第1節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象感應(yīng)電流方向

第1節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象感應(yīng)電流的方向1．概念：穿過某一面積的

．2．磁通量的計算(1)公式：Φ＝

.(2)適用條件：①

磁場；②S是垂直磁場并在磁場中的

面積．(3)單位：韋伯(Wb)，1Wb＝1

.磁感線條數(shù)BS勻強有效T·m2一、磁通量1．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件穿過閉合電路的

發(fā)生變化．2．磁通量發(fā)生變化的常見情況(1)閉合電路的部分導(dǎo)體做

運動，即線圈面積S發(fā)生變化導(dǎo)致Φ變化．(2)線圈在磁場中

導(dǎo)致Φ變化．(3)

變化(隨時間、位置變化)導(dǎo)致Φ變化．如磁體對線圈發(fā)生相對運動．磁通量切割磁感線轉(zhuǎn)動磁感應(yīng)強度二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象3．產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件(1)無論電路是否閉合，只要穿過電路平面的

發(fā)生變化，電路中就有

，產(chǎn)生

的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源．(2)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)就是產(chǎn)生

．如果電路閉合，就有感應(yīng)電流．如果電路不閉合，就只有感應(yīng)電動勢而無感應(yīng)電流．磁通量感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢1．右手定則伸開右手，讓大拇指跟其余四指

，并且都跟手掌在同一

，讓磁感線垂直穿過掌心，大拇指指向

方向，其余四指所指的方向，就是

的方向．2．楞次定律(1)內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場總是要

引起

的磁通量的

．垂直平面內(nèi)導(dǎo)體的運動感應(yīng)電流阻礙感應(yīng)電流變化三、感應(yīng)電流方向的判定(2)應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的一般步驟：①確定研究對象，即明確要判斷的是哪個閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流．②確定研究對象所處的磁場的方向及其分布情況．③確定穿過閉合電路的磁通量的變化情況．④根據(jù)楞次定律，判斷閉合電路中感應(yīng)電流的磁場方向．⑤根據(jù)安培定則(即右手螺旋定則)判斷感應(yīng)電流的方向．例1如圖所示，環(huán)形金屬軟彈簧套在條形磁鐵的中心位置．若將彈簧沿半徑向外拉，使其面積增大，則穿過彈簧所包圍面積的磁通量將()A．增大B．減小C．不變D．無法確定如何變化【思路點撥】熟悉條形磁鐵的磁感線分布及理解磁通量與磁感線穿過線框平面的方向有正負之分是解題的關(guān)鍵．題型一：磁通量的變化及計算【解析】穿過彈簧所圍面積的磁通量應(yīng)為合磁通量，磁鐵內(nèi)部由S極指向N極的磁通量不變，而其外部由N極指向S極的磁通量隨面積的增大而增大，故合磁通量減小，選B.【答案】B【方法與知識感悟】1.對磁通量的理解(1)Φ＝B·S的含義：Φ＝BS只適用于磁感應(yīng)強度B與面積S垂直的情況．當(dāng)B與S平面間的夾角為θ時，則有Φ＝BSsinθ.可理解為Φ＝B(Ssinθ)，即Φ等于B與S在垂直于B方向上投影面積的乘積．也可理解為Φ＝(Bsinθ)S，即Φ等于B在垂直于S方向上的分量與S的乘積．如圖(1)所示．

(2)面積S的含義：S不一定是某個線圈的真正面積，而是線圈在磁場范圍內(nèi)的面積．如圖(2)所示，S應(yīng)為線圈面積的一半．(3)多匝線圈的磁通量：多匝線圈內(nèi)磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān)，因為不論線圈匝數(shù)多少，穿過線圈的磁感線條數(shù)相同，而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大?。?4)合磁通量求法：若某個平面內(nèi)有不同方向和強弱的磁場共同存在，當(dāng)計算穿過這個面的磁通量時，先規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負，平面內(nèi)各個方向的磁通量的代數(shù)和等于這個平面內(nèi)的合磁通量．2．磁通量的變化磁通量可以用穿過某一面積的磁感線條數(shù)來形象地定性描述，也可以用公式Φ＝BSsinθ(θ為B與S面的夾角)進行定量的計算．在分析磁通量是否發(fā)生變化時，兩種描述是統(tǒng)一的，不能有矛盾的結(jié)果出現(xiàn)．例如：(1)線圈的面積發(fā)生變化時磁通量是不一定發(fā)生變化的，如圖，當(dāng)線圈面積由S1變?yōu)镾2時，磁通量并沒有變化．(2)當(dāng)磁場范圍一定時，線圈面積發(fā)生變化，磁通量也可能不變，如圖所示，在空間有磁感線穿過線圈S，S外沒有磁場，如增大S，則Φ不變．3．磁通量改變的方式：(1)線圈跟磁體之間發(fā)生相對運動，這種改變方式是S不變而相當(dāng)于B發(fā)生變化；(2)線圈不動，線圈所圍面積也不變，但穿過線圈面積的磁感應(yīng)強度是時間的函數(shù)；(3)線圈所圍面積發(fā)生變化，線圈中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動，其實質(zhì)也是B不變而S增大或減??；(4)線圈所圍面積不變，磁感應(yīng)強度也不變，但二者之間的夾角發(fā)生變化，如勻強磁場中轉(zhuǎn)動的矩形線圈就是典型例子．例2如圖所示，在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細桿懸掛在O點，并可繞O點擺動．金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止釋放，在擺動到左側(cè)最高點的過程中，細桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面．則線框中感應(yīng)電流的方向是()題型二：感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件及方向判定A．a(chǎn)→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d【思路點撥】由原磁場的方向與磁通量的增減判斷感應(yīng)電流的磁場方向，根據(jù)右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向．【解析】本題考查楞次定律，解題時應(yīng)分清磁場方向及磁通量的變化情況，還應(yīng)明確線圈的放置方法，考查學(xué)生的理解能力和推理能力．由楞次定律可知，在線圈從右側(cè)擺動到O點正下方的過程中，向上的磁通量在減小，故感應(yīng)電流的方向沿a→d→c→b→a，線框從O點正下方向左側(cè)擺動的過程向上的磁通量增大，電流方向沿a→d→c→b→a，故選B.【答案】B【方法與知識感悟】右手定則適用于部分導(dǎo)體切割磁感線運動時感應(yīng)電流的方向判定，而楞次定律適用于一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是判斷感應(yīng)電流方向的基本方法．例3如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌m、n水平放置，兩根導(dǎo)體棒p、q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路．當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時()A．p、q將互相靠攏B．p、q將互相遠離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于g【思路點撥】(1)根據(jù)楞次定律判斷出感應(yīng)電流的方向→運用左手定則判斷出受力方向．(2)根據(jù)楞次定律的阻礙效果得出結(jié)論．題型三：楞次定律的拓展應(yīng)用【解析】方法一：假設(shè)磁鐵的下端為N極，根據(jù)楞次定律先判斷出p、q中的感應(yīng)電流方向，再根據(jù)左手定則可判斷p、q所受的安培力方向，安培力使p、q相互靠攏．由于回路所受的安培力的合力向下，根據(jù)牛頓第三定律，磁鐵將受到向上的反作用力，從而加速度小于g.若磁鐵的下端為S極，根據(jù)類似的分析可以得出相同的結(jié)果，所以A、D選項正確．方法二：根據(jù)楞次定律的另一表述——感應(yīng)電流的效果總是要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，本題中的“原因”是回路中的磁通量增加，歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以p、q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g.【答案】AD【方法與知識感悟】1.楞次定律中“阻礙”的含義2．楞次定律的推廣對楞次定律中“阻礙”含義的推廣：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”．3．相互聯(lián)系(1)應(yīng)用楞次定律，必然要用到安培定則；(2)感應(yīng)電流受到的安培力，有時可以先用右手定則確定電流方向，再用左手定則確定安培力的方向，有時可以直接應(yīng)用楞次定律的推論確定．例4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，當(dāng)PQ在外力作用下運動時，MN在磁場力的作用下向右運動，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【思路點撥】解題的關(guān)鍵是弄清MN運動的原因：PQ運動→L2中產(chǎn)生電流→L1中產(chǎn)生電流→MN受安培力作用．題型四：楞次定律、右手定則、左手定則、安培定則的綜合應(yīng)用【答案】BC【方法與知識感悟】安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的比較及應(yīng)用1．規(guī)律比較基本現(xiàn)象應(yīng)用的定則或定律運動電荷、電流產(chǎn)生磁場安培定則磁場對運動電荷、電流有作用力左手定則電磁感應(yīng)部分導(dǎo)體做切割磁感線運動右手定則閉合回路磁通量變化楞次定律2.應(yīng)用區(qū)別關(guān)鍵是抓住因果關(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)→左手定則．1．如圖a所示，m、n為兩個相同的圓環(huán)形線圈，共軸并靠近放置，m線圈中通有如圖b所示的交變電流i，箭頭方向表示電流的正方向，則()DA．t1時刻兩線圈間作用力最大B．t2時刻兩線圈間吸引力最大C．在t1到t2時間內(nèi)，m、n兩線圈相互排斥D．在t2到t3時間內(nèi)，m、n兩線圈相互排斥2．(2011上海)如圖，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(dāng)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()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)B【解析】本題考查楞次定律．由題意知：圓環(huán)a、b電流方向相同，在安培力作用下體現(xiàn)出相互吸引的效果，且根據(jù)“增反減同”原則，a環(huán)在減速旋轉(zhuǎn)．3．如圖所示，在勻強磁場中，MN、PQ是兩根平行的金屬導(dǎo)軌，而ab、cd為串有電壓表和電流表的兩根金屬棒，它們同時以相同的速度向右運動時，下列說法中正確的是()A．電壓表有讀數(shù)，電流表有讀數(shù)B．電壓表無讀數(shù)，電流表有讀數(shù)C．兩個表均無讀數(shù)D．電壓表有讀數(shù)，電流表無讀數(shù)C*1.關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，以下說法中錯誤的是()A．閉合電路在磁場中運動，閉合電路中就一定會有感應(yīng)電流B．閉合電路在磁場中做切割磁感線運動，閉合電路中一定會有感應(yīng)電流C．穿過閉合電路的磁通量為零的瞬間，閉合電路中一定不會產(chǎn)生感應(yīng)電流D．無論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁感線條數(shù)發(fā)生了變化，閉合電路中一定會有感應(yīng)電流ABC【鞏固基礎(chǔ)】【解析】電路中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流從下列兩個方面來分析：①回路是否閉合，②閉合回路中的磁通量是否發(fā)生變化．C

4．如圖所示，閉合的矩形金屬框abcd的平面與勻強磁場垂直，現(xiàn)金屬框固定不動而磁場運動，發(fā)現(xiàn)ab邊所受安培力的方向為豎直向上，則此時磁場的運動可能是()A．水平向右平動B．水平向左平動C．豎直向上平動D．豎直向下平動A【解析】本題考查楞次定律、安培定則、法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用．a(chǎn)b受到的力向上，由安培定則可知，ab上電流的方向由b→a，由楞次定律可得，線框內(nèi)的磁通量在增加，磁場向右運動，A項正確，B項錯誤；當(dāng)磁場上下運動時，線框內(nèi)的磁通量不變化，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，C、D項錯誤．【提升能力】3．如圖所示，光滑無電阻的金屬框架MON豎直放置，水平方向的勻強磁場垂直MON平面．質(zhì)量為m的金屬棒ab從∠abO＝60°的位置由靜止釋放．兩端沿框架在重力作用下滑動，在棒由圖示的位置滑動到處于水平位置的過程中，ab中感應(yīng)電流的方向是()A．始終是a→bB．始終是b→aC．先是a→b，后是b→aD．先是b→a，后是a→bD【解析】棒滑動過程中，所圍面積先增大后減小(當(dāng)ab與OM夾角45°時，面積最大)，穿過回路的磁通量先增大后減小，依楞次定律，D對．*5.如圖所示，在勻強磁場中，放著一個平行導(dǎo)軌，與大線圈D相連接，要使放在D中的A線圈(A、D兩線圈共面)各處受到沿半徑指向圓心的力，金屬棒MN的運動情況可能是()A．加速向右B．加速向左C．減速向右D．減速向左AB【解析】A線圈有縮小面積的趨勢，一定是D中電流增大，MN一定是加速運動，A、B均對．6．如圖所示，兩個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Sa<Sb，則穿過兩圓環(huán)的磁通量大小關(guān)系為()A．Φa＝ΦbB．Φa>ΦbC．Φa<ΦbD．無法確定B7．如圖所示，通電螺絲管置于閉合金屬環(huán)a的軸線上，當(dāng)螺線管中電流I減少時()A．環(huán)有縮小的趨勢以阻礙原磁通量的減小B．環(huán)有擴大的趨勢以阻礙原磁通量的減小C．環(huán)有縮小的趨勢以阻礙原磁通量的增大D．環(huán)有擴大的趨勢以阻礙原磁通量的增大A8．如圖甲所示，長直導(dǎo)線與閉合金屬線框位于同一平面內(nèi)，長直導(dǎo)線中的電流i隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示．在0～T/2時間內(nèi)，直導(dǎo)線中電流向上，則在T/2～T時間內(nèi)，線框中感應(yīng)電流的方向與所受安培力情況是()A．感應(yīng)電流方向為順時針，線框受安培力的合力方向向左B．感應(yīng)電流方向為逆時針，線框受安培力的合力方向向右CC．感應(yīng)電流方向為順時針，線框受安培力的合力方向向右D．感應(yīng)電流方向為逆時針，線框受安培力的合力方向向左【解析】在T/2～T時間內(nèi)，直導(dǎo)線中電流方向向下且逐漸增大，該電流所產(chǎn)生的磁場通過線框的方向是穿出紙面向外且磁通量增加，由楞次定律判斷可得，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為順時針．又根據(jù)兩直導(dǎo)線電流相互作用時，同向相吸，異向相斥的規(guī)律可判斷，線框所受的合力方向向右．*9．某輸電線路橫穿公路時，要在地下埋線通過，為了保護線路不至于被壓壞，預(yù)先鋪設(shè)結(jié)實的過路鋼管，再讓輸電線從鋼管中穿過，電線穿管的方案有兩種，如圖所示，甲方案是鋪設(shè)兩根鋼管，兩條輸電線分別從兩根鋼管中穿過，乙方案是只鋪設(shè)一根鋼管，兩條輸電線都從這一根鋼管中穿過，如果輸電導(dǎo)線輸送的電流很強大，那么，以下說法正確的是()A．無論輸送的電流是恒定電流還是交變電流，甲乙兩方案都是可行的B．若輸送的電流是恒定電流，甲乙兩方案都是可行的BCC．若輸送的電流是交變電流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的D．若輸送的電流是交變電流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的【解析】輸電線周圍存在磁場，交變電流產(chǎn)生變化的磁場，可在金屬管中產(chǎn)生渦流，當(dāng)輸電線上電流很大時，強大的渦流造成電能很大的損失．所以甲方案是不可行的．在乙方案中，兩條導(dǎo)線中的電流方向相反，產(chǎn)生的磁場互相抵消，