电磁感应现象及应用\n一、感应电流方向的探究1.实验探究将螺线管用导线与电流表连接组成闭合电路,分别将N极、S极插入、抽出线圈,并换用不同绕向的线圈.如图所示.\n2.实验分析向下向下向上向上增加减少增加减少\n电流表指针偏转方向右偏.左偏.左偏.右偏.感应电流在线圈中的方向b→a.a→b.a→b.b→a.感应电流的磁场方向向上.向下.向下.向上.产生感应电流的磁场与感应电流的磁场方向关系相反.相同.相反.相同.c→d左偏右偏右偏左偏d→cd→cc→d向上向下向下向上相反相同相反相同\n3.实验结论感应电流的方向与螺线管线圈的绕向;当线圈内磁通量增加时,感应电流磁场方向与原磁场方向;当线圈内磁通量减少时,感应电流磁场方向与原磁场方向.二、感应电流的方向1.楞次定律(1)内容:感应电流的磁场总要引起感应电流的的变化.(2)“阻碍”的体现①当引起感应电流的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向.②当引起感应电流的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向.(3)适用情形:任何闭合电路中磁通量变化引起的电磁感应现象.有关相反相同阻碍磁通量相反相同\n2.右手定则(1)内容:伸开右手,让拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直从进入,拇指指向的方向,其余四指所指的方向就是的方向.(2)适用情形:闭合电路的磁通量变化是由导体做磁感线运动引起的.手心导体运动感应电流切割\n要点一探究感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向的关系【问题导引】答案:可先按教材图1-3-1连接电路,让电流从电流表“+”接线柱流入,记录电流表指针偏转方向,再让电流从“-”接线柱流入,记录电流表指针的偏转方向,一般情况下从“+”接线柱流入,指针向右偏,反之指针向左偏,然后在实验与探究中就可根据该电流表的指针偏转方向判断感应电流的方向.1.在教材P8实验与探究中如何确定感应电流的方向?\n2.教材P8实验与探究中采用控制变量法进行实验,教材表1-3-2中每一种磁铁的运动情况对应两组图,它们有什么区别?答案:磁铁的运动分为四种情况,每种运动对应的两个图的区别是线圈的绕向不同,我们需要对比在不同绕向情况下产生的感应电流的方向和感应电流的磁场方向,找出规律.\n【要点透析】1.感应电流方向的确定在实验与探究中先将电流表通入电流,找出电流表指针偏转方向与电流方向的关系,然后用该电流表去观察感应电流的方向.2.感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向间的关系在实验与探究的四种情况中会发现磁铁插入时两者方向相反,拔出时两者方向相同;从引起感应电流磁场的磁通量变化情况分析,发现无论哪种情况,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.\n【典例1】在“研究电磁感应现象”的实验中,首先按图(甲)接线,以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系;当闭合开关S时,观察到电流表指针向右偏,不通电时电流表指针停在正中央.然后按图(乙)所示将电流表与线圈B连成一个闭合回路,将线圈A、电池、滑动变阻器和开关S′串联成另一个闭合电路.根据电磁感应规律,填写实验现象(选填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”).(1)S′闭合后,将线圈A插入线圈B的过程中,电流表的指针;(2)线圈A放在线圈B中不动时,指针;(3)线圈A放在线圈B中不动,将滑动变阻器的滑片P向左滑动时,电流表指针;(4)线圈A放在线圈B中不动,突然断开S′,电流表指针.\n\n〚思路探究〛(1)怎样确定A线圈中磁场的方向?答案:用右手定则可判断A线圈中的磁场方向.(2)A线圈插入B线圈时穿过B线圈的磁通量如何变化?答案:穿过B线圈的磁通量增加.解析:图(甲)中,S闭合,电流表指针向右偏,说明电流从“+”接线柱进,“-”接线柱出,(1)当图(乙)中,S′闭合,线圈A插入线圈B的过程中,由教材实验所得规律,知B中电流表指针向左偏转;(2)同样规律,A在B中不动时指针不偏转;(3)由于阻值R变小,A中电流增强、磁场增强,则指针向左偏转;(4)S′断开时,A中电流突然消失,磁场消失,则指针向右偏转.答案:(1)向左偏转(2)不偏转(3)向左偏转(4)向右偏转\n误区警示研究电磁感应现象实验的关键首先确定引起感应电流的磁场方向,然后确定穿过闭合电路的磁通量的变化,由探究得到的规律做出正确的解答.\n〚针对训练1-1〛(多选)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图连接.在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时,电流计指针向右偏转.由此可以判断()A.线圈A向下移动或滑动变阻器的滑动端P向右加速滑动都能引起电流计指针向左偏转B.线圈A中铁芯向上拔出或断开开关,都能引起电流计指针向右偏转C.滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动,都能使电流计指针静止在中央D.因为线圈A、线圈B的绕线方向未知,故无法判断电流计指针偏转的方向\n解析:由题意知P向左滑动,线圈A中电流减小,电流产生的磁场减小,此时产生的感应电流使电流计指针右偏.A选项中线圈A下移,电流计指针左偏,P向右滑动,电流计指针左偏,故正确;B选项两种情况都使线圈A的磁场减弱,故电流计指针右偏,故正确;C选项中P匀速运动仍能使线圈A的磁场变化,电流计指针会偏转,故错误;综上可知选项D错误.答案:AB\n要点二楞次定律的理解与应用答案:一个是产生感应电流的磁场,一个是感应电流产生的磁场.【问题导引】1.楞次定律中涉及哪两个磁场?2.感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向总是相反吗?答案:不是,只有当穿过闭合回路的磁通量增加时两者方向才相反.\n【要点透析】1.对“阻碍”的理解谁阻碍谁是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反;当原磁场磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同,即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行,最终结果不受影响\n2.“阻碍”的表现形式(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同);(2)阻碍导体的相对运动(来拒去留),不是阻碍导体或磁体的运动;(3)通过改变线圈的面积来“反抗”磁场变化(增缩减扩).3.应用楞次定律解题的一般步骤(1)明确所研究的闭合电路中原磁场的方向.(2)判断穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少.(3)由楞次定律判断感应电流的磁场方向:“增反减同”.(4)由安培定则判断出感应电流的方向.\n【典例2】(多选)如图所示,光滑固定导轨MN、PQ水平放置,两根导体棒a、b平行放于导轨上,形成一个闭合回路.当条形磁铁从高处下落接近回路时()A.导体棒a、b将互相靠拢B.导体棒a、b将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g〚思路探究〛(1)磁铁靠近闭合电路时其磁通量如何变化?与磁铁极性有关吗?答案:磁通量增加,与磁铁极性无关.(2)磁铁靠近闭合电路时,闭合电路对磁铁产生怎样的作用力?答案:闭合电路对磁铁产生阻碍靠近的力,因此产生向上的斥力.\n解析:以N极向下为例:第一步,原磁场方向:向下(如图所示).第二步,原磁通量变化:增加.第三步,判断感应电流的磁场方向:感应电流的磁场与原磁场方向相反(向上).第四步,判断感应电流的方向:利用安培定则确定,俯视为逆时针.知道了导体棒a、b中的电流方向,就可根据左手定则判断受力方向:a受力向右下方,b受力向左下方,所以导体棒a、b将互相靠拢,同时对导轨的压力增加.根据牛顿第三定律,磁铁受到向上的阻力作用,使其所受向下的合力小于重力,则加速度小于g.所以选项A、D正确.答案:AD\n题后反思感应电流引起的机械效果题中磁铁靠近闭合电路时导体框的收缩趋势与磁铁极性有关吗?为什么?答案:无关,无论极性如何,穿过闭合电路的磁通量增加,则闭合电路就会阻碍增加,因此具有收缩趋势.\n〚针对训练2-1〛老师做了一个物理小实验如图所示,让学生观察:一轻质木杆两侧各固定一金属铝环,木杆可绕中心点自由转动,老师拿一条形磁铁插向其中一个小环,后又取出插向另一个小环,同学们看到的现象是()A.磁铁插向左环,木杆发生转动B.磁铁插向右环,木杆发生转动C.无论磁铁插向左环还是右环,木杆都不发生转动D.无论磁铁插向左环还是右环,木杆都发生转动\n解析:逐项分析如下:选项诊断结论A左环不闭合,无感应电流,也不会产生相互作用,木杆不会动×B右环闭合,磁铁插向右环时,穿过右环的磁通量增加,环中产生感应电流,磁铁与环发生“来拒”的相互作用,木杆被推动√C由A、B选项分析知,此项说法错误×D由A、B选项分析知,此项说法错误×答案:B\n要点三右手定则的理解答案:右手定则只能用于导体切割磁感线的类型中,但楞次定律适用于所有的类型.【问题导引】1.在所有用楞次定律判断感应电流方向的问题中都可以用右手定则吗?2.右手定则和左手定则分别解决哪些问题?答案:右手定则解决感应电流的方向问题,左手定则解决通电导体所受磁场力的方向问题.\n【要点透析】1.右手定则与楞次定律的关系(1)注意研究对象:楞次定律研究的是整个闭合电路,右手定则研究的是闭合电路的一部分,即一段导体做切割磁感线运动的情况.(2)注意适用范围:楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况,右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况,导体相对于磁场静止时不能应用右手定则.\n2.右手定则和左手定则的区别\n【典例3】(多选)如图所示,光滑平行金属导轨PP′和QQ′处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,现垂直于导轨放置导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是()A.感应电流方向是N→MB.感应电流方向是M→NC.安培力水平向左D.安培力水平向右\n〚思路探究〛闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,左、右手定则应用的先后顺序是什么?答案:先用右手定则判断导体棒中感应电流的方向,再用左手定则判断安培力方向.解析:磁场方向向下,导体棒MN的运动方向向右,由右手定则,感应电流方向是N→M,再由左手定则,安培力水平向左,所以选项A、C正确.答案:AC\n方法技巧左、右手定则的应用棒MN向右运动,切割磁感线产生感应电流,这是原因——运动,结果——电流,属于发电机情景,故使用右手定则.由于电路闭合,在整个回路产生感应电流.棒MN属于内电路,通电的导体棒MN在磁场中又会受到安培力的作用,这是原因——电流,结果——受力,属于电动机情景,故应用左手定则判断安培力的方向.\n〚针对训练3-1〛某电子天平原理如图所示,E形磁铁的两侧为N极,中心为S极,两极间的磁感应强度大小均为B,磁极宽度均为L,忽略边缘效应.一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘连为一体,线圈两端C、D与外电路连接.当质量为m的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩.秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触),随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流I可确定重物的质量.已知线圈匝数为n,线圈电阻为R,重力加速度为g.问\n(1)线圈向下运动过程中,线圈中感应电流是从C端还是从D端流出?(2)供电电流I是从C端还是从D端流入?求重物质量与电流的关系.解析:(1)感应电流从C端流出.\n(3)若线圈消耗的最大功率为P,该电子天平能称量的最大质量是多少?\n1.(多选)如图所示,在光滑绝缘的水平桌面上放一弹性闭合导体环,在导体环轴线上方有一条形磁铁.当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,下列判断中正确的是()A.导体环有收缩趋势B.导体环有扩张趋势C.导体环对桌面压力减小D.导体环对桌面压力增大AD解析:根据楞次定律的作用效果:安培力或其分力产生的运动效果或运动趋势总是阻碍线圈中磁通量的变化.当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,穿过导体环的磁通量一定增大,阻碍磁通量增大的方式是收缩和远离,故导体环对桌面的压力增大,选项A、D正确.\n2.如图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,其中能产生由a到b的感应电流的是( )A解析:由右手定则判知,A中感应电流方向a→b,C、D中均为b→a,B中无感应电流产生.\n3.(多选)如图所示,在直导线下方有一矩形线框,当直导线中通有方向如图所示且均匀增大的电流时,线框将()A.有顺时针方向的电流B.有逆时针方向的电流C.靠近直导线D.远离直导线BD解析:当电流均匀增大时,穿过线框的磁通量向里增大,感应电流的磁场向外,由安培定则知感应电流为逆时针方向,选项A错误,B正确;为了阻碍磁通量的增大,线框将远离直导线,选项C错误,D正确.\n4.如图所示,当磁铁运动时,流过电阻的电流由A经R到B,则磁铁的运动不可能是()AA.向下运动B.向上运动C.向左平移D.向右平移解析:电流由A经R到B,由安培定则可知感应电流的磁场方向向下,与原来条形磁铁的磁场方向相同,因此应该使穿过螺线管的磁通量减少,选项B、C、D可能;选项A使穿过螺线管的磁通量增加,故选A.
