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【名师点金】2013届高考物理一轮复习课件第1讲电磁感应 楞次定律


第1讲 电磁感应 楞次定律
模块建构 知识建构 技能建构

?

【考纲要求】

【考情总结】

【备考建议】

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1.电磁感应现象Ⅰ 2.磁通量 Ⅰ 3.法拉第电磁感应定律 Ⅱ 4.楞次定律 Ⅱ 5.自感.涡流 Ⅰ

1.命题频率较高的知识点

预计本章内容在20

有:感应电流的产生条件、 13年的高考中考查可能 方向判断和感应电动势的 有如下方面:①判断感应电

计算;电磁感应现象与磁场、流的有无、方向及感应电 电路、力学、能量等知识 相联系的综合题及感应电 流(或感应电动势)的图象 问题,在高考中时常出 动势计算仍是高考的热点, 尤其是以图象的形式考 查.②力学和电学知识相结 合且涉及能量转化与守

现.2.在高考中题型全面,有 恒的电磁感应类考题将

选择题和计算题,选择
题多为较简单的题目, 计算题难度较大,区分 度高,能很好地考查学 生的综合能力.

继续充当具有选拔性功
能的压轴题. ③与新技术、新信息、 新材料相结合的题目是 今后的命题趋势.

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?
一、磁通量 1.概念:穿过某一面积①磁感线的条数,大小等于②磁感应强度B、 ③截面面积S和两者夹角的正弦的乘积. 2.公式:Φ=④BSsin θ(θ指B与S的夹角)

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3.标量,有⑤正负之分,单位:韦伯(Wb)

4. 磁通量的变化:⑥ΔΦ=Φ2-Φ1 二、电磁感应现象

1.电磁感应现象:只要穿过闭合回路的⑦磁通量发生变化,闭合回路 中就有⑧电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应.产 生的电流叫做⑨感应电流.

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2.产生感应电流的条件:闭合回路中⑩磁通量发生变化 3.磁通量变化的常见情况 (Φ改变的方式): ①线圈所围面积发生变化,闭合电路中的部分导线做切割磁感线运

动导致Φ变化,其实质也是B不变而S增大或减小;
②线圈在磁场中转动导致Φ变化,线圈面积与磁感应强度二者之间 夹角发生变化,如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型;

③磁感应强度随时间(或位置)变化,磁感应强度是时间的函数;或闭
合回路变化导致Φ变化.

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4.电磁感应现象的实质:产生感应电动势. 无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就有感

应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.
三、感应电流方向的判定

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1.右手定则

(1)内容:伸开右手,使拇指跟其余的四指?垂直且与手掌都在?同一 平面内,让?磁感线垂直穿过手心,手掌所在平面跟磁感线和导线所

在平面垂直,大拇指指向?导线运动的方向,?四指所指的方向即为
感应电流方向(电源).

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(2)适用范围:导体棒切割磁感线产生感应电流方向的判断

2.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:一切情况下感应电流方向的判断

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(3)对“阻碍”的理解 ①注意“阻碍”不是阻止,这里是阻而未止.阻碍磁通量变化指:磁通 量增加时,阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反,起抵消作

用);磁通量减少时,阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致,起
补偿作用),简称“增反减同”. ②楞次定律另一种表达:感应电流的效果总是要阻碍(或反抗)产生 感应电流的原因.(F安方向就起到阻碍的效果作用)即由电磁感应现

象而引起的一些受力、相对运动、磁场变化等都有阻碍原磁通量
变化的趋势. a.阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化; b.阻碍相对运动,可理解为“来拒去留”;
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c.使线圈面积有扩大或缩小的趋势; d.阻碍原电流的变化. 有时应用这些推论解题,比用楞次定律本身更方便.

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(4)应用楞次定律的一般步骤 基本思路可归结为:“一原、二感、三电流”.①明确闭合回路中引

起感应电流的原磁场方向如何;②确定原磁场穿过闭合回路中的磁
通量如何变化(是增还是减);③根据楞次定律确定感应电流磁场的 方向;④再利用安培定则,根据感应电流磁场的方向来确定感应电流 的方向.

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1.(2012年怀柔一模)如图所示,磁带录音机既可用作录音,也可用作 放音,其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b,不论是

录音还是放音过程,磁带或磁头软铁都会存在磁化现象.下列关于录
音、放音过程中主要工作原理的描述,正确的是?( A.放音和录音的主要原理都是电磁感应 B.放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用 C.放音的主要原理是电磁感应,录音的主要原理是电流的磁效应 D.录音的主要原理是电磁感应,放音的主要原理是电流的磁效应 )

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【解析】录音机录音时是变化的电流产生变化的磁场引起磁带上

磁粉的重新分布,是利用电流的磁效应,放音时磁粉磁场的变化引
起感应电流的变化,是利用了电磁感应,C对. 【答案】C

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2.(2012年北京东城一模)如图所示,正方形闭合导线框处在磁感应强 度恒定的匀强磁场中,C、E、D、F为线框中的四个顶点,图甲中的

线框绕E点转动,图乙中的线框向右平动,磁场足够大.下列判断正确
的是?( )

A.图甲线框中有感应电流产生,C点电势比D点低 B.图甲线框中无感应电流产生,C、D两点电势相等
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C.图乙线框中有感应电流产生,C点电势比D点低 D.图乙线框中无感应电流产生,C、D两点电势相等 【解析】线框绕E点转动和向右平动,都没有磁通量的变化,无感应 电流产生,由右手定则,图甲线框中C、D两点电势相等,则A错B对;

图乙线框中C点电势比D点高,则C、D都错. 【答案】B

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3.如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B、方向与水平面间的夹角为 30°,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

一条边从水平位置转到竖直位置(图中虚线位置).在此过程中磁通
量的改变量大小为?( A.?BS 2 C.?BS 2
3 ?1
3 ?1

)

B.BS D.2BS

【解析】取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正,则有:
Φ1=BSsin 30°=?BS 2 当线圈处于竖直位置时,磁感线从线圈另一面穿过,则磁通量为:
1

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Φ2=-BScos 30°=-?BS 2
3

故线圈中的磁通量的改变量ΔΦ=Φ2-Φ1=-?2BS 即改变量大小|ΔΦ|=?BS. 2 【答案】C
3 ?1

3 ?1

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4.(2012年广东佛山一模)如图所示,质量为m的铜质小闭合线圈静置 于粗糙水平桌面上.当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈,沿线圈中

线由左至右从线圈正上方等高、快速经过时,线圈始终保持不动.则
关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力f的情况,以下判断正 确的是?( )

A.FN先大于mg ,后小于mg B.FN一直大于mg

C.f先向左,后向右 D.f一直向左
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【解析】条形磁铁从线圈正上方快速经过时,线圈的磁通量先增

后减.由楞次定律,磁通量增加,在竖直方向上线圈有向下运动的趋
势,水平方向上有向右运动的趋势;磁通量减小,在竖直方向上线圈 有向上运动的趋势,水平方向上有向右运动的趋势,则A、D正确. 【答案】AD

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一、磁通量、磁通量的变化量的计算

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?

例1 如图所示,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Φa、Φb、Φc,则下列说法 正确的是?( A.Φa<Φb<Φc C.Φa<Φc<Φb ) B.Φa>Φb>Φc D.Φa>Φc>Φb

【名师点金】磁通量虽是标量,但有正负,计算时要考虑磁感线是穿 进,还是穿出的.

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【规范全解】通电后a线圈相当于一条形磁铁,其等效的N极垂直纸 面向外,条形磁铁内部的所有磁感线都通过a线圈,条形磁铁外部的

磁感线,一部分通过a、b线圈之间,一部分通过b、c线圈之间,还有一
部分通过c线圈外面,线圈b、c的磁通量是进出磁感线的净磁通,所 以Φa>Φb>Φc. 【答案】B

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?方法概述

磁通量的计算要注意:
(1)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.

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(2)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. 变式训练1 如图所示,ab是水平面上一个圆的直径,在过ab的竖直 平面内有一根通电导线cd.已知cd平行于ab,当cd竖直向上平移时,电

流的磁场穿过圆面积的磁通量将?(

)

A.逐渐增大
B.逐渐减小 C.始终为零 D.不为零,但保持不变
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【规范全解】由于圆ab是关于过导线cd的竖直平面对称,cd产生的 磁场的磁感线只要穿进圆ab,就一定穿出圆ab,则圆的磁通量始终为

零.
【答案】C

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二、电磁感应现象条件的探究 ? 例2 如图所示,闭合矩形线圈abcd与长直导线MN在同一平面

内,线圈的ab、dc两边与直导线平行,则①导线中通正弦交流电 ② 线框向下平动 ③线框向右平动 ④线框以长直导线MN为轴转动 ⑤线框以ab为轴转动 ⑥线框以ad为轴转动

上述情况会产生感应电流的是?(
A.只有③⑥会产生 C.只有④⑤⑥会产生

)

B.只有①③⑤⑥会产生 D.①②③④⑤⑥都会产生

【名师点金】磁通量 Φ=BSsin θ,当B、S或B与S夹角θ至少一个量发
生变化,磁通量就可能变化,引起感应电流.
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【规范全解】导线中通正弦交流电和线框向右平动,引起磁场的变 化,磁通量变化;线框以ab为轴转动和以ad为轴转动,既改变了磁场的

大小,还改变了磁场与线框平面的夹角,引起磁通量变化;所以产生感
应电流的有①③⑤⑥. 【答案】B
?方法概述

在分析电磁感应现象问题时要特别注意以下几点:①在一个闭合 回路中不管它以哪种方式变化,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.

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三、楞次定律或右手定则的综合应用 ? 例3 如图所示,甲、乙两个矩形线圈同处在纸面内,甲的ab边

与乙的cd边平行且靠得较近,甲、乙两线圈分别处在垂直纸面方向 的匀强磁场中,穿过甲的磁感应强度为B1,方向指向纸面内,穿过乙的 磁感应强度为B2,方向指向纸面外,两个磁场可同时变化,当发现ab边 和cd边间有排斥力时,磁场的变化情况可能是?( )

A.B1变小,B2变大

B.B1变大,B2变大
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C.B1变小,B2变小 D.B1不变,B2变小

【名师点金】从“ab边和cd边间有排斥力”作为解题的切入点,得
到电流方向关系,然后根据楞次定律分析.

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【规范全解】ab边与cd边有斥力,则两边通过的电流方向一定相反, 由楞次定律可知,当B1变小,B2变大时,ab边与cd边中的电流方向相反. 【答案】A
?方法概述

楞次定律应用的基本思路可归结为:“一原、二感、三电流”.① 明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何;②确定原磁场 穿过闭合回路中的磁通量如何变化(是增还是减);③根据楞次定律 确定感应电流磁场的方向;④再利用安培定则,根据感应电流磁场 的方向来确定感应的电流方向.

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变式训练2 如图所示,同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R 和r,导体棒PQ与三条导线接触良好;匀强磁场的方向垂直纸面向里.

导体棒的电阻可忽略不计.当导体棒向左滑动时,下列说法正确的是
?(

)

A.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由b到a B.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由b到a
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C.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由a到b

D.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由a到b

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【规范全解】本题考查右手定则的运用.根据右手定则,可判断PQ作 为电源,Q端的电势高,在PQcd回路中,电流为逆时针方向,即流过R的

电流为由c到d;在电阻r的回路中,电流为顺时针方向,即流过r的电流
为由b到a.当然也可以用楞次定律,通过回路的磁通量的变化来判断 电流的方向. 【答案】B

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高考真题1 (2008年高考· 海南物理卷)法拉第通过精心设计的一系 列实验,发现了电磁感应定律,将历史上认为各自独立的学科“电学

”与“磁学”联系起来.在下面几个典型的实验设计思想中,所作的
推论后来被实验否定的是?( )

A.既然磁铁可使近旁的铁块带磁,静电荷可使近旁的导体表面感 应出电荷,那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中 感应出电流

B.既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势,那么稳恒电流也
可在近旁运动的线圈中感应出电流 C.既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流,那么静止的 磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势
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D.既然运动的磁铁可在旁的导体中感应出电动势,那么运动导 线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流

【命题分析】电磁感应现象是物理主干知识点,物理学史是近几年 高考热点之一,两点结合在一起考查,体现高考考查“重视基础、重 视学科思想”等命题思想.

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【解析提示】线圈中是否有感应电流,关键在于转化为“磁通量变 化”的分析判断. 【规范全解】磁铁可使近旁的铁块磁化带磁,静电荷可使近旁的导 体引起静电感应带电,但静止的稳恒电流,其磁场不变,不会使静止的 线圈磁通量发生变化而产生感应电流,所以A项被实验否定,答案应 为A;除此之外,磁铁可使运动的导体切割磁感线产生感应电动势,稳 恒电流尽管磁场不变,但运动的线圈磁通量会变化,同样运动导线上 的稳恒电流也会使线圈磁通量变化,综上所述B、C、D都被实验所 证实是正确的.

【答案】A

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考向预测1 假如有一宇航员登月后,想探测一下月球表面是否有磁 场,他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈,则下列推断正确的是?

(

)
A.直接将电流表放于月球表面,看是否有示数来判断磁场的有无 B.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如电流 表无示数,则可判断月球表面无磁场 C.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如电流 表有示数,则可判断月球表面有磁场 D.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈在某一平面内沿各个方 向运动,如电流表无示数,则可判断月球表面无磁场
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【解析】电磁感应现象产生的条件是:穿过闭合回路的磁通量发 生改变时,回路中有感应电流产生,A中即使有一个恒定的磁场,也 不会有示数,A错误;同理,将电流表与线圈组成回路,使线圈沿某一

方向运动,如电流表无示数,也不能判断出没有磁场,因为磁通量可
能是恒定的,B错误;电流表有示数则说明一定有磁场,C正确;将电 流表与线圈组成闭合回路,使线圈在某一个与磁场平行的平面内

沿各个方向运动,也不会有示数,D错误.
【答案】C

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高考真题2 (2009年高考· 浙江理综卷)如图所示,在磁感应强度大小 为B、方向竖直向上的匀强磁场中,有一质量为m、阻值为R的闭合

矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点,并可绕O点摆动.金
属线框从右侧某一位置静止开始释放,在摆动到左侧最高点的过程 中,细杆和金属框平面始终处于同一平面,且垂直纸面.则线框中感应

电流的方向是?(
A.a→b→c→d→a B.d→c→b→a→d

)

C.先是d→c→b→a→d,后是a→b→c→d→a

D.先是a→b→c→d→a,后是d→c→b→a→d

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【命题分析】楞次定律是近年来高考的热点之一,本题对学生的空 间想象能力和分析推理能力要求较高,区分度较好.

【解析提示】运用楞次定律判定感应电流方向的重点需抓住“一 个变化、二个磁场”:①“一个变化”即磁通量的变化情况是增加 还是减少;②“二个磁场”即原磁场和感应磁场,根据楞次定律中的

“阻碍”原则(即“增反减同”),确定两磁场的方向关系,再运用安
培定则判断出感应电流方向.

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【规范全解】金属线框从右侧某一位置静止开始释放,在摆动到竖 直位置的过程中:磁场自abcd的右侧面穿出,摆动过程中磁通量在减

少,根据右手定则得电流的方向为d→c→b→a→d;金属线框竖直位
置在摆动到左侧最高点的过程中,根据右手定则不难得出感应电流 的方向也为d→c→b→a→d. 【答案】B

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考向预测2 (2011年上海金山期末)如图所示,一根条形磁铁从左向 右靠近闭合金属环的过程中,环中的感应电流(自左向右看)?( )

A.沿顺时针方向
B.先沿顺时针方向后沿逆时针方向 C.沿逆时针方向 D.先沿逆时针方向后沿顺时针方向

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【解析】条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中,向右的磁 通量一直增加,根据楞次定律,环中的感应电流(自左向右看)为逆时 针方向,C对. 【答案】C

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