第四章 电磁感应要点导学

1、第四章电磁感应 一、划时代的发现要点导学 1、不同自然现象之间是有相互联系的，而这种联系可以通过我们的观察与思考来发现。例如摩擦生热则表明了机械运动与热运动是互相联系的，奥斯特之所以能够发现电流产生磁场，就是因为他相信不同自然现象之间是互相联系和互相转化的。 2、机遇总是青睐那些有准备的头脑，奥斯特的发现是必然中的偶然。发现中子的历史过程（在选修3-5中学习）也说明了这一点。小居里夫妇首先发现这种不带电的未知射线，他们误认为这是能量很高的射线，一项划时代的伟大发现就与小居里夫妇擦肩而过了。当查德威克遇到这种未知射线时，查德威克很快就想到这种不带电的射线可能是高速运

2、动的中子流，因为查德威克的老师卢瑟神福早已预言中子的存在，所以查德威克的头脑是一个有准备的头脑，查德威克就首先发现了中子，并因此获得诺贝尔物理学奖。所以学会用联系的眼光看待世界，比记住奥斯特实验重要得多。  3、法拉第就是用联系的眼光看待世界的人，他坚信既然电流能够产生磁场，那么利用磁场应该可以产生电流。信念是一种力量，但信念不能代替事实。探索“磁生电”的道路非常艰苦，法拉第为此寻找了10年之久，我们要学习的就是这种百折不挠的探索精神。 4、法拉第为什么走了10年弯路，这个问题值得我们研究。原来自然界的联系不是简单的联系，自然界的对称不是简单的对称，“磁生电”不象“电生磁”

3、那样简单，“磁生电”必须在变化、运动的过程中才能出现。法拉第的弯路应该使我们对自然界的联系和对称的认识更加深刻、更加全面。 范例精析 例1 奥斯特的实验证实了电流的周围存在磁场，法拉第经过10年的努力终于发现了利用磁场产生电流的途径，法拉第认识到必须在变化、运动的过程中才能利用磁场产生电流。法拉第当时归纳出五种情形，请说出这五种情形各是什么。 解析法拉第把能引起感应电流的实验现象归纳为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。它们都与变化和运动有关。 拓展法国物理学家安培也曾将恒定电流或磁铁放在导体线圈的附近，希望在线

4、圈中看到被“感应”出来的电流，可是这种努力均无收获。因为“磁生电”是在变化或运动中产生的物理现象。 例2 自然界的确存在对称美，质点间的万有引力F=Gm1m2/r2和电荷间的库仑力F=kq1q2/r2就是一个对称美的例子。电荷间的相互作用是通过电场传递的，质点间的相互作用则是通过引力场传递的。点电荷q的在相距为r处的电场强度是E=kq/r2，那么质点m在相距为r处的引力场强度是多少呢？如果两质点间距离变小，引力一定做正功，两质点的引力势能一定减少。如果两电荷间距离变小，库仑力一定做正功吗？两电荷的电势能一定减少吗？请简述理由。 解析可以应用点电荷电场的定义方法定义质点的引力

5、场强度,EG=FG/m1=Gm/r2如果两电荷间距离变小，库仑力不一定做正功，因为库仑力可能是吸引力，也可能是排斥力。如果库仑力是吸引力，两电荷间距离变小则电势能减少；如果库仑力是排斥力，则两电荷间距离变小电势能增大。 拓展由以上分析可见，万有引力和库仑力虽然有对称性，但是因为电荷有正负两种，而质点只有一种，所以库仑力做功的情况就要比万有引力做功复杂一些。 能力训练1史料记载“1831年8月29日这一天，法拉第在接通电池的一刹那，偶然看到检流计指针动了一下，接着便回到了原位，然后就一直停住不动。”法拉第因此发现了电磁感应现象，图4-1-1是这个实验的示意图。又有史料记载“瑞

6、士物理学家科拉顿设计了一个利用磁铁在闭合线圈中获取电流的实验：将一块磁铁在螺线管中移动，使导线中产生感应电流。为了排除磁铁移动对检流计指针偏转的影响，他把检流计放到隔壁房间中去，用长导线把检流计和螺线管连接起来。实验开始了，科拉顿把磁铁插到线圈中去以后，就跑到隔壁房间中去，但他十分痛心地看到检流计的小磁针静止在原位。”科拉顿没能发现电磁感应现象，他的实验示意图见图4-1-2。请你分析一下，科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是什么？科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是因为电磁感应现象是在变化或运动的过程中出现的，当科拉顿赶到隔壁房间去时，检流小磁针已经动过了，所以他没能看到电磁感应现象。 

7、2科学家对自然现象和自然规律的某些信念在科学发现中起着重要的作用。结合具体例子说说这种作用。牛顿相信使苹果下落的力和“使月亮下落的力”是同一种力，导致万有引力定律的发现（牛顿认为如果月亮不下落，应该是沿轨道圆的切线运动，现在月亮沿圆周运动，所以月亮实际上是下落了）；奥斯特、法拉第相信电与磁是相互联系的，导致他们分别发现了电流的磁效应和电磁感应现象。 3设有两个物体，一个是热的，另一个是冷的，或更确切他说：一个物体的温度比另一个高些。我们使它们进行接触，并使它们不受到任何外界影响，我们知道，最后它们会达到同样的温度。但是这个情况是怎样发生的呢？从它们开始接触起到它们达到同样温度的时间里

8、，究竟发生了什么呢？有人的脑海中想象这么一个图景：热从一个物体流向另一个物体，正如水由较高的水位流向较低的水位一样。于是这些人因此提出这样的类比：“水热水”，“较高的水位较高的温度”，“较低的水位较低的温度”，水的流动一直要继续到两个水位相同，热的流动也要到温度相等时才停止。这些人的观点是：“热是一种物质，就像物体的质量一样。它的量可以改变，也可以不改变，正如钱一样，可以储存在保险柜里，也可以花掉。只要保险柜始终锁着，柜里面钱的总数就始终保持不变，和这一样，一个被隔离的物体中的质量的总数和热的总数也是不变的。”请你对上述观点作些点评，如果同意就说说论据，如果反对就说说理由。这种类比的思想方法不

9、能否定，但得出的结论不能苟同。例如我们用一砂轮打摩一铁块，铁块和铁屑的总质量是不改变的，但是只要打摩不停，热就可以源源不断地增加。可见热是一种能量，它可以从其它形式的能量转化而来。这一例子也告诉我们，对自然现象的联系与对称要深刻研究，全面理解。 4请你说说教科书把科学发现中经历的失败和挫折表达出来有什么意义？失败和挫折能够起到警示作用，使我们更加聪明，少走弯路。二、探究电磁感应产生的条件 要点导学 本节主要探究电磁感应产生的条件。1、探究的方法主要是实验。连同初中学习的一个实验，课文介绍了三个实验，见图4-2-1，图4-2-2和图4-2-3。我们要认真做好这三个实

10、验，并从这三个实验中分析、归纳、概括出电磁感应产生的条件。学习初中物理时，我们已经知道：闭合电路的一部分导体切割磁感应线，电路就会产生感应电流。那么在普遍情况下，电磁感应产生的条件是什么呢？完成下面两张表格可以帮助我们发现三个实验之间的内在联系。 表格一、磁铁相对于线圈运动时的电磁感应现象（图4-2-2） 磁铁的动作情况电流计指针的动作磁铁的动作情况电流计指针的动作N极插入线圈S极插入线圈N极停在线圈中指针无动作S极停在线圈中指针无动作N极从线圈中抽出S从线圈中抽出 表格二、线圈中的电流变化时的电磁感应现象（图4-2-3） 线圈A中电流的变化情况线圈B中

11、磁场的变化情况电流计指针的动作开关闭合的瞬间开关断开的瞬间开关闭合滑动变阻器不动B中的磁场不变指针无动作开关闭合变阻器电阻变化 2、对实验现象的归纳。从上面的两张表格中我们可以看到，指针无动作时，无一例外地线圈中的磁场都是不变化的，那么在上面的表格中，凡是指针有动作的，线圈中的磁场又有什么共同点呢？请你用尽可能简单的语言表达它们的共同点：。在图4-2-1所示的实验中，磁场是不变的，只是导体AB在切割磁感线运动而产生了电磁感应，这种方式产生电磁感应与上面所说的线圈中磁场变化产生电磁感应之间肯定是有联系的。前者是磁场不变但闭合电路包围磁场的面积在变，后者是闭合电路的面积不变，但电路中的磁

12、场在变。由此可见，穿过闭合电路的磁场变化或者电路包围磁场的面积变化都会引起电磁感应。 3、概括电磁感应的条件。由于闭合电路的面积与垂直穿过此面积的磁感应强度的乘积叫做磁通量，所以产生感应电流的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化。从磁感线的角度来看，磁通量就是穿过闭合电路的磁感线的数目，因此即使磁场和闭合电路的面积都不变，如果磁场与闭合电路所在平面之间的夹角变化（如由垂直变为不垂直），磁通量也会发生变化。 范例精析例1如图4-2-4所示，在有界匀强磁场中有一矩形线圈abcd垂直磁场放置，现使线圈做如下几种运动：（a）向上加速平移，（未出磁场），（b）匀速向右平移，（c）绕a

13、b边转90°，其中线圈中能产生感应电流的是。解析：要判断线圈中是否有感应电流产生，则需判断穿过线圈的磁通量是否发生变化。在（a）中穿过线圈平面的磁感线始终与线圈平面垂直且线圈在磁场中的面积未发生变化，所以穿过线圈的磁通量没有变化，线圈中没有感应电流产生。在（b）中线圈平移出磁场的过程中，在磁场中的面积逐渐减少，穿过线圈的磁通量在减少，所以线圈中有感应电流产生。在(c)中，线圈从图示位置绕ab边转动90°的过程中，线圈面积不变，但磁感线与线圈平面的夹角越来越小，穿过线圈的磁感线条数在减少，故磁通量越来越小，线圈中有感应电流产生。 拓展：在判断是否有感应电流时，除了确

14、定是闭合电路外，如闭合电路是在匀强磁场中，则着重判断闭合电路在磁场中的面积是否变化，以及和磁感线的夹角是否发生变化，以确定磁通量是否变化，从而确定是否有感应电流发生。 例2 如图4-2-5所示，A、B两回路中各有一开关S1、S2，且回路A中接有电源，回路B中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果可能的是A、先闭合S2，后闭合S1的瞬间，电流计指针偏转B、S1、S2闭合后，在断开S2的瞬间，电流计指针偏转C、先闭合S1，后闭合S2的瞬间，电流计指针偏转D、S1、S2闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转解析：回路A中有电源，当S1闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路B中有磁

15、通量，在S1闭合或断开的瞬间，回路A中的电流从无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，从而使穿过回路B的磁通量发生变化，产生感应电动势，此时若S2是闭合的，则回路B中有感应电流，电流表指针偏转。所以A、D正确。 拓展：这类问题，首先要判断该电流的磁场方向，从而确定是否有磁感线穿过线圈平面，然后再根据电流的变化情况判断磁通量是否变化，若产生磁场的电流虽然发生了变化，但穿过线圈平面的磁通量始终为零，那么闭合回路中也不会产生感应电流。如将图4-2-5中的回路A换成一根通过回路B的一条直径的充分长通电直导线，则不论直导线中的电流如何变化，回路B也不会产生感应电流。 例3 恒定的匀

16、强磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向。当线圈在此磁场中作下列哪种运动时，线圈能产生感应电流？A.线圈沿自身所在的平面作匀速运动B.线圈沿自身所在的平面作加速运动C.线圈绕任意一条直径作匀速转动D.线圈绕任意一条直径作变速转动 解析：线圈沿自身所在的平面作匀速运动时线圈中磁通量不变；线圈沿自身所在的平面作加速运动时线圈中磁通量也不变，所以线圈中没有感应电流。线圈绕任意一条直径作匀速转动时线圈中磁通量有变化，线圈绕任意一条直径作变速转动时线圈中磁通量也有变化，所以线圈中有感应电流。正确答案是C 、 D。 拓展：这道高考题的立意是考查考生对产生感应电流的条件是否

17、掌握。同时也考查了考生的空间想象能力。解决这一类问题的关键是看线圈中的磁通量是否变化。  能力训练1、如图4-2-6，竖直放置的长直导线ef中通有恒定电流，有一矩形线框abcd与导线在同一平面内，在下列情况中线圈产生感应电流的是（ABD）A、导线中电流强度变大B、线框向右平动 C、线框向下平动D、线框以ab边为轴转动 E、线框以直导线ef为轴转动 2、下列关于产生感应电流的说法中，正确的是（D） A、只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流产生 B、只要闭合导线做切割磁感线的运动，导线中就一定有感应电流 C、闭合电路的一部分导体，若不做切割磁感线运动，则闭合电路

18、中就一定没有感应电流 D、当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就一定有感应电流 3、如图4-2-7所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线在同一平面，且处于两直导线的中央，则线框中有感应电流的是（BC） A、两电流同向且不断增大B、两电流同向且不断减小 C、两电流反向且不断增大D、两电流反向且不断减小 4、如图4-2-8所示，导线ab和cd互相平行，则在下列情况中导线cd中无电流的是（D） A、电键S闭合或断开的瞬间B、电键S是闭合的，但滑动触头向左滑 C、电键S是闭合的，但滑动触头向右滑D、电键S始终闭合，滑动触头不动  5、如图4-

19、2-9所示，范围很大的匀强磁场平行于OXY平面，线圈处在OXY平面中，要使线圈中产生感应电流，其运动方式可以是（ C） A、沿OX轴匀速平动B、沿OY轴加速平动 C、绕OX轴匀速转动D、绕OY轴加速转动 6、目前观察到的一切磁体都存在N、S两个极，而科学家却一直在寻找是否存在只有一个磁极的磁单极子。若确定存在磁单极子，设法让磁单极子A通过一超导材料制成的线圈如图4-2-10所示，则下列对于线圈中的感应电流的判断，正确的是（C） A、只有A进入线圈的过程有电流B、只有A离开线圈的过程中有电流 C、A离开线圈后，电流保持不变D、A离开线圈后，电流消失 7、如图4-2-

20、11所示，在匀强磁场中有一线圈，线圈平面与磁感线平行。当磁场突然增大时，线圈中有感应电流吗？为什么？       无感应电流，因为磁通量不变8、如图4-2-12所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d，将一边长为l的正方形线框以速度v匀速地通过磁场区域，若d >l，则在线框中产生感应电流的时间为多少？若d <l，则在线框中产生感应电流的时间又为多少？    2l/v  2d/v三、楞次定律判断感应电流的方向 要点导学1.这一节学习楞次定律，用来判断感应电流的方向。这部分知识与法

21、拉第电磁感应定律一起组成了本章的两大重要内容。学习中应该特别重视。2. 感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要，这就是楞次定律。3. 理解楞次定律的关键是阻碍两个字。要全面地理解阻碍的意义当磁通量增大时感应电流的磁场就阻碍磁通量的增加；当磁通量减少时感应电流的磁场就阻碍磁通量的减少；当磁体靠近线圈产生感应电流时感应电流的磁场就阻碍磁体的靠近；当磁体远离线圈产生感应电流时感应电流的磁场就阻碍磁体的远离。特别注意：阻碍不是阻止，阻碍的意思可以用“克强助弱”、“减同增反”、“去则吸引”、“来则排斥”形象描述。4.从磁通量变化的角度来看，感应电流的磁场总要，从导体与磁场的相对运动的角度来看，感应

22、电流的磁场总要。5.如果感应电流做了功，就一定有其它形式的能转化为感应电流的电能。当我们手持磁铁插入闭合线圈时，感应电流的磁场阻碍磁铁插入，我们必须克服阻力做功，这一过程中生物能转化为电能。楞次定律实际上是能量守恒在电磁感应现象中的必然结果。所以用能量的转化和守恒的观点分析电磁感应现象是一种很重要的方法。范例精析例1 用图4-3-1所示的装置来验证“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化”。该装置的电原理图见图4-3-2，已经判明电流表的指针是电流从左接线柱流入则向左偏，电流从右接线柱流入则向右偏。设计一个表格，把开关闭合、开关断开、滑动变阻器电阻变化产生感应电流的几种情况列入表格中

23、，并且在表格中比较原磁场的变化与感应电流的磁场的方向进行比较。解析表格要列入的情况有四种：开关闭合、开关断开、变阻器电阻变大和滑动变阻器电阻变小。所以表格应该有五行。为了比较A线圈中磁场的方向、A线圈中磁场的变化、感应电流的方向、B线圈中磁场的方向，最终验证B线圈中磁场方向是否阻碍A线圈中磁场的变化，表格应该有六列。电路的情况A线圈的磁场方向和变化B线圈中磁场的变化电流表指针偏转方向感应电流的磁场方向感应电流的磁场的作用开关闭合向下、增大向下、增大向右向上阻碍增大开关断开向下、减小向下、减小向左向下阻碍减少电阻变大向下、减小向下、减小向左向下阻碍减少电阻变小向下、增大向下、增大向右向上阻碍增大

24、拓展开关闭合后，把A线圈拔出或者插入也能够产生感应电流，这种情况等效于条形磁铁拔出或者插入B线圈。表格中就不再列入。细心的同学一定能够发现，开关闭合后，A线圈相当于一个N极朝下的条形磁铁，开关闭合瞬时和电阻变小时，都相当于条形磁铁向下插入B线圈；开关断开瞬时和电阻变大时，都相当于条形磁铁向上离开B线圈。所以某些由于电流变化引起的感应电流方向和判断也可以转化为相对运动的问题来判断。 例2 一均匀的扁平条形磁铁与一圆形线圈同在一个平面内，磁铁中央与圆心O重合，为了在磁铁开始运动时在线圈中得到一方向如图4-3-3所示的感生电流I，磁铁的运动方式为（）A.N极向纸内，S极向纸外使磁铁绕O点转

25、动B.N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动C.使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸内作平动D.使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸外作平动E.使磁铁在线圈平面内绕O点沿顺时针方向转动F.使磁铁在线圈平面内绕O点沿逆时针方向转动解析：由图可知感应电流在线圈中产生的磁感线为“点”，原磁场的变化有两种可能：一是“点”在减少；二是“叉”在增大。N极向纸内，S极向纸外使磁铁绕O点转动时线圈中的“叉”在增大，所以选项A正确，B 错误。使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸内或向纸外作平动时线圈中的磁通量都不变，所以选项C和D错误。使磁铁在线圈平面内绕O点沿顺时针方向转动或逆时针方向转动时线圈中的磁通量都不变，所以选

26、项E和F错误。本题正确答案是A。拓展：从楞次定律的角度来看，这道高考题属于逆向命题。在已知感应电流的方向的情景下要求考生判断原磁场的变化情况。这种问题一般有两种情况，但这道高考题虽然提供了六个选项却只有一个选项是正确的，这就要求学生有扎实的基础知识。例3 如图4-3-4，有一固定的超导体圆环，在其右侧放着一条形磁铁，此时圆环中没有电流。当把磁铁向右移走时，由于产生电磁感应，在超导体圆环中产生一定的电流（）A.这电流方向如图中箭头所示，磁铁移走后，这电流很快消失B.这电流方向如图中箭头所示，磁铁移走后，这电流继续维持C.这电流方向与图中箭头方向相反，磁铁移走后，这电流很快消失D.这电流方向与图中

27、箭头方向相反，磁铁移走后，这电流继续维持解析：因超导线圈无电阻，所以感应电流不会消失。磁铁移走时感应电流的磁场要阻碍磁铁移走,所以会产生一个S极来吸引磁铁的N极，因此感应电流的方向与图示的方向相反。正确答案为D。拓展：作为一道考查楞次定律的题目这道高考题并不难，但是这道高考题以超导线圈这一高科技产品作为背景，使得考题耳目一新。例4 如右图4-3-5所示的条形磁铁向闭合线圈靠近时，试在线圈中画出感应电流的方向。解析：方法一用磁通量的变化来判断。磁铁向右运动导致线圈内部方向向左的磁通量增大，感应电流在线圈内部产生方向向右的磁场以阻碍磁通量的增大，线圈的左端应该是S极，所以感应电流在线圈外部的方向为

28、由a到G到b。方法二用感应电流的磁场阻碍相对运动的观点来判断。当S极向线圈靠近时感应电流的磁场在线圈的左端产生一个S极阻碍磁铁的靠近，所以感应电流在线圈外部的方向是由a到G到b。拓展：从上述的两种方法来比较，可以看出用感应电流阻碍相对运动的方法进行判断较为简单。例5 图4-3-6所示abcd是一水平放置的导体框，其中只有ab可以自由滑动。当条形磁铁向下运动时试说明ab将如何运动？解析：磁铁向下运动导致abcd中的竖直向下的磁通量增大，感应电流为阻碍磁通量的增大，其面积就有缩小的趋势，所以导线ab向左运动。拓展：本题也可以用阻碍相对运动的方法解决。当磁铁的N极向下运动时，感应电流的磁场在线圈的上

29、方产生N极阻碍磁铁的靠近。导线ab中的电流是由b流到a ，根据左手定则导线ab受向左的安培力作用，导线ab向左运动。通过比较可以看出本题用感应电流的磁场阻碍磁通量的变化解决较为方便。所以解题时采取什么方法要具体问题具体分析。例6图4-7所示的电路中当电键S断开时，试标出闭合线圈中感应电流的方向并简述理由。解析：电键断开导致Q中向左的磁通量减少，感应电流在线圈Q中的磁场方向向左，感应电流在线圈外部的方向由b到G到a。见图4-3-8所示。拓展：电键S断开等效于线圈P离开线圈Q，即相当于P的N极离开Q，Q的右端就产生S极阻碍P的N极离开，所以线圈Q的左端是N极，感应电流的方向如图4-3-8所示。&#

30、160;能力训练1、如图4-3-9所示，开关闭合的瞬间，流过电流计的电流方向是。（填顺时针或逆时针）。逆时针2、如图4-3-10所示，正方形线框abcd的边长为d，向右通过宽为L的匀强磁场，且d<L，则在线圈进入磁场的过程中，线框中的感应电流方向为；在线框移出磁场的过程中，线框中的感应电流方向为。abcdaadcba3、如图4-3-11所示，M、N为水平放置的两根固定且平行的金属导轨，两根导体棒P、Q垂直于导轨放置并形成一个闭合回路，将闭合回路正上方的条形磁铁从高处下落时：（AD） 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g4、如图4-3-12

31、所示，电池的正负极未知，在左侧软铁棒插入线圈过程中，悬吊在线圈右侧的铝环将：（B）A、不动B、向右运动C、向左运动D、 可能向右运动，也可能向左运动5、感应电流的磁场一定：（D）A、      阻碍引起感应电流的磁通量B、与引起感应电流的磁场反向C、与引起感应电流的磁场同向D、阻碍引起感应电流的磁通量的变化6、如图4-3-13所示，通电直导线与线圈abcd在同一平面内，则：（BD） A、线圈向右平动时，感应电流沿adcb方向 B、线圈竖直向下平动，则无感应电流 C、线圈以ab边为轴转动，产生的感应电流沿adcb方向 D、线圈沿垂直纸面方向远离导

32、线，则产生的感应电流沿abcd方向7、如图4-3-14所示，乙线圈和甲线圈互相绝缘，且乙线圈的一半面积在甲线圈内，当甲线圈中的电流逐渐减弱时，乙线圈的感应电流：（D）A、为零B、顺时针方向C、逆时针方向D、无法确定8、如图4-3-15甲所示，当条形磁铁由上向下插入螺线管时，请在图上标出通过电流计的电流方向。如图4-3-15乙所示，当条形磁铁由远向螺线管靠近时，请在图上标出通过电流计的电流方向。并简述理由。在线圈外部电流方向为ba, 在线圈外部电流方向为ba9、如图4-3-16所示，A为一带负电的橡胶圆盘，由于它的转动，使得金属环L中产生了如图所示的感应电流，则A的转动情况是：（BC） A、顺时

33、针加速转动B、逆时针加速转动 C、顺时针减速转动D、逆时针减速转动10、如图4-3-17所示的螺线管内有软铁棒，当电键S闭合的瞬间，灵敏电流计G内是否有电流通过？若有，请说明电流的方向。并简述理由。有在线圈外部电流方向为ab；S闭合时P的右端是S极，相当于S极向线圈Q靠近，Q的右端应该出现S极阻碍S极的靠近，所以Q作为一个电源，它的左端是电源正极，电流从a流出来。11、图4-3-18中当条形磁铁向下运动时闭合导线绕制的螺旋管内产生如图所示的感应电流，请在图中完成螺旋管的绕向。螺旋管的绕向如下右图所示三. 楞次定律应用 要点导学1.应用楞次定律判断感应电流方向的四个步骤。（ 1 ）明确

34、原磁场的方向；（ 2 ）明确穿过闭合回路的磁通量是在增加还是在减少；（ 3 ）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；（ 4 ）利用安培定则，判断感应电流的方向。2. 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这句话高度概括了楞次定律，但是由于产生感应电流的情景有好多种，所以楞次定律的表述也有好几种，主要有以下五种：(1)闭合线圈的面积不变，感应电流是因磁场变化引起的则感应电流的磁场阻碍原磁场的变化克强助弱；(2)磁场不变，感应电流是因回路面积变化而产生的则感应电流的磁场阻碍其面积的变化。(3)感应电流是因为导体与磁场的相对运动产生的则感应电流的磁场阻碍它们的相对运动“去则吸引、来则排斥”

35、。(4)感应电流是因自身的电流变化而产生的则感应电流的磁场阻碍电流的变化。（这一点将在自感现象中遇到）(5)感应电流是因为闭合电路中的一部分导体切割磁感线产生的，则用右手定则判断感应电流的方向。右手定则是楞次定律的特例，根据楞次定律切割磁感线产生的安培力一定阻碍切割磁感线的运动。我们应用楞次定律时可以在上述五种方法中选择自己觉得比较简单的一种。3.要正确理解楞次定律中的“阻碍”两字的意思：（ 1 ）阻碍不是阻止。磁通量减少时感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍原磁场的减弱，但原磁场毕竟还在减弱。在直导线切割磁感线产生感应电流时，感应电流的出现一定阻碍切割磁感线的运动，但不是阻止这种运动，因为这

36、种运动还在进行。（ 2 ）阻碍不一定是反抗，阻碍还可能有补偿的意义。当磁通量减少时感应电流的磁场就补尝原磁场的磁通量的减少。这里关键是要知道阻碍的对象是磁场的变化，阻碍的对象不是磁场。（ 3 ）阻碍是能量守恒的必然结果，在电磁感应现象中克服感应电流的阻碍作用做多少功就有多少其它形式的能转化为感应电流的电能。范例精析 例 1如图4-3-19所示，当长直导线中电流减小时，两轻质闭合导体环a、b 将如何运动？解析：当长直导线中的电流减小时，它在其周围产生的磁场将减弱，两导体环中的磁通量亦将减少。因而，两环中产生感应电流的原因都是穿过其中的磁通量在减少，所产生的感应电流的结果必将“反抗磁通量的减少”。

37、又因越靠近直导线处，磁场越强，所以，导体环和 b 都向直导线靠近。即环向右移动， b 环向左移动。拓展：本题中如果两环的平面与长直导线垂直，则无论长直导线中的电流如何变化环中的磁通量都不变化，环中均无感应电流，两环均不会因长直导线中的电流变化而运动。例2如图4-3-20所示，一条形磁铁从线圈上方落下，试问，在磁铁接近线圈和离开线圈的两过程中，其加速度与重力加速度 g 的关系分别如何？解析：当磁铁在上方落下接近线圈时，线圈中产生感应电流的原因是二者相互接近，其中所产生的感应电流的磁场必然将“阻碍二者的相互接近”。因而，它们间产生斥力，磁铁下落的加速度必小于 g 。当磁铁离开线圈继续下落时，产生感

38、应电流的原因则是二者相互远离，此时线圈中产生感应电流的磁场必然是“阻碍二者相互远离”，因而，它们间产生引力，故磁铁下落的加速度小于 g 。拓展：上述的结论与磁铁的极性无关。由于磁铁都有两个极，所以在磁铁穿过线圈的过程中线圈中的电流一定会改变方向。假如磁铁先是N极插入则感应电流使线圈的上端出现N极，等到磁铁穿出线圈离开时一定是S极远离线圈，感应电流在线圈的下端产生N极，这时的电流方向肯定与前述的电流方向相反。例3图4-3-21中A是一个边长为L的方形线框，电阻为R，今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场B区域。若以x轴为正方向作为力的正方向，线框在图示位置的时刻作为时间的零

39、点，则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为（）解析：线框刚进入磁场时它右边的一条边切割磁感线产生感应电流，磁场对线框的作用力F阻碍线框向右的运动，磁场对线框的作用力F向负X轴方向；线框全部进入磁场开始磁通量不变，无感应电流磁场对线框的作用力F=0，线框的右边的一条边出了磁场，它的左边切割磁感线产生感应电流，磁场对线框的作用力F还是向负X轴方向，所以磁场对线框的作用力F总是阻碍线圈A的运动，总是向负X轴方向，所以正确答案是B。拓展：本题从相对运动的角度分析更加简单，磁场对线框的作用力F总是阻碍线框A向X轴正向运动，所以在有感应电流的时间内磁场对线框的作用力F都向负X轴方向。例4如图4-3-2

40、2所示，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里。一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v=20cm/s通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行。取它刚进入磁场的时刻t=0，在下列图线中，正确反映感生电流强度随时间变化规律的是：( ) 解析：在01秒内线框中磁通量增大；12秒内磁通量不变故无感应电流；23秒内磁通量减少，所以感应电流的方向与01秒内的电流方向相反，正确答案是C。拓展：本题如果磁场宽度为20，则正确的选项是A。例5如图4-3-23所示，固定水平桌面上的金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无

41、摩擦滑动，此时adeb构成一个边长为L的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计，开始时磁感应强度为B0。（1）若从t=0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为，同时保持棒静止，求棒中的感应电流，在图上标出感应电流的方向。 （2）在上述（1）情况中，始终保持棒静止，当t=t1秒末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？（3）若从t=0时刻起，磁感强度逐渐减小，当棒以恒定速度向右作匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则磁感强度应怎样随时间变化（写出B与t的关系式）？解析：（1）感应电动势E=tkL2感应电流 I=E/r=kL2/r 方向：逆时针（见右图）（2）t=t1秒时，B=B0+kt1F=BIL F

42、=(B0+kt1)kL3/r （3）总磁通量不变BL(L+vt)=B0L2B=B0L/(L+vt)拓展：本题设置了合理的台阶。（1）因磁通量增大产生感应电动势和感应电流，在简单情况考查法拉第电磁感应定律和全电路欧姆定律。（2）考查考生是否知道金属棒ab受到的磁场力是随时间变化的，在这里死记公式就不一定奏效了。（3）磁场在变化，加上导体棒的运动要不产生感应电流，要求考生能综合两个因素，抓住磁通量不变这个关键来解题。2003年江苏省高考题再次出现类似问题，说明我们平时要多训练综合分析能力。例6 法拉第圆盘发电机的原理分析。图4-3-24甲是法拉第圆盘发电机的照片，乙是圆盘发电机的侧视图，丙是发电机

43、的示意图。设CO=r，匀强磁场的磁感应强度为B，电阻为R，圆盘顺时针转动的角速度为。（1）说明感应电流的方向；（2）不计圆盘的电阻，求感应电流的大小。解析我们可以把圆盘分割成无数条很细的金属条（有点象自行车的辐条），那么每一根金属条都在切割磁感线，每一根金属条都是一个电源。（1）由于的两端分别接在圆心和圆周边上，所以这无数个电源是并联在CO之间，在丙图中用右手定则可以判定电源CO的正极是O和D点（也就是说圆盘的边缘是电源的正极），所以电流的方向是（请注意O和D的电势是相等的）。（2）关于OC的电动势的计算，如果用公式E=lvB，虽然符合l、v、B三者两两垂直的条件，但是OC上各点的速度不同就成

44、了一个问题。因为从C到O点速度是均匀变化的，所以可以用CO上各点的平均速度作为切割磁感线的有效速度。即v=(vC+v0)/2=r/2，E=rvB=r2B/2。所以电流大小为I=r2B/2R。拓展如果把此圆盘挖去半径为r/2的同心圆，仍以角速度绕C点顺时针转动，原来接C点的导线接在圆盘的内侧，圆盘切割磁感线的平均速度应为v=(r/2+r )/2=3r /4，圆盘的电动势就是E=3r2B /4。希望读者注意平均速度的求法。能力训练 1、应用楞次定律判断感应电流的方向，一般步骤是：首先要明确；其次要明确；再次根据楞次定律确定；最后利用确定感应电流的方向。原磁场的方向穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少

45、确定感应电流的磁场方向安培定则2、图4-3-25表示闭合电路的一部分导体在磁极间运动的情形，图中导体垂直于纸面，O表示导体的横截面，a、b、c、d分别表示导体运动中的四个不同位置，箭头表示导体在那个位置上的运动方向，则导体中感应电流的方向为垂直纸面向里时，导体的位置是（A） A、aB、bC、cD、d3、如图4-3-26所示，若不计滑轨的电阻，当导线MN在磁感应强度为B的匀强磁场中向右作匀速平动时下列结论中正确的是（AB）A、      线圈L2中的电流方向如图所示B、电流计G中无电流通过 C、电流计G中有电流通过，方向从a到bD、电流计G中有电

46、流通过，方向从b到a4、当闭合电路的一部分导体（长度为l）在磁感应强度为B的匀强磁场中以速度v匀速运动时，若电路中有感应电流产生，且l垂直于B、v，则导体运动方向和磁感线之间的夹角一定不等于多少度？00或18005、如图4-3-27所示，电阻不计的光滑导体框架，水平地放在磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中，框架宽为L，框架上放一质量为m、电阻为R的导体棒，现用一水平恒力F作用于棒上，使棒由静止开始运动，当棒的速度为零时，棒的加速度大小为多大？当棒的速度为v时，棒的加速度为多大？F/m(FB2L2v/R)/m6、在磁感应强度B为0.4T的匀强磁场中，让长0.2m的导体ab在金属框上以6m/

47、s的速度向右移动，如图4-3-28所示，此时ab中感应电动势的大小等于多少伏？如果R1=6，R2=3，其他部分的电阻不计，则通过ab的电流大小为多少安培？0.48V 0.24A 7、图4-3-29中矩形线框ab边长l1=20cm，bc边长l2=10cm，电阻为20，置于B=0.3T的匀强磁场中，磁感线方向与线框平面垂直，若用力拉动线框，使线框沿图中箭头方向以v=5.0m/s的速度匀速运动，求在把线框从如图位置拉出磁场过程中，通过导体回路某一截面的电量是多少？在此过程中外力做功是多少焦耳？3×10-4C，4.5×10-5J8、如图4-3-30，水平金属滑轨MN与PQ

48、平行，相距d=0.4m，电阻R=1，匀强磁场的磁感强度B=2T，其方向垂直矩形平面MNQP且向外，金属棒ab与MN垂直，在水平拉力F作用下沿滑轨向右匀速移动，此时电压表的示数为U=0.5V，若ab棒与两滑轨接触点之间棒的电阻为r=0.2，其余导体电阻不计，试求：（不计摩擦）ab棒移动的速度v的大小；在时间t=2s内拉力F所做的功。0.75m/s 0.6J9、如图4-3-31所示的一个导体回路内，连接着一个电容器C，若有一垂直穿过回路平面的磁场（方向垂直纸面向外）正在减小，则电容的上极板带何种电荷？负电10、一个由导线组成的矩形线圈长为2L，以速率v匀速穿过有理想界面的宽为L的匀强磁场，如图4-

49、3-32所示。图乙中的哪幅能正确地表示矩形线圈内的电流随时间变化的关系？简述理由。C能正确表示线圈中电流随时间变化的规律；线圈的右边匀速切割磁感受线和线圈的左边切割磁感受线的过程时电流的大小不变，但方向相反，一圈不切割磁感线时无感应电流。11、如图4-3-33所示，让线圈A自由落下，并通过一段有足够长的匀强磁场的空间，试定性讨论线圈运动的加速度变化情况。（不考试空气阻力）进入磁场开始a先减小，全部进入磁场后a=g，移出磁场时a减小，移出磁场后a=g。12、如图4-3-34所示，一个水平放置的矩形闭合线框abcd，在水平放置的细长磁铁极中心附近落下，下落过程中线框保持水平且bc边在纸外,ad边在

50、纸内它由位置甲经乙到丙，且甲、丙都靠近乙。在这下落过程中，线框中感应电流的方向为（B）Aabcda Badcba C从位置甲到乙时,abcda，从位置乙到丙时adcba D从位置甲到乙时，adcba，从位置乙到丙时abcda四、法拉第电磁感应定律要点导学1这一节学习法拉第电磁感应定律，要学会感应电动势大小的计算方法。这部分内容和楞次定律是本章的两大重要内容，应该高度重视。2法拉第电磁感应定律告诉我们电路中产生感应电动势的大小跟成正比。若产生感应电动势的电路是一个有n匝的线圈，且穿过每匝线圈的磁感量变化率都相同，则整个线圈产生的感应电动势大小E=。3直导线在匀强磁场中做切割磁感线的运动时，如果运

51、动方向与磁感线垂直，那么导线中感应电动势的大小与、和三者都成正比。用公式表示为E=。如果导线的运动方向与导线本身是垂直的，但与磁感线方向有一夹角，我们可以把速度分解为两个分量，垂直于磁感线的分量v1=vsin,另一个平行于磁感线的分量不切割磁感线，对感应电动势没有贡献。所以这种情况下的感应电动势为E=Blvsin。4应该知道：用公式E=n/t计算的感应电动势是平均电动势,只有在电动势不随时间变化的情况下平均电动势才等于瞬时电动势。用公式E=Blv计算电动势的时候，如果v是瞬时速度则电动势是瞬时值；如果v是平均速度则电动势是平均值。5. 公式E=n/t是计算感应电动势的普适公式，公式E=Blv则

52、是前式的一个特例。6关于电动机的反电动势问题。电动机只有在转动时才会出现反电动势（线圈转动切割磁感线产生感应电动势）；线圈转动切割磁感线产生的感应电动势方向与电动机的电源电动势方向一定相反，所以称为反电动势；  有了反电动势电动机才可能把电能转化为机械能,它输出的机械能功率P=E反I； 电动机工作时两端电压为U=E反+Ir（r是电动机线圈的电阻），电动机的总功率为P=UI，发热功率为P热=I2r，正常情况下E反>>Ir， 电动机启动时或者因负荷过大停止转动，则I=U/r，线圈中电流就会很大，可能烧毁电动机线圈。范例精析例1法拉第电磁感应定律可

53、以这样表述：闭合电路中感应电动势的大小（）A、跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比B、跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比C、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比D、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比 解析：E=/t，与t的比值就是磁通量的变化率。所以只有C正确。 拓展：这道高考题的命题意图在于考查对法拉第电磁感应定律的正确理解。考生必须能够正确理解磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率这三个不同的概念。例2 图4-4-1中abcd是一个固定的U形金属框架，ab和cd边都很长，bc边长为L，框架的电阻可不计，ef是放置在框架上与bc平行导体杆，它可在框架上自由滑动（摩

54、擦可忽略）。它的电阻为R，现沿垂直于框架平面的方向加一恒定的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。已知当以恒力F向右拉导体杆ef时，导体杆最后匀速滑动，求匀速滑动时的速度。 解析：匀速运动时导体杆所受合力应等于零，故：F=ILB=B2vL2/R，v=FR/B2L2。 拓展：今天看这道高考题好象十分简单。其实对本题的过程进行认真的分析对夯实基础是十分重要的。在恒定外力作用下导体杆ef向右加速运动，导体杆ef因切割磁感线而产生感应电动势，回路中产生感应电流，磁场对感应电流的安培力阻碍导体杆ef向右的运动，导体杆ef的加速度减小、速度增大、电动势增大、电流增大、安培力增大

55、，直到安培力与恒定外力相等时导体杆ef就作匀速运动。 例3如图4-4-2所示，边长为0.1m正方形线圈ABCD在大小为0.5T的匀强磁场中以AD边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行，经过1s 线圈转了90°，求：（1）       线圈在1s时间内产生的感应电动势平均值。（2）       线圈在1s末时的感应电动势大小。 解析：初始时线圈平面与磁感线平行，所以穿过线圈的磁通量为零，而1s末线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，故有磁通量变化

56、，有感应电动势产生。（1）只要用E=/t 来进行计算平均电动势。 E=/t =0.5×0.1×0.1/1=0.005V。   (2)1s末的感应电动势是指瞬时值，应该用E=BLvt 来进行计算。当线圈转了1s时，恰好转了90°，此时线圈的速度方向与磁感线的方向平行，线圈的BC段不切割磁感线（或认为切割磁感线的有效速度为零），所以线圈不产生感应电动势，E=0。 拓展：要把握感应电动势计算公式E=n/t的条件。公式目前只能用来计算一段时间内的平均值。E=BLv公式中的v是与磁感线垂直的有效切割速度，在这个前提下再来考虑v是即时值

57、还是平均值就可以求解电动势的即时值或平均值。 例4 矩形线圈abcd，长ab=20cm ,宽bc=10cm, 匝数n=200,线圈回路总电阻R= 50，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁感应强度B随时间的变化规律如图4-4-3所示，求：（1）线圈回路的感应电动势。（2）在t=0.3s时线圈ab边所受的安培力。解析：从图象可知，与线圈平面垂直的磁场是随时间均匀增大的，穿过线圈平面的磁通量也随时间均匀增大，线圈回路中产生的感应电动势是不变的，可用法拉第电磁感应定律来求。 （1）       感应电动势E=n/t=200×15×10-2×0.02/0.3=2V （2）       I=E/R=2/50 A=0.04A  当t=0.3s时，B=20×10-2 TF=nBIL=200×20×10-2×0.04×0.2N=0.32N 拓展：磁