2019年高考物理一輪復(fù)習 第十章 電磁感應(yīng) 第1講 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 楞次定律學案.doc

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第1講　電磁感應(yīng)現(xiàn)象　楞次定律 板塊一　主干梳理夯實基礎(chǔ) 【知識點1】　磁通量?、? 1.磁通量 (1)定義：勻強磁場中，磁感應(yīng)強度(B)與垂直磁場方向的面積(S)的乘積叫做穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通，我們可以用穿過這一面積的磁感線條數(shù)的多少來形象地理解。 (2)公式：Φ＝BS。 (3)適用條件：①勻強磁場；②S是垂直磁場方向的有效面積。 (4)單位：韋伯(Wb)，1 Wb＝1_Tm2。 (5)標量性：磁通量是標量，但有正負之分。磁通量的正負是這樣規(guī)定的，即任何一個平面都有正、反兩面，若規(guī)定磁感線從正面穿入時磁通量為正，則磁感線從反面穿入時磁通量為負。 2.磁通量的變化量 在某個過程中，穿過某個平面的磁通量的變化量等于末磁通量Φ2與初磁通量Φ1的差值，即ΔΦ＝Φ2－Φ1。 3.磁通量的變化率(磁通量的變化快慢) 磁通量的變化量與發(fā)生此變化所用時間的比值，即。 【知識點2】　電磁感應(yīng)現(xiàn)象?、? 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當閉合電路的磁通量發(fā)生改變時，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的現(xiàn)象。 2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 (1)電路閉合。 (2)磁通量變化。 3.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種情況 (1)閉合電路中部分導(dǎo)體做切割磁感線運動。 (2)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化。 4.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果回路閉合則產(chǎn)生感應(yīng)電流；如果回路不閉合，則只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而不產(chǎn)生感應(yīng)電流。 5.能量轉(zhuǎn)化 發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 【知識點3】　楞次定律　Ⅱ 1.楞次定律 (1)內(nèi)容：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 (2)適用范圍：適用于一切回路磁通量變化的情況。 2.右手定則 (1)內(nèi)容：①磁感線穿入右手手心。(從掌心入，手背穿出) ②大拇指指向?qū)w運動的方向。 ③其余四指指向感應(yīng)電流的方向。 (2)適用范圍：適用于部分導(dǎo)體切割磁感線。 板塊二　考點細研悟法培優(yōu) 考點1電磁感應(yīng)現(xiàn)象的判斷[解題技巧] 1.磁通量變化的常見情況 2.感應(yīng)電流能否產(chǎn)生的判斷 例1　(多選)如圖所示，矩形閉合線圈abcd豎直放置，OO′是它的對稱軸，通電直導(dǎo)線AB與OO′平行。若要在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，可行的做法是(　　) A.AB中電流I逐漸增大 B.AB中電流I先增大后減小 C.以AB為軸，線圈繞AB順時針轉(zhuǎn)90 D.線圈繞OO′軸逆時針轉(zhuǎn)動90(俯視) (1)AB中電流變化，能否在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流？ 提示：只要AB中電流變化，線圈中磁通量就變化，就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 (2)能夠引起線圈中磁通量變化的因素有哪些？ 提示：①AB中電流強度的大小和方向；②線圈的有效面積。 嘗試解答　選ABD。 只要AB中電流發(fā)生變化，可以是大小改變，也可以是方向變，也可以是大小和方向同時變，都可以使線圈的磁通量發(fā)生變化，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，A和B都正確；以AB為軸，線圈繞AB順時針轉(zhuǎn)90的過程中，磁感應(yīng)強度的大小和線圈的有效面積都沒變，磁通量不變，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，C錯誤；以O(shè)O′為軸逆時針轉(zhuǎn)90的過程中，線圈的有效面積發(fā)生了變化，磁通量變化，能產(chǎn)生感應(yīng)電流，D正確。 總結(jié)升華 判斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法 ①確定所研究回路；②看Φ是否變化；③回路是否閉合；②③同時滿足可產(chǎn)生感應(yīng)電流。 　如圖所示，一個U形金屬導(dǎo)軌水平放置，其上放有一個金屬導(dǎo)體棒ab，有一個磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場斜向上穿過軌道平面，且與豎直方向的夾角為θ。在下列各過程中，一定能在軌道回路里產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) A.ab向右運動，同時θ角減小 B.使磁感應(yīng)強度B減小，同時θ角也減小 C.ab向左運動，同時增大磁感應(yīng)強度B D.ab向右運動，同時增大磁感應(yīng)強度B和夾角θ(0<θ<90) 答案　A 解析　設(shè)此時回路的面積為S，由題意得磁通量Φ＝BScosθ，對選項A，S增大，θ減小，cosθ增大，則Φ增大，故選項A正確；對選項B，θ減小，cosθ增大，又B減小，故Φ可能不變，選項B錯誤；對選項C，S減小，B增大，Φ可能不變，故選項C錯誤；對選項D，S增大，B增大，θ增大，cosθ減小，Φ可能不變，故選項D錯誤。 考點2對楞次定律的理解及應(yīng)用[深化理解] 1.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——指向?qū)w運動的方向； (3)四指——指向感應(yīng)電流的方向。 2.楞次定律中“阻礙”的含義 例2　如圖所示，磁場方向垂直于紙面，磁感應(yīng)強度在豎直方向均勻分布，水平方向非均勻分布。一銅制圓環(huán)用絲線懸掛于O點，將圓環(huán)拉至位置a后無初速度釋放，在圓環(huán)從a擺向b的過程中(　　) A.感應(yīng)電流方向先逆時針后順時針再逆時針 B.感應(yīng)電流方向一直是逆時針 C.感應(yīng)電流方向先順時針后逆時針再順時針 D.感應(yīng)電流方向一直是順時針 (1)圓環(huán)從a擺到虛線左側(cè)的過程中，磁通量如何變？ 提示：變大。 (2)從虛線右側(cè)到b的過程中，磁通量如何變化？ 提示：變小。 (3)從緊鄰虛線左側(cè)運動到緊鄰虛線右側(cè)的過程中磁通量如何變化？原磁場方向如何？ 提示：先減小后反方向增大；方向開始垂直紙面向里，后垂直紙面向外。 嘗試解答　選A。 在豎直虛線左側(cè)，圓環(huán)向右擺時磁通量增加，由楞次定律可判斷，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相反，由安培定則可知感應(yīng)電流方向為逆時針方向；擺過豎直虛線時，環(huán)中磁通量左減右增相當于方向向外的增大，因此感應(yīng)電流方向為順時針方向；在豎直虛線右側(cè)向右擺動時，環(huán)中磁通量減小，感應(yīng)電流的磁場與原磁場同向，可知感應(yīng)電流為逆時針方向，因此只有A項正確。 總結(jié)升華 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的兩個磁場 (1)原磁場：引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象的磁場。做題時需要首先明確原磁場分布特點(大小、方向)以及穿過閉合回路的磁場變化情況。 (2)感應(yīng)電流磁場：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場，阻礙原磁場的磁通量變化，根據(jù)“增反減同”可以判斷出感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向。 (3)感應(yīng)電流的方向：在確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向后，再由安培定則判斷感應(yīng)電流的方向。 　[2017鎮(zhèn)江模擬](多選)航母上飛機彈射起飛所利用的電磁驅(qū)動原理如圖所示。當固定線圈上突然通過直流電時，線圈左側(cè)的金屬環(huán)被彈射出去?，F(xiàn)在線圈左側(cè)同一位置，先后放上用橫截面積相等的銅和鋁導(dǎo)線制成的形狀、大小相同的兩個閉合環(huán)，電阻率ρ銅<ρ鋁。則合上開關(guān)S的瞬間(　　) A．從右側(cè)看，環(huán)中產(chǎn)生沿逆時針方向的感應(yīng)電流 B.銅環(huán)受到的安培力大于鋁環(huán)受到的安培力 C.若將金屬環(huán)置于線圈右側(cè)，環(huán)將向右彈射 D.電池正、負極調(diào)換后，金屬環(huán)仍能向左彈射 答案　BCD 解析　閉合開關(guān)S的瞬間，金屬環(huán)中向右的磁場磁通量增大，根據(jù)楞次定律，從右側(cè)看，環(huán)中產(chǎn)生沿順時針方向的感應(yīng)電流，A錯誤；由于電阻率ρ銅<ρ鋁，先后放上用橫截面積相等的銅和鋁導(dǎo)線制成的形狀、大小相同的兩個閉合環(huán)，銅環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大于鋁環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，由安培力公式可知，銅環(huán)受到的安培力大于鋁環(huán)受到的安培力，B正確；若將金屬環(huán)置于線圈右側(cè)，則閉合開關(guān)S的瞬間，穿過圓環(huán)的磁通量增加，圓環(huán)要阻礙磁通量的增加，環(huán)將向右彈射，C正確；電池正、負極調(diào)換后，同理可以得出金屬環(huán)仍能向左彈射，D正確。 考點3楞次定律、左手定則、右手定則、安培定則的綜合應(yīng)用[對比分析] 1.“三個定則一個定律”的比較 2．三個定則和一個定律的因果關(guān)系 (1)因電而生磁(I→B)→安培定則； (2)因動而生電(v、B→I安)→右手定則； (3)因電而受力(I、B→F安或q、B→F洛)→左手定則； (4)因磁而生電(Φ、B→I安)→楞次定律。 例3　(多選)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，MN的左邊有一閉合電路，當PQ在外力的作用下運動時，MN向右運動，則PQ所做的運動可能是(　　) A．向右加速運動 B．向左加速運動 C．向右減速運動 D．向左減速運動 (1)如何判斷MN所在處的磁場方向？ 提示：MN處的磁場由ab中電流產(chǎn)生，用安培定則判斷。 (2)由MN的運動方向，如何確定MN中的電流方向？ 提示：用左手定則確定。 (3)L1中磁場方向如何判定？ 提示：與L2的磁場方向一致，L2中磁場方向由PQ切割磁感線方向決定，應(yīng)用右手定則。 嘗試解答　選BC。 MN向右運動，說明MN受到向右的安培力，因為ab在MN處的磁場垂直紙面向里MN中的感應(yīng)電流由M→NL1中感應(yīng)電流的磁場方向向上；若L2中磁場方向向上減弱PQ中電流為Q→P且減小向右減速運動；若L2中磁場方向向下增強PQ中電流為P→Q且增大向左加速運動。 總結(jié)升華 三定則、一規(guī)律的應(yīng)用方法 (1)應(yīng)用左手定則和右手定則應(yīng)注意二者的區(qū)別：抓住“因果關(guān)系”才能不失誤，“因動而電”——用右手；“因電而動”——用左手。 (2)應(yīng)用楞次定律，必然要用到安培定則。 (3)感應(yīng)電流受到安培力，有時可以先用右手定則確定電流的方向，再用左手定則確定安培力的方向，有時也可以直接應(yīng)用楞次定律的推論“來拒去留”“增縮減擴”等確定安培力的方向。 1.(多選)如圖所示，在勻強磁場中放有一與線圈D相連接的平行導(dǎo)軌，要使放在線圈D中的線圈A(A、D兩線圈同心共面)各處受到沿半徑方向指向圓心的力，金屬棒MN的運動情況可能是(　　) A．勻速向右 B．加速向左 C．加速向右 D．減速向左 答案　BC 解析　假設(shè)MN向右運動，由右手定則可知MN中的電流方向N→M，在D中產(chǎn)生磁場，由安培定則可知磁場方向垂直紙面向外，如果MN加速向右運動，則MN中電流增大，ΦA(chǔ)增大，由楞次定律可知，A有收縮的趨勢；如果MN勻速向右運動，則MN中的電流不變，ΦA(chǔ)不變，由楞次定律可知，A沒有收縮的趨勢，故C正確，A錯誤。假設(shè)MN向左運動可知，MN中的電流方向M→N，由安培定則可知，D中磁場方向垂直紙面向里，若MN加速向左運動，則MN中電流增大，A有收縮的趨勢；若MN減速向左運動，則MN中電流減小，A有擴張的趨勢，B正確，D錯誤。 2．(多選)如圖所示裝置中，cd桿光滑且原來靜止。當ab桿做如下哪些運動時，cd桿將向右移動(　　) A．向右勻速運動 B．向右加速運動 C．向左加速運動 D．向左減速運動 答案　BD 解析　cd桿向右移動，說明受向右的安培力，由左手定則可知cd桿中的電流c→d，由安培定則可知L2中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向豎直向上，如果與原磁場方向相同，則Φ減小，L1中的電流減小，ab桿減速，L1中磁場方向豎直向下，由安培定則可知ab桿中電流b→a，由右手定則可知ab桿向左切割磁感線，即ab桿向左減速運動。如果與原磁場方向相反，則ab桿向右加速，所以應(yīng)選B、D。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．方法概述 逆向思維法是指從事物正向發(fā)展的目標、規(guī)律的相反方向出發(fā)，運用顛倒的思維方式去思考問題的一種方法。 2．常見類型 (1)運動形式的可逆性，如將勻減速運動看作反向的勻加速運動。 (2)運用“執(zhí)果索因”進行逆向思考，如通過感應(yīng)電流產(chǎn)生的效果來推導(dǎo)產(chǎn)生的原因、感應(yīng)電流的方向等。 3．解題思路 (1)分析確定研究問題的類型是否能用逆向思維法解決。 (2)確定逆向思維問題的類型。 (3)通過轉(zhuǎn)換研究對象或執(zhí)果索因等逆向思維的方法確定求解思路。 如圖(甲)所示，一矩形金屬線圈abcd垂直勻強磁場并固定于磁場中，磁場是變化的，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系圖象如圖(乙)所示，則線圈的ab邊所受安培力F隨時間t變化的圖象是(規(guī)定向右為安培力F的正方向)(　　) [答案]　A [解析]　在0～1 s內(nèi)由(乙)圖可知磁場均勻減小，所以產(chǎn)生恒定電動勢，恒定電流，但F安＝BIL，B均勻減小，所以F安也均勻減小，因此D選項是錯誤的；因為0～1 s內(nèi)磁場減小，線圈的磁通量減小，線圈abcd有擴張的趨勢，所以ab受向左的安培力，向左為負，所以B選項是錯誤的；1～2 s內(nèi)磁場均勻增加，磁通量增加，線圈有收縮的趨勢，ab受向右安培力，向右為正，所以C選項錯誤，A選項正確。 名師點睛 楞次定律的推廣應(yīng)用 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中因果相對的關(guān)系恰好反映了自然界的這種對立統(tǒng)一規(guī)律。對楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為感應(yīng)電流的效果總是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因： (1)阻礙原磁通量的變化——“增反減同”； (2)阻礙相對運動——“來拒去留”； (3)使線圈面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴”； (4)阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)——“增反減同”。 1．如圖所示，均勻帶正電的絕緣圓環(huán)a與金屬圓環(huán)b同心共面放置，當a繞O點在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，b中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，且具有收縮趨勢，由此可知，圓環(huán)a沿(　　) A．順時針加速旋轉(zhuǎn) B．順時針減速旋轉(zhuǎn) C．逆時針加速旋轉(zhuǎn) D．逆時針減速旋轉(zhuǎn) 答案　B 解析　根據(jù)楞次定律的推論“增反減同”，b環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，說明a中原電流可能順時針減少，也可能逆時針增加，但b環(huán)有收縮的趨勢，說明a環(huán)中的電流應(yīng)與b環(huán)中的電流同向，同向電流相互吸引，才能使b環(huán)收縮，故a環(huán)中的電流只是順時針減少，因此帶正電的a環(huán)只能沿順時針減速旋轉(zhuǎn)，B正確。 2. (多選)如圖所示，“U”形金屬框架固定在水平面上，金屬桿ab與框架間無摩擦，整個裝置處于豎直方向的磁場中。若因磁場的變化使桿ab向右運動，則磁感應(yīng)強度(　　) A．方向向下并減小 B．方向向下并增大 C．方向向上并增大 D．方向向上并減小 答案　AD 解析　由于ab桿向右運動，由逆向思維法可知，閉合回路的磁通量一定是變小，即為了阻礙磁通量變小，ab桿只能向右運動，所以只要磁感應(yīng)強度變小就可以，磁場方向向上向下都可以，所以A、D正確。