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2025届高三一轮复习物理课件（人教版新高考新教材）第1讲 电磁感应现象 楞次定律
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这是一份2025届高三一轮复习物理课件（人教版新高考新教材）第1讲 电磁感应现象 楞次定律，共45页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，知识巩固，ABC，整合构建1规律比较等内容，欢迎下载使用。
1.知道磁通量。通过实验,了解电磁感应现象,了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。2.探究影响感应电流方向的因素,理解楞次定律。3.通过实验,理解法拉第电磁感应定律。4.通过实验,了解自感现象和涡流现象。能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用。
1.通过电磁感应现象的探究过程,将电磁感应定律和楞次定律结合在一起考查,重视物理观念的形成与培养。2.结合实际问题,将磁感应强度变化、电流变化、导体切割磁感线运动等引起的电磁感应现象联系起来。3.掌握各种图像(如Φ-t图、B-t图和I-t图),并能将它们进行相互转换。4.通过“单杆模型”“双杆模型”将电磁感应规律与磁场、电路、力学、动量等知识联系起来,向综合计算题的方向发展,重视物理模型建构,培养科学思维素养。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
1.概念:设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为S,我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量,简称磁通。单位是韦伯,简称韦,符号是 Wb 。2.公式:Φ= BS 。适用条件:匀强磁场。3.S为垂直磁场的有效面积。4.磁通量是标量。
5.磁通量的意义。(1)磁通量可以理解为穿过某一平面的磁感线的条数。(2)同一线圈平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量最大;当它跟磁场方向平行时,磁通量为零;当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的磁感线条数一样多时,磁通量为零。
1.电磁感应现象“磁生电”是一种在变化、运动的过程中出现的效应,法拉第把“磁生电”现象定名为电磁感应,产生的电流叫作感应电流。2.产生感应电流的条件(1)条件:当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流。(2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动。3.能量转化发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能。
追本溯源法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。他最初发现该现象的实验如图所示。软铁环上绕有两个线圈A和B,实验中他观察到了电流表的指针发生了偏转,那么他可能进行了哪些操作?
提示 闭合开关S或断开开关S。
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)适用范围:一切电磁感应现象。2.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。如图所示。(2)适用情况:导体切割磁感线产生感应电流。
追本溯源在应用楞次定律判断感应电流方向时,可借助楞次定律中“阻碍”含义的不同,提高解题的灵活性。请思考:“阻碍”有哪些不同的含义?提示 楞次定律中“阻碍”的主要表现形式(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。(2)阻碍相对运动——“来拒去留”。(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。
1.思考判断(1)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生。( )(2)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。( )(3)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。( )(4)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势。( )(5)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。( )(6)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。( )
2.如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为l,匝数为n,过ab中点和cd中点的连线OO'恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为( )
3.(多选)如图所示,一轻质绝缘横杆两侧各固定一铜环,横杆可绕中心点自由转动,老师拿一条形磁体插向其中一个小环,后又取出插向另一个小环,同学们看到的现象及现象分析正确的是( )A.磁体插向左环,横杆发生转动B.磁体插向右环,横杆发生转动C.磁体插向左环,左环中不产生感应电动势和感应电流D.磁体插向右环,右环中产生感应电动势和感应电流
解析:磁体插向左环时,通过左环的磁通量发生变化,左环中产生感应电动势,但左环是开路的,所以没有感应电流产生,此时横杆不动,A、C错误。磁体插向右环时,通过右环的磁通量发生变化,右环中将产生感应电动势和感应电流,感应电流的磁场阻碍磁通量的变化,使右环与磁体相互排斥,则横杆会发生转动,B、D正确。
4.如图所示,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( )A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向
解析:金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确。
整合构建1.感应电流能否产生的判断
2.常见的产生感应电流的三种情况
训练突破1.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接。下列说法正确的是( ) A.开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,电流计指针均不会偏转C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才能偏转
解析:线圈A插入或拔出,都将造成线圈B处磁场的变化,因此线圈B处的磁通量变化,产生感应电流,故A正确。开关闭合和断开均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流,故B错误。开关闭合后,只要移动滑片P,线圈B中磁通量变化而产生感应电流,故C、D错误。
2.如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ。在以下叙述的过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是( )A.ab向右运动,同时使θ减小B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小C.ab向左运动,同时增大磁感应强度BD.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)
解析:ab向右运动,回路面积增大,θ减小,cs θ增大,由Φ=BScs θ知,Φ增大,故A正确。同理可判断B、C、D中,Φ不一定变化,不一定产生感应电流,故B、C、D错误。
整合构建1.判断感应电流方向的两种方法(1)方法一:用楞次定律判断。
(2)方法二:用右手定则判断。该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向:①掌心——磁感线垂直穿入;②拇指——指向导体运动的方向;③四指——指向感应电流的方向。
2.楞次定律中“阻碍”的含义
考向1 用楞次定律判断【典例1】 如图所示,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁体(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁体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
解析:由条形磁体的磁场分布可知,磁体下落的过程,闭合圆环中的磁通量始终向上,并且先增加后减少,由楞次定律可判断出,从上向下看时,闭合圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针,C正确。
【典例2】 大小不等的两导电圆环P、Q均固定于水平桌面上,Q环位于P环内。在两环间的范围内存在方向竖直向下、大小随时间均匀增强的匀强磁场,则( )A.Q环内有顺时针方向的感应电流B.Q环内有逆时针方向的感应电流C.P环内有顺时针方向的感应电流D.P环内有逆时针方向的感应电流思维点拨两圆环所围区域内的磁通量是如何变化的?
提示 Q环内的磁通量不发生变化;P环内的磁通量增加。
解析:圆环中是否有感应电流,要看其所围区域内的磁通量是否变化。P环内所围区域的磁场竖直向下均匀增强,其磁通量增加,根据楞次定律,感应电流的磁场将竖直向上,由安培定则知,感应电流的方向为逆时针,选项C错误,D正确。由于磁场均匀变化,故P环中的电流恒定,它产生的磁场恒定,所以Q环内的磁通量不发生变化,Q环不产生感应电流,选项A、B错误。
方法归纳应用楞次定律判断电流方向的“四步”
考向2 用右手定则判断【典例3】 (多选)如图所示,在一竖直平面内的三条平行导线上串有两个电阻R1和R2,导体棒PQ与三条导线均接触良好,匀强磁场的方向垂直纸面向里,导体棒的电阻可忽略。若导体棒向左加速运动,则( )A.流经R1的电流方向向上B.流经R2的电流方向向下C.流经R1的电流方向向下D.流经R2的电流方向向上
解析:导体棒PQ向左切割磁感线运动时,由右手定则可判断出导体棒与R1组成的回路中产生的感应电流是顺时针方向,即流经R1的电流方向向上,选项A正确。导体棒与R2组成的回路中产生的感应电流是逆时针方向,即流经R2的电流方向向上,选项D正确。
训练突破3.下图为一对同轴的螺线管(轴线水平)剖面图。现给线圈A通电,其中的电流方向用“·”和“×”表示,且电流不断增大,线圈B中就会产生感应电流。下列说法正确的是( )A.线圈A中的磁场方向向左B.线圈B中感应电流的磁场方向向右C.线圈B中产生的感应电流大小不可能保持恒定D.从左向右看线圈B中产生的感应电流为逆时针方向
解析:由右手螺旋定则可知,线圈A中的磁场方向向右,故A错误。由于线圈A中电流增大,则磁场增大,穿过线圈B的磁通量增大,根据楞次定律可知,线圈B中感应电流的磁场方向向左,若线圈A中电流均匀增大,则线圈B中的电流大小不变,故B、C错误。由楞次定律可知,从左向右看线圈B中产生的感应电流为逆时针方向,故D正确。
整合构建楞次定律可以推广为感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。
【典例4】 (多选)如图甲所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方固定一螺线管Q,P和Q共轴,Q中的电流i随时间t变化的规律如图乙所示,取图甲中电流方向为正方向,P所受的重力为G,桌面对P的支持力为FN,则( )
A.在t1时刻,FN>G,P有收缩的趋势B.在t2时刻,FN=G,穿过P的磁通量不变C.在t3时刻,FN=G,P中有感应电流D.在t4时刻,FN>G,P有收缩的趋势
解析:当螺线管中电流增大时,其形成的磁场不断增强,因此线圈P中的磁通量增大,根据楞次定律可知线圈P将阻碍其磁通量的增大,故线圈有远离和面积收缩的趋势,即FN>G,P有收缩的趋势,故A正确。当螺线管中电流不变时,其形成的磁场不变,线圈P中的磁通量不变,因此线圈P中无感应电流产生,故t2时刻FN=G,故B正确。t3时刻螺线管中电流为零,但是线圈P中磁通量是变化的,因此此时线圈P中有感应电流,但此时螺线管Q与线圈P之间没有相互作用力,即FN=G,故C正确。当螺线管中电流不变时,其形成的磁场不变,线圈P中的磁通量不变,因此线圈P中无感应电流产生,故t4时刻FN=G,此时P没有收缩的趋势,故D错误。
训练突破4.如图所示,A为水平放置的胶木圆盘,在其侧面均匀分布着负电荷,在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B,使B的环面水平且与圆盘面平行,其轴线与胶木盘A的轴线OO'重合。现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO'按箭头所示方向加速转动,则( )A.金属环B的面积有扩大的趋势,丝线受到的拉力增大B.金属环B的面积有缩小的趋势,丝线受到的拉力减小C.金属环B的面积有扩大的趋势,丝线受到的拉力减小D.金属环B的面积有缩小的趋势,丝线受到的拉力增大
解析:使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO'按箭头所示方向加速转动,通过金属环B内的磁通量增大,根据楞次定律,金属环B的面积有缩小的趋势,且B有向上升的趋势,丝线受到的拉力减小,B正确。
2.相互联系(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则。(2)研究感应电流受到的安培力时,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。
【典例5】 置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线,与套在铁芯上部的线圈A相连。套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上,如图所示。导轨上有一根金属棒ab处在竖直向上的匀强磁场中。下列说法正确的是( )A.圆盘顺时针加速转动时,ab棒将向右运动B.圆盘顺时针匀速转动时,ab棒将向右运动C.圆盘顺时针减速转动时,ab棒将向右运动D.圆盘逆时针加速转动时,ab棒将向左运动
思维点拨(1)圆盘匀速转动时,线圈B是否有感应电流?(2)圆盘加速转动时,线圈B的感应电流的磁场方向如何?(3)圆盘减速转动时,线圈B的感应电流的磁场方向如何?
提示 (1)线圈B无感应电流。(2)线圈B感应电流的磁场与原磁场方向相反。(3)线圈B感应电流的磁场与原磁场方向相同。
解析:由右手定则知,圆盘顺时针加速转动时,感应电流从圆心流向边缘,线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强。由楞次定律知,线圈B中的感应磁场方向向上;由右手螺旋定则知,ab棒中感应电流方向由a→b。由左手定则知,ab棒受的安培力方向向左,将向左运动,故A错;同理B、D错,C对。
训练突破5.(多选)如图所示的电路中,若发现放在水平光滑金属导轨上的ab棒突然向右移动,这可能发生在( )A.闭合开关S的瞬间B.断开开关S的瞬间C.闭合开关S后,减小滑动变阻器R的阻值时D.闭合开关S后,增大滑动变阻器R的阻值时
1.知道磁通量。通过实验,了解电磁感应现象,了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。2.探究影响感应电流方向的因素,理解楞次定律。3.通过实验,理解法拉第电磁感应定律。4.通过实验,了解自感现象和涡流现象。能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用。
1.通过电磁感应现象的探究过程,将电磁感应定律和楞次定律结合在一起考查,重视物理观念的形成与培养。2.结合实际问题,将磁感应强度变化、电流变化、导体切割磁感线运动等引起的电磁感应现象联系起来。3.掌握各种图像(如Φ-t图、B-t图和I-t图),并能将它们进行相互转换。4.通过“单杆模型”“双杆模型”将电磁感应规律与磁场、电路、力学、动量等知识联系起来,向综合计算题的方向发展,重视物理模型建构,培养科学思维素养。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
1.概念:设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为S,我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量,简称磁通。单位是韦伯,简称韦,符号是 Wb 。2.公式:Φ= BS 。适用条件:匀强磁场。3.S为垂直磁场的有效面积。4.磁通量是标量。
5.磁通量的意义。(1)磁通量可以理解为穿过某一平面的磁感线的条数。(2)同一线圈平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量最大;当它跟磁场方向平行时,磁通量为零;当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的磁感线条数一样多时,磁通量为零。
1.电磁感应现象“磁生电”是一种在变化、运动的过程中出现的效应,法拉第把“磁生电”现象定名为电磁感应,产生的电流叫作感应电流。2.产生感应电流的条件(1)条件:当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流。(2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动。3.能量转化发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能。
追本溯源法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。他最初发现该现象的实验如图所示。软铁环上绕有两个线圈A和B,实验中他观察到了电流表的指针发生了偏转,那么他可能进行了哪些操作?
提示 闭合开关S或断开开关S。
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)适用范围:一切电磁感应现象。2.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。如图所示。(2)适用情况:导体切割磁感线产生感应电流。
追本溯源在应用楞次定律判断感应电流方向时,可借助楞次定律中“阻碍”含义的不同,提高解题的灵活性。请思考:“阻碍”有哪些不同的含义?提示 楞次定律中“阻碍”的主要表现形式(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。(2)阻碍相对运动——“来拒去留”。(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。
1.思考判断(1)闭合电路内只要有磁通量,就有感应电流产生。( )(2)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。( )(3)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。( )(4)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势。( )(5)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。( )(6)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。( )
2.如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为l,匝数为n,过ab中点和cd中点的连线OO'恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为( )
3.(多选)如图所示,一轻质绝缘横杆两侧各固定一铜环,横杆可绕中心点自由转动,老师拿一条形磁体插向其中一个小环,后又取出插向另一个小环,同学们看到的现象及现象分析正确的是( )A.磁体插向左环,横杆发生转动B.磁体插向右环,横杆发生转动C.磁体插向左环,左环中不产生感应电动势和感应电流D.磁体插向右环,右环中产生感应电动势和感应电流
解析:磁体插向左环时,通过左环的磁通量发生变化,左环中产生感应电动势,但左环是开路的,所以没有感应电流产生,此时横杆不动,A、C错误。磁体插向右环时,通过右环的磁通量发生变化,右环中将产生感应电动势和感应电流,感应电流的磁场阻碍磁通量的变化,使右环与磁体相互排斥,则横杆会发生转动,B、D正确。
4.如图所示,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( )A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向
解析:金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确。
整合构建1.感应电流能否产生的判断
2.常见的产生感应电流的三种情况
训练突破1.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接。下列说法正确的是( ) A.开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,电流计指针均不会偏转C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才能偏转
解析:线圈A插入或拔出,都将造成线圈B处磁场的变化,因此线圈B处的磁通量变化,产生感应电流,故A正确。开关闭合和断开均能引起线圈B中磁通量的变化而产生感应电流,故B错误。开关闭合后,只要移动滑片P,线圈B中磁通量变化而产生感应电流,故C、D错误。
2.如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ。在以下叙述的过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是( )A.ab向右运动,同时使θ减小B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小C.ab向左运动,同时增大磁感应强度BD.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)
解析:ab向右运动,回路面积增大,θ减小,cs θ增大,由Φ=BScs θ知,Φ增大,故A正确。同理可判断B、C、D中,Φ不一定变化,不一定产生感应电流,故B、C、D错误。
整合构建1.判断感应电流方向的两种方法(1)方法一:用楞次定律判断。
(2)方法二:用右手定则判断。该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向:①掌心——磁感线垂直穿入;②拇指——指向导体运动的方向;③四指——指向感应电流的方向。
2.楞次定律中“阻碍”的含义
考向1 用楞次定律判断【典例1】 如图所示,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁体(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁体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
解析:由条形磁体的磁场分布可知,磁体下落的过程,闭合圆环中的磁通量始终向上,并且先增加后减少,由楞次定律可判断出,从上向下看时,闭合圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针,C正确。
【典例2】 大小不等的两导电圆环P、Q均固定于水平桌面上,Q环位于P环内。在两环间的范围内存在方向竖直向下、大小随时间均匀增强的匀强磁场,则( )A.Q环内有顺时针方向的感应电流B.Q环内有逆时针方向的感应电流C.P环内有顺时针方向的感应电流D.P环内有逆时针方向的感应电流思维点拨两圆环所围区域内的磁通量是如何变化的?
提示 Q环内的磁通量不发生变化;P环内的磁通量增加。
解析:圆环中是否有感应电流,要看其所围区域内的磁通量是否变化。P环内所围区域的磁场竖直向下均匀增强,其磁通量增加,根据楞次定律,感应电流的磁场将竖直向上,由安培定则知,感应电流的方向为逆时针,选项C错误,D正确。由于磁场均匀变化,故P环中的电流恒定,它产生的磁场恒定,所以Q环内的磁通量不发生变化,Q环不产生感应电流,选项A、B错误。
方法归纳应用楞次定律判断电流方向的“四步”
考向2 用右手定则判断【典例3】 (多选)如图所示,在一竖直平面内的三条平行导线上串有两个电阻R1和R2,导体棒PQ与三条导线均接触良好,匀强磁场的方向垂直纸面向里,导体棒的电阻可忽略。若导体棒向左加速运动,则( )A.流经R1的电流方向向上B.流经R2的电流方向向下C.流经R1的电流方向向下D.流经R2的电流方向向上
解析:导体棒PQ向左切割磁感线运动时,由右手定则可判断出导体棒与R1组成的回路中产生的感应电流是顺时针方向,即流经R1的电流方向向上,选项A正确。导体棒与R2组成的回路中产生的感应电流是逆时针方向,即流经R2的电流方向向上,选项D正确。
训练突破3.下图为一对同轴的螺线管(轴线水平)剖面图。现给线圈A通电,其中的电流方向用“·”和“×”表示,且电流不断增大,线圈B中就会产生感应电流。下列说法正确的是( )A.线圈A中的磁场方向向左B.线圈B中感应电流的磁场方向向右C.线圈B中产生的感应电流大小不可能保持恒定D.从左向右看线圈B中产生的感应电流为逆时针方向
解析:由右手螺旋定则可知,线圈A中的磁场方向向右,故A错误。由于线圈A中电流增大,则磁场增大,穿过线圈B的磁通量增大,根据楞次定律可知,线圈B中感应电流的磁场方向向左,若线圈A中电流均匀增大,则线圈B中的电流大小不变,故B、C错误。由楞次定律可知,从左向右看线圈B中产生的感应电流为逆时针方向,故D正确。
整合构建楞次定律可以推广为感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。
【典例4】 (多选)如图甲所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方固定一螺线管Q,P和Q共轴,Q中的电流i随时间t变化的规律如图乙所示,取图甲中电流方向为正方向,P所受的重力为G,桌面对P的支持力为FN,则( )
A.在t1时刻,FN>G,P有收缩的趋势B.在t2时刻,FN=G,穿过P的磁通量不变C.在t3时刻,FN=G,P中有感应电流D.在t4时刻,FN>G,P有收缩的趋势
解析:当螺线管中电流增大时,其形成的磁场不断增强,因此线圈P中的磁通量增大,根据楞次定律可知线圈P将阻碍其磁通量的增大,故线圈有远离和面积收缩的趋势,即FN>G,P有收缩的趋势,故A正确。当螺线管中电流不变时,其形成的磁场不变,线圈P中的磁通量不变,因此线圈P中无感应电流产生,故t2时刻FN=G,故B正确。t3时刻螺线管中电流为零,但是线圈P中磁通量是变化的,因此此时线圈P中有感应电流,但此时螺线管Q与线圈P之间没有相互作用力,即FN=G,故C正确。当螺线管中电流不变时,其形成的磁场不变,线圈P中的磁通量不变,因此线圈P中无感应电流产生,故t4时刻FN=G,此时P没有收缩的趋势,故D错误。
训练突破4.如图所示,A为水平放置的胶木圆盘,在其侧面均匀分布着负电荷,在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B,使B的环面水平且与圆盘面平行,其轴线与胶木盘A的轴线OO'重合。现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO'按箭头所示方向加速转动,则( )A.金属环B的面积有扩大的趋势,丝线受到的拉力增大B.金属环B的面积有缩小的趋势,丝线受到的拉力减小C.金属环B的面积有扩大的趋势,丝线受到的拉力减小D.金属环B的面积有缩小的趋势,丝线受到的拉力增大
解析:使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO'按箭头所示方向加速转动,通过金属环B内的磁通量增大,根据楞次定律,金属环B的面积有缩小的趋势,且B有向上升的趋势,丝线受到的拉力减小,B正确。
2.相互联系(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则。(2)研究感应电流受到的安培力时,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。
【典例5】 置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线,与套在铁芯上部的线圈A相连。套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上,如图所示。导轨上有一根金属棒ab处在竖直向上的匀强磁场中。下列说法正确的是( )A.圆盘顺时针加速转动时,ab棒将向右运动B.圆盘顺时针匀速转动时,ab棒将向右运动C.圆盘顺时针减速转动时,ab棒将向右运动D.圆盘逆时针加速转动时,ab棒将向左运动
思维点拨(1)圆盘匀速转动时,线圈B是否有感应电流?(2)圆盘加速转动时,线圈B的感应电流的磁场方向如何?(3)圆盘减速转动时,线圈B的感应电流的磁场方向如何?
提示 (1)线圈B无感应电流。(2)线圈B感应电流的磁场与原磁场方向相反。(3)线圈B感应电流的磁场与原磁场方向相同。
解析:由右手定则知,圆盘顺时针加速转动时,感应电流从圆心流向边缘,线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强。由楞次定律知,线圈B中的感应磁场方向向上;由右手螺旋定则知,ab棒中感应电流方向由a→b。由左手定则知,ab棒受的安培力方向向左,将向左运动,故A错;同理B、D错,C对。
训练突破5.(多选)如图所示的电路中,若发现放在水平光滑金属导轨上的ab棒突然向右移动,这可能发生在( )A.闭合开关S的瞬间B.断开开关S的瞬间C.闭合开关S后,减小滑动变阻器R的阻值时D.闭合开关S后,增大滑动变阻器R的阻值时
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