电磁感应第一讲

/电磁感应一、考纲要求内容要求说明１．电磁感应现象2。磁通量３．法拉第电磁感应定律4.楞次定律5．自感、涡流ⅠⅠⅡⅡⅠ“电磁感应”是电磁学的核心内容之一,又是与电学、力学知识紧密联系的知识点,是高考试题考查综合运用知识能力的很好落脚点，本专题涉及三个方面的知识：一、电磁感应，电磁感应研究是其它形式有能量转化为电能的特点和规律，其核心内容是法拉第电磁感应定律和楞次定律；二、与电路知识的综合，主要讨论电能在电路中传输、分配,并通过用电器转化为其它形式的能量的特点及规律；三、与力学知识的综合,主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动特点规律以及电磁感应过程中的能量关系。磁通量电磁感应磁通量电磁感应电磁感应现象电磁感应应用电磁感应的规律电磁感应电动势的大小法拉第电磁感应定律E=Δφ/ΔtE=BLvsinθ感应电流的方向楞次定律右手定则电路综合分析闭合电路的欧姆定律牛顿定律动量守恒定律能量守恒定律阻碍变化变化快慢第1讲电磁感应现象愣次定律一。考纲要求考纲内容能力要求考向定位１.电磁感应现象2。磁通量3．楞次定律４．右手定则1、知道电磁感应现象以及产生感应电流的条件.2．理解磁通量的定义，理解磁通量的变化、变化率以及净磁通量的概念。3．理解棱次定律的实质，能熟练运用棱次定律来分析电磁感应现象中感应电流的方向.4.理解右手定则并能熟练运用该定则判断感应电流的的方向.考纲对于电磁感应现象及磁通量均只作Ⅰ级要求,而对愣次定律则作了Ⅱ级要求。电磁感应现象这一考点，往往只要求考生能够区分哪些现象属于电磁感应现象,而磁通量则是为电磁感应定律作铺垫的,很少会单独考查.愣次定律及右手定则是分析电路中电流(电动势)方向的规律，是极为重要的方法,故必须理解并能从不同的角度加以灵活应用二考点整合考点一磁通量、磁通量的变化及磁通量变化率1、磁通量φ磁感应强度B与于磁场方向的面积S的叫做穿过这个面积的磁通量,符号φ，国际单位。定义式为：φ=。定义式φ=BS中的面积S指的是垂直于匀强磁场方向的面积,如果面积Ｓ与磁感应强度B不垂直，如图12－1—１，可将磁感应强度Ｂ向着垂直于面积S和平行于面积S和方向进行正交分解，也可以将面积向着垂直于磁感应强度Ｂ的方向投影。设此时面积S与磁感应强度Ｂ的夹角为θ，则φ=.从磁感线角度认为在同一磁场中，磁感线越密的地方，也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方，磁感应强度B越大.因此B越大,S越大,穿过这个面的磁感线条数就越多，磁通量就越大。所以磁通量反映穿过某一面积的磁感线条数的多少。2、磁通量的变化Δφ磁通量的变化量Δφ=．与感应电动势的大小无必然联系.由公式：φ=BSｃoｓθ可得磁通量发生变化的情况：①B不变,S变化，引起φ变化:Δφ=②B变化，S不变，引起φ变化：Δφ=③Ｂ、S不变，它们之间的夹角θ发生变化:Δφ=④Ｂ变化,Ｓ变化,可能引起φ变化(根据题目条件求）磁通量φ是由Ｂ、S及角度θ共同决定的，磁通量的变化情况应从这三个方面去考虑3、磁通量的变化率Δφ／Δt磁通量的变化率为时间内磁通量的变化量,表示磁通量变化.[例1］如图１2—1-２所示,两个同心圆形线圈a、b在同一平面内，其半径大小关系为ra<ｒb，条形磁铁穿过圆心并与圆面垂直，则穿过两线圈的磁通量、间的大小关系为（)A、＞B、=C、〈D、条件不足,无法判断[例2］在磁感应强度为Ｂ的匀强磁场中,面积为Ｓ的线圈垂直磁场方向放置，若将此线圈翻转180°，那么穿过此线圈的磁通量的变化量是多少？考点二电磁感应现象1、利用磁场产生电流的现象叫做，产生的电流叫做。2、要产生感应电流必须满足两个条件：①回路，②穿过磁通量。当存在多个回路时,只要闭合回路中的磁通量发生改变，都会产生感应电流。３、感应电流与感应电动势的关系：在电磁感应现象中产生的是感应电动势，若回路是的,则有感应电流产生;若回路,则只有电动势,而无电流。在闭合回路中,产生感应电动势的部分是,其余部分则为外电路．特别提醒特别提醒在分析电磁感应现象问题时要特别注意以下三点：①在一个闭合回路中不管它哪种方式变化,只要穿过回路的磁通量发生变化,回路中就一定有感应电动势产生；②回路中产生了电动势后回路中是否有电流还要看回路是否闭合;③要认清回路.【例３】如图12-１—5所示，MN、GH为平行导轨，ＡB、CD为跨在导轨上的两根横杆，导轨和横杆均为导体.有匀强磁场垂直于导轨所在平面.用I表示回路中的电流（)A．当AB不动而CD向右滑动时，I≠0且沿顺时针方向Ｂ．当AB向左、CD向右滑动且速度大小相等时，Ｉ=0C.当AB、CD都向右滑动且速度大小相等时,I=0D。当AB、ＣＤ都向右滑动,且AB速度大于CD时，I≠０且沿逆时针方向考点三：右手定则、楞次定律１．右手定则：伸开右手，让大拇指跟其余四个手指，并且都跟手掌在同一个内，让磁感线穿过手心,拇指指向导体的方向，其余四指所指的方向就是的方向．如图所示2.楞次定律（1)楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要引起感应电流的的变化。适用于所有电磁感应的情形.感应电流的磁场只是而不是原磁通量的变化。（2）、楞次定律的具体含义：楞次定律可广义的表述为：感应电流的作用效果总表现为要阻碍（反抗）引起感应电流的原因.常有这么几种形式:(1)从磁通量或电流(主要是自感）的角度看,其规律可总结为“”．即若磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向,若磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向;(2）从运动的角度看，会阻碍或引起相对运动，阻碍相对运动的规律表现为“来去"．或闭合回路能过“扩大"或“减小"面积来实现对磁通量变化的阻碍，规律为“大小小大”．实质是所受安培力的合力不为．（3）从能量守恒的角度看，感应电流的存在必然导致其它形式的能量向能及能转化．特别提醒特别提醒右手定则、楞次定律是判断感应电流的两个重要依据,对于由磁场变化而引起的感应电流通常用楞次定律来判比较方便,对于导体切割类电磁感应问题一般优先考虑右手定则,它是楞次定律的一种特殊情况，在本质上与楞次定律是一样的。【例4】如图4所示，用一根长为Ｌ质量不计的细杆与一个上弧长为L0、下弧长为ｄ０的金属线框的中点联结并悬挂于O点,悬点正下方存在一个上弧长为2L0、下弧长为２ｄ0的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且d0〈〈L。先将线框拉开到如图４所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦。下列说法正确的是(）A。金属线框进入磁场时感应电流的方向为ａ→d→ｃ→b→aB．金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→b→c→d→aC．金属线框ｄc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等D。金属线框最终将在磁场内做简谐运动三楞次定律的综合应用【例5】电阻Ｒ、电容C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图12－1—１1所示。现使磁铁开始自由下落,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bDAbBCa巩固如图所示，将一个正方形导线框AＢCD置于一个范围足够大的匀强磁场中，磁场方向与其平面垂直．现在AB、bDAbBCaA。ABＣD回路中没有感应电流B.A与Ｄ、B与C间有电势差C。电容器a、b两极板分别带上负电和正电D.电容器a、b两极板分别带上正电和负电基础训练（20分钟）姓名成绩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．闭合电路在磁场中作切割磁感线运动，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２．电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电器设备。下列用电器中，哪个没有利用电磁感应原理(）A．动圈式话筒B.白炽灯泡Ｃ．磁带录音机D.日光灯镇流器3、如图4所示，将电池组、滑线变阻器、带铁芯的线圈Ａ、线圈B、电流计及开关如下图连接,在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑线变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转。由此可以判断（)A、线圈A向上移动或滑动变阻器滑动端P向右加速滑动,都能引起电流计指针向左偏转B、线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转Ｃ、滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央Ｄ、因为线圈A、线圈Ｂ的绕线方向未知,故无法判断电流计指针偏转的方向4。如图5所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是（）A。线圈中通以恒定的电流B．通电时，使变阻器的滑片P作匀速移动C。通电时，使变阻器的滑片P作加速移动Ｄ．将电键突然断开的瞬间5.闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，图１中各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是（）A.都会产生感应电流B。都不会产生感应电流C.甲、乙不会产生感应电流,丙、丁会产生感应电流Ｄ.甲、丙会产生感应电流,乙、丁不会产生感应电流6、已知穿过线圈的磁通量φ随时间t变化的关系如图所示,则在下面所述的几段时间内,磁通量变化率最大的是（）A．0s～２sB.2s~4sC．4s～５sD。5ｓ~7s7、在闭合的铁芯上绕一组线圈,线圈与滑动变阻器、电池构成闭合电路，如图所示，假设线圈产生磁感线全部集中在铁芯内。a、b、c为三个闭合的金属圆环,位置如图.当滑动变阻器的滑动触头左右滑动时，环中有感应电流产生的圆环是(）Ａ.a、b、c三环B．a、b两环Ｃ．b、c两环D。a、c两环8、图42—B1１中EF、GＨ为平行的金属导轨，其电阻可不计,Ｒ为电阻器,C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆.有均匀磁场垂直于导轨平面,方向向纸内，若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AＢ（）A．匀速滑动时，Ｉ１＝0,I2＝0B。匀速滑动时,I1≠0，Ｉ２≠0Ｃ.加速滑动时，Ｉ1=０,Ｉ2=0D．加速滑动时,I1≠0,I2≠0９.如图4所示,两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面，导轨上横放着两根相同的导体棒ａb、cｄ与导轨构成矩形回路。导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧，两棒的中间用细线绑住，它们的电阻均为Ｒ，回路上其余部分的电阻不计。在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场。开始时,导体棒处于静止状态,剪断细线后，导体棒运动过程中（）A.回路中有感应电动势B。两根导体棒所受安培力的方向相同C.两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒,机械能守恒D．两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能不守恒1０．闭合铜环与闭合金属框相接触放在匀强磁场中,如图9所示，当铜环向右移动时（金属框不动），下列说法中正确的是（）A.铜环内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化B．金属框内没有感应电流产生,因为磁通量没有发生变化C．金属框ab边中有感应电流，因为回路ａbｆｇea中磁通量增加了Ｄ．铜环的半圆eｇf中有感应电流，因为回路egfcdｅ中的磁通量减少

基础提升训练1、如图所示,矩形线框abcd的长和宽分别为2L和L，匀强磁场的磁感应强度为Ｂ，虚线为磁场的边界。若线框以aｂ边为轴转过6０°的过程中，穿过线框的磁通量的变化情况是()A．变大B．变小C．不变D．无法判断２．（2008广东揭阳)关于感应电流，下列说法中不正确的有(）A.只要穿过闭合电路的磁通量不为零,闭合电路中就有感应电流产生B.穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内就一定有感应电流产生Ｃ.线圈不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中也没有感应电流D．只要闭合电路在磁场中做切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流产生3.无线电技术的发展，极大地方便了人们的生活。在无线电技术中，常有这样的要求，即一个线圈中电流变化时对另一个线圈中的电流影响最小。下列两个线圈安装位置的图中,最符合该要求的是(）4．条形磁铁竖直放置,闭合圆环水平放置，条形磁铁中心线穿过圆环中心，如图７所示。若圆环为弹性环，其形状由Ⅰ扩大为Ⅱ,那么圆环内磁通量变化情况是()A。磁通量增大B。磁通量减小C．磁通量不变D.条件不足，无法确定５、如图所示,PQRS为一正方形导线框，它以恒定的速度向右进入以ＭN为边界的匀强磁场中，磁场方向垂直线框平面，MＮ与线框的边成4５°角,E、Ｆ分别是ＰS和PＱ的中点。则下列说法中正确的是()A．当E点以过边界MＮ时，穿过导线框的磁通量的变化率最大B。当Ｐ点以过边界MN时，穿过导线框的磁通量的变化率最大C．当Ｆ点以过边界MN时,穿过导线框的磁通量的变化率大D．当Q点以过边界MN时，穿过导线框的磁通量的变化率最大

能力提升训练1．如图12-1—１6所示,ａ、b、c三个闭合的线圈放在同一平面内，当a线圈中有电流通过时，它们的磁通量分别为、、,则下列说法正确的是（)A．〈<B。〉〉C．<<D。>>２．如图2所示，闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁,磁铁的N极朝下。当磁铁向下运动时(但未插入线圈内部）()A．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互吸引B.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁铁与线圈相互排斥C．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反，磁铁与线圈相互吸引D.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反，磁铁与线圈相互排斥3。如图1２-１－1７甲，水平面上的平行导轨MN、PQ上放着两根导体棒ab、cｄ，两棒间用绝缘丝线的系住．开始时匀强磁场垂直纸面向里，2，4，6磁感应强度B随时间ｔ的变化如图1２-1－17乙所示．I和FT分别表示流过导体棒的电流和丝线的拉力(不考虑感应电流磁场的影响）,则在t0时刻（）2，4，6A．I=0，FＴ=0ﻩB．I=0,FT≠0 C。Ｉ≠0,FT=0 D.I≠0，FＴ≠04、一磁感应强度为Ｂ的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abｃd如图１２－1-3所示放置,平面abcｄ与竖直方向成θ角.将abcｄ绕ａd轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为(）A．0B。2ＢSC。2BScoｓθD.2ＢSSiｎθ5．德国《世界报》曾报道个别西方国家正在研制电磁脉冲武器即电磁炸弹,若一枚原始脉冲功率10千兆瓦，频率５千兆赫的电磁炸弹在不到100ｍ的高空爆炸，它将使方圆400～5０0m2的范围内电场强度达到每米数千伏，使得电网设备、通信设施和计算机中的硬盘与软盘均遭到破坏。电磁炸弹有如此破坏力的主要原因是（)A．电磁脉冲引起的电磁感应现象 ﻩB。电磁脉冲产生的动能Ｃ．电磁脉冲产生的高温 ﻩ D。电磁脉冲产生的强光6、如图，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，在下落过程中,下列判断中正确的是（)Ａ。金属环在下落过程中的机械能守恒B.金属环在下落过程动能的增加量小于其重力势能的减少量C．金属环的机械能先减小后增大D．磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力.7．（2007肇庆一模)如图所示，在水平面上有一固定的U形金属框架,框架上置有一金属杆aｂ，在垂直于纸面方向有一匀强磁场，下面情况有可能发生的是（）Ａ。若磁场方向垂直于纸面方向向外，当磁感应强度增大时,杆ab将向右移动B．若磁场方向垂直于纸面方向向外，当磁感应强度减小时，杆aｂ将向右移动Ｃ．若磁场方向垂直于纸面方向向里，当磁感应强度增大时，杆ab将向右移动Ｄ.若磁场方向垂直于纸面方向向里,当磁感应强度减小时，杆ａｂ将向右移动图42-B128.有两条足够长的光滑平行金属导轨竖直放置,而且处于如图42-B12所示的匀强磁场中，在导轨顶端附近,上下横跨并与导轨紧密接触着a、ｂ两条相同导体棒，电阻均为R.不计导轨电阻,以下结论正确的是（）

A．若同时从静止释放ａ、b棒，ａ、b均做自由落体运动

B．若同时从静止释放ａ、ｂ棒，ａ、ｂ均做匀速运动

C.若只放开ｂ棒，b先做加速运动,后做减速运动ﻫＤ．若只放开b棒,b先做加速运动，后做匀速运动图42-B129、如图12—1-4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３00，图中实线位置有一面积为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.B.BSC．D．2ＢS考点整合答案:考点一:1、垂直,乘积,韦伯（Wb），BS,ＢＳｃｏsθ;２、｜φ２－φ1｜，BΔS，ＳΔB，ＢS（cosθ2—coｓθ1);３、单位，快慢例1［解析]条形磁铁内部的磁感线全部穿过a、ｂ两个线圈,而外部磁感线穿过ｂ线圈的比穿过线圈的a要多，磁感线条数的代数和就越小.故A选项正确．规律总结］若磁感线沿相反方向通过同一平面，则磁通量在数值上等于正、反磁感线的代数和，这就是所谓的净磁通。当Ｂ与S间存在夹角时，要用有效的面积计算磁通量。所谓有效面积,是指面积在与磁感应强度B垂直的方向上的投影．例2［解析]由于线圈发生了翻转,穿过线圈平面的磁通量情况相反。若规定开始时穿过线圈的磁通量为正，则线圈翻转１8０°后穿过线圈的磁通量应为负，那么穿过线圈磁通量的变化量为。同样也可以规定末态时穿过线圈的磁通量为正,则。[规律总结]若磁通量的变化量Δφ是指穿过面积末时刻的磁通量φ2与穿过这一面积初时刻的磁通量φ１之差，在计算Δφ时通常取绝对值，如果φ２与φ1反向，那么φ２与φ1的符号相反。考点二1、电磁感应，感应电流;2、闭合，发生变化，任一；３、闭合，不闭合，电源。例３【解析】当ＡＢ不动而ＣD向右滑动时，穿过回路AＢCD的磁通量在增加，由楞次定律知回路中产生沿逆时针方向的电流,选项A错;当AB向左、CD向右滑动时，穿过回路ABＣD的磁通量在增加,回路中有电流，B错误；当ＡＢ、CD都向右滑动且速度大小相等时，穿过回路ABＣD的磁通量不变,回路中没有电流，C选项对;当AB、CＤ都向右滑动，且AB速度大于CD时，穿过回路ABCD的磁通量在增加，由楞次定律知回路中产生顺时针方向的电流，Ｄ错误。【答案】：C【规律总结】大多数考生容易因为对“闭合回路”理解不透彻而出错,往往只能要注意到较为直观的回路，而忽视除了其它回路的存在．不管一任何方式，只要回路中的磁通量发生了变化,闭合回路中就会有感应电流产生。考点三：1、垂直，平面,垂直,运动,感应电流；（1）阻碍,磁通量,阻碍,阻止；2）增反减同,相反，相同,拒，留,零,电，内例4［解析］金属线框进入磁场时,由于电磁感应，产生电流，根据楞次定律判断电流的方向为a→ｂ→c→d→ａ.金属线框离开磁场时由于电磁感应，产生电流,根据楞次定律判断电流的方向为a→d→c→b→a.根据能量转化和守恒，可知,金属线框dｃ边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小不相等。如此往复摆动，最终金属线框在匀强磁场内摆动，由于0d《Ｌ，单摆做简谐运动的条件是摆角小于等于１0度,故最终在磁场内做简谐运动。答案为Ｃ.有的考生不能分析出金属线框最后的运动状态。属于难题。【答案】D［规律总结]运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为：“一原、二感、三电流”，即为:①明确原磁场：弄清原磁场的方向及磁通量的变化情况;②确定感应磁场：即根据楞次定律中的”阻碍＂原则,结合原磁场磁通量变化情况,确定出感应电流产生的感应磁场的方向；③判定电流方向：即根据感应磁场的方向，运用安培定则判断出感应电流方向。本题也可以利用右手定则来判断同样也可得到答案D.右手定则是楞次定律的特殊表现形式，在分析直导线时较为方便.例5［剖析]感应电流的磁场要阻碍线圈磁通量的增加．由图可以看出N极靠近,穿过线圈的向下的磁感线条数要增加，则感应电流的磁感线方向要向上以阻碍增加,再根据右手定则可判断感应电流方向从b到a，则C下板带正电．故Ｄ选项正确．[答案]D[名师指引］通过对多年高考试题的研究，发现楞次定律在每一年的高考中都会登场亮相,而该知识点常与电路、法拉第电磁感应定律等知识点结合起来考查，考查的题型既有选择题，也有综合的计算题，因此在高考备考中要注意该知识点与其它知识点的综合应用。巩固答案：ABC。解析:AＤ杆和BC杆各相当于一个电源，它们的电动势相等,切两个电源的正极相连。基础训练1、答案：ＡBＣ。2、答案：B解析：动圈式话筒是通过线圈振动引起线圈中磁通量变化从而激起感应电流,把声音信号转化为电信号;磁带录音机录音原理与动圈式话筒相同，放音时磁带经过放音头，放音头内线圈中磁通量变化激起感应电流，磁信号转化为电信号,再经扬声器还原为声音；日光灯镇流器通过自感原理工作。三者均属于电磁感应现象。白炽灯泡是利用电流的热效应发热发光。选项B正确.3、B。解:当滑线变阻器的滑动端Ｐ向左加速滑动时,通过A线圈的电流减小，使得穿过Ｂ线圈的磁通量减少，从而使电流计指针就向右偏转.在题设各选项中如果是使穿过Ｂ中的磁通量减少,电流计指针就向右偏转；如果是使穿过B中的磁通量增加,则电流计指针就向左偏转。所以答案选Ｂ.4、答案：A。5、答案：D.6、答案:C。解析:根据直的斜率分析。７、答案：Ｂ。解析：穿过c线圈中的磁通量始终为零。8、答案D