高三物理二輪復習--電磁感應定律楞次定律

1、高考資源網(wǎng)（），您身邊的高考專家電磁感應定律 楞次定律 教學目標1知道電磁感應現(xiàn)象，知道產(chǎn)生感應電流的條件2會運用楞次定律和左手定則判斷感應電流的方向3會計算感應電動勢的大小（切割法、磁通變化法）教學重點、難點分析1在學科知識中的地位電磁感應一章主要解決三個基本問題：而楞次定律解決了感應電流的方向判斷問題，法拉第電磁感應定律用于計算感應電動勢的大小，而感應電流的大小只需運用閉合電路歐姆定律即可確定因此，楞次定律、法拉第電磁感應定律是電磁感應一章的重點另外，電磁感應的規(guī)律也是自感、交流電、變壓器等知識的基礎(chǔ)，因而在電磁學中占據(jù)了舉足輕重的地位2在高考中的地位在考試說明中，楞次定律、法拉第電磁感應

2、定律都屬B級要求，每年的高考試題中都會出現(xiàn)相應考題，題型也多種多樣，在歷年高考中，以選擇、填空、實驗、計算各種題型都出現(xiàn)過分值占全卷的比例約為58（其中在1990年、1995年的高考中占到16、17的比例），屬高考必考內(nèi)容同時，由電磁感應與力學、電學知識相結(jié)合的題目更是高考中的熱點內(nèi)容，題目內(nèi)容變化多端，需要學生有扎實的知識基礎(chǔ)，又有一定的解題技巧，因此在復習中要重視這方面的訓練3電磁感應現(xiàn)象及規(guī)律在復習中并不難，但是能熟練應用則需要適量的訓練關(guān)于楞次定律的推廣含義、法拉第電磁感應定律在應用中何時用其計算平均值、何時要考慮瞬時值等問題都需通過訓練來達到深刻理解、熟練掌握的要求，因此要根據(jù)具體的

3、學情精心選擇一些針對性強、有代表性的題目組織學生分析討論達到提高能力的目的教學過程設計一、楞次定律及其推廣復習引入：在復習楞次定律的過程中，應理解、掌握以下幾點：（1）“阻礙”不是阻止（2）“阻礙”的不是磁感強度B，也不是磁通 ，而是阻礙穿過閉合回路的磁通變化（3）由于“阻礙”作用才導致了電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化（4）楞次定律強調(diào)的是感應電流的方向，感應電流的磁場阻礙原磁通的變化我們可將其含義推廣為：感應電流對產(chǎn)生的原因（包括外磁場的變化、線圈面積的變化、相對位置的變化、導體中電流的變化等）都有阻礙作用因此用推廣含義考慮問題可以提高運用楞次定律解題的速度和準確性例1如圖3-8-1所示，蹄形磁鐵的N

4、、S極之間放置一個線圈abcd，磁鐵和線圈都可以繞OO軸轉(zhuǎn)動，若磁鐵按圖示方向繞OO軸轉(zhuǎn)動，線圈的運動情況是： A俯視，線圈順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B俯視，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同C線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動方向相同，但開始時轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速，以后會與磁鐵轉(zhuǎn)速一致D線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動方向相同，但轉(zhuǎn)速總小于磁鐵的轉(zhuǎn)速師：本題目中由于磁鐵轉(zhuǎn)動，就使穿過線圈的磁感線數(shù)目發(fā)生變化（開始圖3-8-1 轉(zhuǎn)時， 從零增加），因而會產(chǎn)生感應電流，線圈因通有電流又受磁場的作用力（安培力）而轉(zhuǎn)動這樣分析雖然正確，但較費時間若應用楞次定律的推廣意義來判斷就省時多了大家可以試試具體地說，就是先要解決兩個問題：引起 變化的原

5、因是什么？由于“阻礙”這個“原因”，線圈表現(xiàn)出來的運動應是怎樣的？（學生思考后回答）（設置這樣的定向思維的提問，目的不是了解學生怎樣解題，而是著重讓學生體會楞次定律的推廣含義的具體應用方法學生很容易回答上述提問：引起 的變化原因是線圈轉(zhuǎn)動，由于要“阻礙”轉(zhuǎn)動，表現(xiàn)為線圈跟著磁鐵同向轉(zhuǎn)動，所以，可以排除選項A）師：進一步推理，線圈由于阻礙鐵相對線圈的轉(zhuǎn)動而跟著轉(zhuǎn)起來后，線圈的轉(zhuǎn)速能與磁鐵一致嗎？（回答：不會一致，若一致就不是阻礙而阻止了）師：楞次定律的核心是“阻礙”，讓我們做出線圈轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速的結(jié)論，因此可以排除選項B同時，線圈依靠磁鐵對線圈施以安培力而跟著轉(zhuǎn)起來后，始終兩者轉(zhuǎn)速都不會一樣的

6、（為什么，這個推理請自己用反證法論證）其實這就是異步感應電動機的工作原理答案：D例2 如圖3-8-2，水平導軌上放著一根金屬導體，外磁場豎直穿過導軌框當磁感強度B減小時，金屬棒將怎樣運動？師：請大家不光會用楞次定律去分析，更要學會用楞次定律的推廣含義去判斷本題中產(chǎn)生感應電流的原因是外磁場B的減少，使穿過回路的 減少為阻礙 減少，應表現(xiàn)出回路面積增大，所以可動的金屬棒ab應向外運動指點：本題的分析也可以用逆向思維方法推知感應電流的方向由于阻礙磁通 ，導體棒向右運動，作用在導體棒上的安培力方向一定向右，用左手定則可知導體棒中的感應電流方向一定是從ba例3 如圖3-8-3所示，一閉合的銅環(huán)從靜止開始

7、由高處下落通過條形磁鐵后繼續(xù)下降，空氣阻力不計，則在銅環(huán)的運動過程中，下列說法正確的是：A銅環(huán)在磁鐵的上方時，環(huán)的加速度小于g，在下方時大于gB銅環(huán)在磁鐵的上方時，加速度小于g，在下方時也小于gC銅環(huán)在磁鐵的上方時，加速度小于g，在下方時等于gD銅環(huán)在磁鐵的上方時，加速度大于g，在下方時小于g師：正確答案是B本題中引起銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應電流的原因是銅環(huán)在磁鐵的磁場中相對磁鐵發(fā)生運動，使銅環(huán)內(nèi) 先增加后減少，銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應電流，磁場對通有感應電流的銅環(huán)又施以磁場力要判斷磁場力的方向，還依賴于對磁鐵周圍的磁場空間分布的了解但是用“阻礙引起感應電流的原因”來判斷就簡捷的多由于銅環(huán)下落而產(chǎn)生感應電流，使銅

8、環(huán)受到磁場力，而磁場力一定對銅環(huán)的下例4 如圖3-8-4所示，當磁鐵豎直向下穿向水平面上的回路中央時（未達到導軌所在平面），架在導軌上的導體棒P、Q將會怎樣運動？（設導軌M、N光滑）P、Q對導軌M、N的壓力等于P、Q受的重力嗎？師：除了直接用楞次定律判斷外，請用阻礙相對運動來分析（經(jīng)過上面幾題的指導，學生肯定會判斷）生：由于磁鐵靠近回路使回路中 ，則為使阻礙 增加，P、Q一定向回路內(nèi)側(cè)運動，即回路面積會縮小另一方面，欲使回路阻礙磁鐵向下靠近，回路應向下后退，但因“無路可退”而使回路與支承面，P、Q與導軌之間都壓得更緊！因此P、Q對導軌施加的壓力大于P、Q受的重力例5如圖3-8-5所示，MN是一

9、根固定的通電長直導線，電流方向向上今將一金屬線框abcd放在導線上，讓線框的位置偏向?qū)Ь€的左邊，兩者彼此絕緣，當導線中的電流I突然增大時，線框整體受力情況為： A受力向右 B受力向左C受力向上 D受力為零分析：首先判斷由于電流I增大使穿過回路abcd的磁通量 增大還是減小由于線框位置偏向?qū)Ь€左邊，使跨在導線左邊的線圈面積大于右邊面積，線圈左邊部分內(nèi)磁感線穿出，右邊部分內(nèi)磁感線穿入，整個線框中的合磁通是穿出的，并且隨電流增大而增大再用“阻礙磁通變化”來考慮線框受磁場力而將要發(fā)生運動的方向顯然線框只有向右發(fā)生運動，才與阻礙合磁通增加相符合，因此線框受的合磁場力應向右正確選項為A說明；以上5個例題都

10、可以按楞次定律的應用步驟去分析而我們特意采用了楞次定律含義的推廣：“阻礙使 變化的原因”去判斷，意圖是讓大家縮簡思維活動程序，提高做題速度，加深對楞次定律中“阻礙”含義的理解但同時需注意的是，絕不能用簡化方法代替基本方法，基本方法能使我們對電磁感應的發(fā)生過程了解得更細致，而簡化方法只能快速地看到電磁感應的結(jié)果，在答題時顯示出簡捷性和靈活性楞次定律中的“阻礙”作用也導致了電磁感應過程中能量的轉(zhuǎn)化，因而電磁感應過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程因此，運用楞次定律也可判斷能量的轉(zhuǎn)化例6如圖3-8-6所示，在O點正下方有一個具有理想邊界的磁場，將銅環(huán)從A點由靜止釋放，向右擺至最高點B，不計空氣阻力，則以下說法正確

11、的是AA、B兩點等高 BA點高于B點CA點低于B點 D銅環(huán)將做等幅擺動師：銅環(huán)進入磁場又離開磁場的兩個過程，銅環(huán)中的磁通 都是變化的，故產(chǎn)生感應電流現(xiàn)進一步分析，銅環(huán)在擺動中機械能守恒嗎？（學生回答）師；此題的思維過程為：由于銅環(huán)進入、離開磁場的過程中都有磁通 的變比，一定會產(chǎn)生感應電流，一定會使銅環(huán)受到安培力作用，而安培力一定阻礙銅環(huán)相對磁場的進、出運動正因銅環(huán)需克服安培力做功使銅環(huán)的機械能轉(zhuǎn)化為電能銅環(huán)做減幅振動因而正確答案為B同學們還可思考：若將銅環(huán)改為銅片或球，答案不同嗎？（答案一樣）只要將銅片或銅球看成是許多并聯(lián)在一起的銅環(huán)即可，它們都會產(chǎn)生感應電流（渦流），使自身發(fā)熱，機械能損失這

12、種由于電磁感應而使振動的機械能減小的因素叫電磁阻尼在磁電式儀表中，為防止儀表通電后指針偏轉(zhuǎn)到某處后來回振動，就利用了這種電磁阻尼原理反之，若不希望振動的機械能由于電磁阻尼而損失，則需采取使鋼環(huán)不閉合（留有小缺口），將銅片上開許多缺口以使之不產(chǎn)生感應電流，或產(chǎn)生的感應電流很小的措施最后還需指出的是楞次定律與右手定則的關(guān)系兩者是一般規(guī)律與特殊規(guī)律的關(guān)系各種產(chǎn)生感應電流的情況下都可用楞次定律判斷其方向，而用右手定則只用于判斷閉合電路中一部分導體做切割磁感線運動時產(chǎn)生的感應電流方向二、法拉第電磁感應定律引入：“由于磁通量的變化，使閉合回路中產(chǎn)生感應電流”，這只是表現(xiàn)出來的電磁感應現(xiàn)象，而其實質(zhì)是由于磁

13、通量的變化，使閉合回路中產(chǎn)生了電動勢 感應電動勢感應電動勢比感應電流更能反映電磁感應的本質(zhì)而法拉第電磁感應定律就解決了感應電動勢大小的決定因素和計算方法法拉第電磁感應定律：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢大小，圈匝數(shù)，做為特例，當回路中的一部分導體做切割磁感線運動時，運用法拉第電磁感應定律可推出感應電動勢為 =Blv，v為有效切割速度用磁通變化計算感應電動勢常見有三種情況：導體“切割”計算感應電動勢時要區(qū)分兩種切割時的算法：（見圖3-8-7）的算術(shù)平均值例1用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框每邊長為0.2m，正方形的一半放在垂直紙面向里的勻強磁場中，如圖 3-8-8所示，當磁場以每秒10T的變化率增強

14、時，線框中點 a、 b兩點電勢差Uab是多少？設問：本題顯然是屬于磁場變化、線圈面積不變而產(chǎn)生感應電動勢的問題但所求的Uab 等于a、b兩點間的感應電動勢嗎？此回路的等效電路應為怎樣的？哪一部分相當于電源，哪一部分相當于外電路？（學生經(jīng)過以上幾個問題的分析，都會畫出等效電路圖并求解Uab）等效電路如圖3-8-9所示方形線框的左半部分內(nèi)磁通變化，產(chǎn)生感應電動勢，故左半部分相當于電源，右半部分相當于外電路，且內(nèi)外電阻相等（圖中用r表示）再提問：本題的計算中，S應取回路面積還是回路中的磁場面積？（讓學生討論后回答這是本題的一個知識陷阱）啟發(fā)：計算磁場的磁通量 ，應該用什么面積（S）？回答是用磁場的面

15、積因而本題中計算磁通變化 =（BS）=SB當然同用楞次定律判斷知感應電流是從左半邊線框的b點流出，a點流入，b點相當于電源的正極，故UbUa，所以Uab=-U=-0.1V說明：在電磁感應與電路計算的習題中，只要把電源部分和外電路區(qū)分開，找出等效電路，然后利用法拉第電磁感應定律求電動勢利用閉合電路歐姆定律和串聯(lián)關(guān)系進行求解是解決這類問題應采用的一般方法例2 如圖3-8-10所示，導線全都是裸導線，半徑為r的圓內(nèi)有垂直圓平面的勻強磁場，磁感強度為B一根長度大于2r的導線MN以速率v在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑動到右端，電路中的定值電阻為R，其余電阻不計求：MN從圓環(huán)的左端滑到右端的全過程中電阻R上

16、的電流強度的平均值及通過R的電量q設問：此題屬磁通變化類型還是切割類型？（學生會一看就說是切割類型的）再問：你能用 =Blv計算出感應電動勢嗎？（讓學生經(jīng)討論后達到共識：因有效切割長度在不斷變化，且為非線性變化，故難以用上式計算出平均感應電動勢）師：本題難以用特例公式 =Blv計算，可從一般情況看，MN向右運動，使回路中的磁通不斷減少，可以用法拉第電磁感應定律求平均電 追問：本題中何時感應電流最大？感應電流最大值為多少？學生：當MN運動到圓環(huán)中央時，有效切割長度最長，等于圓環(huán)直徑2r，這時感應電動勢最大，回路中感應電流最大最大值為反思：想一想，感應電流的平均值I為什么不等于最大電流I

17、max與最小電流Imin=0的算術(shù)平均值？（因I是非線性變化的）說明：在電磁感應現(xiàn)象中流過電路的電量此式具有一般意義用此式計算電量q時，電流強度應該用平均值，而非有效值，更不能用最大值這是因為此式是根據(jù)電流強度的定義式再加一問：為使MN能保持勻速運動，需外加的拉力是恒力還是變力？生：使MN保持勻速運動，應滿足合力為零的平衡條件，而MN運動中產(chǎn)生感應電流，磁場會對MN施加安培力阻礙MN的運動，因此外力應與安培力二力平衡又因為MN中的感應電流I是變化的，所以安培力F=BIl也是變化的，需要外力也隨之變化師：若要求計算外力的最大功率，你又應該怎樣思考？生：首先確定何時外力的功率最大由前面的分析，當M

18、N運動到圓環(huán)中央位置時電流最大，則此時安培力也最大，所需外力最大，由P=Fv知，外力的功率最大由此可以計算最大功率為問：還有其它算法嗎？（提示：若從能量轉(zhuǎn)化角度考慮可以怎樣計算？）生：外力做多少功，就產(chǎn)生多少電能，電路就產(chǎn)生多少焦耳熱因此還可以根據(jù)P外力=P電計算：例3 如圖3-8-11所示，豎直向上的勻強磁場的磁感應強度不計電阻，不計摩擦阻力，寬度l=0.5m，在導軌上浮放著一金屬棒MN，電阻R0=0.1，并用水平細線通過定滑輪懸吊著質(zhì)量 M=2kg的重物導軌上的定值電阻R=0.4，與P、Q端點相連組成回路又知PN長d=0.8m，求：從磁感強度為B開始計時，經(jīng)過多少時間金屬棒MN恰能將重物拉

19、起？（題目條件較多，要給學生審題時間）師：本題屬于磁通變化型首先請一位學生簡述一下物理情景物理情景是：由于磁通 變化使回路中產(chǎn)生感應電流，方向由MN，根據(jù)左手定則判斷，MN棒將受方向向左的安培力作用，當F安mg時，重物被拉起師：物體剛剛被拉離地面時的臨界條件一定為F安-mg=0時，即F安=mg那么在此之前，MN棒未動，則回路面積S不變，僅僅是磁場B變化由題意推知，在此過程中，安培力一定是逐漸增大的那么，究竟是什么原因?qū)е掳才嗔安增大呢？顯然只能是因B不斷增大而使F安變大的師：根據(jù)以上推理和題意，磁感強度隨時間t變化的函數(shù)表達式應寫為何種形式？生：根據(jù)題意，B是均勻變化的，應為線性函數(shù)，又由以

20、上推理知師：對以下就可根據(jù)重物被拉起的臨界條件確定該時刻的磁感強度Bt，再由上式確定物體被拉起的時刻t請同學們自己計算一下（并讓一同學到黑板上寫出過程）物體剛被拉起時：F安=mg再代入B=B0+0.1t得t=495s說明：本題中經(jīng)過分析判斷寫出B的函數(shù)式，是運用了數(shù)學知識表達物理規(guī)律的體現(xiàn)，這種能力也是高考說明中要求的本題分析的是金屬棒MN尚未運動之前的情況，回路中只有外磁場的磁感增強引起的磁通變化，而無“切割”，即只有“感生”而無“動生”當MN棒與重物一起運動以后，由于回路面積減小，同時B，回路中磁通變化規(guī)律就不好定性分析了例4 如圖3-8-12所示，勻強磁場中固定的金屬框架ABC，導體棒D

21、E在框架上沿圖示方向勻速平移，框架和導體棒材料相同、同樣粗細，接觸良好則 A電路中感應電流保持一定B電路中磁通量的變化率一定C電路中感應電動勢一定D棒受到的外力一定分析：本題屬于切割型DE棒相當于電源，電路中的有效切割長度L不斷增大，由 = Blv知，感應電動勢 隨之增大，而非定值所以選項C錯又因為本題的回路中磁通變化就是DE棒做“切割”運動而引起的，所以選項B錯設問：電路中的感應電流由什么因素確定？師：對但是隨著DE棒運動，回路中 =Blv隨L增大，回路的總電阻R總也隨回路總邊長增加而增大，你下一步怎樣做才能分析感應電流變還是不變？學生：計算師：請自己計算一下感應電流的瞬時值，以便能確定它是否隨時間變化（學生活動：在座位上運算）師：請一位同學說一下是怎樣算的學生：先計算DE棒在任意時刻t在電路中的有效切割長度l=2·vt·