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.磁感线条数BS匀强有效T·m2一、磁通量1．产生感应电流的条件穿过闭合电路的发生变化．2．磁通量发生变化的常见情况(1)闭合电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．磁通量切割磁感线转动磁感应强度二、电磁感应现象3．产生感应电动势的条件(1)无论电路是否闭合，只要穿过电路平面的发生变化，电路中就有，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．磁通量感应电动势感应电动势感应电动势1．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．2．楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总是要引起的磁通量的．垂直平面内导体的运动感应电流阻碍感应电流变化三、感应电流方向的判定(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．科目三考试实际道路考试技巧、视频教程科目四考试如图所示，环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置．若将弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过弹簧所包围面积的磁通量将()A．增大B．减小C．不变D．无法确定如何变化【思路点拨】熟悉条形磁铁的磁感线分布及理解磁通量与磁感线穿过线框平面的方向有正负之分是解题的关键．题型一：磁通量的变化及计算【解析】穿过弹簧所围面积的磁通量应为合磁通量，磁铁内部由S极指向N极的磁通量不变，而其外部由N极指向S极的磁通量随面积的增大而增大，故合磁通量减小，选B.【答案】B【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＝B(Ssinθ)，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＝(Bsinθ)S，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．例2如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动．金属线框从右侧某一位置由静止释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面．则线框中感应电流的方向是()题型二：感应电流的产生条件及方向判定A．a→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d【思路点拨】由原磁场的方向与磁通量的增减判断感应电流的磁场方向，根据右手螺旋定则判断感应电流的方向．【解析】本题考查楞次定律，解题时应分清磁场方向及磁通量的变化情况，还应明确线圈的放置方法，考查学生的理解能力和推理能力．由楞次定律可知，在线圈从右侧摆动到O点正下方的过程中，向上的磁通量在减小，故感应电流的方向沿a→d→c→b→a，线框从O点正下方向左侧摆动的过程向上的磁通量增大，电流方向沿a→d→c→b→a，故选B.【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．例3如图所示，光滑固定导轨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【思路点拨】(1)根据楞次定律判断出感应电流的方向→运用左手定则判断出受力方向．(2)根据楞次定律的阻碍效果得出结论．题型三：楞次定律的拓展应用【解析】方法一：假设磁铁的下端为N极，根据楞次定律先判断出p、q中的感应电流方向，再根据左手定则可判断p、q所受的安培力方向，安培力使p、q相互靠拢．由于回路所受的安培力的合力向下，根据牛顿第三定律，磁铁将受到向上的反作用力，从而加速度小于g.若磁铁的下端为S极，根据类似的分析可以得出相同的结果，所以A、D选项正确．方法二：根据楞次定律的另一表述——感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因，本题中的“原因”是回路中的磁通量增加，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将相互靠近且磁铁的加速度小于g.【答案】AD【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．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．题型四：楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的综合应用【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．1．如图a所示，m、n为两个相同的圆环形线圈，共轴并靠近放置，m线圈中通有如图b所示的交变电流i，箭头方向表示电流的正方向，则()DA．t1时刻两线圈间作用力最大B．t2时刻两线圈间吸引力最大C．在t1到t2时间内，m、n两线圈相互排斥D．在t2到t3时间内，m、n两线圈相互排斥2．(2011上海)如图，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a()A．顺时针加速旋转B．顺时针减速旋转C．逆时针加速旋转D．逆时针减速旋转B【解析】本题考查楞次定律．由题意知：圆环a、b电流方向相同，在安培力作用下体现出相互吸引的效果，且根据“增反减同”原则，a环在减速旋转．3．如图所示，在匀强磁场中，MN、PQ是两根平行的金属导轨，而ab、cd为串有电压表和电流表的两根金属棒，它们同时以相同的速度向右运动时，下列说法中正确的是()A．电压表有读数，电流表有读数B．电压表无读数，电流表有读数C．两个表均无读数D．电压表有读数，电流表无读数C*1.关于产生感应电流的条件，以下说法中错误的是()A．闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定会有感应电流B．闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，闭合电路中一定会有感应电流C．穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间，闭合电路中一定不会产生感应电流D．无论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁感线条数发生了变化，闭合电路中一定会有感应电流ABC【巩固基础】【解析】电路中是否产生感应电流从下列两个方面来分析：①回路是否闭合，②闭合回路中的磁通量是否发生变化．2．如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与水平面的夹角为30°，图中水平位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中，并绕着它的一条边从水平位置Ⅰ转到竖直位置Ⅱ(如图中虚线位置)则此过程中磁通量的改变量为()A.3－12BSB．BSC.3＋12BSD．2BSC【解析】当线圈处于位置Ⅰ时，磁感线的竖直分量由下向上穿过线圈平面，设为正．则当线圈转至位置Ⅱ时，磁感线的水平分量相当于位置Ⅰ时的“由上向下”(因为此时的上表面已变成了右侧面)穿过线圈．故Φ1＝BSsin30°＝12BS，Φ2＝－BScos30°＝－32BS，则ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－(3＋12)BS，|ΔΦ|＝3＋12BS，C正确．4．如图所示，闭合的矩形金属框abcd的平面与匀强磁场垂直，现金属框固定不动而磁场运动，发现ab边所受安培力的方向为竖直向上，则此时磁场的运动可能是()A．水平向右平动B．水平向左平动C．竖直向上平动D．竖直向下平动A【解析】本题考查楞次定律、安培定则、法拉第电磁感应定律的应用．ab受到的力向上，由安培定则可知，ab上电流的方向由b→a，由楞次定律可得，线框内的磁通量在增加，磁场向右运动，A项正确，B项错误；当磁场上下运动时，线框内的磁通量不变化，不产生感应电流，C、D项错误．【提升能力】3．如图所示，光滑无电阻的金属框架MON竖直放置，水平方向的匀强磁场垂直MON平面．质量为m的金属棒ab从∠abO＝60°的位置由静止释放．两端沿框架在重力作用下滑动，在棒由图示的位置滑动到处于水平位置的过程中，ab中感应电流的方向是()A．始终是a→bB．始终是b→aC．先是a→b，后是b→aD．先是b→a，后是a→bD【解析】棒滑动过程中，所围面积先增大后减小(当ab与OM夹角45°时，面积最大)，穿过回路的磁通量先增大后减小，依楞次