物理一轮复习教案：10-1 电磁感应现象 楞次定律 word版含解析

专题十　电磁感应

考纲展示　命题探究

基础点

知识点1　　磁通量

1．概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积。

2．公式：Φ＝BS。

3．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。

4．单位：1 Wb＝1_T·m2。

5．物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数。

知识点2　　电磁感应现象

1．“电生磁”到“磁生电”的发展里程

(1)1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应。

(2)法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，通有反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则(右手螺旋定则，用来判断电流与磁场的相互关系)和左手定则(判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向)。

(3)英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。

(4)俄国物理学家楞次发现了确定感应电流方向的定律——楞次定律。

2．电磁感应现象：当闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象。

3．产生感应电流的两种情况

(1)闭合电路的磁通量发生变化。

(2)闭合电路的一部分导体切割磁感线运动。

4．电磁感应现象的实质：电路中产生感应电动势，如果电路闭合则有感应电流产生。

5．能量转化：发生电磁感应现象时，是机械能或其他形式的能量转化为电能。

知识点3　　楞次定律

1．楞次定律

(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

(2)适用范围：适用于一切回路磁通量变化的情况。

2．右手定则

(1)使用方法。

①让磁感线穿入右手手心。

②使大拇指指向导体运动的方向。

③则其余四指指向感应电流的方向。

(2)适用范围：适用于部分导体切割磁感线的情况。

重难点

一、电磁感应现象的判断

1．磁通量的变化

磁通量是标量，但有正负之分。若规定从某一方向穿过平面的磁通量Φ1为正，则反向穿过的磁通量Φ2为负，求合磁通量时应注意为相反方向抵消后所剩余的净磁通量为Φ＝Φ1＋Φ2。

(1)磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1。

(2)几种常见引起磁通量变化的情形。

①B变化，S不变，ΔΦ＝ΔB·S。

②B不变，S变化，ΔΦ＝B·ΔS。

③B、S两者都变化，ΔΦ＝Φ2－Φ1，不能用ΔΦ＝ΔB·ΔS来计算。

④B和S均不变，磁感线方向与线圈平面的夹角变化。

依据公式中Φ＝BSsinθ(θ是B与S的夹角)计算磁通量，再按ΔΦ＝Φ2－Φ1计算磁通量的变化。

2．电路中能否产生感应电流，一般可利用如下程序进行判断

3．电磁感应现象的实质

电磁感应现象的实质是产生了感应电动势，如果回路闭合则产生感应电流；如果回路不闭合，则只有感应电动势，而无感应电流。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。发生电磁感应现象时，是机械能或其他形式的能转化为电能。

特别提醒

(1)公式Φ＝B·S中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的平面的面积，因此可以理解为Φ＝BS⊥。如果平面与磁场方向不垂直，应把面积S投影到与磁场方向垂直的平面上，求出投影面积S⊥，代入公式Φ＝BS⊥中计算。

(2)磁通量的大小与线圈的匝数无关，可从磁感线角度理解。

二、感应电流方向的判断及对楞次定律的理解

1．感应电流方向判断的两种方法

(1)用楞次定律判断

(2)用右手定则判断

该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向：

①掌心——磁感线垂直穿入；

②拇指——指向导体运动的方向；

③四指——指向感应电流的方向。

2．楞次定律和右手定则的关系

(1)从研究对象上说，楞次定律研究的是整个闭合电路，右手定则研究的是闭合电路的一部分导体，即一段导体做切割磁感线运动。

(2)从适用范围上说，楞次定律可应用于磁通量变化引起感应电流的各种情况(包括一部分导体切割磁感线运动的情况)，右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况。因此，右手定则是楞次定律的一种特殊情况。

3．楞次定律中“阻碍”的含义

4．楞次定律与能量守恒

楞次定律在本质上就是能量守恒在电磁感应现象中的体现，发生电磁感应现象时，感应电流所受安培力是阻碍产生感应电流的原因，因此必须有外力克服安培力做功，而克服安培力做功的过程就是将其他形式的能量转化成电能的过程。

5．应用楞次定律判断感应电流方向的步骤

(1)明确研究对象：确定研究的是哪一个闭合回路。

(2)分析原因：分析该回路中原磁通量的变化情况。

(3)增反减同：根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场的方向。

(4)方向判定：根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向。

特别提醒

(1)电磁感应现象中因果相对的关系恰好反映了自然界的这种对立统一规律。对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的“效果”总是阻碍产生感应电流的原因。

(2)闭合回路中的磁通量没有改变时，回路中不产生感应电流，但由于导线切割磁感线，可以产生感应电动势，故应该注意到有感应电流必有感应电动势，但有感应电动势不一定有感应电流。导体中电势的高低可利用右手定则进行判断。

三、楞次定律的推论及综合应用

1．楞次定律的推论

对楞次定律中“阻碍”的含义可推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因，具体概括如下：

(1)当回路的磁通量发生变化时，感应电流的效果就阻碍原磁通量的变化，即“增反减同”；

(2)当出现引起磁通量变化的相对运动时，感应电流的效果就阻碍(导体间的)相对运动，即“来拒去留”；

(3)当回路可以形变时，感应电流可以使线圈面积有扩大或缩小的趋势，即“增缩减扩”；

(4)当回路磁通量变化由自身电流变化引起时，感应电流的效果是阻碍原电流的变化(自感现象)，即“增反减同”。

2．对楞次定律的列表说明

　　3.三定则、一定律的比较

4.左、右手的应用技巧

(1)无论是“安培力”还是“洛伦兹力”，只要是“力”都用左手判断。

(2)“电生磁”或“磁生电”均用右手判断。

5．三个定则和一个定律的因果关系

(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；

(4)因磁而生电(Φ、B→I安)→楞次定律。

特别提醒

(1)当只强调感应电流产生的效果，而不涉及感应电流方向的判定时，灵活应用楞次定律和推广结论，可使解题更快捷。

(2)利用楞次定律的推论解题的优点是简单迅速，但要正确区分涉及的两个磁场(一是引起感应电流的原磁场，二是感应电流的磁场)或两个电流(产生原磁场的原电流及感应电流)。当涉及导体间相对运动时用“来拒去留”；涉及磁通量变化及原电流变化时用“增反减同”。

1．思维辨析

(1)磁通量虽然是标量，但有正、负之分。(　　)

(2)当导体切割磁感线运动时，导体中一定产生感应电流。(　　)

(3)穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关。(　　)

(4)电路中磁通量发生变化时，就一定会产生感应电流。(　　)

(5)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。(　　)

(6)由楞次定律可直接判断出感应电流的方向。(　　)

答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×

2．法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机。如图所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路。转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动，电流表的指针发生偏转。下列说法正确的是(　　)

A．回路中电流大小变化，方向不变

B．回路中电流大小不变，方向变化

C．回路中电流的大小和方向都周期性变化

D．回路中电流方向不变，从b导线流进电流表

答案　D

解析　圆盘在磁场中切割磁感线产生恒定的感应电动势，由右手定则判断得a端为负极、b端为正极，所以只有D项正确。

3．长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图甲所示。长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电：i＝Imsinωt，i­t图象如图乙所示。规定沿长直导线向上的电流为正方向。关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是(　　)

A．由顺时针方向变为逆时针方向

B．由逆时针方向变为顺时针方向

C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向

D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向

答案　D

解析　0～和～T过程中电流向上增加和向下减小，穿过线圈的磁通量向里增加和向外减小，由楞次定律知感应电流的磁场都是向外的。根据安培定则，产生的感应电流都为逆时针方向，同理～过程中感应电流都为顺时针方向，所以选D。

　[考法综述]　本考点是电磁感应模块的基础，在高考中占有非常重要的地位，单独命题考查物理学史、楞次定律的应用，难度较低，交汇命题以法拉第电磁感应定律、能量守恒等知识为载体考查楞次定律，难度较高，因此复习本考点知识时仍以夯实基础为主，通过复习应掌握：

1个条件——产生感应电流的两个必备条件

1个定律——楞次定律

1个定则——右手定则

1个区别——左手定则、右手定则、安培定则、楞次定律的区别及应用

3个推论——楞次定律的推论：即“增反减同”“来拒去留”“增缩减扩”的含义及应用

命题法1　电磁感应现象

典例1　　下列图中能产生感应电流的是(　　)

[答案]　B

[解析]　根据产生感应电流的条件：A中，电路没闭合，无感应电流；B中，电路闭合，且垂直磁感线的平面的面积增大，即闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C中，穿过闭合线圈的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D中，闭合回路中的磁通量不发生变化，无感应电流。

【解题法】　感应电流产生条件的判断方法

①确定所研究回路；②看Φ能否变化；③回路是否闭合；②③同时满足可产生感应电流。

命题法2　感应电流的方向

典例2　　(多选)如图所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速释放，在圆环从a摆向b的过程中(　　)

A．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针

B．感应电流方向一直是逆时针

C．安培力方向始终与速度方向相反

D．安培力方向始终沿水平方向

[答案]　AD

[解析]　从磁场分布可看出：左侧向里的磁场从左向右越来越强，右侧向外的磁场从左向右越来越弱。所以，圆环从位置a运动到磁场分界线前，磁通量向里增大，由楞次定律知，感应电流的磁场与原磁场方向相反即向外，由安培定则知，感应电流沿逆时针方向；同理，跨越分界线过程中，磁通量由向里最大变为向外最大，感应电流沿顺时针方向；继续摆到b的过程中，磁通量向外减小，感应电流沿逆时针方向，A正确；由于圆环所在的磁场上下对称，圆环等效水平部分所受安培力使圆环在竖直方向平衡，所以总的安培力沿水平方向，故D正确。

【解题法】　判断感应电流方向的“四步法”

命题法3　“三个定则与一个定律”的综合应用

典例3　　(多选)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，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN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

[答案]　BC

[解析]　MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab中的电流在MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流由M→NL1中感应电流的磁场方向向上；若L2中磁场方向向上减弱PQ中电流为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动，故选项B、C正确。

【解题法】　右手定则与左手定则的比较