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第十一章
電磁感應(yīng)
第1講　電磁感應(yīng)現(xiàn)象　楞次定律
(含實驗14　探究影響感應(yīng)電流方向的因素)
1.知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件并會分析解決實際問題。2.會根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向,會應(yīng)用楞次定律的推論分析問題。3.能綜合應(yīng)用安培定則、左手定則、右手定則和楞次定律解決實際問題。
1.磁通量。
(1)磁通量。
①定義:磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直磁場方向的面積S的_______。
②公式:Φ=_______(B⊥S);單位:韋伯(Wb)。
③矢標(biāo)性:磁通量是_______,但有正負(fù)。
(2)磁通量的變化量:ΔΦ=Φ2-Φ1。
考點1　電磁感應(yīng)現(xiàn)象　感應(yīng)電流方向的判斷
乘積
BS
標(biāo)量
2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時,閉合導(dǎo)體回路中有________產(chǎn)生的現(xiàn)象。
(2)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。
①閉合導(dǎo)體回路;②_______發(fā)生變化。
感應(yīng)電流
磁通量
3.楞次定律。
(1)內(nèi)容:感應(yīng)電流的磁場總要阻礙 引起感應(yīng)電流的磁通量的______。
(注 :阻礙不是阻止,只是延緩了磁通量的變化過程)
(2)適用范圍:一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
4.右手定則。
(1)內(nèi)容:伸開右手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面內(nèi);讓_______從掌心進(jìn)入,并使拇指指向_________的方向,這時四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。
(2)適用情況:導(dǎo)線___________產(chǎn)生感應(yīng)電流。
變化
磁感線
導(dǎo)線運(yùn)動
切割磁感線
5.實驗:探究影響感應(yīng)電流方向的因素。
原理裝置圖
操作要求 (1)確定電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與電流流向的關(guān)系。
(2)利用圖甲研究開關(guān)閉合、斷開、滑動變阻器滑動觸頭移動時電流計指針偏轉(zhuǎn)方向。
(3)利用圖乙研究條形磁鐵N極向下(或S極向下)插入、抽出時電流計指針偏轉(zhuǎn)方向
實驗結(jié)論 當(dāng)穿過線圈的磁通量增加時,感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反;當(dāng)穿過線圈的磁通量減少時,感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相同
(1)穿過線圈的磁通量與線圈的匝數(shù)有關(guān)( )
(2)感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反( )
(3)感應(yīng)電流的磁場會阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化( )
(4)右手定則常用于判斷導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向( )


答案　D
考向2　實驗:探究影響感應(yīng)電流方向的因素
【典例2】　為了探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象,某實驗小組將電池、線圈A、線圈B、滑動變阻器、靈敏電流計、開關(guān)按照如圖所示的方式連接。當(dāng)閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)靈敏電流計的指針右偏。由此可知:
(1)當(dāng)滑動變阻器的滑片P迅速向右移動時,靈敏電流計的指針________ (填“左偏”“不動”或“右偏”)。
(2)將線圈A拔出時,靈敏電流計的指針_____(填“左偏”“不動”或“右偏”),此時線圈A與線圈B中電流的繞行方向______(填“相同”或“相反”)。
解析　(1)如果在閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)靈敏電流計的指針向右偏了一下,說明穿過線圈的磁通量增加時,電流計指針向右偏。合上開關(guān)后,將滑動變阻器的滑片迅速向右移動時,接入電路的電阻變小,電流增大,穿過線圈的磁通量增大,電流計指針將向右偏。
(2)將線圈A拔出時,穿過B的磁通量減小,電流表指針向左偏;根據(jù)楞次定律的推論“增反減同”可知此時兩線圈中的電流流向相同。
答案　(1)右偏　(2)左偏　相同
考向3　感應(yīng)電流方向的判斷
1.判斷電磁感應(yīng)現(xiàn)象能否發(fā)生的一般流程。
2.感應(yīng)電流方向判斷的兩種方法。
方法一:用楞次定律判斷。
方法二:用右手定則判斷。
該方法適用于部分導(dǎo)體切割磁感線。判斷時注意掌心、四指、拇指的方向:
(1)掌心——磁感線穿入;
(2)拇指——導(dǎo)體運(yùn)動的方向;
(3)四指——感應(yīng)電流的方向。
【典例3】　(2023·海南卷)汽車測速利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,汽車可簡化為一個矩形線圈abcd,埋在地下的線圈分別為1、2,通上順時針(俯視)方向電流,當(dāng)汽車經(jīng)過線圈時(　　)
A.線圈1、2產(chǎn)生的磁場方向豎直向上
B.汽車進(jìn)入線圈1過程產(chǎn)生感應(yīng)電流方向為abcd
C.汽車離開線圈1過程產(chǎn)生感應(yīng)電流方向為abcd
D.汽車進(jìn)入線圈2過程受到的安培力方向與速度方向相同
解析　由右手螺旋定則可知,線圈1、2形成的磁場方向都是豎直向下的,A項錯誤;汽車進(jìn)入線圈1時,線圈abcd中向下的磁通量增大,由楞次定律可判斷,線圈abcd中的感應(yīng)電流方向與線圈1反向,是逆時針,即感應(yīng)電流方向為adcb,同理,汽車離開線圈1時,線圈abcd中向下的磁通量減小,線圈abcd中的感應(yīng)電流方向是順時針,即感應(yīng)電流方向為abcd,B項錯誤,C項正確;安培力為阻力,與速度方向相反,D項錯誤。
答案　C
【典例4】　(2023·江蘇卷)如圖所示,圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,OC導(dǎo)體棒的O端位于圓心,棒的中點A位于磁場區(qū)域的邊緣。現(xiàn)使導(dǎo)體棒繞O點在紙面內(nèi)逆時針轉(zhuǎn)動。O、A、C點電勢分別為φO、φA、φC,則(　　)
A.φO>φC B.φC>φA
C.φO=φA D.φO-φA=φA-φC
解析　導(dǎo)體棒OA段旋轉(zhuǎn)切割磁感線,根據(jù)右手定則可知φO>φA;AC段不切割磁感線,屬于等勢體,則φA=φC,故φO>φA=φC,A項正確。
答案　A
楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為:感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因,列表說明如下。
考點2　楞次定律的拓展應(yīng)用
內(nèi) 容 阻礙原磁通量變化 ——“增反減同” 阻礙相對運(yùn)動——“來拒去留” 使回路面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢——“增縮減擴(kuò)” 阻礙原電流的變化——“增反減同”
例 證 磁鐵靠近線圈,B感與B原方向相反 磁鐵靠近,是斥力 磁鐵遠(yuǎn)離,是引力 P、Q是光滑固定導(dǎo)軌,a、b是可動金屬棒,磁鐵下移, a、b靠近
合上S,B先亮
【典例5】　(2020·全國卷Ⅲ)如圖,水平放置的圓柱形光滑玻璃棒左邊繞有一線圈,右邊套有一金屬圓環(huán)。圓環(huán)初始時靜止。將圖中開關(guān)S由斷開狀態(tài)撥至連接狀態(tài),電路接通的瞬間,可觀察到(　　)
A.撥至M端或N端,圓環(huán)都向左運(yùn)動
B.撥至M端或N端,圓環(huán)都向右運(yùn)動
C.撥至M端時圓環(huán)向左運(yùn)動,撥至N端時向右運(yùn)動
D.撥至M端時圓環(huán)向右運(yùn)動,撥至N端時向左運(yùn)動
解析　無論開關(guān)S撥至哪一端,當(dāng)把電路接通一瞬間,左邊線圈中的電流從無到有,電流在線圈軸線上的磁場從無到有,從而引起穿過圓環(huán)的磁通量突然增大,根據(jù)楞次定律(增反減同),右邊圓環(huán)中產(chǎn)生了與左邊線圈中方向相反的電流,異向電流相互排斥,所以無論哪種情況,圓環(huán)均向右運(yùn)動,B項正確。
答案　B
【典例6】　(多選)如圖所示,光滑固定的金屬導(dǎo)軌M、N水平放置,兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置在導(dǎo)軌上,形成一個閉合回路。已知重力加速度為g,則當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(　　)
A.P、Q將相互靠攏
B.P、Q將互相遠(yuǎn)離
C.磁鐵的加速度仍為g
D.磁鐵的加速度小于g
解析　方法一　設(shè)磁鐵下端為N極,如圖所示,根據(jù)楞次定律可判斷出
P、Q中的感應(yīng)電流方向如圖所示,根據(jù)左手定則可判斷P、Q所受安培力的方向。可見,P、Q將互相靠攏。由于回路所受安培力的合力向下,由牛頓第三定律,磁鐵將受到向上的反作用力,從而加速度小于g。當(dāng)磁鐵下端為S極時,根據(jù)類似的分析可得到相同的結(jié)果。A、D兩項正確。
方法二　根據(jù)楞次定律的另一表述——感應(yīng)電流的效果,總要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因。本題中“原因”是回路中磁通量的增加,歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路,“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近,所以,P、Q將互相靠近且磁鐵的加速度小于g。A、D兩項正確。
答案　AD
安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的應(yīng)用對比
考點3　“三個定則、一個定律”的綜合應(yīng)用
基本現(xiàn)象 因果關(guān)系 應(yīng)用規(guī)律
運(yùn)動電荷、電流產(chǎn)生磁場 因電生磁 安培定則
磁場對運(yùn)動電荷、電流有作用力 因電受力 左手定則
部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動 因動生電 右手定則
閉合回路磁通量變化 因磁生電 楞次定律
【典例7】　如圖所示,水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN,當(dāng)PQ在外力作用下運(yùn)動時,MN在磁場力作用下向右運(yùn)動,則PQ所做的運(yùn)動可能是(　　)
①向右加速運(yùn)動　②向左加速運(yùn)動　③向右減速運(yùn)動　④向左減速運(yùn)動
A.①② B.①④
C.②③ D.②④
解析　此題可用正、逆思維方法,可將①②③④四種情況下MN受到的安培力方向判斷出來和題中條件對照,這樣必須重復(fù)用楞次定律4次,較麻煩。也可以采用逆向思維:MN受向右的磁場力→MN中的感應(yīng)電流自上而下→產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場上端為N極→原磁場可能是上端為N極減弱,或上端為S極增強(qiáng)→PQ向右減速或向左加速,C項正確。
答案　C

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