22届高中物理一轮总复习 25　电磁感应现象　楞次定律（新高考）课件PPT

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杆轨模型问题,电磁感应与动力学、能量、动量结合问题,电磁感应的图像问题
本章内容属于高考考查的热点,多为选择题、又有计算题,考查的具体内容主要包括以下几个方面:①对楞次定律和法拉第电磁感应定律理解的考查;②结合新情境的电磁感应问题、电磁感应的图像问题;③电磁感应与动力学、能量、电路、动量等相结合的综合问题
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　　　　的面积S与B的乘积。 2.公式:Φ=　　　。 适用条件:　　　　磁场。 3.S为　　　　磁场的有效面积。 4.磁通量是　　　　(选填“标量”或“矢量”)。① 
5.磁通量的意义:(1)磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数。(2)同一线圈平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量　　　　;当它跟磁场方向平行时,磁通量为　　;当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的磁感线条数一样多时,磁通量为　　。 
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　　　　　　　　　时,电路中产生　　　　　　　　　　的现象。 2.产生感应电流的条件(1)条件:穿过闭合电路的磁通量　　　　　　　　。 (2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做　　　　　　　　　运动。 3.能量转化发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为　　　　。 
三、感应电流方向的判定
②注:楞次定律的本质是能量守恒。③注:右手定则是楞次定律的特例,楞次定律适用于所有电磁感应现象,而右手定则适用于一段导体在磁场中切割磁感线运动的情况。④注:楞次定律的双解,a.“加速向左运动”与“减速向右运动”等效。 b.“×增加”与“·减少”所产生的感应电流方向一样,反之亦然。
1.判断下列说法的正误。(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中不一定有感应电流产生。(　　)(2)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。(　　)(3)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势。(　　)(4)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。(　　)(5)楞次定律和右手定则都可以判断感应电流的方向,二者没什么区别。(　　)(6)感应电流的磁场一定阻止引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(　　)
2.(多选)(新教材人教版选择性必修第二册P28习题改编)如图所示,一轻质绝缘横杆两侧各固定一铝环,横杆可绕中心点自由转动。拿一条形磁铁插向A环,后又取出插向B环,看到的现象及现象分析正确的是(　　)A.磁铁插向A环,横杆发生转动B.磁铁插向B环,横杆发生转动C.磁铁插向B环,B环中不产生感应电动势和感应电流D.磁铁插向A环,A环中产生感应电动势和感应电流
答案 AD　解析 B环不闭合,磁铁插向B环时,产生感应电动势,不产生感应电流,环不受力,横杆不转动,故B、C错误;A环闭合,磁铁插向A环时,环内产生感应电流,环受到磁场的作用,横杆转动,故A、D正确。
3.(新教材人教版选择性必修第二册P26例题改编)如图所示,在通有电流I的长直导线附近有一个矩形线圈ABCD,线圈与导线始终在同一个平面内。线圈在导线的一侧,垂直于导线左右平移时,其中产生了A→B→C→D→A方向的电流。已知距离载流直导线较近的位置磁场较强。
请判断:线圈在向哪个方向移动?如果通电导线电流减小,线圈将向哪个方向运动?如果矩形线圈周长不变,由矩形突然变成圆形,在这过程中,线圈中有无感应电流?
解析选择矩形线圈为研究对象,画出通电直导线一侧的磁感线分布图如图,磁感线方向垂直纸面向里,用“×”表示。已知矩形线圈中感应电流的方向是A→B→C→D→A,根据右手螺旋定则,感应电流的磁场方向是垂直纸面向外的(即指向读者的,用矩形中心的圆点“·”表示)。根据楞次定律,感应电流的磁场应该是
阻碍穿过线圈的磁通量变化的。现在已经判明感应电流的磁场垂直纸面向外指向读者,跟原来磁场的方向相反。因此线圈移动时通过它的磁通量一定是在增大。这说明线圈在向左移动。如果通电导线电流减小,穿过线圈的磁通量将减少,根据楞次定律,感应电流的磁场将阻碍其减小,线圈将向左运动。由矩形突然变成圆形,穿过线圈的磁通量发生变化,在这过程中,线圈中有感应电流。
常见的产生感应电流的三种情况
1.(2020江苏卷)如图所示,两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　)A.同时增大B1减小B2B.同时减小B1增大B2C.同时以相同的变化率增大B1和B2D.同时以相同的变化率减小B1和B2
答案 B解析 同时增大B1减小B2,向里的磁通量增大,根据楞次定律,产生逆时针方向感应电流,选项A错误;同时减小B1增大B2,向外的磁通量增大,根据楞次定律,产生顺时针感应电流,选项B正确;同时以相同的变化率增大B1和B2或者以相同的变化率减小B1和B2,磁通量不变,没有感应电流,选项C、D错误。
2.(多选)两圆环A、B置于同一水平面上,其中A为均匀带电绝缘环,B为导体环。当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度大小发生变化时,B中产生如图所示方向的感应电流。则(　　)A.A可能带正电且转速增大B.A可能带正电且转速减小C.A可能带负电且转速减小D.A可能带负电且转速增大
答案 AC　解析 当A以如题图所示的方向绕中心转动的角速度大小发生变化时,由于B中产生如图所示方向的感应电流,利用楞次定律分析可知,A转动在B中产生的磁场方向可能垂直纸面向外且磁感应强度减小,也可能垂直纸面向里且磁感应强度增大。若在B中产生的磁场方向垂直纸面向外且磁感应强度减小,则均匀带电绝缘环A带负电且转速减小,选项C正确,D错误;若在B中产生的磁场方向垂直纸面向里且磁感应强度增大,则均匀带电绝缘环A带正电且转速增大,选项A正确,B错误。
楞次定律中“阻碍”的含义
【典例1】 (2017全国卷Ⅲ)如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是(　　)A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向
答案 D　解析 金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确。
破题 利用右手定则、楞次定律判断金属杆PQ感应电流的方向→PQRS中感应电流产生的磁场→T中的磁通量变化→T中产生感应电流。
【规律方法】1.判断感应电流方向的方法(1)楞次定律。(2)右手定则。2.“四步法”判断感应电流方向
3.楞次定律中“阻碍”的推广含义楞次定律可以推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因,列表说明如下:
3.如图所示,螺线管与灵敏电流计相连,磁铁从螺线管的正上方由静止释放,向下穿过螺线管。下列说法正确的是(　　)A.电流计中的电流先由a到b,后由b到aB.a点的电势始终低于b点的电势C.磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量D.磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度
答案 D解析 由楞次定律可知,电流计中的电流先由b到a,后由a到b,A错误;a点的电势先比b点低,后比b点高,B错误;磁铁减少的机械能等于回路中产生的热量,C错误;根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍磁铁与闭合回路间的相对运动,磁铁刚离开螺线管时,受到向上的磁场力,加速度小于重力加速度,D正确。
4.(2020全国卷Ⅲ)如图所示,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到(　　)A.拨至M端或N端,圆环都向左运动B.拨至M端或N端,圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动
答案 B解析 本题以螺线管为背景,意在考查楞次定律。开关S无论拨至M端还是N端,螺线管中的磁通量都变大,则右边金属圆环中的磁通量变大,根据楞次定律,为了阻碍磁通量变大,圆环都向右运动,选项B正确。
2.相互联系(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则。(2)研究感应电流受到的安培力时,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确定。
【典例2】 (多选)(2018全国卷Ⅰ)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态,下列说法正确的是(　　)
A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
答案 AD　解析如图甲所示,闭合开关瞬间右边线圈产生电流,左边线圈磁通量增强。由楞次定律可知,增反减同,左边线圈感应磁场方向向左。根据右手螺旋定则可得直导线中电流方向为从南到北。由此可得直导线上方磁场为垂直纸面向里,则磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A项正确。开关闭合并保持一段时间后电路稳定,线圈中无磁通量变化,则直导线中无电流,小磁针恢复南北指向,故B、C项错误;
如图乙所示,开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,左边线圈磁通量减小,由增反减同得其感应磁场方向向右。由右手螺旋定则可得直导线中电流由北到南,直导线上方磁场为垂直纸面向外,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故D项正确。
破题 开关闭合、保持再断开→右侧线圈内电流是否变化→左侧线圈环绕部分内磁通量是否发生变化→直导线中是否有电流→直导线中的电流产生磁场→小磁针受力转动。
5.(2020上海徐汇模拟)两根平行放置的长直绝缘导线M、N,通以同向等大的电流如图。在它们正中间放有一金属圆环,则可以使圆环中产生顺时针感应电流的是(　　)A.M向右移动B.N中电流增大C.两电流同时等量增大D.两电流同时反向
答案 B解析 依据右手螺旋定则,长直绝缘导线M、N在环中产生磁场相互叠加,导致穿过环的磁通量为零,当M向右移动时,导致穿过环的磁通量向里,且大小增大,再由楞次定律,感应电流为逆时针,故A错误;当增大N中的电流时,导致穿过环的磁通量向外,且大小增大,再由楞次定律,感应电流为顺时针,故B正确;当两电流同时等量增大,依据右手螺旋定则,长直绝缘导线M、N,在环中产生磁场相互叠加,导致穿过环的磁通量仍为零,所以没有电流产生,故C错误;当两电流同时反向,但由于大小不变,位置也不变,因此穿过环的磁通量仍为零,所以没有电流产生,故D错误。
6.(多选)如图所示,两个线圈套在同一个铁芯上,线圈的绕向在图中已经标出。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,金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中,下列说法中正确的是(　　)A.当金属棒ab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ab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ab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ab向右加速运动时,b点电势高于a点,d点电势高于c点
答案 BD　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为a→b。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。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,c点与d点电势相等。当ab向右做加速运动时,由右手定则可推断φb>φa,电流沿逆时针方向。又由E=Blv可知ab导体两端的电动势不断增大,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,并且磁感应强度不断增强,所以右边电路线圈中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,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。把这个线圈看成电源,由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d,因此d点电势高于c点,综上可得,选项B、D正确,A、C错误。