Φ等于B与S在垂直于B方向上投影面积的乘积．也可理解为Φ＝BsinθS，即Φ等于B在垂直于S方向上的分量与S的乘积．如图(1)所示．(2)面积S的含义：S不一定是某个线圈的真正面积，而是线圈在磁场范围内的面积．如图(2)所示，S应为线圈面积的一半．(3)多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，而磁感线条数可表示磁通量的大小．(4)合磁通量求法：若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在，当计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量．2．磁通量的变化磁通量可以用穿过某一面积的磁感线条数来形象地定性描述，也可以用公式Φ＝BSsinθ(θ为B与S面的夹角)进行定量的计算．在分析磁通量是否发生变化时，两种描述是统一的，不能有矛盾的结果出现．例如：(1)线圈的面积发生变化时磁通量是不一定发生变化的，如图，当线圈面积由S1变为S2时，磁通量并没有变化．(2)当磁场范围一定时，线圈面积发生变化，磁通量也可能不变，如图所示，在空间有磁感线穿过线圈S，S外没有磁场，如增大S，则Φ不变．3．磁通量改变的方式：(1)线圈跟磁体之间发生相对运动，这种改变方式是S不变而相当于B发生变化；(2)线圈不动，线圈所围面积也不变，但穿过线圈面积的磁感应强度是时间的函数；(3)线圈所围面积发生变化，线圈中的一部分导体做切割磁感线运动，其实质也是B不变而S增大或减小；(4)线圈所围面积不变，磁感应强度也不变，但二者之间的夹角发生变化，如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型例子．题型二：感应电流的产生条件及方向判定例2如图所示，将条形磁铁从螺线管的右端插入，然后从左端拔出，则直导线ab中的感应电流的方向为()A．一直向右B．先向左，后向右C．一直向右D．先向右，后向左【解析】磁铁N极从右端插入螺线管时，磁通量增加，感应电流的磁场阻碍磁通量的增加，螺线管的右端为N极，由安培定则可判定直导线ab中电流方向为b→Ⓖ→a.当磁铁从左端拔出时，螺线管左端为N极，阻碍磁通量的减少，直导线ab中电流方向为a→Ⓖ→b.选项B正确．【答案】B【方法与知识感悟】右手定则适用于部分导体切割磁感线运动时感应电流的方向判定，而楞次定律适用于一切电磁感应现象，是判断感应电流方向的基本方法，对于由于磁通量变化而引起的感应电流，运用楞次定律判断其方向更方便．题型三：楞次定律的拓展应用例3(2014上海)如图，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形．则磁场()A．逐渐增强，方向向外B．逐渐增强，方向向里C．逐渐减弱，方向向外D．逐渐减弱，方向向里【解析】对于线圈来说，同一线圈形状为圆形时，面积最大，即由于磁场变化，引起线圈面积变大，根据楞次定律“增缩减扩”，可判断磁场在减弱，可能是方向向外的磁场逐渐减弱也可能是方向向里的磁场逐渐减弱，选项C、D对【答案】CD【方法与知识感悟】1.楞次定律中“阻碍”的含义2．楞次定律的推广对楞次定律中“阻碍”含义的推广：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”．3．相互联系(1)应用楞次定律，必然要用到安培定则；(2)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．题型四：楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的综合应用例4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【思路点拨】解题的关键是弄清MN运动的原因：PQ运动→L2中产生电流→L1中产生电流→MN受安培力作用．【答案】BC【解析】MN向右运动，说明MN受到向右的安培力――→左手定则MN中的感应电流由M→N――→安培定则L1中感应电流的磁场方向向上――→楞次定律L2中磁场方向向上减弱L2中磁场方向向下增强；若L2中磁场方向向上减弱――→安培定则PQ中电流为Q→P且减小――→右手定则向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强――→安培定则PQ中电流为P→Q且增大――→右手定则向左加速运动．【方法与知识感悟】安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的比较及应用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、电流有作用力左手定则部分导体做切割磁感线运动右手定则电磁感应闭合回路磁通量变化楞次定律2.应用区别关键是抓住因果关系：(1)因电而生磁(I→B)→安培定则；(2)因动而生电(v、B→I安)→右手定则；(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则．选择题：1、2题为单选，3题为多选．1．如图所示，矩形线框与长直导线在同一平面内，当矩形线框从长直导线的左侧运动到右侧的过程中，线框内感应电流的方向为()A．先顺时针，后逆时针B．先逆时针，后顺时针C．先顺时针，后逆时针，再顺时针D．先逆时针，后顺时针，再逆时针C【解析】直线电流的磁场是非匀强磁场，根据安培定则判断，在线框所在平面上，直线电流的右侧磁场垂直纸面向里，左侧垂直纸面向外，线框从左向右运动时，磁通量是从垂直纸面向外的增强到减弱(线框通过导线时)．当线框的轴线与直线电流重合时，磁通量为0.继续向右运动时磁通量从垂直纸面向里的增强又到减弱，根据楞次定律和安培定则，感应电流的方向为先顺时针，后逆时针，再顺时针．2．如图所示在范围足够大的垂直于纸面向里的匀强磁场中有一个矩形闭合线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2与O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流()A．向左或向右平动B．向上或向下平动C．绕O1O2轴或O3O4轴转动D．垂直纸面向里或向外平动C【解析】向左、向右、向上、向下，垂直纸面向里、向外运动时，磁通量均没有发生改变，不会产生感应电流，只有绕O1O2或O3O4转动时，磁通量发生变化才会产生感应电流，C对．3．磁悬浮高速列车在我国上海已投入正式运行．如右图所示就是磁悬浮的原理，图中A是圆柱形磁铁，B是用高温超导材料制成的超导圆环．将超导圆环B水平放在磁铁A上，它就能在磁力的作用下悬浮在磁铁A的上方空中，则()A．在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流；当稳定后，感应电流消失B．在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流；当稳定后，感应电流仍存在C．若A的上端为N极，B中感应电流的方向为顺时针方向D．若A的上端为N极，B中感应电流的方向为逆时针方向BC【解析】B放入磁场过程中，穿过圆环磁通量有变化，故产生感应电流，又圆环为超导体，没有能量损失，电流不会消失，A错B对；若A的上端为N极，则穿过B的磁通量向上增大，根据楞次定律，感应电流方向为顺时针，C对D错．一、选择题：1～9题为单选，10题为多选．1．关于磁通量的概念，以下说法不正确的是()A．磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的B．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大C．磁感应强度越大，线圈面积越大，则穿过线圈的磁通量也越大D．穿过线圈的磁通量为零，但该处的磁感应强度不一定为零D【解析】由Φ＝BSsinθ知磁通量变化可以是磁感应强度、面积、角度中的任一个发生变化导致的，A、B、C均错；当线圈平面与磁场平行时，穿过线圈的磁通量为零，但该处的磁感应强度不一定为零，D对．2．法拉第通过精心设计的一系列实验，发现了电磁感应现象，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来．在下面几个典型的实验设计思想中，所作的推论后来被实验否定的是()A．既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流B．既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流C．既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势D．既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流A3．绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接，G为灵敏电流表，则()A．开关S保持闭合状态，G的示数不为零B．开关S闭合瞬间，G的示数不为零C．保持开关S闭合，移动变阻器R0滑动触头的位置，G的示数为零D．断开开关S的瞬间，G的示数为零B【解析】当开关保持闭合状态时，由于线圈Ⅰ中的电流恒定，导致穿过线圈Ⅱ的磁通量不变，所以G的示数为零；当开关保持闭合状态时，移动变阻器R0滑动触头的位置，造成线圈Ⅰ中的电流变化，导致穿过线圈Ⅱ的磁通量变化，故G的示数不为零；在开关闭合或者断开瞬间，由于线圈Ⅰ电流变化，导致穿过线圈Ⅱ的磁通量变化，故G的示数都不为零．综上所述，B正确．4．如图所示，边长为h的正方形金属导线框，从图示的位置由静止开始下落，通过一匀强磁场区域，磁场方向水平且垂直于线框平