高中物理電磁感應(yīng)教案

高考物理基礎(chǔ)知識(shí)歸納:電磁感應(yīng)現(xiàn)象　楞次定律。

第1課時(shí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律

基礎(chǔ)知識(shí)歸納
1.磁通量
(1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度與面積的乘積，叫做穿過這個(gè)面的磁通量.
(2)定義式：Φ＝BS.
說明：該式只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的情況，且式中的S是跟磁場(chǎng)方向垂直的面積；若不垂直，則需取平面在垂直于磁場(chǎng)方向上的投影面積，即Φ＝BS⊥＝BSsinθ，θ是S與磁場(chǎng)方向的夾角.
(3)磁通量Φ是標(biāo)量，但有正負(fù).Φ的正負(fù)意義是：從正、反兩面哪個(gè)面穿入，若從一面穿入為正，則從另一面穿入為負(fù).
(4)單位：韋伯，符號(hào)：Wb.
(5)磁通量的意義：指穿過某個(gè)面的磁感線的條數(shù).
(6)磁通量的變化：ΔΦ＝Φ2－Φ1，即末、初磁通量之差.
①磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，有效面積S變化時(shí)，則
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BΔS
②磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化，磁感線穿過的有效面積S不變時(shí)，則ΔΦ＝Φ2－Φ1＝ΔBS
③磁感應(yīng)強(qiáng)度B和有效面積S同時(shí)變化時(shí)，則ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S2－B1S1
2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象
利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流.
(1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，即ΔΦ≠0.
(2)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件：無論回路是否閉合，只要穿過線圈平面的磁通量發(fā)生變化，線路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
3.楞次定律
(1)楞次定律：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)，總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.楞次定律適用于一般情況的感應(yīng)電流方向的判定，而右手定則只適用于導(dǎo)線切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況，此種情況用右手定則判定比用楞次定律判定簡(jiǎn)便.
(2)右手定則
①適用范圍：導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
②判定方法：伸開右手，讓大拇指與四指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過掌心，大拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向，其余四指所指方向即為感應(yīng)電流的方向.
(3)楞次定律的另一種表述
感應(yīng)電流總是阻礙產(chǎn)生它的那個(gè)原因，表現(xiàn)形式有三種：
①阻礙原磁通量的變化；
②阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；
③阻礙原電流的變化(自感).
重點(diǎn)難點(diǎn)突破
一、產(chǎn)生感應(yīng)電流和產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件是否相同
電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果回路閉合，則有感應(yīng)電流，回路不閉合，則有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而無感應(yīng)電流.產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源.
二、磁通量是標(biāo)量,為什么有正負(fù)
任何一個(gè)面都有正、反兩個(gè)面，磁感線從面的正方向穿入時(shí)，穿過該面的磁通量為正.反之，則磁通量為負(fù).所求磁通量為正、反兩面穿入的磁感線的代數(shù)和.
三、如何理解楞次定律中“阻礙”一詞
1.誰阻礙誰——感應(yīng)電流的磁通量阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量.
2.阻礙什么——阻礙的是穿過回路的磁通量的變化，而不是磁通量本身.
3.如何阻礙——原磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反；原磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同，即“增反減同”.
4.阻礙的結(jié)果——阻礙并不是阻止，結(jié)果是增加的最終還得增加，減少的最終還得減少.
典例精析
1.楞次定律阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)
【例1】如圖甲所示，光滑固定導(dǎo)軌MN、PQ水平放置，兩根導(dǎo)體棒a、b平行放于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路.當(dāng)條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)()
A.導(dǎo)體棒a、b將互相靠攏
B.導(dǎo)體棒a、b將互相遠(yuǎn)離
C.磁鐵的加速度仍為g
D.磁鐵的加速度小于g
【解析】以N極向下為例：
第一步，原磁場(chǎng)方向：向下(如圖乙所示).
第二步，原磁通量變化：增加.
第三步，判斷感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反(向上).
第四步，判斷感應(yīng)電流的方向：利用安培定則確定，俯視為逆時(shí)針.
知道了導(dǎo)體棒a、b中的電流方向，就可根據(jù)左手定則判斷受力方向：a受力向右下方，b受力向左下方，所以導(dǎo)體棒a、b將互相靠攏，同時(shí)對(duì)導(dǎo)軌的壓力增加.根據(jù)牛頓第三定律，磁鐵受到向上的阻力作用，則加速度小于g.所以選項(xiàng)A、D正確.
【答案】AD
【思維提升】此題若直接利用“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”容易錯(cuò)誤判斷為導(dǎo)體棒a、b將互相遠(yuǎn)離.但仍可用阻礙磁通量變化判斷，即磁鐵下落，閉合回路磁通量增加，故a、b棒會(huì)靠攏.
【拓展1】如圖所示，一水平放置的圓形通電線圈1固定，從上向下看電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，另一較小的圓形線圈2從線圈1的正上方下落.在下落過程中兩線圈平面始終保持平行且共軸，則線圈2從線圈1的正上方下落至線圈1的正下方過程中，從上往下看線圈2(BD)
A.有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流
B.先是順時(shí)針方向，后是逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流
C.先是逆時(shí)針方向，后是順時(shí)針方向的感應(yīng)電流
D.在線圈1的上、下兩邊的加速度都小于g
【解析】線圈1中電流(恒定)建立的磁場(chǎng)方向如圖所示.線圈2下落過程中經(jīng)過線圈1正上方時(shí)，磁場(chǎng)向上，且磁通量正在增大，由楞次定律可知，線圈2中產(chǎn)生的感應(yīng)電流建立的磁場(chǎng)方向應(yīng)向下，由安培定則可知線圈2中的電流應(yīng)沿順時(shí)針方向(俯視)；當(dāng)線圈2在線圈1正下方下落時(shí)，穿過線圈2中的磁場(chǎng)方向向上，且磁通量正在減小，由楞次定律可知，此時(shí)，線圈2中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)應(yīng)與原磁場(chǎng)同向，即向上，再根據(jù)安培定則可知，線圈2中的感應(yīng)電流應(yīng)沿逆時(shí)針方向(俯視)，如圖所示.當(dāng)線圈中有感應(yīng)電流時(shí)就會(huì)受到力的作用，此作用力向上，要“阻礙”線圈的下降，但不能“阻止”，也就是說磁場(chǎng)力始終小于重力(兩線圈位于同一水平面時(shí)等于重力)，所以線圈2在線圈1的上、下兩邊時(shí)都向下加速，但加速度都小于g，所以選項(xiàng)B、D正確.
2.楞次定律阻礙磁通量的變化
【例2】如圖所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd，在細(xì)長(zhǎng)磁鐵的N極附近豎直下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，從圖中位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ，在這個(gè)過程中，線圈中感應(yīng)電流()
A.沿abcd方向
B.沿dcba方向
C.由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd方向，由Ⅱ到Ⅲ是沿dcba方向
D.由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba方向，由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd方向
【解析】由條形磁鐵的磁場(chǎng)(如圖所示)可知，線圈在位置Ⅱ時(shí)穿過矩形閉合線圈的磁通量最少.當(dāng)線圈從位置Ⅰ到Ⅱ，穿過abcd自下而上的磁通量減少，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙其減少，則在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcd；當(dāng)線圈從位置Ⅱ到Ⅲ，穿過abcd自上而下的磁通量增加，由楞次定律可知感應(yīng)電流的方向是abcd.故此題的答案為A.
【答案】A
【思維提升】應(yīng)熟悉幾種常見磁體的磁感線分布情況，這樣才能判斷磁通量變化情況.
【拓展2】如圖所示，兩條互相平行的導(dǎo)線M、N中通過大小相等、方向相同的電流，導(dǎo)線框abcd和兩導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，線框沿著與兩導(dǎo)線垂直的方向，自右向左在兩導(dǎo)線間勻速移動(dòng)，則在移動(dòng)過程中線框中的感應(yīng)電流的方向?yàn)?C)
A.先順時(shí)針后逆時(shí)針B.先逆時(shí)針后順時(shí)針
C.一直是逆時(shí)針D.一直是順時(shí)針
【解析】M、N之間的磁場(chǎng)是兩導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的疊加，可以以M、N兩導(dǎo)線之間的中心面OO′為界，在OO′右邊合磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外，在OO′左邊，合磁場(chǎng)的方向垂直紙面向內(nèi).線框從右向左移動(dòng)到OO′中間以前，垂直紙面向外穿過線框的磁通量減少；移動(dòng)到中間時(shí)磁通量為零；越過中間向左時(shí)，垂直紙面向內(nèi)穿過線框的磁通量增加.由楞次定律可以判斷感應(yīng)電流的方向始終為逆時(shí)針方向.
3.楞次定律的綜合應(yīng)用
【例3】如圖所示，單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈軸線OO′與磁場(chǎng)邊界重合，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(ab向紙外，cd向紙內(nèi)).若從圖示位置開始計(jì)時(shí)，并規(guī)定電流方向沿a→b→c→d→a為正方向，則線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象是()

【解析】在第一個(gè)14周期內(nèi)，由圖可看出磁場(chǎng)的方向，容易得到感應(yīng)電流方向與規(guī)定的正方向相反；在第二個(gè)14周期內(nèi)，雖然磁場(chǎng)方向不變，但線圈平面已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，ab離開磁場(chǎng)，cd進(jìn)入磁場(chǎng)，與第一個(gè)14周期相比，磁感線是從線圈的不同“面”進(jìn)入線圈平面，由楞次定律可判斷電流方向仍與正方向相反；同理，可判斷后半個(gè)周期電流的方向與正方向相同.所以選項(xiàng)A正確.
【答案】A
【思維提升】此題需一定的情景想象力，很多同學(xué)誤以為ab邊轉(zhuǎn)出磁場(chǎng)后電流方向會(huì)發(fā)生改變，其實(shí)cd邊馬上進(jìn)入磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流方向與未進(jìn)入前一致，剛進(jìn)入時(shí)感應(yīng)電流最大.
【拓展3】如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動(dòng)的金屬棒PQ、MN，當(dāng)PQ在外力的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，MN在磁場(chǎng)的作用下向右運(yùn)動(dòng)，則PQ所做的運(yùn)動(dòng)可能是(BC)
A.向右加速運(yùn)動(dòng)B.向左加速運(yùn)動(dòng)
C.向右減速運(yùn)動(dòng)D.向左減速運(yùn)動(dòng)
【解析】要使金屬棒MN在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，必須使其中有電流流過，這只能是線圈L1產(chǎn)生感應(yīng)電流.根據(jù)題意，引起線圈L1產(chǎn)生感應(yīng)電源的磁場(chǎng)應(yīng)是線圈L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)應(yīng)由線圈L2中的電流產(chǎn)生.當(dāng)PQ向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則可判斷出PQ中感應(yīng)電流的方向是由Q→P，由安培定則可判斷出穿過L2、L1的磁場(chǎng)方向是自下而上的；若PQ向右加速運(yùn)動(dòng)，則穿過L2、L1的磁通量增加，用楞次定律可判斷出流過MN的感應(yīng)電流從M→N，用左手定則可判斷出MN受到向左的安培力，將向左運(yùn)動(dòng)，可見選項(xiàng)A不正確.若PQ向右減速運(yùn)動(dòng)，流過MN的感應(yīng)電流方向、感應(yīng)電流所受的安培力的方向均將反向，MN向右運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)C是正確的.同理可判斷出選項(xiàng)B是正確的，而D不正確.
易錯(cuò)門診
4.電磁感應(yīng)的現(xiàn)象
【例4】如圖，CDEF為閉合線圈，AB為電阻絲.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭向下滑動(dòng)時(shí)，線圈CDEF中的感應(yīng)電流在G處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是“”時(shí)，電源的哪一端是正極？
【錯(cuò)解】當(dāng)變阻器的滑動(dòng)頭在最上端時(shí)，電阻絲AB因被短路而無電流通過.由此可知，滑動(dòng)頭下移時(shí)，流過AB中的電流是增加的.當(dāng)線圈CDEF中的電流在G處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是“”時(shí)，由楞次定律可知AB中逐漸增加的電流在G處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是×”，再由右手定則可知，AB中的電流方向是從A流向B，從而判定電源的上端為正極.
【錯(cuò)因】楞次定律中“感生電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”，所述的“磁通量”是指穿過線圈內(nèi)部磁感線的條數(shù)，因此判斷感應(yīng)電流方向的位置一般應(yīng)該選在線圈的內(nèi)部，而不是選在線圈的外部.
【正解】當(dāng)線圈CDEF中的感應(yīng)電流在G處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是“”時(shí)，它在線圈內(nèi)部產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度方向應(yīng)是“×”，AB中增強(qiáng)的電流在線圈內(nèi)部產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度方向是“”，所以，AB中電流的方向是由B流向A，故電源的下端為正極.
【思維提升】分析電學(xué)問題也要注意正確選取研究對(duì)象.

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電磁感應(yīng)現(xiàn)象和楞次定律

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電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律

要點(diǎn)一磁通量
即學(xué)即用
1.如圖所示,兩個(gè)同心放置的共面單匝金屬環(huán)a和b,一條形磁鐵穿過圓心且與環(huán)面垂直放置.設(shè)
穿過圓環(huán)a的磁通量為Φa,穿過圓環(huán)b的磁通量為Φb,已知兩圓環(huán)的橫截面積分別為Sa和Sb,
且SaSb,則穿過兩圓環(huán)的磁通量大小關(guān)系為（）
A.Φa=ΦbB.ΦaΦbC.ΦaΦbD.無法確定
答案B
要點(diǎn)二電磁感應(yīng)現(xiàn)象
即學(xué)即用
2.如圖所示,開始時(shí)矩形線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直,且一半在磁場(chǎng)內(nèi),一半在磁場(chǎng)外.若
要使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,下列做法中可行的是（）
A.以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)B.以bd邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)的角度小于60°）
C.以bd邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°后,增大磁感應(yīng)強(qiáng)度D.以ac邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)的角度小于60°）
答案AD
要點(diǎn)三感應(yīng)電流方向的判定
即學(xué)即用
3.如圖所示,沿x軸、y軸有兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線,互相絕緣.x軸上的導(dǎo)線中有-x方向的電流,y軸上
的導(dǎo)線中有+y方向的電流,兩虛線是坐標(biāo)軸所夾角的角平分線.a、b、c、d是四個(gè)圓心在虛
線上、與坐標(biāo)原點(diǎn)等距的相同的圓形導(dǎo)線環(huán).當(dāng)兩直導(dǎo)線中的電流從相同大小,以相同的快慢均勻減小時(shí),各導(dǎo)線環(huán)
中的感應(yīng)電流情況是（）
A.a中有逆時(shí)針方向的電流B.b中有順時(shí)針方向的電流
C.c中有逆時(shí)針方向的電流D.d中有順時(shí)針方向的電流
答案BC

題型1感應(yīng)電流方向的判斷
【例1】如圖所示,水平放置的兩條光滑導(dǎo)軌上有可自由移動(dòng)的金屬棒PQ、MN,當(dāng)PQ在外
力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí),MN在磁場(chǎng)力作用下向右運(yùn)動(dòng),則PQ所做的運(yùn)動(dòng)可能是（）
A.向右勻加速運(yùn)動(dòng)B.向左勻加速運(yùn)動(dòng)C.向右勻減速運(yùn)動(dòng)D.向左勻減速運(yùn)動(dòng)
答案BC
題型2楞次定律推論的應(yīng)用
【例2】如圖所示,在水平放置的光滑絕緣桿ab上,掛有兩個(gè)金屬環(huán)M和N.兩環(huán)套在一
個(gè)通電密繞長(zhǎng)螺線管的左部,當(dāng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí),兩環(huán)將怎樣運(yùn)動(dòng)（）
A.兩環(huán)保持相對(duì)靜止一起向左運(yùn)動(dòng)B.兩環(huán)保持相對(duì)靜止一起向右運(yùn)動(dòng)
C.兩環(huán)互相靠近并向左運(yùn)動(dòng)D.兩環(huán)互相離開并向右運(yùn)動(dòng)
答案C
題型3等效電路
【例3】勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T,磁場(chǎng)寬度L=3m,一正方形金屬框邊長(zhǎng)l=1m,
每邊電阻r=0.2Ω,金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過磁場(chǎng)區(qū),其平面始終保持與磁感
線方向垂直,如圖所示.求:
（1）畫出金屬框穿過磁場(chǎng)區(qū)的過程中,金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的I-t圖線.（要求寫出作圖依據(jù)）
（2）畫出ab兩端電壓的U-t圖線.（要求寫出作圖依據(jù)）
答案（1）金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)時(shí)
E1=Blv=2V,I1==2.5A
此電流的方向沿逆時(shí)針,即沿abcda方向.
感應(yīng)電流持續(xù)的時(shí)間:t1==0.1s
金屬框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí):E2=0,I2=0
無電流持續(xù)的時(shí)間:t2==0.2s
金屬框穿出磁場(chǎng)區(qū)時(shí):E3=Blv=2V,I3==2.5A
此電流的方向沿順時(shí)針,即沿dcbad方向.
感應(yīng)電流持續(xù)的時(shí)間:t3==0.1s
規(guī)定電流方向逆時(shí)針為正,得I-t圖線如下圖所示.

（2）金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)時(shí)ab兩端的電壓
U1=I1r=2.5×0.2V=0.5V
金屬框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),ab兩端的電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):
U2=Blv=2V
金屬框穿出磁場(chǎng)區(qū)時(shí)ab兩端的電壓
U3=E3-I3r=1.5V
由此得U-t圖線如下圖所示
1.如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,B的方向與水平方向的夾角為30°,圖中實(shí)線位置有一
面積為S的矩形線圈處于磁場(chǎng)中,并繞著它的一條邊從水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置（圖中虛線位置）.
在此過程中磁通量的改變量大小為（）
A.B.BSC.D.2BS
答案C
2.（2009綏化模擬）如圖所示,通有穩(wěn)恒電流的螺線管豎直放置,銅環(huán)R沿螺線管的軸線加速下落.
在下落過程中,環(huán)面始終保持水平,銅環(huán)先后經(jīng)過軸線上1、2、3位置時(shí)的加速度分別為a1、a2、a3,
位置2處于螺線管的中心,位置1、3與位置2等距離,則（）
A.a1a2=gB.a2a1gC.a1=a3a2D.a3a1a2
答案AD
3.如圖所示,通電螺線管置于閉合金屬環(huán)a的軸線上,當(dāng)螺線管中電流I減少時(shí)（）
A.環(huán)有縮小的趨勢(shì)以阻礙原磁通量的減小
B.環(huán)有擴(kuò)大的趨勢(shì)以阻礙原磁通量的減小
C.環(huán)有縮小的趨勢(shì)以阻礙原磁通量的增大
D.環(huán)有擴(kuò)大的趨勢(shì)以阻礙原磁通量的增大
答案A
4.圖為“研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)裝置.

（1）將圖中所缺的導(dǎo)線補(bǔ)接完整.
（2）如果在閉合電鍵時(shí)發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)的指針向右偏了一下,那么合上電鍵后（）
A.將原線圈迅速插入副線圈時(shí),電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)一下
B.將原線圈插入副線圈后,電流計(jì)指針一直偏在零點(diǎn)右側(cè)
C.原線圈插入副線圈后,將滑動(dòng)變阻器觸頭迅速向左拉時(shí),電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)一下
D.原線圈插入副線圈后,將滑動(dòng)變阻器觸頭迅速向左拉時(shí),電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)一下
?答案（1）見右圖

（2）AD

高考物理電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律知識(shí)點(diǎn)總結(jié)復(fù)習(xí)

一名優(yōu)秀的教師在每次教學(xué)前有自己的事先計(jì)劃，高中教師要準(zhǔn)備好教案，這是老師職責(zé)的一部分。教案可以讓學(xué)生更好的吸收課堂上所講的知識(shí)點(diǎn)，幫助授課經(jīng)驗(yàn)少的高中教師教學(xué)。高中教案的內(nèi)容具體要怎樣寫呢？為了讓您在使用時(shí)更加簡(jiǎn)單方便，下面是小編整理的“高考物理電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律知識(shí)點(diǎn)總結(jié)復(fù)習(xí)”，歡迎您參考，希望對(duì)您有所助益！

電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律

知識(shí)要點(diǎn)：
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象：
1、只要穿過閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，閉合回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果電路不閉合只會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
這種利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，是1831年法拉第發(fā)現(xiàn)的。
回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的條件是回路所圍面積中的磁通量變化，因此研究磁通量的變化是關(guān)鍵，由磁通量的廣義公式中（是B與S的夾角）看，磁通量的變化可由面積的變化引起；可由磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化引起；可由B與S的夾角的變化引起；也可由B、S、中的兩個(gè)量的變化，或三個(gè)量的同時(shí)變化引起。
下列各圖中，回路中的磁通量是怎么的變化，我們把回路中磁場(chǎng)方向定為磁通量方向（只是為了敘述方便），則各圖中磁通量在原方向是增強(qiáng)還是減弱。
（1）圖：由彈簧或?qū)Ь€組成回路，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，先把它撐開，而后放手，到恢復(fù)原狀的過程中。
（2）圖：裸銅線在裸金屬導(dǎo)軌上向右勻速運(yùn)動(dòng)過程中。
（3）圖：條形磁鐵插入線圈的過程中。
（4）圖：閉合線框遠(yuǎn)離與它在同一平面內(nèi)通電直導(dǎo)線的過程中。

（5）圖：同一平面內(nèi)的兩個(gè)金屬環(huán)A、B，B中通入電流，電流強(qiáng)度I在逐漸減小的過程中。
（6）圖：同一平面內(nèi)的A、B回路，在接通K的瞬時(shí)。
（7）圖：同一鐵芯上兩個(gè)線圈，在滑動(dòng)變阻器的滑鍵P向右滑動(dòng)過程中。
（8）圖：水平放置的條形磁鐵旁有一閉合的水平放置線框從上向下落的過程中。
2、閉合回路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流，這是初中學(xué)過的，其本質(zhì)也是閉合回路中磁通量發(fā)生變化。
3、產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流的條件：導(dǎo)體在磁場(chǎng)里做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；穿過線圈的磁量發(fā)生變化時(shí)，線圈里就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果導(dǎo)體是閉合電路的一部分，或者線圈是閉合的，就產(chǎn)生感應(yīng)電流。從本質(zhì)上講，上述兩種說法是一致的，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可歸結(jié)為：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。

二、楞次定律：
1、1834年德國物理學(xué)家楞次通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出：感應(yīng)電流的方向總是要使感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。
即磁通量變化感應(yīng)電流感應(yīng)電流磁場(chǎng)磁通量變化。
2、當(dāng)閉合電路中的磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流時(shí)，用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。
楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流為磁通量變化。
楞次定律是判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的定律，但它是通過感應(yīng)電流方向來表述的。按照這個(gè)定律，感應(yīng)電流只能采取這樣一個(gè)方向，在這個(gè)方向下的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)一定是阻礙引起這個(gè)感應(yīng)電流的那個(gè)變化的磁通量的變化。我們把“引起感應(yīng)電流的那個(gè)變化的磁通量”叫做“原磁道”。因此楞次定律可以簡(jiǎn)單表達(dá)為：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原磁通的變化。所謂阻礙原磁通的變化是指：當(dāng)原磁通增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（或磁通）與原磁通方向相反，阻礙它的增加；當(dāng)原磁通減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁通方向相同，阻礙它的減少。從這里可以看出，正確理解感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和原磁通的關(guān)系是理解楞次定律的關(guān)鍵。要注意理解“阻礙”和“變化”這四個(gè)字，不能把“阻礙”理解為“阻止”，原磁通如果增加，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)只能阻礙它的增加，而不能阻止它的增加，而原磁通還是要增加的。更不能感應(yīng)電流的“磁場(chǎng)”阻礙“原磁通”，尤其不能把阻礙理解為感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和原磁道方向相反。正確的理解應(yīng)該是：通過感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向和原磁通的方向的相同或相反，來達(dá)到“阻礙”原磁通的“變化”即減或增。楞次定律所反映提這樣一個(gè)物理過程：原磁通變化時(shí)（原變），產(chǎn)生感應(yīng)電流（I感），這是屬于電磁感應(yīng)的條件問題；感應(yīng)電流一經(jīng)產(chǎn)生就在其周圍空間激發(fā)磁場(chǎng)（感），這就是電流的磁效應(yīng)問題；而且I感的方向就決定了感的方向（用安培右手螺旋定則判定）；感阻礙原的變化——這正是楞次定律所解決的問題。這樣一個(gè)復(fù)雜的過程，可以用圖表理順如下：
楞次定律也可以理解為：感應(yīng)電流的效果總是要反抗（或阻礙）產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，即只要有某種可能的過程使磁通量的變化受到阻礙，閉合電路就會(huì)努力實(shí)現(xiàn)這種過程：
（1）阻礙原磁通的變化（原始表速）；
（2）阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可理解為“來拒去留”，具體表現(xiàn)為：若產(chǎn)生感應(yīng)電流的回路或其某些部分可以自由運(yùn)動(dòng)，則它會(huì)以它的運(yùn)動(dòng)來阻礙穿過路的磁通的變化；若引起原磁通變化為磁體與產(chǎn)生感應(yīng)電流的可動(dòng)回路發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而回路的面積又不可變，則回路得以它的運(yùn)動(dòng)來阻礙磁體與回路的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而回路將發(fā)生與磁體同方向的運(yùn)動(dòng)；
（3）使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)；
（4）阻礙原電流的變化（自感現(xiàn)象）。
利用上述規(guī)律分析問題可獨(dú)辟蹊徑，達(dá)到快速準(zhǔn)確的效果。如圖1所示，在O點(diǎn)懸掛一輕質(zhì)導(dǎo)線環(huán)，拿一條形磁鐵沿導(dǎo)線環(huán)的軸線方向突然向環(huán)內(nèi)插入，判斷在插入過程中導(dǎo)環(huán)如何運(yùn)動(dòng)。若按常規(guī)方法，應(yīng)先由楞次定律判斷出環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向，再由安培定則確定環(huán)形電流對(duì)應(yīng)的磁極，由磁極的相互作用確定導(dǎo)線環(huán)的運(yùn)動(dòng)方向。若直接從感應(yīng)電流的效果來分析：條形磁鐵向環(huán)內(nèi)插入過程中，環(huán)內(nèi)磁通量增加，環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的效果將阻礙磁通量的增加，由磁通量減小的方向運(yùn)動(dòng)。因此環(huán)將向右擺動(dòng)。顯然，用第二種方法判斷更簡(jiǎn)捷。
應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的具體步驟：
（1）查明原磁場(chǎng)的方向及磁通量的變化情況；
（2）根據(jù)楞次定律中的“阻礙”確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向；
（3）由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向用安培表判斷出感應(yīng)電流的方向。

3、當(dāng)閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則可判定感應(yīng)電流的方向。
運(yùn)動(dòng)切割產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例，所以判定電流方向的右手定則也是楞次定律的特例。用右手定則能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是不少情況下，不如用右手定則判定的方便簡(jiǎn)單。反過來，用楞次定律能判定的，并不是用右手定則都能判定出來。如圖2所示，閉合圖形導(dǎo)線中的磁場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，因?yàn)榭床坏角懈?，用右手定則就難以判定感應(yīng)電流的方向，而用楞次定律就很容易判定。
要注意左手定則與右手定則應(yīng)用的區(qū)別，兩個(gè)定則的應(yīng)用可簡(jiǎn)單總結(jié)為：“因電而動(dòng)”用右手，“因動(dòng)而電”用右手，因果關(guān)系不可混淆。

高考物理基礎(chǔ)知識(shí)歸納:電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用

一名優(yōu)秀的教師在教學(xué)方面無論做什么事都有計(jì)劃和準(zhǔn)備，作為高中教師就要在上課前做好適合自己的教案。教案可以讓學(xué)生能夠在教學(xué)期間跟著互動(dòng)起來，有效的提高課堂的教學(xué)效率。你知道如何去寫好一份優(yōu)秀的高中教案呢？下面是小編精心為您整理的“高考物理基礎(chǔ)知識(shí)歸納:電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用”，僅供您在工作和學(xué)習(xí)中參考。

第5課時(shí)電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用(二)

重點(diǎn)難點(diǎn)突破
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題
1.通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)問題聯(lián)系在一起，基本步驟是：
(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向.(2)求回路中的電流強(qiáng)度.(3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向).(4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解.
2.對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題，要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析，導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→通電導(dǎo)體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要抓住a＝0時(shí)，速度v達(dá)最大值的特點(diǎn).
二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題
導(dǎo)體切割磁感線或閉合回路中磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，機(jī)械能或其他形式的能量便轉(zhuǎn)化為電能，具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電阻的內(nèi)能，因此，電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化，用能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)研究電磁感應(yīng)問題常是導(dǎo)體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)(勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng))，對(duì)應(yīng)的受力特點(diǎn)是合外力為零，能量轉(zhuǎn)化過程常常是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，解決這類問題的基本步驟是：
1.用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定電動(dòng)勢(shì)的大小和方向.
2.畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率的表達(dá)式.
3.分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程.
三、電能求解的思路主要有三種
1.利用安培力的功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；
2.利用能量守恒求解：若只有電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，則機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能；
3.利用電路特征求解：根據(jù)電路結(jié)構(gòu)直接計(jì)算電路中所產(chǎn)生的電能.
四、線圈穿越磁場(chǎng)的四種基本形式
1.恒速度穿越；
2.恒力作用穿越；
3.無外力作用穿越；
4.特殊磁場(chǎng)穿越.
典例精析
1.恒速度穿越
【例1】如圖所示，在高度差為h的平行虛線區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).正方形線框abcd的質(zhì)量為m，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)(Lh)，電阻為R，線框平面與豎直平面平行，靜止于位置“Ⅰ”時(shí)，cd邊與磁場(chǎng)下邊緣有一段距離H.現(xiàn)用一豎直向上的恒力F提線框，線框由位置“Ⅰ”無初速度向上運(yùn)動(dòng)，穿過磁場(chǎng)區(qū)域最后到達(dá)位置“Ⅱ”(ab邊恰好出磁場(chǎng))，線框平面在運(yùn)動(dòng)中保持在豎直平面內(nèi)，且ab邊保持水平.當(dāng)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線框恰好開始勻速運(yùn)動(dòng).空氣阻力不計(jì)，g＝10m/s2.求：
(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前距磁場(chǎng)下邊界的距離H；
(2)線框由位置“Ⅰ”到位置“Ⅱ”的過程中，恒力F做的功為多少？線框產(chǎn)生的熱量為多少？
【解析】(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)速度為v1，有：
E＝BLv1，I＝ER，F(xiàn)安＝BIL
根據(jù)線框在磁場(chǎng)中的受力，有F＝mg＋F安
在恒力作用下，線框從位置“Ⅰ”由靜止開始向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng).有F－mg＝ma，且H＝
由以上各式解得H＝(F－mg)
(2)線框由位置“Ⅰ”到位置“Ⅱ”的過程中，恒力F做的功為WF＝F(H＋h＋L)
只有線框在穿越磁場(chǎng)的過程中才會(huì)產(chǎn)生熱量，因此從cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)到ab邊離開磁場(chǎng)的過程中有F(L＋h)＝mg(L＋h)＋Q，所以Q＝(F－mg)(L＋h)
【思維提升】此類問題F安為恒力，但外力F可能是變力.
2.恒力作用穿越
【例2】質(zhì)量為m邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈，線圈ab邊距離磁場(chǎng)邊界為s，線圈從靜止開始在水平恒力F的作用下，穿過如圖所示的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度為d(dL).若它與水平面間沒有摩擦力的作用，ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的速度與ab邊剛離開磁場(chǎng)時(shí)的速度相等.下列說法正確的是()
A.線圈進(jìn)入磁場(chǎng)和離開磁場(chǎng)的過程通過線圈的電荷量不相等
B.穿越磁場(chǎng)的過程中線圈的最小速度為
C.穿越磁場(chǎng)的過程中線圈的最大速度為
D.穿越磁場(chǎng)的過程中線圈消耗的電能為F(d＋L)
【解析】根據(jù)q＝，可知線圈進(jìn)入磁場(chǎng)和離開磁場(chǎng)的過程中通過線圈的電荷量相等.
線圈ab邊到達(dá)磁場(chǎng)邊界前做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度a＝Fm，達(dá)到磁場(chǎng)邊界時(shí)有v2＝2Fms，ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的速度與ab邊剛離開磁場(chǎng)時(shí)的速度相等，根據(jù)動(dòng)能定理，有Fd－W安＝0，得線圈進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)做功為W安＝Fd且可知線圈的速度是先增大后減小，當(dāng)線圈全部進(jìn)入磁場(chǎng)中后速度又增大.所以，當(dāng)線圈剛?cè)窟M(jìn)入磁場(chǎng)中時(shí)速度達(dá)到最小值，根據(jù)動(dòng)能定理有FL－W安＝
12mv2－12mv2x
解得vx＝
當(dāng)a＝0時(shí)，線圈速度最大，有F＝F安＝
即vm＝
由于ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的速度與ab邊剛離開磁場(chǎng)時(shí)的速度相等，那么線圈進(jìn)入磁場(chǎng)和離開磁場(chǎng)時(shí)安培力做功相等，即消耗的電能也相等，故穿越磁場(chǎng)的過程中線圈中消耗的電能為E電＝2W安＝2Fd.故正確選項(xiàng)為B、C.
【答案】BC
【思維提升】此類問題F為恒力，但F安可能是變力.
3.無外力作用穿越
【例3】如圖所示，在光滑水平面上有一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，分布在寬度為L(zhǎng)的區(qū)域內(nèi)，現(xiàn)有一邊長(zhǎng)為d(dL)的正方形閉合線框以垂直于磁場(chǎng)邊界的初速度v0滑過磁場(chǎng)，線框剛好穿過磁場(chǎng).則線框在滑進(jìn)磁場(chǎng)的過程中產(chǎn)生的熱量Q1與滑出磁場(chǎng)的過程中產(chǎn)生的熱量Q2之比為()
A.1∶1B.2∶1C.3∶1D.4∶1
【解析】設(shè)線框剛開始要離開磁場(chǎng)時(shí)的速度為v.
由于線圈滑進(jìn)磁場(chǎng)和滑出磁場(chǎng)的過程中安培力的沖量相等.故有mv－mv0＝0－mv
即v＝12v0
因?yàn)闊o外力作用，根據(jù)能量守恒，滑進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q1＝12mv20－12mv2＝38mv20
滑出磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q2＝12mv2＝18mv20
所以Q1∶Q2＝3∶1
【答案】C
【思維提升】此類問題僅是機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)化.
4.穿越特殊磁場(chǎng)區(qū)域
【例4】如圖所示，一個(gè)方向垂直紙面向外的磁場(chǎng)位于以x軸與一曲線為邊界的空間中，曲線方程y＝0.5sin5πx(單位：m)(0≤x≤0.2m).磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2T.有一正方形金屬線框abcd邊長(zhǎng)l＝0.6m，線框總電阻R＝0.1Ω，它的ab邊與y軸重合，在拉力F的作用下，線框以1.0m/s的速度水平向右勻速運(yùn)動(dòng).問：
(1)在線框拉過該磁場(chǎng)區(qū)域的過程中，拉力的最大瞬時(shí)功率是多少？
(2)線框拉過該磁場(chǎng)區(qū)域拉力做的功為多少？
【解析】(1)正方形金屬線框進(jìn)入和離開磁場(chǎng)時(shí)切割磁感線均產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)E與切割磁感線的有效長(zhǎng)度有關(guān)，即E＝BLv
正方形金屬線框通過該磁場(chǎng)區(qū)域切割磁感線的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝y(tǒng)＝0.5sin5πx
當(dāng)x＝0.1m時(shí)，
L＝Lm＝y(tǒng)＝0.5m
此時(shí)E＝Em＝BLmv＝0.1V
勻速切割時(shí)，拉力F的最大瞬時(shí)功率等于此時(shí)的電功率，即PF＝P電＝＝0.1W
(2)在t＝0.2s時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為
E有效＝＝0.052V
線框進(jìn)入到離開磁場(chǎng)的時(shí)間
Δt＝xv＝0.2s
線框勻速通過磁場(chǎng)時(shí)，拉力所做的功等于消耗的電能.
WF＝W電＝×2Δt＝2.0×10－2J
【思維提升】此類問題需先判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象.
5.電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題
【例5】相距為L(zhǎng)＝0.20m的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如圖1所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面.質(zhì)量均為m＝0.1kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，回路總電阻為R＝1.0Ω.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.50T，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.當(dāng)ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也同時(shí)從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng).測(cè)得拉力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖2所示.取g＝10m/s2，求：
(1)桿ab的加速度a和動(dòng)摩擦因數(shù)μ；
(2)桿cd從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)達(dá)到最大速度所需的時(shí)間t0；
(3)畫出桿cd在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的加速度隨時(shí)間變化的a-t圖象，要求標(biāo)明坐標(biāo)值(不要求寫出推導(dǎo)過程).

【解析】(1)經(jīng)時(shí)間t，桿ab的速率v＝at
此時(shí)，回路中的感應(yīng)電流為I＝＝
對(duì)桿ab由牛頓第二定律得
F－BIL－μmg＝ma
由以上各式整理得
F＝ma＋μmg＋B2L2Rat
在圖線上取兩點(diǎn)：t1＝0，F(xiàn)1＝1.5N
t2＝30s，F(xiàn)2＝4.5N
代入上式解得a＝10m/s2，μ＝0.5
(2)cd桿受力情況如圖，當(dāng)cd桿所受重力與滑動(dòng)摩擦力相等時(shí)，速度最大，則
mg＝μFN
又FN＝F安
F安＝BIL
I＝＝
v＝at
聯(lián)立解得t0＝＝0.1×10×1.00.5×0.52×0.22×10s＝20s
(3)如圖所示.

【思維提升】力學(xué)中的整體法與隔離法在電磁感應(yīng)中仍經(jīng)常用到，此題關(guān)鍵是對(duì)兩根導(dǎo)體棒的受力分析，結(jié)合牛頓定律得出F與t的關(guān)系，再進(jìn)行求解.
【拓展1】如圖所示，傾角θ＝30°、寬為L(zhǎng)＝1m的足夠長(zhǎng)的U形光滑金屬框固定在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T、范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面斜向上.現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的牽引力F，牽引一根質(zhì)量m＝0.2kg，電阻R＝1Ω的金屬棒ab，由靜止開始沿導(dǎo)軌向上移動(dòng)(金屬棒ab始終與導(dǎo)軌接觸良好且垂直，不計(jì)導(dǎo)軌電阻及一切摩擦).問：
(1)若牽引力是恒力，大小為9N，則金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度v1多大？
(2)若牽引力的功率恒定，大小為72W，則金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度v2多大？
(3)若金屬棒受到向上的拉力在斜面導(dǎo)軌上達(dá)到某一速度時(shí)，突然撤去拉力，從撤去拉力到棒的速度為零時(shí)止，通過金屬棒的電荷量為0.48C，金屬棒發(fā)熱量為1.12J，則撤力時(shí)棒的速度v3多大？
【解析】(1)當(dāng)金屬棒達(dá)到穩(wěn)定速度v1時(shí)，由受力分析及力的平衡條件有F＝mgsinθ＋
代入數(shù)據(jù)解得v1＝8m/s
(2)當(dāng)金屬棒達(dá)到穩(wěn)定速度v2時(shí)，由受力分析及力的平衡條件有＝mgsinθ＋
代入數(shù)據(jù)解得v2＝8m/s
(3)設(shè)金屬棒在撤去外力后還能沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的最大距離為s，所需時(shí)間為Δt，則這一段時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E－＝，平均感應(yīng)電流I－＝E－R＝，則通過金屬棒的電荷量q＝I－Δt＝BLsR，則s＝qRBL＝0.48m，由能量守恒定律有12mv23＝mgssinθ＋Q
代入數(shù)據(jù)解得v3＝4m/s
易錯(cuò)門診
【例6】如圖所示，豎直平面內(nèi)有足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌，軌距為0.2m，金屬導(dǎo)體ab可在導(dǎo)軌上無摩擦地上下滑動(dòng)，ab的電阻為0.4Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌ab的質(zhì)量為0.2g，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T，且磁場(chǎng)區(qū)域足夠大，當(dāng)ab導(dǎo)體自由下落0.4s時(shí)，突然接通電鍵S，試說出S接通后，ab導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況.(g取10m/s2)
【錯(cuò)解】S閉合后，ab受到豎直向下的重力和豎直向上的安培力作用.合力豎直向下，ab仍處于豎直向下的加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài).隨著向下速度的增大，安培力增大，ab受豎直向下的合力減小，直至減為0時(shí)，ab處于勻速豎直下落狀態(tài).
【錯(cuò)因】上述的解法是受平常做題時(shí)總有安培力小于重力的影響，沒有對(duì)初速度和加速度之間的關(guān)系作認(rèn)真地分析.不善于采用定量計(jì)算的方法分析問題.
【正解】閉合S之前導(dǎo)體自由下落的末速度為v0＝gt＝4m/s.S閉合瞬間，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流.ab立即受到一個(gè)豎直向上的安培力.
F安＝BILab＝＝0.016N＞mg＝0.002N
此刻導(dǎo)體棒所受到合力的方向豎直向上，與初速度方向相反，加速度的表達(dá)式為
a＝＝－g
所以，ab做豎直向下的加速度逐漸減小的變減速運(yùn)動(dòng).當(dāng)速度減小至F安＝mg時(shí)，ab做豎直向下的勻速運(yùn)動(dòng).
【思維提升】必須對(duì)棒ab進(jìn)行受力分析，判斷接通時(shí)F安與mg的大小關(guān)系，而不能憑經(jīng)驗(yàn)下結(jié)論.

高考物理基礎(chǔ)知識(shí)歸納:法拉第電磁感應(yīng)定律

第2課時(shí)法拉第電磁感應(yīng)定律

基礎(chǔ)知識(shí)歸納
1.法拉第電磁感應(yīng)定律
(1)內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比.
(2)表達(dá)式：E＝NΔΦ/Δt.
2.對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解
(1)E＝NΔΦ/Δt中，N為線圈匝數(shù)，本式是確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的普遍規(guī)律，回路可以不閉合.
(2)E＝NΔΦ/Δt中，ΔΦ總是取絕對(duì)值，E的大小是由線圈匝數(shù)及磁通量的變化率決定的，與Φ或ΔΦ的大小無必然聯(lián)系.
(3)E＝NΔΦ/Δt一般用以求Δt時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值，依I＝E/R及q＝IΔt可進(jìn)一步求平均電流及Δt時(shí)間內(nèi)通過回路某橫截面積的電荷量，但一般不能依平均電流計(jì)算電路中電流所做的功以及電路中產(chǎn)生的電熱.
(4)ΔΦ/Δt的常見幾種計(jì)算式：ΔΦ/Δt＝BΔS/Δt＝SΔB/Δt.
3.導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
(1)E＝BLv
(2)E＝BLvsinθ
4.對(duì)E＝BLv的理解
(1)上式只適用于導(dǎo)體各點(diǎn)以相同速度在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中切割磁感線的情況，且L、v與B兩兩垂直.
(2)當(dāng)L垂直B、L垂直v，而v與B成θ角時(shí)，導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E＝BLvsinθ.
(3)若導(dǎo)線是曲折的，或L與v不垂直時(shí)，則L應(yīng)為導(dǎo)線的有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)線兩端點(diǎn)v、B所決定平面的垂線上的投影長(zhǎng)度，如右圖所示，三種情況下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相同.
(4)公式E＝BLv中，若v為一段時(shí)間內(nèi)的平均速度，則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若v為某時(shí)刻的切割速度，則E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
(5)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)，繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，E＝BLv平＝12BL2ω.
重點(diǎn)難點(diǎn)突破
一、兩種求電動(dòng)勢(shì)的方法E＝NΔΦ/Δt和E＝BLvsinθ有什么不同
1.研究對(duì)象不同：前者是一個(gè)回路(不一定閉合)，后者是一段直導(dǎo)線(或能等效為直導(dǎo)線).
2.適用范圍不同：E＝NΔΦ/Δt具有普遍性，BLvsinθ只適用于導(dǎo)體切割磁感線的情況.前者計(jì)算的是在Δt時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)，只有當(dāng)Δt→0或磁通量的變化率是恒定不變時(shí)，它算出的才是瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)；E＝Blvsinθ中的v若為瞬時(shí)速度，則算出的就是瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)，若v為平均速度，算出的就是平均電動(dòng)勢(shì).
二、什么是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)
1.由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)體相當(dāng)于電源；由于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)時(shí)，磁場(chǎng)穿過的線圈部分相當(dāng)于電源.
2.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)具有相對(duì)性
動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的劃分，在某些情況下只有相對(duì)意義.將條形磁鐵插入線圈中，如果在相對(duì)于磁鐵靜止的參考系內(nèi)觀察，磁鐵不動(dòng)，空間各點(diǎn)的磁場(chǎng)也沒有發(fā)生變化，而線圈在運(yùn)動(dòng)，線圈中的電動(dòng)勢(shì)是動(dòng)生的；但是，如果在相對(duì)于線圈靜止的參考系內(nèi)觀察，則看到磁鐵在運(yùn)動(dòng)，引起空間磁場(chǎng)發(fā)生變化，因而，線圈中的電動(dòng)勢(shì)又是感生的.在這種情況下，究竟把電動(dòng)勢(shì)看做是動(dòng)生的還是感生的，決定于觀察者所在的參考系.然而，并不是在任何情況下都能通過轉(zhuǎn)換參考系把一種電動(dòng)勢(shì)歸結(jié)為另一種電動(dòng)勢(shì).不管是對(duì)哪一種電動(dòng)勢(shì)，法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律都成立.
三、怎樣求解導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線的電動(dòng)勢(shì)
方法一：利用公式E＝NΔΦ/Δt
設(shè)導(dǎo)體棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω，則在t時(shí)間內(nèi)，其掃過一扇形面積S＝12ωtL2
則由公式得E＝=BωL2
方法二：利用公式E＝BLv
上圖中O點(diǎn)速度v0＝0，A點(diǎn)速度vA＝ωL
則由公式E＝BLv，其中v取平均速度，得
E＝BL12ωL＝12BωL2
典例精析
1.感生電動(dòng)勢(shì)的求解
【例1】如圖甲所示，在周期性變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)有一垂直于磁場(chǎng)、半徑為r＝1m、電阻為R＝3.14Ω的金屬單匝圓型線圈，若規(guī)定逆時(shí)針方向的電流為正方向，B垂直于紙面向里為正，當(dāng)磁場(chǎng)按圖乙所示的規(guī)律變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流圖象正確的是()

【解析】首先由楞次定律判斷感應(yīng)電流方向，在0～1s內(nèi)，磁通量正向增大，感應(yīng)磁場(chǎng)垂直紙面向外，電流為逆時(shí)針，為正向電流，又由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝nS得E＝2πr2，I＝ER得I＝2A，在1s～3s內(nèi)，磁場(chǎng)正向減小，感應(yīng)電流為負(fù)，故答案選B.
【答案】B
【思維提升】線圈面積不變時(shí)，磁場(chǎng)均勻變化會(huì)產(chǎn)生一恒定電流，還應(yīng)注意電流方向隨時(shí)間變化.
【拓展1】?jī)蓚€(gè)用相同材料制成的粗細(xì)相同的圓環(huán)如圖所示連接，其半徑之比rA∶rB＝2∶1.先單獨(dú)將A環(huán)置于均勻變化的磁場(chǎng)中，測(cè)得P、Q兩點(diǎn)間電壓為U1，再單獨(dú)將B環(huán)置于同一均勻變化的磁場(chǎng)中，測(cè)得P、Q兩點(diǎn)間的電壓為U2，則U1∶U2＝2∶1(連接處電阻不計(jì)).
【解析】當(dāng)單獨(dú)將A環(huán)置于磁場(chǎng)中時(shí)，A環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝SA，U1＝ERA＋RBRB＝πr2ARBRA＋RB
RB∶RA＝rB∶rA＝1∶2
當(dāng)單獨(dú)讓B環(huán)置于磁場(chǎng)中時(shí)，B環(huán)相當(dāng)于電源，此時(shí)P、Q兩點(diǎn)間的電壓為A環(huán)電阻上的分電壓，有
U2＝πr
故
2.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的求解
【例2】如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌，相距L＝0.50m，左端接一電阻R＝0.20Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.40T，方向垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌上，并能無摩擦地沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì)，當(dāng)ab以v＝4.0m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí)，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
(1)ab棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，并指出a、b哪端電勢(shì)高；
(2)回路中感應(yīng)電流的大??；
(3)維持ab棒做勻速運(yùn)動(dòng)的水平外力F的大小.
【解析】(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，ab棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BLv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V
根據(jù)右手定則可判定感應(yīng)電流的方向?yàn)橛蒪→a，所以a端電勢(shì)高.
(2)感應(yīng)電流大小為I＝ER＝0.800.20A＝4.0A
(3)由于ab棒受安培力，故外力
F＝ILB＝4.0×0.50×0.40N＝0.80N
故外力的大小為0.80N
【思維提升】把產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)部分當(dāng)做電源，電源正極就是電勢(shì)較高的點(diǎn).ab棒受力平衡是因?yàn)橥饬εc安培力等大反向，可用二力平衡求出外力.
【拓展2】若將例2中右圖改為如圖所示，其他條件不變，試探究分析：
(1)ab棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小；
(2)回路中感應(yīng)電流的大??；
(3)維持ab棒做勻速運(yùn)動(dòng)的外力F的大小和方向.比較一下，兩種情況相同嗎？
【解析】(1)能夠引起感應(yīng)電流的電動(dòng)勢(shì)是ab間產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，有效切割長(zhǎng)度不是L，而是＝2L
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得
E＝2BLv＝2×0.40×0.50×4.0V＝1.6V
(2)感應(yīng)電流大小I＝ER＝0.160.20A＝8.0A
(3)外力F＝I2LB＝3.2N，外力F的方向與v相同.通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，兩種情況下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均增加了1倍，外力F增加到4倍，外力方向也發(fā)生了改變.

3.平均電動(dòng)勢(shì)、瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)及電動(dòng)勢(shì)有效值
【例3】如圖所示，邊長(zhǎng)為a，總電阻為R的閉合正方形單匝線框，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線與線框平面垂直.當(dāng)線框由圖示位置以ω的角速度轉(zhuǎn)過180°角的過程中，
(1)磁通量變化量為多大？
(2)線框中的平均電動(dòng)勢(shì)多大？平均電流多大？
(3)流過線框?qū)Ь€橫截面的電荷量是多少？
(4)線框中產(chǎn)生多少熱量？
【解析】(1)ΔΦ＝BS－(－BS)＝2Ba2
(2)E－＝＝
I－＝E－R＝
(3)q＝I－Δt＝＝
(4)Q＝Δt，注意，此時(shí)E必須用有效值，故
Q＝()2Δt/R＝＝
【思維提升】流過橫截面的電荷量可以用平均電流求解，但線框發(fā)熱量不能用平均電流，而要用有效值求解.
【拓展3】如圖所示，邊長(zhǎng)為a的正方形閉合線框ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞AB邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，初始時(shí)刻線框所在平面與磁感線垂直，經(jīng)過t時(shí)間后轉(zhuǎn)過120°角，求：
(1)線框內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在t時(shí)間內(nèi)的平均值；
(2)轉(zhuǎn)過120°角時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值.
【解析】(1)因?yàn)棣?＝Ba2，Φ2＝－12Ba2
所以ΔΦ＝32Ba2
則E－＝＝
(2)線框轉(zhuǎn)過120°這一時(shí)刻，CD邊的線速度v＝，速度方向與磁場(chǎng)方向的夾角θ＝60°，所以E瞬＝BLvsinθ＝
易錯(cuò)門診
4.電磁感應(yīng)中電勢(shì)高低的判斷
【例4】如圖所示，圓形線圈中串聯(lián)了一個(gè)平行板電容器，線圈內(nèi)有磁場(chǎng)，磁通量Φ隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化.以垂直紙面向里的磁場(chǎng)為正，從t＝0時(shí)刻開始，在平行板電容器中點(diǎn)釋放一個(gè)電子，若電子在運(yùn)動(dòng)中不會(huì)碰到板，關(guān)于電子在一個(gè)周期內(nèi)的加速度的判斷正確的是()
A.第二個(gè)T/4內(nèi)，加速度方向向上，大小越來越小
B.第二個(gè)T/4內(nèi)，加速度方向向上，大小越來越大
C.第三個(gè)T/4內(nèi)，加速度方向向下，大小越來越大
D.第三個(gè)T/4內(nèi)，加速度方向向下，大小越來越小
【錯(cuò)解】第二個(gè)T/4內(nèi)，磁通量正向減小，感應(yīng)磁場(chǎng)與原方向相同，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為順時(shí)針，故上板電勢(shì)高，帶正電，電子加速度向上，磁通量減小，電子加速度越來越小，A對(duì)，第三個(gè)T/4內(nèi)，磁通量垂直向外增大，電動(dòng)勢(shì)也為順時(shí)針，加速度仍然向上，故C、D均錯(cuò)，B對(duì).
【錯(cuò)因】把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分回路當(dāng)成外電路處理.
【正解】第二個(gè)1/4周期內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度向里減小(磁通量減小)，若有感應(yīng)電流，其磁場(chǎng)方向應(yīng)向里，感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，則電容器下極板帶正電，電子的加速度方向向下，由于B的變化越來越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越來越大，板間的電場(chǎng)強(qiáng)度越來越大，電子的加速度也越來越大，故A、B均錯(cuò).第三個(gè)1/4周期內(nèi)，磁通量向外增加，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)仍向里，電子的加速度方向向下，由于Φ變化越來越慢，則電動(dòng)勢(shì)越來越小，加速度也越來越小，故C錯(cuò)，D對(duì).
【答案】D
【思維提升】判斷電磁感應(yīng)中電勢(shì)高低時(shí)，需把產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)部分當(dāng)做一個(gè)電源，電路當(dāng)做電源內(nèi)部電路處理.