高三物理二輪復(fù)習(xí)--電磁感應(yīng)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(yīng)定律 楞次定律 教學(xué)目標(biāo)1知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件2會運(yùn)用楞次定律和左手定則判斷感應(yīng)電流的方向3會計(jì)算感應(yīng)電動勢的大?。ㄇ懈罘ā⒋磐ㄗ兓ǎ┙虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1在學(xué)科知識中的地位電磁感應(yīng)一章主要解決三個(gè)基本問題：而楞次定律解決了感應(yīng)電流的方向判斷問題，法拉第電磁感應(yīng)定律用于計(jì)算感應(yīng)電動勢的大小，而感應(yīng)電流的大小只需運(yùn)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(yīng)定律是電磁感應(yīng)一章的重點(diǎn)另外，電磁感應(yīng)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(xué)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(yīng)

2、定律都屬B級要求，每年的高考試題中都會出現(xiàn)相應(yīng)考題，題型也多種多樣，在歷年高考中，以選擇、填空、實(shí)驗(yàn)、計(jì)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(shí)，由電磁感應(yīng)與力學(xué)、電學(xué)知識相結(jié)合的題目更是高考中的熱點(diǎn)內(nèi)容，題目內(nèi)容變化多端，需要學(xué)生有扎實(shí)的知識基礎(chǔ)，又有一定的解題技巧，因此在復(fù)習(xí)中要重視這方面的訓(xùn)練3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及規(guī)律在復(fù)習(xí)中并不難，但是能熟練應(yīng)用則需要適量的訓(xùn)練關(guān)于楞次定律的推廣含義、法拉第電磁感應(yīng)定律在應(yīng)用中何時(shí)用其計(jì)算平均值、何時(shí)要考慮瞬時(shí)值等問題都需通過訓(xùn)練來達(dá)到深刻理解、熟練掌握的要求，因此要根據(jù)具體的

3、學(xué)情精心選擇一些針對性強(qiáng)、有代表性的題目組織學(xué)生分析討論達(dá)到提高能力的目的教學(xué)過程設(shè)計(jì)一、楞次定律及其推廣復(fù)習(xí)引入：在復(fù)習(xí)楞次定律的過程中，應(yīng)理解、掌握以下幾點(diǎn)：（1）“阻礙”不是阻止（2）“阻礙”的不是磁感強(qiáng)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(dǎo)致了電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化（4）楞次定律強(qiáng)調(diào)的是感應(yīng)電流的方向，感應(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yùn)用楞次定律解題的速度和準(zhǔn)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(gè)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(yùn)動情況是： A俯視，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B俯視，線圈逆時(shí)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(shí)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(shí)， 從零增加），因而會產(chǎn)生感應(yīng)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(fèi)時(shí)間若應(yīng)用楞次定律的推廣意義來判斷就省時(shí)多了大家可以試試具體地說，就是先要解決兩個(gè)問題：引起 變化的原

5、因是什么？由于“阻礙”這個(gè)“原因”，線圈表現(xiàn)出來的運(yùn)動應(yīng)是怎樣的？（學(xué)生思考后回答）（設(shè)置這樣的定向思維的提問，目的不是了解學(xué)生怎樣解題，而是著重讓學(xué)生體會楞次定律的推廣含義的具體應(yīng)用方法學(xué)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(xiàng)A）師：進(jìn)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(xiàng)B同時(shí)，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(gè)推理請自己用反證法論證）其實(shí)這就是異步感應(yīng)電動機(jī)的工作原理答案：D例2 如圖3-8-2，水平導(dǎo)軌上放著一根金屬導(dǎo)體，外磁場豎直穿過導(dǎo)軌框當(dāng)磁感強(qiáng)度B減小時(shí)，金屬棒將怎樣運(yùn)動？師：請大家不光會用楞次定律去分析，更要學(xué)會用楞次定律的推廣含義去判斷本題中產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)表現(xiàn)出回路面積增大，所以可動的金屬棒ab應(yīng)向外運(yùn)動指點(diǎn)：本題的分析也可以用逆向思維方法推知感應(yīng)電流的方向由于阻礙磁通 ，導(dǎo)體棒向右運(yùn)動，作用在導(dǎo)體棒上的安培力方向一定向右，用左手定則可知導(dǎo)體棒中的感應(yīng)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(jì)，則在銅環(huán)的運(yùn)動過程中，下列說法正確的是：A銅環(huán)在磁鐵的上方時(shí)，環(huán)的加速度小于g，在下方時(shí)大于gB銅環(huán)在磁鐵的上方時(shí)，加速度小于g，在下方時(shí)也小于gC銅環(huán)在磁鐵的上方時(shí)，加速度小于g，在下方時(shí)等于gD銅環(huán)在磁鐵的上方時(shí)，加速度大于g，在下方時(shí)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(yīng)電流的原因是銅環(huán)在磁鐵的磁場中相對磁鐵發(fā)生運(yùn)動，使銅環(huán)內(nèi) 先增加后減少，銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場對通有感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)磁鐵豎直向下穿向水平面上的回路中央時(shí)（未達(dá)到導(dǎo)軌所在平面），架在導(dǎo)軌上的導(dǎo)體棒P、Q將會怎樣運(yùn)動？（設(shè)導(dǎo)軌M、N光滑）P、Q對導(dǎo)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(yùn)動來分析（經(jīng)過上面幾題的指導(dǎo)，學(xué)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(yùn)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(yīng)向下后退，但因“無路可退”而使回路與支承面，P、Q與導(dǎo)軌之間都壓得更緊！因此P、Q對導(dǎo)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(dǎo)線，電流方向向上今將一金屬線框abcd放在導(dǎo)線上，讓線框的位置偏向?qū)Ь€的左邊，兩者彼此絕緣，當(dāng)導(dǎo)線中的電流I突然增大時(shí)，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(dǎo)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(gè)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(yùn)動的方向顯然線框只有向右發(fā)生運(yùn)動，才與阻礙合磁通增加相符合，因此線框受的合磁場力應(yīng)向右正確選項(xiàng)為A說明；以上5個(gè)例題都

10、可以按楞次定律的應(yīng)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(shí)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(yīng)的發(fā)生過程了解得更細(xì)致，而簡化方法只能快速地看到電磁感應(yīng)的結(jié)果，在答題時(shí)顯示出簡捷性和靈活性楞次定律中的“阻礙”作用也導(dǎo)致了電磁感應(yīng)過程中能量的轉(zhuǎn)化，因而電磁感應(yīng)過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程因此，運(yùn)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(diǎn)正下方有一個(gè)具有理想邊界的磁場，將銅環(huán)從A點(diǎn)由靜止釋放，向右擺至最高點(diǎn)B，不計(jì)空氣阻力，則以下說法正確

11、的是AA、B兩點(diǎn)等高 BA點(diǎn)高于B點(diǎn)CA點(diǎn)低于B點(diǎn) D銅環(huán)將做等幅擺動師：銅環(huán)進(jìn)入磁場又離開磁場的兩個(gè)過程，銅環(huán)中的磁通 都是變化的，故產(chǎn)生感應(yīng)電流現(xiàn)進(jìn)一步分析，銅環(huán)在擺動中機(jī)械能守恒嗎？（學(xué)生回答）師；此題的思維過程為：由于銅環(huán)進(jìn)入、離開磁場的過程中都有磁通 的變比，一定會產(chǎn)生感應(yīng)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(jìn)、出運(yùn)動正因銅環(huán)需克服安培力做功使銅環(huán)的機(jī)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(xué)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(yīng)電流（渦流），使自身發(fā)熱，機(jī)械能損失這

12、種由于電磁感應(yīng)而使振動的機(jī)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(jī)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(yīng)電流，或產(chǎn)生的感應(yīng)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(yīng)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(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向二、法拉第電磁感應(yīng)定律引入：“由于磁通量的變化，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流”，這只是表現(xiàn)出來的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而其實(shí)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(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢比感應(yīng)電流更能反映電磁感應(yīng)的本質(zhì)而法拉第電磁感應(yīng)定律就解決了感應(yīng)電動勢大小的決定因素和計(jì)算方法法拉第電磁感應(yīng)定律：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小，圈匝數(shù)，做為特例，當(dāng)回路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律可推出感應(yīng)電動勢為 =Blv，v為有效切割速度用磁通變化計(jì)算感應(yīng)電動勢常見有三種情況：導(dǎo)體“切割”計(jì)算感應(yīng)電動勢時(shí)要區(qū)分兩種切割時(shí)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(qiáng)磁場中，如圖 3-8-8所示，當(dāng)磁場以每秒10T的變化率增強(qiáng)

14、時(shí)，線框中點(diǎn) a、 b兩點(diǎn)電勢差Uab是多少？設(shè)問：本題顯然是屬于磁場變化、線圈面積不變而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的問題但所求的Uab 等于a、b兩點(diǎn)間的感應(yīng)電動勢嗎？此回路的等效電路應(yīng)為怎樣的？哪一部分相當(dāng)于電源，哪一部分相當(dāng)于外電路？（學(xué)生經(jīng)過以上幾個(gè)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(yīng)電動勢，故左半部分相當(dāng)于電源，右半部分相當(dāng)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(jì)算中，S應(yīng)取回路面積還是回路中的磁場面積？（讓學(xué)生討論后回答這是本題的一個(gè)知識陷阱）啟發(fā)：計(jì)算磁場的磁通量 ，應(yīng)該用什么面積（S）？回答是用磁場的面

15、積因而本題中計(jì)算磁通變化 =（BS）=SB當(dāng)然同用楞次定律判斷知感應(yīng)電流是從左半邊線框的b點(diǎn)流出，a點(diǎn)流入，b點(diǎn)相當(dāng)于電源的正極，故UbUa，所以Uab=-U=-0.1V說明：在電磁感應(yīng)與電路計(jì)算的習(xí)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(yīng)定律求電動勢利用閉合電路歐姆定律和串聯(lián)關(guān)系進(jìn)行求解是解決這類問題應(yīng)采用的一般方法例2 如圖3-8-10所示，導(dǎo)線全都是裸導(dǎo)線，半徑為r的圓內(nèi)有垂直圓平面的勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度為B一根長度大于2r的導(dǎo)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(jì)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(qiáng)度的平均值及通過R的電量q設(shè)問：此題屬磁通變化類型還是切割類型？（學(xué)生會一看就說是切割類型的）再問：你能用 =Blv計(jì)算出感應(yīng)電動勢嗎？（讓學(xué)生經(jīng)討論后達(dá)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(jì)算出平均感應(yīng)電動勢）師：本題難以用特例公式 =Blv計(jì)算，可從一般情況看，MN向右運(yùn)動，使回路中的磁通不斷減少，可以用法拉第電磁感應(yīng)定律求平均電 追問：本題中何時(shí)感應(yīng)電流最大？感應(yīng)電流最大值為多少？學(xué)生：當(dāng)MN運(yùn)動到圓環(huán)中央時(shí)，有效切割長度最長，等于圓環(huán)直徑2r，這時(shí)感應(yīng)電動勢最大，回路中感應(yīng)電流最大最大值為反思：想一想，感應(yīng)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(yīng)現(xiàn)象中流過電路的電量此式具有一般意義用此式計(jì)算電量q時(shí)，電流強(qiáng)度應(yīng)該用平均值，而非有效值，更不能用最大值這是因?yàn)榇耸绞歉鶕?jù)電流強(qiáng)度的定義式再加一問：為使MN能保持勻速運(yùn)動，需外加的拉力是恒力還是變力？生：使MN保持勻速運(yùn)動，應(yīng)滿足合力為零的平衡條件，而MN運(yùn)動中產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場會對MN施加安培力阻礙MN的運(yùn)動，因此外力應(yīng)與安培力二力平衡又因?yàn)镸N中的感應(yīng)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(jì)算外力的最大功率，你又應(yīng)該怎樣思考？生：首先確定何時(shí)外力的功率最大由前面的分析，當(dāng)M

18、N運(yùn)動到圓環(huán)中央位置時(shí)電流最大，則此時(shí)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(jì)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(jì)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(jì)算：例3 如圖3-8-11所示，豎直向上的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度不計(jì)電阻，不計(jì)摩擦阻力，寬度l=0.5m，在導(dǎo)軌上浮放著一金屬棒MN，電阻R0=0.1，并用水平細(xì)線通過定滑輪懸吊著質(zhì)量 M=2kg的重物導(dǎo)軌上的定值電阻R=0.4，與P、Q端點(diǎn)相連組成回路又知PN長d=0.8m，求：從磁感強(qiáng)度為B開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過多少時(shí)間金屬棒MN恰能將重物拉

19、起？（題目條件較多，要給學(xué)生審題時(shí)間）師：本題屬于磁通變化型首先請一位學(xué)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(yīng)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(dāng)F安mg時(shí)，重物被拉起師：物體剛剛被拉離地面時(shí)的臨界條件一定為F安-mg=0時(shí)，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(qiáng)度隨時(shí)間t變化的函數(shù)表達(dá)式應(yīng)寫為何種形式？生：根據(jù)題意，B是均勻變化的，應(yīng)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(shí)刻的磁感強(qiáng)度Bt，再由上式確定物體被拉起的時(shí)刻t請同學(xué)們自己計(jì)算一下（并讓一同學(xué)到黑板上寫出過程）物體剛被拉起時(shí)：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(yùn)用了數(shù)學(xué)知識表達(dá)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(yùn)動之前的情況，回路中只有外磁場的磁感增強(qiáng)引起的磁通變化，而無“切割”，即只有“感生”而無“動生”當(dāng)MN棒與重物一起運(yùn)動以后，由于回路面積減小，同時(shí)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(qiáng)磁場中固定的金屬框架ABC，導(dǎo)體棒D

21、E在框架上沿圖示方向勻速平移，框架和導(dǎo)體棒材料相同、同樣粗細(xì)，接觸良好則 A電路中感應(yīng)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(yīng)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(dāng)于電源，電路中的有效切割長度L不斷增大，由 = Blv知，感應(yīng)電動勢 隨之增大，而非定值所以選項(xiàng)C錯(cuò)又因?yàn)楸绢}的回路中磁通變化就是DE棒做“切割”運(yùn)動而引起的，所以選項(xiàng)B錯(cuò)設(shè)問：電路中的感應(yīng)電流由什么因素確定？師：對但是隨著DE棒運(yùn)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(yīng)電流變還是不變？學(xué)生：計(jì)算師：請自己計(jì)算一下感應(yīng)電流的瞬時(shí)值，以便能確定它是否隨時(shí)間變化（學(xué)生活動：在座位上運(yùn)算）師：請一位同學(xué)說一下是怎樣算的學(xué)生：先計(jì)算DE棒在任意時(shí)刻t在電路中的有效切割長度l=2·vt·