新教材人教版高中物理选择性必修第二册-第二章-电磁感应-精品教学课件(共239页).pptx

1、1.楞次定律2.法拉第电磁感应定律 P633.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 P98习题课:楞次定律的应用 P344.互感和自感 P137习题课:电磁感应中的电路和图像问题 P169习题课:电磁感应中的动力学、能量和动量问题 P208第二章 电磁感应一、楞次定律1.内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总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。二、右手定则1.内容伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。2.适用范围适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流

2、的情况。1.楞次定律1.正误判断。(1)感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。()解析:原磁场引起回路磁通量增加时,感应电流磁场与原磁场方向相反,原磁场引起磁通量减少时,两磁场方向相同。答案:(2)电路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,也会产生“阻碍”作用。()解析:回路中的“阻碍”是由感应电流的磁场产生的,若回路不闭合,就无感应电流,因此不会产生阻碍作用。答案:(3)引起感应电流的磁场变化很快时,感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反。()解析:感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场变化的快慢无关。答案:(4)感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化。()解析:感应电流的磁场总要阻碍

3、引起感应电流的磁通量的变化。答案:2.(多选)如图是验证楞次定律实验的示意图,竖直放置的线圈固定不动,将磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流,各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,其中表示正确的是()解析:先根据楞次定律“来拒去留”判断线圈的N极和S极,A中线圈上端为N极,B中线圈上端为N极,C中线圈上端为S极,D中线圈上端为S极,再根据安培定则确定感应电流的方向,A、B错误,C、D正确。答案:CD3.(多选)磁场垂直穿过一个圆形线圈,由于磁场的变化,在线圈中产生顺时针方向的感应电流,如图所示,则以下说法正确的

4、是()A.若磁场方向垂直线圈向里,则此磁场的磁感应强度是在增强B.若磁场方向垂直线圈向里,则此磁场的磁感应强度是在减弱C.若磁场方向垂直线圈向外,则此磁场的磁感应强度是在增强D.若磁场方向垂直线圈向外,则此磁场的磁感应强度是在减弱解析:所产生的感应电流为顺时针方向,由安培定则知感应电流的磁场垂直线圈向里,由楞次定律中的“增反减同”可知,可能是方向垂直线圈向里的磁场正在减弱或是方向垂直线圈向外的磁场正在增强,故B、C正确。答案:BC探究一探究二随堂检测影响感应电流方向的因素影响感应电流方向的因素情境探究根据如图甲、乙、丙、丁所示进行电路图连接与实验操作,并填好实验现象记录表格。探究一探究二随堂检

5、测探究一探究二随堂检测(1)请根据上表所填内容分析,感应电流的磁场方向是否总是与原磁场方向相反或相同?什么时候相反?什么时候相同?感应电流的磁场对原磁场磁通量变化有何影响?(2)分析当磁铁靠近或远离线圈时两者的相互作用有什么规律?要点提示:(1)不一定,有时相反,有时相同;闭合回路中原磁场的磁通量增加时,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反;闭合回路中原磁场的磁通量减少时,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同;感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化。(2)当条形磁铁插入时,磁铁与线圈的磁极是同名磁极相对;当条形磁铁拔出时,磁铁与线圈的磁极是异名磁极相对。即:两者靠近时,相互排斥;两者远离

6、时,相互吸引。感应电流总要阻碍原磁场的相对运动。探究一探究二随堂检测知识归纳1.楞次定律(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。(2)含义:原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,原磁场磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。(3)适用情况:所有电磁感应现象。探究一探究二随堂检测2.对楞次定律的理解(1)因果关系:楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系,原磁场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,结果反过来影响原因。(2)对“阻碍”的理解探究一探究二随堂检测 “阻碍”不是“阻止”。引起感应电流的磁场仍然变化了,

7、是阻而未止。“阻碍”并不意味着“相反”,当原磁场磁通量减少时,“阻碍”意味着“相同”。探究一探究二随堂检测实例引导例1 把两个线圈绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路,B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路,如图所示。关于该实验,下列说法正确的是()A.闭合开关S的瞬间,电流表G中有ab的感应电流B.闭合开关S的瞬间,电流表G中有ba的感应电流C.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有ab的感应电流D.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有ba的感应电流探究一探究二随堂检测解析:在滑片不动的情况下,A线圈中通过的是恒定电流,产生的磁场是恒定的,所以B线圈中

8、不产生感应电流,所以选项A、B错误;在滑片移动增大电阻R的过程中,A线圈中通过的是逐渐减弱的电流,即线圈B处于逐渐减弱的磁场中,由安培定则和楞次定律可判断得知,电流表中的电流从ba,故选项C错误,D正确。答案:D探究一探究二随堂检测规律方法应用楞次定律判断感应电流方向的步骤 探究一探究二随堂检测变式训练1(多选)如图所示为通电直导线L和平行直导线放置的闭合导体框abcd,当通电导线L运动时,以下说法正确的是()A.当导线L向左平移时,导体框abcd中感应电流的方向为abcdaB.当导线L向左平移时,导体框abcd中感应电流的方向为adcbaC.当导线L向右平移时(未到达ad),导体框abcd中

9、感应电流的方向为abcdaD.当导线L向右平移时(未到达ad),导体框abcd中感应电流的方向为adcba探究一探究二随堂检测解析:当导线L向左平移时,闭合导体框abcd中磁场减弱,磁通量减少,abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的减少,由于导线L在abcd中磁场方向垂直纸面向里,所以abcd中感应电流的磁场方向应为垂直纸面向里,由安培定则可知感应电流的方向为abcda,选项A正确;当导线L向右平移时,闭合导体框abcd中磁场增强,磁通量增加,abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍原磁通量的增加,可知感应电流的磁场为垂直纸面向外,再由安培定则可知感应电流的方向为adcba,选项D正

10、确。答案:AD探究一探究二随堂检测右手定则右手定则情境探究在下图中,假定导体棒AB向右运动。1.我们研究的是哪个闭合电路?2.当导体棒AB向右运动时,穿过这个闭合电路的磁通量是增大还是减小?3.感应电流的磁场应该是沿哪个方向的?4.导体棒AB中的感应电流是沿哪个方向的?要点提示:1.ABEF2.增大3.垂直纸面向外4.AB探究一探究二随堂检测知识归纳1.右手定则:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。2.当切割磁感线时四指的指向就是感应电流的方向,即感应电动势的方向(注意等效电源内部

11、感应电流方向由负极指向正极)。探究一探究二随堂检测3.楞次定律与右手定则的区别及联系 探究一探究二随堂检测实例引导例2 下图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,其中能产生由a到b的感应电流的是()探究一探究二随堂检测解析:由右手定则判知,A中感应电流方向为ab,B、C、D中均为ba。答案:A探究一探究二随堂检测变式训练2(多选)如图所示,光滑平行金属导轨PP和QQ都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的

12、是()A.感应电流方向是NMB.感应电流方向是MNC.安培力水平向左D.安培力水平向右解析:由右手定则知,MN中感应电流方向是NM,A正确;再由左手定则可知,MN所受安培力方向垂直导体棒水平向左,C正确。故选A、C。答案:AC探究一探究二随堂检测1.根据楞次定律可知感应电流的磁场一定是()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.阻碍引起感应电流的磁通量的变化D.与引起感应电流的磁场方向相同解析:根据楞次定律,感应电流的磁场阻碍的是引起它的磁通量的变化,而不是引起它的磁通量。分析易知A、B、D项错误,C项正确。答案:C探究一探究二随堂检测2.(多选)某同学用如图所示的实验装置

13、探究电磁感应现象,该同学第一步探究出,当有电流从电流计的正极流入时,指针向右偏转。接下来该同学进行了一系列的操作,则下列关于操作中电流计指针偏转的描述正确的有()A.当把磁铁N极向下插入线圈时,电流计指针向左偏转B.当把磁铁S极向下插入线圈时,电流计指针向左偏转C.保持磁铁在线圈中静止,电流计指针不发生偏转D.将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动,电流计向左偏转探究一探究二随堂检测解析:当把磁铁N极向下插入线圈时,穿过线圈的磁场方向向下,磁通量增加,由楞次定律可知,感应电流从电流计的负极流入,电流计指针向左偏,故A正确;当把磁铁S极向下插入线圈时,穿过线圈的磁场方向向上,磁通量增加,由楞次定律可

14、知,感应电流从电流计的正极流入,电流计指针向右偏转,故B错误;保持磁铁在线圈中静止,穿过线圈的磁通量不变,不产生感应电流,电流计指针不发生偏转,故C正确;将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动,穿过线圈的磁通量不变,不产生感应电流,电流计指针不偏转,故D错误。答案:AC探究一探究二随堂检测3.如图所示,A、B都是很轻的铝环,分别吊在绝缘细杆的两端,杆可绕竖直轴在水平面内转动,环A是闭合的,环B是断开的。若用磁铁分别靠近这两个圆环,则下列说法正确的是()A.图中磁铁N极接近A环时,A环被吸引,而后被推开B.图中磁铁N极远离A环时,A环被排斥,而后随磁铁运动C.用磁铁N极接近B环时,B环被排斥,远离磁

15、铁运动D.用磁铁的任意一磁极接近A环时,A环均被排斥探究一探究二随堂检测解析:用磁铁的任意一磁极接近A环,A环被排斥;远离A环,A环被吸引。接近或远离B环,B环无任何反应。在磁铁的任意一磁极接近或远离A环时,由于A环闭合,环中产生了感应电流,阻碍磁极和A环间的相对运动;而B环不闭合,无感应电流产生。答案:D探究一探究二随堂检测4.(多选)如图是某电磁冲击钻的原理图,若突然发现钻头M向右运动,则可能是()A.开关S闭合瞬间B.开关S由闭合到断开的瞬间C.开关S已经是闭合的,滑动变阻器滑片P向左迅速滑动D.开关S已经是闭合的,滑动变阻器滑片P向右迅速滑动探究一探究二随堂检测解析:当开关突然闭合时,

16、左线圈上有了电流,产生磁场,而对于右线圈来说,磁通量增加,产生感应电流,使钻头M向右运动,同理可知,开关由闭合到断开瞬间,钻头M向左运动,故A项正确,B项错误;当开关S已经闭合时,只有左侧线圈电流增大才会导致钻头M向右运动,故C项正确,D项错误。答案:AC探究一探究二随堂检测5.如图所示,导线框abcd与通电直导线在同一平面内,直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点,当导线框向右运动的瞬间,则()A.线框中有感应电流,且按顺时针方向B.线框中有感应电流,且按逆时针方向C.线框中有感应电流,但方向难以判断D.由于穿过线框的磁通量为零,线框中没有感应电流解析:首先由安培定则判断通电直导线周围的磁

17、场方向,因ab边向右做切割磁感线运动,由右手定则判断感应电流方向由ab,同理可判断cd导线中的感应电流方向由cd,ad、bc两边不做切割磁感线运动,所以整个导线框中的感应电流是逆时针方向的,故B选项正确。答案:B习题课:楞次定律的应用探究一探究二随堂检测楞次定律的拓展应用楞次定律的拓展应用情境探究如图所示,水平桌面上放一圆形金属导体环,从导体环的中心上方释放一条形磁铁,在条形磁铁向下靠近导体环的过程中,问:(1)从上向下看导体环中的电流方向是逆时针还是顺时针?(2)导体环内部感应电流的磁感线方向与磁铁磁场的方向相同还是相反?若磁铁向上运动呢?(3)磁铁受到导体环的作用力向哪?若磁铁向上运动呢?

18、(4)导体环有收缩的趋势还是扩张的趋势?若磁铁向上运动呢?(5)导体环对桌面的压力比重力大还是小?若磁铁向上运动呢?(6)磁铁下落过程能量是如何转化的?探究一探究二随堂检测要点提示:(1)逆时针;(2)相反,相同;(3)向上,向下;(4)收缩,扩张;(5)比重力大,比重力小;(6)重力势能一部分转化为磁铁的动能,一部分转化为导体环的电能。探究一探究二随堂检测知识归纳楞次定律的拓展楞次定律的主要内容是研究引起感应电流的磁场即原磁场和感应电流的磁场二者之间的关系,根据这种关系可以得到如下推论:(1)当原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反。当原磁场磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方

19、向相同。(2)导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时,产生感应电流的导体受到磁场的安培力,这个安培力会“阻碍”相对运动。(3)当闭合电路中有感应电流产生时,闭合电路的各部分导体就会受到安培力作用,会使闭合电路的面积有变化(或有变化趋势)。若原磁通量增加,则通过减小有效面积起到阻碍的作用。若原磁通量减少,则通过增大有效面积起到阻碍的作用。探究一探究二随堂检测(4)发生电磁感应现象时,还可能通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化,即:若原磁通量增加,则通过远离磁场源起到阻碍的作用;若原磁通量减少,则通过靠近磁场源起到阻碍的作用。(5)楞次定律中的“阻碍”是电磁感应现象遵循能量守恒定律的必然结

20、果。 上述四种情况的记忆口诀为“增反减同”“来拒去留”“增缩减扩”“增离减靠”。探究一探究二随堂检测实例引导例1 如图所示,一水平放置的矩形闭合线框abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,由图中位置经过位置到位置,位置和位置都非常接近位置,这个过程中线框的感应电流()A.沿abcd流动B.沿dcba流动C.先沿abcd流动,后沿dcba流动D.先沿dcba流动,后沿abcd流动解析:由条形磁铁的磁场可知,线框在位置时穿过闭合线框的磁通量最少,为零,线框从位置到位置,从下向上穿过线框的磁通量在减少,线框从位置到位置,从上向下穿过线框的磁通量在增加,根据楞次定律可知感

21、应电流的方向是abcd。答案:A探究一探究二随堂检测规律方法 本题应用“增反减同”即可判断。思路如下: 探究一探究二随堂检测例2 如图所示,一个闭合矩形金属线圈A与一根绝缘轻杆B相连,轻杆上端O点是一个固定转动轴,转动轴与线圈平面垂直,线圈静止时恰位于蹄形磁铁的正中,线圈平面与磁感线垂直。现使线圈左右摆动,在摆动过程中,线圈所受磁场力的方向是()A.向左摆动过程中,受力方向向左;向右摆动过程中,受力方向向右B.向左摆动过程中,受力方向向右;向右摆动过程中,受力方向向左C.向左摆动过程中,受力方向先向左后向右;向右摆动过程中,受力方向先向右后向左D.向左摆动过程中,受力方向先向右后向左;向右摆动

22、过程中,受力方向先向左后向右探究一探究二随堂检测解析:感应电流是由磁通量的变化引起的,而这个磁通量的变化是由于线圈和磁场的相对运动引起的,故磁通量变化阻碍线圈和磁场的相对运动。为了阻碍相对运动,磁场对线圈的作用力方向一定和相对运动方向相反,即线圈向左摆动时,受力方向向右,向右摆动时,受力方向向左。答案:B探究一探究二随堂检测规律方法 本题应用“来拒去留”即可判断。思路如下: 探究一探究二随堂检测例3 如图所示,光滑固定金属导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放在导轨上,形成闭合回路。当一条形磁铁从上方向下迅速接近回路时,可动的两导体棒P、Q将()A.保持不动B.相互远离C.相互靠近 D.无

23、法判断解析:四根导体组成闭合回路,当磁铁迅速接近回路时,穿过回路的磁通量增加,闭合回路中产生感应电流,感应电流将阻碍原磁通量的增加,回路面积减小,得到的结论是P、Q相互靠近,选项C正确。答案:C探究一探究二随堂检测规律方法 本题应用“增缩减扩”即可判断。思路如下: 探究一探究二随堂检测例4 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连接在如图所示的电路中,其中R为滑动变阻器,E1和E2为直流电源,S为单刀双掷开关,下列情况中,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

24、的瞬间C.在S已向a闭合的情况下,将R的滑片向c端移动时D.在S已向a闭合的情况下,将R的滑片向d端移动时探究一探究二随堂检测解析:金属环N向左运动,说明穿过N的磁通量在减少,说明线圈M中的电流在减少,只有选项C符合。答案:C规律方法 本题应用“增离减靠”即可判断。思路如下:探究一探究二随堂检测“三定则一定律三定则一定律”的综合应用的综合应用情境探究如图所示装置中,线圈M和线圈N绕在同一个铁芯上,分别与两水平光滑导轨相连接,cd杆光滑且原来静止在水平导轨上,当ab杆由静止向右加速运动时,cd杆将向哪移动?探究一探究二随堂检测要点提示:向右运动,判断方法如下: 探究一探究二随堂检测知识归纳安培定

25、则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用范围及因果关系的比较探究一探究二随堂检测 左手定则、右手定则和安培定则有时容易混淆,有人从判断的结果加以区分,总结为左判“力”,右判“电”,安培定则“磁感线”。探究一探究二随堂检测实例引导例5 如图所示,导轨间的磁场方向垂直于纸面向里,当导线MN在导轨上向右加速滑动时,正对电磁铁A的圆形金属环B中(说明:导体棒切割磁感线速度越大,感应电流越大)()A.有感应电流,且B被A吸引B.无感应电流C.可能有,也可能没有感应电流D.有感应电流,且B被A排斥解析:MN向右加速滑动,根据右手定则,MN中的电流方向从NM,且大小在逐渐变大,根据安培定则知,电磁铁A的磁场方

26、向向左,且大小逐渐增强,根据楞次定律知,B环中的感应电流产生的磁场方向向右,B被A排斥,D正确,A、B、C错误。答案:D探究一探究二随堂检测规律方法 “抓因寻果法”区别“三定则一定律”:区别“三定则一定律”的关键是抓住其中的“因果”关系,这样才能选择正确的规律处理问题。探究一探究二随堂检测变式训练如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力的作用下运动时,MN在磁场力的作用下向右运动(说明:金属棒切割磁感线的速度越大,感应电流越大),则PQ所做的运动可能是()A.向右加速运动 B.向左匀速运动C.向右减速运动D.向左减速运动探究一探究二随堂检测解析:当PQ向右

27、运动时,用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是QP,由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的;若PQ向右加速运动,则穿过L1的磁通量增加,用楞次定律可以判断流过MN的感应电流方向是NM,用左手定则可判定MN受到向左的安培力,将向左运动,A项错误;若PQ向右减速运动,流过MN的感应电流方向、感应电流所受的安培力的方向均将反向,MN向右运动,所以C项正确;同理可判断D项错误;PQ匀速运动时,MN中无感应电流,MN不受安培力,B项错误。答案:C探究一探究二随堂检测1.如图所示,当磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况是()A.向右摆动B.向左摆动C.静止D.无法判定探究一探究二随堂检测解析:本题可

28、用两种方法来解决:方法1:画出磁铁的磁感线分布,如图甲所示,当磁铁向铜环运动时,穿过铜环的磁通量增加,由楞次定律判断出铜环中的感应电流方向如图甲所示。分析铜环受安培力作用而运动时,可把铜环中的电流等效为多段直线电流元。取上、下两小段电流元作为研究对象。由左手定则确定两段电流元的受力,由此可推断出整个铜环所受合力向右,则A选项正确。方法2(等效法):磁铁向右运动,使铜环产生的感应电流产生的磁场可等效为图乙所示的条形磁铁,两磁铁有排斥作用,故A正确。答案:A 探究一探究二随堂检测2.如图所示,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,在滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中,线圈ab

29、将()A.静止不动B.逆时针转动C.顺时针转动D.发生转动,但因电源的极性不明,无法确定转动的方向解析:当P向右滑动时,电路中电阻减小,电流增大,穿过线圈ab的磁通量增大,根据楞次定律判断,线圈ab将顺时针转动,C正确。答案:C探究一探究二随堂检测3.如图所示,圆环形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者竖直轴线重合,螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向上滑动,下面说法中正确的是()A.穿过线圈a的磁通量变大B.线圈a有收缩的趋势C.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大探究一探究二随堂检测解析:P

30、向上滑动,回路电阻增大,电流减小,磁场减弱,穿过线圈a的磁通量变小,根据楞次定律,线圈a面积有增大的趋势,A、B错误;由于线圈a中磁通量减小,根据楞次定律知线圈a中感应电流应为俯视顺时针方向,C正确;由于线圈a中磁通量减小,根据楞次定律,线圈a有阻碍磁通量减小的趋势,可知线圈a对水平桌面的压力FN减小,D错误。答案:C探究一探究二随堂检测4.如图所示,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触。关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是()A.总是顺时针B.总是逆时针C.先顺时针后逆时针D.先逆时针后顺时针解

31、析:取导体圆环为研究对象,磁铁下落过程中原磁场方向是向上的,穿过圆环的磁通量先增加后减少,由楞次定律可判断出选项C正确。答案:C探究一探究二随堂检测5.如图所示,一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方,直导线与圆环在同一竖直面内,当通电直导线中电流增大时,弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将()A.S增大,l变长B.S减小,l变短C.S增大,l变短D.S减小,l变长解析:当通电直导线中电流增大时,穿过金属圆环的磁通量增加,金属圆环中产生感应电流。根据楞次定律可知,感应电流要阻碍磁通量的增加:一是用缩小面积的方式进行阻碍;二是用远离通电直导线的方式进行阻碍,故D正确。答案:D一、电

32、磁感应定律1.感应电动势(1)定义:在电磁感应现象中产生的电动势。(2)感应电动势与感应电流的关系产生感应电动势的部分导体相当于电源,闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流,若导体回路不闭合,则没有感应电流,但仍有感应电动势。2.法拉第电磁感应定律(1)内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。2.法拉第电磁感应定律二、导线切割磁感线时的感应电动势1.导线垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直时,如图所示,E=Blv。2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为时,如图所示,E=Blvsin 。 1.正误判断。(1)在电磁感应现象中,有感应电动势,就一定有感

33、应电流。()解析:不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电动势;有感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合),有感应电流一定存在感应电动势。答案:(2)穿过某电路的磁通量变化量越大,产生的感应电动势就越大。()解析:感应电动势的大小取决于磁通量的变化率,而与、的大小没有必然的联系。答案:(3)闭合电路置于磁场中,当磁感应强度很大时,感应电动势可能为零;当磁感应强度为零时,感应电动势可能很大。()解析:根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小,所以上述两种情况均有可能。答案:(4)线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势

34、一定越大。()解析:根据法拉第电磁感应定律,感应电动势与磁通量的变化率成正比,所以磁通量变化越快,感应电动势越大。答案:2.穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加2 Wb,则()A.线圈中感应电动势每秒增加2 VB.线圈中感应电动势每秒减少2 VC.线圈中感应电动势始终为2 VD.线圈中感应电动势始终为一个确定值,但由于线圈有电阻,电动势小于2 V答案:C 3.如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增大为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2。通过电阻R的电流方向及

35、E1与E2之比分别为()A.ca,21B.ac,21C.ac,12 D.ca,12解析:由右手定则判断可得,电阻R上的电流方向为ac,由E=Blv知E1=Blv,E2=2Blv,则E1E2=12,故选项C正确。答案:C探究一探究二随堂检测法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律情境探究如图所示,我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。(1)在实验中,电流表指针偏转原因是什么?(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?(3)在图中,将条形磁铁从同一高度插入线圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?探究一探究二随堂检测要点提示:(1)穿过闭合电路的变化产生E

36、感产生I感。(2)由闭合电路欧姆定律I= 知,当电路的总电阻一定时,E感越大,I感越大,指针偏转程度越大。(3)磁通量变化相同,但磁通量变化的快慢不同,即电流表指针偏转程度不同。探究一探究二随堂检测知识归纳 探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测2.对法拉第电磁感应定律的理解 探究一探究二随堂检测实例引导例1 (多选)如图甲所示线圈的匝数n=100,横截面积S=50 cm2,线圈总电阻r=10 ,沿轴向有匀强磁场,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化,则在开始的0.1 s内()A.磁通量的变化量为0.25 WbB.磁通量的变化率为2.510-2 Wb/sC.a、b间电压为零D.在a、b

37、间接一个理想电流表时,电流表的示数为0.25 A探究一探究二随堂检测答案:BD 探究一探究二随堂检测规律方法综合法拉第电磁感应定律和楞次定律,对于面积一定的线圈,不管磁场的方向如何变化,只要磁感应强度B随时间均匀变化,产生感应电动势的大小和方向均保持不变。所以在B-t图像中,如果图像为一条直线,不管图线在时间轴上方还是下方,整个过程感应电动势和感应电流均为恒量。探究一探究二随堂检测变式训练1一个面积S=410-2 m2、匝数n=100的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图所示,由图可知()A.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率为8 Wb/sB

38、.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化量等于零C.在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 VD.在第3 s末的感应电动势为零答案:C 探究一探究二随堂检测导线切割磁感线时的电动势导线切割磁感线时的电动势情境探究1.如图甲所示,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为l,ab以速度v匀速切割磁感线,求回路中产生的感应电动势。2.若将轨道一端抬高,如图乙所示,直导线ab仍与磁场垂直,但速度与磁感线方向有一个夹角(90),则此时直导线上产生的感应电动势表达式是什么?探究一探究二随堂检测要点提示:1.设在t时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丙所示,这时线框面积

39、的变化量为S=lvt穿过闭合电路磁通量的变化量为=BS=Blvt2.设在t时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丁所示,这时线框面积的变化量为S=lvt穿过闭合电路磁通量的变化量为=BSsin =Blvtsin 探究一探究二随堂检测知识归纳1.对公式E=Blvsin 的理解(1)当B、l、v三个量方向相互垂直时,E=Blv;当有任意两个量的方向平行时,E=0。(2)式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直的等效线段的长度来计算。如图中线段ab的长即为导线切割磁感线的有效长度。(3)公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动

40、而磁场运动时,也有电磁感应现象产生。探究一探究二随堂检测2.导体棒转动切割磁感线时的感应电动势如图所示,长为l的导体棒ab以a为圆心,以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动,其感应电动势可从两个角度推导。探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测实例引导例2 如图所示,MN、PQ为两条平行放置的金属导轨,左端接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两导轨之间,与导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面,设金属棒与两导轨接触点之间的距离为l,金属棒与导轨间夹角为60,以速度v水平向右匀速运动,不计导轨和棒的电阻,则流过金属棒中的电流为()探究一探究二随堂检测答案:B

41、规律方法导体不是垂直切割磁感线(即v与B有一夹角)时,可将导体的速度沿垂直于磁感线和平行于磁感线两个方向分解,其中平行于磁感线的分速度不产生感应电动势,只有垂直于磁感线的分速度产生感应电动势。探究一探究二随堂检测变式训练2在如图所示的几种情况中,金属导体中产生的感应电动势为Blv的是()A.乙和丁B.甲、乙、丁C.甲、乙、丙、丁D.只有乙解析:甲、乙、丁三图中,B、v、l两两垂直,且l为有效切割长度,产生的感应电动势都为E=Blv,丙图中E=Blvsin 。答案:B探究一探究二随堂检测例3 长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度做匀速转动,如图所示,磁感应强度为B。求:(

42、1)ab棒的平均速率。(2)ab两端的电势差。(3)经时间t金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少?此过程中平均感应电动势多大?探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测变式训练3如图所示,一个半径为r的铜盘,在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度绕中心轴OO匀速转动,磁场方向与盘面垂直,在盘的中心轴与边缘处分别安装电刷。设整个回路电阻为R,当铜盘匀速转动角速度为时,通过电阻的电流为。 探究一探究二随堂检测1.下列几种说法中正确的是()A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大C.线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大D

43、.线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势一定越大解析:感应电动势的大小和磁通量的大小、磁通量变化量的大小以及磁场的强弱均无关,它由磁通量的变化率决定,故选D。答案:D探究一探究二随堂检测2.(多选)单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,转轴垂直于磁场,若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示,则0D过程中()A.线圈中0时刻感应电动势最大B.线圈中D时刻感应电动势为零C.线圈中D时刻感应电动势最大D.线圈中0至D时间内平均感应电动势为0.4 V探究一探究二随堂检测答案:ABD 探究一探究二随堂检测3.如图所示,空间有一匀强磁场,一直金属棒与磁感应强度方向垂直,当它以速度v沿与棒和磁感应

44、强度都垂直的方向运动时,棒两端的感应电动势大小为,将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线,置于与磁感应强度相垂直的平面内,当它沿两段折线夹角平分线的探究一探究二随堂检测答案:B 探究一探究二随堂检测4.一直升机停在南半球的地磁极上空,该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B。直升机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如果忽略a到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,如图所示,则()A.E=fl2B,且a点电势低于b点电势B.E=2fl2B,且a点电势低于b点电势C.E=fl2B,且a点电势高

45、于b点电势D.E=2fl2B,且a点电势高于b点电势探究一探究二随堂检测答案:A 探究一探究二随堂检测5.穿过某线圈的磁通量随时间变化的关系如图所示,在下列几段时间内,线圈中感应电动势最小的是()A.02 sB.24 sC.45 sD.510 s解析:图像斜率越小,磁通量的变化率就越小,感应电动势也就越小。答案:D一、电磁感应现象中的感生电场一个闭合回路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,闭合电路内将会产生感应电动势。1.感生电场:磁场变化时会在空间激发一种电场。2.感生电动势:由感生电场产生的感应电动势。3.感生电场的方向:与所产生的感应电流的方向相同,可根据楞次定律和安培定则判断。3.涡流、

46、电磁阻尼和电磁驱动二、涡流1.涡流:由于电磁感应,在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。2.特点:若金属电阻率很小,则涡流往往很强,产生的热量很多。3.应用:(1)涡流热效应:真空冶炼炉,电磁炉。(2)涡流磁效应:探雷器,安检门。4.防止:电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量,损坏电器。(1)途径一:增大铁芯材料的电阻率。(2)途径二:用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。三、电磁阻尼1.电磁阻尼:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼。2.应用:磁电式电流表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置,便于读

47、数。四、电磁驱动1.电磁驱动:如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种作用常常称为电磁驱动。2.应用:交流感应电动机。1.正误判断。(1)涡流跟平时常见的感应电流一样,都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。()解析:涡流本质上是感应电流,是自身构成回路,是在穿过导体的磁通量变化时产生的。答案:(2)涡流有热效应,但没有磁效应。()解析:涡流既有热效应,又有磁效应。答案:(3)在硅钢中不能产生涡流。()解析:硅钢电阻率大,产生的涡流较小,但仍能产生涡流。答案:(4)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象,都遵循楞次定律和法拉第电磁感应

48、定律。()解析:电磁阻尼、电磁驱动都是由于磁通量的变化引起的,所以都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。答案:(5)电磁阻尼是由于电磁感应中安培力阻碍导体与磁场的相对运动产生的,而电磁驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的。()解析:电磁感应现象中,安培力总是阻碍引起感应电流的磁场与导体间的相对运动。答案:(6)如果空间不存在闭合电路,变化的磁场周围不会产生感生电场。()解析:麦克斯韦认为,磁场的变化在空间激发一种电场,这种电场与是否存在闭合电路无关。答案:2.(多选)某空间出现了如图所示的磁场,当磁感应强度变化时,在垂直于磁场的方向上会产生感生电场,有关磁感应强度的变化

49、与感生电场的方向关系,下列描述正确的是()A.当磁感应强度均匀增大时,感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向B.当磁感应强度均匀增大时,感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向C.当磁感应强度均匀减小时,感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向D.当磁感应强度均匀减小时,感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向解析:感生电场中磁场的方向用楞次定律来判定,原磁场向上且磁感应强度在增大,在周围有闭合导线的情况下,感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反,即感应电流的磁场方向向下,再由右手螺旋定则知感应电流的方向即感生电场的方向从上向下看应为顺时针方向;同理可知,原磁场方向向上且磁感应强度减小时,感生

50、电场的方向从上向下看应为逆时针方向,所以A、D正确。答案:AD3.(多选)如图所示,蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO转动。从上向下看,当磁铁逆时针转动时()A.线圈将逆时针转动,转速与磁铁相同B.线圈将逆时针转动,转速比磁铁小C.线圈将产生变化的电流D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda解析:磁铁逆时针转动,相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线,线圈中产生变化的电流,故C对,D错;由楞次定律的推广含义可知,线圈将与磁极同向转动,但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。如果两者的角速度相同,磁感线与线圈会处于相对静止状态,线圈不切割磁感线,无感应电流产生,B对,A错。答案:BC探究一