【红对勾】高考物理复习 91 电磁感应现象 楞次定律课件.ppt

第九章电磁感应 考纲展示 近几年高考中对本章内容的考查 命题频率较高的是感应电流的产生条件 方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算 其他像电磁感应现象与磁场 电路 力和运动 能量等知识相联系的综合题及感应电流 或感应电动势 的图象问题在近几年高考中也时有出现 复习中应引起重视 复习策略1 本章主要研究感应电动势和感应电流问题而这个问题又可以分两种情况一是线圈中的感应电流问题 二是导体切割磁感线中感应电动势 感应电流问题 对于前者电动势用法拉第电磁感应定律 方向用楞次定律判断较为方便 而后者电动势用e blv 方向用右手定则较为方便 2 要记住 归纳能使你的成绩上升一个档次 所以要善于归纳 善于总结 我们既要求大家对基础知识进行归纳 使之有序地储存在大脑中 另外还需要对题型进行归纳 题要多做 但不是一味地多 对有些题虽然形式不同 但所应用的物理规律实质一样 所以要能够透过现象看本质 把这样的题归为一个类型 然后掌握住这个题型的解题方法 一章内容学完之后头脑里装的一是知识结构框架 二就是几个题型及相应的解法 课时1电磁感应现象楞次定律 梳理知识突破难点 课前自主学习 知识回顾 1 概念 穿过某一面积的磁感线的条数叫做穿过这一面积的磁通量 符号 是标量 但有正 负 正负号表示的是磁感线穿过线圈平面的方向 例如磁感线向下穿过水平面线圈的磁通量为正值 则从下往上穿过的磁通量就是负的 要点深化 1 磁通量的计算 1 公式 bs的适用条件是闭合电路所在平面s与b垂直 当s与b不垂直时 可以采用投影的方法 将面积s投影到与磁场垂直的方向上 如图1所示 就可以得到计算磁通量的一般公式 bs垂 bscos 为闭合电路平面与垂直磁场方向间的夹角 2 若磁感线沿相反方向穿过同一平面 且正向磁感线条数为 1 反向磁感线条数为 2 则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数 磁通量的代数和 即 2 1 3 公式 bs中的s应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积 如图2所示 若闭合电路abcd和abcd所在平面均与匀强磁场b垂直 面积分别为s1和s2且s1 s2 但磁场区域恰好只有abcd那么大 则穿过abcd和abcd的磁通量是相同的 4 磁通量与线圈的匝数无关 也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响 2 磁通量变化的计算 1 磁感应强度b不变 有效面积s变化时 则 2 1 b s 2 磁感应强度b变化 磁感线穿过的有效面积s不变时 则穿过回路中的磁通量的变化是 2 1 b s 3 磁感应强度b和回路面积s同时变化时 则 2 1 b2s2 b1s1 4 由于磁通量与线圈的匝数无关 同理 磁通量的变化 2 1也不受线圈匝数的影响 注意 当s与b不垂直时 在计算磁通量时不能盲目套用公式 同时 注意磁通量的正负号的规定 否则容易得出 0的错误结论 基础自测 如图3所示 半径为r的圆线圈共有n匝 其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场 磁场方向垂直线圈平面 若磁感应强度为b 则穿过线圈的磁通量为 a br2b br2c n br2d n br2答案 b 知识回顾 1 电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时 电路中有电流产生 这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应 2 产生感应电流的条件 1 闭合回路 2 磁通量变化 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电能 要点深化 引起磁通量变化的两种方式 1 面积变化 由 bs s为闭合线圈在匀强磁场中垂直于磁场方向的有效面积 有两种情况 导体切割磁感线运动 如图4 闭合线圈的部分导体切割磁感线运动 位置1 导体中有感应电流 整个线圈在磁场中运动 位置2 导体中无感应电流 闭合线圈在磁场中转动 如图5 闭合线圈绕垂直于磁感线方向的轴转动 线圈中有感应电流 闭合线圈绕平行于磁感线方向的轴转动 线圈中无感应电流 2 磁场变化 由于空间分布的磁场发生变化 引起回路磁通量变化 有两种情况 永磁体靠近或远离闭合线圈 电磁铁 通电螺线管 通过的电流发生变化 基础自测 如图6所示 开始时矩形线圈平面与匀强磁场的方向垂直 且一半在磁场内 一半在磁场外 若要使线圈中产生感应电流 下列做法中可行的是 a 以ab边为轴转动b 以bd边为轴转动 转动的角度小于60 c 以bd边为轴转动90 后 增大磁感应强度d 以ac边为轴转动 转动的角度小于60 答案 ad 知识回顾 1 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 适用情况 所有电磁感应现象 2 右手定则 1 内容 伸开右手 让大拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在同一平面内 让磁感线垂直穿入掌心 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 适用情况 部分导体运动切割磁感线产生感应电流 要点深化 楞次定律的理解和应用1 因果关系 应用楞次定律实际上就是寻求电磁感应中的因果关系 磁通量发生变化是原因 产生感应电流是结果 原因产生结果 结果又反过来影响原因 2 楞次定律中 阻碍 的含义 3 楞次定律的推广含义的应用 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍 导体的 相对运动 来拒去留 3 磁通量增加 线圈面积 缩小 磁通量减小 线圈面积 扩张 4 阻碍线圈自身电流的变化 自感现象 基础自测 2009 浙江高考 如图7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开始释放 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 a a b c d ab d c b a d c 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解析 线框从右侧摆到最低点的过程中 穿过线框的磁通量减小 由楞次定律可判断感应电流的方向为d c b a d 从最低点到左侧最高点的过程中 穿过线框的磁通量增大 由楞次定律可判断感应电流的方向为d c b a d 所以选b 答案 b 师生互动规律总结 课堂讲练互动 例1 如图8所示 矩形线圈的面积为s m2 置于磁感应强度为b t 方向水平向右的匀强磁场中 开始时线圈平面与中性面重合 求线圈平面在下列情况下的磁通量的改变量 绕垂直磁场的轴转过 1 60 2 90 3 180 解析 初位置时穿过线圈的磁通量 1 bs 转过60 时 2 bscos60 bs 2 转过90 时 3 0 转过180 时 4 bs 负号表示穿过面积s的方向和以上情况相反 故 1 1 2 1 bs 2 bs bs 2 2 2 3 1 bs 3 3 4 1 2bs 负号可理解为磁通量在减少 答案 1 bs 2 2 bs 3 2bs 题后反思由公式 bs计算磁通量及磁通量的变化应把握好以下几点 1 此公式只适用于匀强磁场 2 式中的s是与磁场垂直的有效面积 3 磁通量 为双向标量 其正负表示与规定的正方向是相同还是相反 4 磁通量的变化量 是指穿过磁场中某一面的末态磁通量 2与初态磁通量 1的差值 即 2 1 答案 c 例2 2009 重庆高考 如图10所示为一种早期发电机原理示意图 该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成 两磁极相对于线圈平面对称 在磁极绕转轴匀速转动过程中 磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧运动 o是线圈中心 则 a 从x到o 电流由e经g流向f 先增大再减小b 从x到o 电流由f经g流向e 先减小再增大c 从o到y 电流由f经g流向e 先减小再增大d 从o到y 电流由e经g流向f 先增大再减小 分析 从x到o过程中穿过线圈的磁通量如何变化 能否由楞次定律得出感应电流的方向 导线处的磁感应强度如何变化 磁通量变化快慢又是如何的 则电流变化又会如何呢 从o到y的情况又如何呢 解析 由题图和楞次定律知 从x o 电流由f经g流向e 且磁通量变化由快变慢 在o处磁通量几乎不变 故线圈中感应电动势e感先增大后减小 感应电流i感亦先增大后减小 a b均错 同理 从o到y 电流由e经g流向f e感先增大后减小 i感亦先增大后减小 故d对 c错 答案 d题后反思利用楞次定律判断感应电流的方向时 一定要先判断原磁场的方向和磁通量的变化 然后根据楞次定律判断感应电流磁场的方向 进而判断感应电流的方向 变式2 1 2011 上海卷 如图11 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 解析 由楞次定律 欲使b中产生顺时针电流 则a环内磁场应向里减弱或向外增强 ra环的旋转情况应该是顺时针减速或逆时针加速 由于b环又有收缩趋势 说明a环外部磁场向外 内部向里 故选b 答案 b 例3 如图12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 解析 方法1 假设条形磁铁的下端为n极 则当其从高处下落时 穿过闭合回路的磁通量向下 且增加 根据楞次定律可知回路中感应电流产生的磁场方向向上 由安培定则可判断感应电流的方向为逆时针方向 从上向下看 再利用左手定则可判断p q受力情况 如图13所示 故p q将互相靠拢 闭合回路的上面为n极 和磁铁互相排斥 因此 磁铁的加速度小于g 若假设条形磁铁的下端为s极 仍可得到以上结论 结合以上分析知 选项a d正确 方法2 条形磁铁从高处下落接近回路时 穿过闭合回路中的磁通量将增加 根据楞次定律 感应电流产生的磁场将阻碍这一磁通量的增加 具体表现应为 使回路面积减小延缓磁通量的增加 对磁铁产生向上的磁场力 延缓磁铁的下落 故选项a d正确 答案 ad 题后反思楞次定律推论应用 阻碍原磁通量的变化 增反减同 阻碍物体间的相对运动 来拒去留 阻碍原电流的变化 自感现象 变式3 1如图14所示 ab是一个可以绕垂直于纸面的轴o转动的闭合矩形导体线圈 当滑动变阻器r的滑片p自左向右滑动的过程中 线圈ab将 a 静止不动b 顺时针转动c 逆时针转动d 发生转动 但电源的极性不明 无法确定转动方向 解析 题图中的两个通电的电磁铁之间的磁场方向总是水平的 当滑动变阻器r的滑片p自左向右滑动的过程中 电路的电流是增大的 两个电磁铁之间的磁场也是增大的 闭合导体线圈中的磁通量是增大的 线圈在原磁场中所受的磁场力肯定使线圈向磁通量减少的方向运动 显然只有顺时针方向的运动才能使线圈中的磁通量减小 答案 b 感悟真题检验技能 随堂巩固训练 答案 a 2 如图16所示 老师做了一个物理小实验让学生观察 一轻质横杆两侧各固定一金属环 横杆可绕中心点自由转动 老师拿一条形磁铁插向其中一个小环 后又取出插向另一个小环 同学们看到的现象是 a 磁铁插向左环 横杆发生转动b 磁铁插向右环 横杆发生转动c 无论磁铁插向左环还是右环 横杆都不发生转动d 无论磁铁插向左环还是右环 横杆都发生转动 解析 由于左环没有闭合 在磁铁插入过程中 不产生感应电流 故横杆不发生转动 故a d都错误 由楞次定律知道 感应电流导致的结果总是阻碍引起感应电流的原因 磁体与线圈之间发生相对运动时 感应电流施加的磁场力总是阻碍磁极相对运动的 右环闭合 相当于一线圈 在磁铁插入过程中 产生感应电流 横杆将发生转动 故c错误 只有b正确 答案 b 3 电阻r 电容器c与一线圈连成闭合回路 条形磁铁静止于线圈的正上方 n极朝下 如图17所示 现使磁铁开始下落 在n极接近线圈上端的过程中 流过r的电流方向和电容器极板的带电情况是 a 从a到b 上极板带正电b 从a到b 下极板带正电c 从b到a 上极板带正电d 从b到a 下极板带正电 解析 在n极接近线圈上端的过程中 通过线圈的磁感线方向向下 磁通量增大 由楞次定律可判定流过线圈的电流方向向下 外电路电流由b流向a 同时线圈作为电源 下端应为正极 则电容器下极板电势高 带正电 答案 d 4 2009 海南高考 一长直铁芯上绕有一固定线圈m 铁芯右端与一木质圆柱密接 木质圆柱上套有一闭合金属环n n可在木质圆柱上无摩擦移动 m连接在如图18所示的电路中 其中r为滑线变阻器 e1和e2为直流电源 s为单刀双掷开关 下列情况下 可观测到n向左运动的是 a 在s断开的情况下 s向a闭合的瞬间b 在s断开的情况下 s向b闭合的瞬间c 在s已向a闭合的情况下 将r的滑动头向c端移动时d 在s已向a闭合的情况下 将r的滑动头向d端移动时解析 由楞次定律及左手定则可知 只要线圈中电流增强 即穿过n的磁通量增加 则n受排斥而向右 只要线圈中电流减弱 即穿过n的磁通量减少 则n受吸引而向左 故c选项正确 答案 c 5 两根相互平行的金属导轨水平放置于如图19所示的