2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第1單元 電磁感應(yīng) 楞次定律教案

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第1單元 電磁感應(yīng) 楞次定律教案 知識網(wǎng)絡(luò)： 第1單元 電磁感應(yīng) 楞次定律 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。 以上表述是充分必要條件。不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。 當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運動時，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。這個表述是充分條件，不是必要的。在導(dǎo)體做切割磁感線運動

2、時用它判定比較方便。 2.感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件。 感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件是：穿過電路的磁通量發(fā)生變化。 這里不要求閉合。無論電路閉合與否，只要磁通量變化了，就一定有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。這好比一個電源：不論外電路是否閉合，電動勢總是存在的。但只有當(dāng)外電路閉合時，電路中才會有電流。 二、右手定則 R 伸開右手，使大拇指與四指在同一個平面內(nèi)，并跟四指垂直，讓磁感線穿過手心，使大拇指指向?qū)w的運動方向，這時四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。 三、楞次定律 1．楞次定律——感應(yīng)電流總具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。( 阻礙原磁場增加時，反抗, 原磁場減小

3、時，補充 ) 2．對“阻礙”意義的理解： （1）阻礙原磁場的變化。“阻礙”不是阻止，而是“延緩” （2）阻礙的是原磁場的變化，而不是原磁場本身，如果原磁場不變化，即使它再強，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流． （3）阻礙不是相反．當(dāng)原磁通減小時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場同向，以阻礙其減?。划?dāng)磁體遠離導(dǎo)體運動時，導(dǎo)體運動將和磁體運動同向，以阻礙其相對運動． （4）由于“阻礙”，為了維持原磁場變化，必須有外力克服這一“阻礙”而做功，從而導(dǎo)致其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能．因此楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)． 3．楞次定律的具體應(yīng)用 從“阻礙相對運動”的角度來看，楞次定律的這個結(jié)論可以用能量守

4、恒來解釋：既然有感應(yīng)電流產(chǎn)生，就有其它能轉(zhuǎn)化為電能。又由于是由相對運動引起的，所以只能是機械能減少轉(zhuǎn)化為電能，表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是“阻礙”相對運動。 4．運用楞次定律處理問題兩種思路方法： ①常規(guī)法：——據(jù)原磁場（B原方向及ΔΦ情況）確定感應(yīng)磁場（B感方向）判斷感應(yīng)電流（I感方向）導(dǎo)體受力及運動趨勢. ②效果法——由楞次定律可知，感應(yīng)電流的“效果”總是阻礙引起感應(yīng)電流的“原因”，深刻理解“阻礙”的含義.據(jù)"阻礙"原則，可直接對運動趨勢作出判斷. 例題舉例 【例1】一平面線圈用細桿懸于P點，開始時細桿處于水平位置，釋放后讓它在如圖所示的勻強磁場中運動，已知線圈平面始終與紙面垂直，當(dāng)線圈第

5、一次通過位置Ⅰ和位置Ⅱ時，順著磁場的方向看去，線圈中的感應(yīng)電流的方向分別為B 位置Ⅰ 位置Ⅱ （A）逆時針方向 逆時針方向 （B）逆時針方向 順時針方向 （C）順時針方向 順時針方向 （D）順時針方向 逆時針方向 【例2】如圖所示，有兩個同心導(dǎo)體圓環(huán)。內(nèi)環(huán)中通有順時針方向的電流，外環(huán)中原來無電流。當(dāng)內(nèi)環(huán)中電流逐漸增大時，外環(huán)中有無感應(yīng)電流？方向如何？ 解：由于磁感線是閉合曲線，內(nèi)環(huán)內(nèi)部向里的磁感線條數(shù)和內(nèi)環(huán)外向外的所有磁感線條數(shù)相等，所以外環(huán)所圍面積內(nèi)（應(yīng)該包括內(nèi)環(huán)內(nèi)的面積，

6、而不只是環(huán)形區(qū)域的面積）的總磁通向里、增大，所以外環(huán)中感應(yīng)電流磁場的方向為向外，由安培定則，外環(huán)中感應(yīng)電流方向為逆時針。 N S v0 【例3】 如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)固定。條形磁鐵S極向下以初速度v0沿過導(dǎo)體環(huán)圓心的豎直線下落的過程中，導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電流方向如何？ 解：從“阻礙磁通量變化”來看，原磁場方向向上，先增后減，感應(yīng)電流磁場方向先下后上，感應(yīng)電流方向先順時針后逆時針。從“阻礙相對運動”來看，先排斥后吸引，把條形磁鐵等效為螺線管，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，也有同樣的結(jié)論。 a d b c O1 O2 【例4】 如

7、圖所示，O1O2是矩形導(dǎo)線框abcd的對稱軸，其左方有勻強磁場。以下哪些情況下abcd中有感應(yīng)電流產(chǎn)生？方向如何？ A.將abcd 向紙外平移 B.將abcd向右平移 C.將abcd以ab為軸轉(zhuǎn)動60° D.將abcd以cd為軸轉(zhuǎn)動60° 解：A、C兩種情況下穿過abcd的磁通量沒有發(fā)生變化，無感應(yīng)電流產(chǎn)生。B、D兩種情況下原磁通向外，減少，感應(yīng)電流磁場向外，感應(yīng)電流方向為abcd。 c a d b L2 L1 【例5】如圖所示裝置中，cd桿原來靜止。當(dāng)ab 桿做如下那些運動

8、時，cd桿將向右移動 （B、D） 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 O1 O2 【例6】 如圖當(dāng)磁鐵繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動時，矩形導(dǎo)線框（不考慮重力）將如何運動？ 解：本題分析方法很多，最簡單的方法是：從“阻礙相對運動”的角度來看，導(dǎo)線框一定會跟著條形磁鐵同方向轉(zhuǎn)動起來。如果不計摩擦阻力，最終導(dǎo)線框?qū)⒑痛盆F轉(zhuǎn)動速度相同；如果考慮摩擦阻力導(dǎo)線框的轉(zhuǎn)速總比條形磁鐵轉(zhuǎn)速小些。 a b 【例7】 如圖所示，水平面上有兩根平行導(dǎo)軌，上面放兩根金屬棒a、b。當(dāng)條形磁鐵如圖向下移動時（不到達導(dǎo)軌平面

9、），a、b將如何移動？ 解：若按常規(guī)用“阻礙磁通量變化”判斷，則要根據(jù)下端磁極的極性分別進行討論，比較繁瑣。而且在判定a、b所受磁場力時。應(yīng)該以磁極對它們的磁場力為主，不能以a、b間的磁場力為主（因為它們是受合磁場的作用）。如果主注意到：磁鐵向下插，通過閉合回路的磁通量增大，由Φ=BS可知磁通量有增大的趨勢，因此S的相應(yīng)變化應(yīng)該使磁通量有減小的趨勢，所以a、b將互相靠近。 O1 a O2 b 【例8】如圖所示，在條形磁鐵從圖示位置繞O1O2軸轉(zhuǎn)動90°的過程中，放在導(dǎo)軌右端附近的金屬棒ab將如何移動？ 解：無論條形磁鐵的哪個極為N極，也無論是順時針轉(zhuǎn)動還是逆時針轉(zhuǎn)動

10、，在轉(zhuǎn)動90°過程中，穿過閉合電路的磁通量總是增大的（條形磁鐵內(nèi)、外的磁感線條數(shù)相同但方向相反，在線框所圍面積內(nèi)的總磁通量和磁鐵內(nèi)部的磁感線方向相同且增大。而該位置閉合電路所圍面積越大，總磁通量越小，所以為阻礙磁通量增大金屬棒ab將向右移動。 O B 【例9】如圖所示，用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點，虛線左邊有勻強磁場，右邊沒有磁場。金屬環(huán)的擺動會很快停下來。試解釋這一現(xiàn)象。若整個空間都有向外的勻強磁場，會有這種現(xiàn)象嗎？ 解：只有左邊有勻強磁場，金屬環(huán)在穿越磁場邊界時，由于磁通量發(fā)生變化，環(huán)內(nèi)一定會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，根據(jù)楞次定律將會阻礙相對運動，所以擺動會很快停下來，這就是電磁阻尼現(xiàn)

11、象。當(dāng)然也可以用能量守恒來解釋：既然有電流產(chǎn)生，就一定有一部分機械能向電能轉(zhuǎn)化，最后電流通過導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。若空間都有勻強磁場，穿過金屬環(huán)的磁通量反而不變化了，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此也就不會阻礙相對運動，擺動就不會很快停下來。 四、電磁感應(yīng)在實際生活中的應(yīng)用例析 A B S k D C 【例10】如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延時繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B的兩端接在一起，構(gòu)成一個閉合電路。在拉開開關(guān)S的時候,彈簧k并不能立即將銜鐵D拉起，從而使觸頭C（連接工作電路）立即離開，過一段時間后觸頭C才能離開；延時繼電器就是這樣得名的。試說明這種

12、繼電器的工作原理。 Q a b P 解析：當(dāng)拉開開關(guān)S時使線圈A中電流變小并消失時，鐵芯中的磁通量發(fā)生了變化（減?。瑥亩诰€圈B中激起感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場要阻礙原磁場的減小，這樣，就使鐵芯中磁場減弱得慢些，因此彈簧K不能立即將銜鐵拉起。 【例11】如圖是家庭用的“漏電保護器“的關(guān)鍵部分的原理圖，其中P是變壓器鐵芯，入戶的兩根電線”（火線和零線）采用雙線繞法，繞在鐵芯一側(cè)作為原線圈，然后再接入戶內(nèi)的用電器。Q是一個脫扣開關(guān)的控制部分（脫扣開關(guān)本身沒有畫出，它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上，開關(guān)斷開時，用戶供電被切斷），Q接在鐵芯另一側(cè)副線圈的兩端a、b之間，當(dāng)a、b間沒有電壓時，Q使得脫扣開關(guān)閉合，當(dāng)a、b間有電壓時，脫扣開關(guān)即斷開，使用戶斷電。 （1）用戶正常用電時，a、b之間有沒有電壓？ （2）如果某人站在地面上，手誤觸火線而觸電，脫扣開關(guān)是否會斷開？為什么？ 解析：（1） 用戶正常用電時，a、b之間沒有電壓，因為雙線繞成的初級線圈兩根導(dǎo)線中的電流總是大小相等而方向相反的，穿過鐵芯的磁通量總為0，副線圈中不會有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。 （2）人站在地面上手誤觸火線，電流通過火線和人體而流向大地，不通過零線，這樣變壓器的鐵芯中就會有磁通量的變化，從而次級產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，脫扣開關(guān)就會斷開。