【课堂新坐标】2013-2014学年高中物理选修3-2（人教）教师备课：第四章 电磁感应

1划时代的发现
2探究感应电流的产生条件
●课标要求
1．收集资料，了解电磁感应的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．
2．通过实验，理解感应电流的产生条件．举例说明电磁感应在生活和生产中的应用．
●课标解读
1．关注电磁感应现象的发现过程，了解相关的物理学史．
2．知道电磁感应、感应电流的定义．
3．经历感应电流产生条件的探究活动，理解产生感应电流的条件．
●教学地位
本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它是电学中的基本知识，是以后学习的基础.
●新课导入建议
一个并非偶然的实验，揭示了一个重大的发现，因为机遇总是垂青那些有准备的人．奥斯特实验使人们对电、磁有了新的认识，同时也在世界范围内掀起了一场研究“电和磁”关系的革命，你了解磁生电的探索发现过程吗？它是由哪位科学家来发现的呢？“磁”怎样才能生“电”？通过这节课的学习，我们就能明白这些问题了．
●教学流程设计
课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)?步骤1：导入新课，本节教学地位分析?步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)?步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
?
步骤7：完成“探究3”(重在讲解规律总结技巧)?步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)?步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评?步骤4：教师通过例题讲解总结磁通量的分析和计算方法
　　　　　?
步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况?步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课　标　解　读
重　点　难　点
1.了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．
2.通过实验探究得出产生感应电流的条件．
3.会分析是否产生感应电流的相关问题.
1.感应电流的产生条件及其应用．(重点)
2.实验探究感应电流的产生条件．(难点)
电磁感应的发展史
1.基本知识
(1)“电生磁”的发现
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应．
(2)“磁生电”的发现
1831年，英国物理学家法拉第发现了“磁生电”的现象，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流．
(3)法拉第的概括
引起电流的原因都与
变化和运动相联系变化的磁场变化的电流运动的磁铁在磁场中运动的导体运动的恒定电流
2．思考判断
(1)奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互联系的序幕．(√)
(2)电流的磁效应否定了一切磁现象都是来自于电荷的运动这一结论．(×)
(3)“磁生电”是一种在变化、运动过程中才出现的效应．(√)
3．探究交流
英国物理学家法拉第发现了磁生电，那么磁生电的实质是什么？
【提示】　磁生电的过程是其他形式的能转化为电能的过程.
感应电流的产生条件
1.基本知识
(1)磁通量
①概念：穿过某个面的磁通量等于闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积．
②公式：Φ＝BS.
(2)产生感应电流的条件
只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流．
2．思考判断
(1)导体回路的面积越大，则穿过导体回路的磁通量越大．(×)
(2)闭合导体回路在磁场中运动时，一定会产生感应电流．(×)
(3)即便闭合导体回路中有导体做切割磁感线运动，回路中也不一定有感应电流．(√)
3．探究交流
法拉第发现电磁感应的过程为什么会在很长一段时间徘徊不前？
【提示】　法拉第在开始的实验中使用的都是恒定电流产生的磁场，而“磁生电”是一种在变化、运动过程中才能出现的效应.
磁通量的分析与计算
【问题导思】　
1．同一匀强磁场中，穿过相同面积的磁通量相等吗？
2．磁感线从不同侧面穿过时，总磁通量如何计算？
1．匀强磁场中磁通量的计算
利用公式：Φ＝BS(其中B为匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的有效面积)．
注意以下三种特殊情况：
(1)如果磁感线与平面不垂直，如图4－1－1(甲)所示，有效面积应理解为原平面在垂直磁场方向上的投影面积，如果平面与垂直磁场方向的夹角为θ，则有效面积为Scos θ，穿过该平面的磁通量为Φ＝BScos θ.
　　　　　 (甲)　　　　　　　　　(乙)
图4－1－1
(2)S指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积，如图(乙)所示，闭合回路abcd和闭合回路ABCD虽然面积不同，但穿过它们的磁通量却相同：Φ＝BS2.
(3)某面积内有不同方向的磁场时，分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和．
2．非匀强磁场中磁通量的分析
条形磁铁、通电导线周围的磁场都是非匀强磁场，通常只对穿过其中的线圈的磁通量进行定性分析，分析时应兼顾磁场强弱、线圈面积和磁场与线圈的夹角等因素，并可充分利用磁感线来判断，即磁通量的大小对应穿过线圈的磁感线的条数，穿过线圈的磁感线的条数变化，则说明磁通量变化．
图4－1－2
　如图4－1－2所示的线框，面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成θ角，当线框转过90°到如图所示的虚线位置时，试求：
(1)初、末位置穿过线框的磁通量的大小Φ1和Φ2；
(2)磁通量的变化量ΔΦ.
【审题指导】　(1)磁通量的公式Φ＝BS的适应条件是：磁场是匀强磁场，B与S垂直．
(2)求磁通量的变化要注意磁通量穿过的方向．
【解析】　(1)解法一：如题图所示，在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Ssin θ，所以Φ1＝BSsin θ.在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Scos θ.由于磁感线从反面穿入，所以Φ2＝－BScos θ.
解法二：如果把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解，能否得到同样的结论？(请同学们自行推导，答案是肯定的)
(2)开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsin θ；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转到θ时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90°时，磁通量从另一面穿过，变为“负”值，Φ2＝－BScos θ.所以，此过程中磁通量的变化量为
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScos θ－BSsin θ＝－BS(cos θ＋sin θ)．
【答案】　(1)Φ1＝BSsin θ　Φ2＝－BScos θ
(2)－BS(cos θ＋sin θ)
1．解答该类题目时，要注意磁感线是从平面的哪一面穿入的．
2．当规定从某一面穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就为负值，然后按照求代数和的方法求出磁通量的变化(磁通量是有正、负的标量)．
3．准确地把初、末状态的磁通量表示出来是解题的关键．
图4－1－3
1．(2013·武汉市重点中学检测)如图4－1－3所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　)
A．ΔΦ1>ΔΦ2　　　　 B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．不能判断
【解析】　将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ磁通量的变化量大小ΔΦ1＝|Φ′－Φ|，将金属框绕cd边翻转到Ⅱ时磁通量变化量大小为ΔΦ2＝|－Φ′－Φ|，所以ΔΦ1<ΔΦ2，选项C正确．
【答案】　C
感应电流的产生条件
【问题导思】　
1．判断回路中是否有感应电流的依据是什么？
2．引起磁通量变化的原因有哪些？
感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时必须明确以下两点：
1．明确电路是否为闭合电路．
2．判断穿过回路的磁通量是否发生变化．
穿过闭合电路的磁通量变化情况的列表如下：
Φ变的四种情况
B不变、S变
例：闭合电路的一部分导体切割磁感线时
B变、S不变
例：线圈与磁体之间发生相对运动时
B和S都变
注意：此时可由ΔΦ＝Φt－Φ0计算并判断磁通量是否变化
B和S大小都不变，
但两者之间的夹角变
例：线圈在磁场中转动时
　如选项图所示，A中线圈有一小缺口，B、D中匀强磁场区域足够大，C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方．其中能产生感应电流的是(　　)
【审题指导】　解答此题应注意两点：
(1)电路是否闭合．
(2)穿过电路的磁通量是否变化．
【解析】　图A中线圈没闭合，无感应电流；图B中闭合电路中的磁通量增大，有感应电流；图C中的导线在圆环的正上方，不论电流如何变化，穿过线圈的磁感线都相互抵消，磁通量恒为零，也无电流；图D中回路磁通量恒定，无感应电流．故本题只有选项B正确．
【答案】　B
判断电路中是否产生感应电流，关键要分析穿过闭合电路的磁通量是否发生变化．对于C图中就必须要弄清楚通电直导线的磁感线分布情况，而对于立体图，往往还需要将立体图转换为平面图，如转化为俯视图、侧视图等．
2. 如图4－1－4所示，在竖直向下的匀强磁场中，有一闭合导体环，环面与磁场垂直．当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是(　　)
图4－1－4
A．导体环保持水平在磁场中向上或向下运动
B．导体环保持水平向左或向右加速平动
C．导体环以垂直环面、通过环心的轴转动
D．导体环以一条直径为轴，在磁场中转动
【解析】　只要导体环保持水平，无论它如何运动，穿过环的磁通量都不变，都不会产生感应电流，只有导体环绕通过直径的轴在磁场中转动时，穿过环的磁通量改变，才会产生感应电流，D项正确．
【答案】　D
综合解题方略——导体切割磁感线产生感应电流的判断
　如图4－1－5所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上，有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则(　　)
图4－1－5
A．断开开关K，ab中有感应电流
B．闭合开关K，ab中有感应电流
C．无论断开还是闭合开关K，ab中都有感应电流
D．无论断开还是闭合开关K，ab中都没有感应电流
【规范解答】　两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动，若断开电键K，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则回路中无感应电流，故选项A、C错误；若闭合电键K，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则回路中有感应电流，故B正确，D错误．
【答案】　B
不管是哪种方式引起了导体回路中磁通量发生了变化，都会产生感应电流，如在本题中，穿过ab和cd组成的回路磁通量不变化，但穿过abfe和cdfe两个回路的磁通量发生了变化．
电磁感
应现象发现
过程电生磁法拉第的概括磁生电感应
电流磁通量、磁通量的变化产生条件
【备课资源】(教师用书独具)
架起磁与电的桥梁
是谁架起了磁与电的桥梁，使我们的生活步入了电气化时代，是伟大的物理学家法拉第．你了解法拉第吗？
迈克尔·法拉第是19世纪伟大的英国物理学家，他对物理学最卓越的贡献就是通过实验发现了电磁感应现象．当时法拉第受德国古典哲学中的辩证思想的影响，认为电、磁、光、热之间是相互联系的.1820年奥斯特发现了电流对磁针的作用，法拉第敏锐地认识到了它的重要性．
法拉第认为：既然磁铁能使附近的铁块感应带磁，静电荷能使附近的物体中感应出符号相反的电荷，那么当把一导体放入电流所产生的磁场中时，有可能在这导体内产生感应电流．他做了一个圆筒，把两个线圈重叠地绕在一起，使它们相互挨得很近，并且用绝缘体(例如纸)将它们彼此隔离．然后将第一个线圈与伽伐尼电池相连接，其中伽伐尼电池由10对平板组成，每块平板的面积为258平方厘米，并且平板是双层的．第二个线圈与一灵敏电流计相连接．当第一个线圈通电后，检查第二个线圈有没有电流流过．
实验的结果令法拉第很失望，因为他发现，导体中的电流并不能使第二个线圈中产生任何可观察到的电流．后来，法拉第又用两根各长61.8米的铜线紧挨着绕在一个很大的木头圆筒上，两根铜线用非电介质绝缘(用细绳包缠住)．法拉第将第一个线圈与充足了电的电池相连接，电池由100块面积为25.8平方厘米的双层铜板组成，另一个线圈连接到电流计上．
实验结果令法拉第大为惊奇，他写道：“当接通电路时，观察到电流计有突然的但很弱的摆动，将连接电池的电路断开时也有类似的微弱效应，当电流稳定后，效应就消失了．”这一现象说明了磁和电的关系是动态的而非静态的，一个线圈中感应电流不是由稳定电流感生的，而是由变化电流感生的．
法拉第发现了磁能生电，那么磁场在什么情况下能产生电流呢？磁场产生感应电流的方向如何判断呢？磁生电时产生的感应电流大小又如何计算呢？伟大的物理学家法拉第给出了准确的答案．
1．下列科学家中，发现了电磁感应现象的是(　　)
A．奥斯特　　 B．牛顿　　　
C．法拉第　　 D．楞次
【答案】　C
2．(2013·东北师大附中检测)关于产生感应电流的条件，以下说法中正确的是(　　)
A．闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定有感应电流产生
B．闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，闭合电路中一定有感应电流产生
C．穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间，闭合电路中一定没有感应电流产生
D．只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流产生
【解析】　产生感应电流的条件有两个：(1)闭合电路；(2)穿过闭合电路的磁通量发生了变化．故D项正确．
【答案】　D
3．如图4－1－6所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，电流磁场穿过圆面积的磁通量(　　)
A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．始终为零 D．不为零，但保持不变
图4－1－6
【解析】　利用安培定则判断直线电流产生的磁场，作出俯视图如图所示．考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿过线圈的磁感线条数与穿出线圈的磁感线条数是相等的．故选C.
【答案】　C
图4－1－7
4．如图4－1－7所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d，将一边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域：
若d>l，则在线框通过磁场区域的过程中不产生感应电流的时间应等于________；
若d【解析】　当线框全部进入磁场时无感应电流产生．但在dc边进入过程中和ab边离开过程中有感应电流产生．则t1＝，t2＝.
【答案】　　
1．下列现象中，属于电磁感应现象的是(　　)
A．磁场对电流产生力的作用
B．变化的磁场使闭合电路产生感应电流
C．插入通电螺线管中的软铁棒被磁化
D．电流周围产生磁场
【解析】　电磁感应现象是指磁生电的现象，选项B对．
【答案】　B
2．1823年，科拉顿做了这样一个实验，他将一个磁铁插入连有灵敏电流计的螺旋线圈，来观察在线圈中是否有电流产生．在实验时， 科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响，他通过很长的导线把连在螺旋线圈上的灵敏电流计放到另一间房里．他想，反正产生的电流应该是“稳定”的(当时科学界都认为利用磁场产生的电流应该是“稳定”的)，插入磁铁后，如果有电流，跑到另一间房里观察也来得及．就这样，科拉顿开始了实验．然而，无论他跑得多快，他看到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置，科拉顿失败了．以下关于科拉顿实验的说法中正确的是(　　)
A．实验中根本没有感应电流产生
B．实验中有感应电流产生
C．科拉顿的实验装置是完全正确的
D．科拉顿实验没有观察到感应电流是因为在插入磁铁的过程中会有感应电流产生，但当跑到另一间房观察时，电磁感应过程已经结束，不会看到电流计指针的偏转
【解析】　感应电流是在磁通量变化的过程中产生的，这种变化一旦停止，感应电流也就不存在了．
【答案】　BCD
3．德国《世界报》曾报道个别西方发达国家正在研制电磁脉冲波武器——电磁炸弹．若一枚原始脉冲波功率10 kMW，频率5 kMHz的电磁炸弹在不到100 m的高空爆炸，它将使方圆400～500 m2范围内电场强度达到每米数千伏，使得电网设备、通信设施和计算机中的硬盘与软件均遭到破坏．电磁炸弹有如此破坏力的主要原因是(　　)
A．电磁脉冲引起的电磁感应现象
B．电磁脉冲产生的动能
C．电磁脉冲产生的高温
D．电磁脉冲产生的强光
【解析】　根据电磁感应可知，变化的磁场产生电场，增大周围电场强度，可以破坏其电子设备．故选A.
【答案】　A
4．如图4－1－8所示，一个矩形铁芯上绕制两个线圈A和B.在下列关于B线圈中是否有感应电流的判断中，正确的是(　　)
图4－1－8
A．S闭合后，B线圈中一直有感应电流
B. S闭合一段时间后，B中感应电流消失，但移动变阻器滑片时，B中又有感应电流出现
C. 在S断开和闭合的瞬间，B中都有感应电流
D. 因为A、B两线圈是两个不同的回路，所以B中始终没有感应电流
【解析】　线圈中有电流时，产生的磁场通过铁芯能穿过B线圈，当A线圈中的电流变化时产生的磁场发生变化，则穿过B线圈的磁通量发生变化，B线圈中产生感应电流．
【答案】　BC
图4－1－9
5．一磁感应强度为B的匀强磁场，方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图4－1－9所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角，将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为(　　)
A．0　　　　　　　　B．2BS
C．2BScos θ D．2BSsin θ
【解析】　开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1＝BScos θ.后来穿过线圈平面的磁通量为Φ2＝－BScos θ，则磁通量的变化量为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BScos θ.
【答案】　C
6．如图所示，用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合，哪些组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生(图A、B、C中直导线都与圆形线圈在同一平面内，O点为线圈的圆心，图D中直导线与圆形线圈垂直，并与中心轴重合)(　　)
【解析】　对图A而言，因为通电直导线位于环形导线所在平面内，且与直径重合，因此穿过圆环的磁通量为零，所以当切断导线中的电流时，磁通量在整个变化过程中必为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生；对图B而言，因为磁通量为大小两个部分磁感线条数之差，当切断直导线中的电流时，磁通量为零，即此过程中磁通量有变化，故闭合回路中会有感应电流产生；同理分析可得图C中也有感应电流产生；对图D而言，因为环形导线与直导线产生的磁场的磁感线平行，故磁通量为零．当切断直导线中的电流时，磁通量在整个变化过程中皆为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生，所以当切断直导线中的电流时，能产生感应电流的有B、C两种情况．
【答案】　BC
图4－1－10
7．如图4－1－10所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况下导线cd中无电流的是(　　)
A．开关S闭合或断开的瞬间
B．开关S是闭合的，但滑动触头向左滑
C．开关S是闭合的，但滑动触头向右滑
D．开关S始终闭合，不滑动触头
【解析】　如果导线cd中无电流产生，则说明通过上面的闭合线圈的磁通量没有发生变化，也就说明通过导线ab段的电流没有发生变化．显然，开关S闭合或断开的瞬间、开关S是闭合的但滑动触头向左滑的过程、开关S是闭合的但滑动触头向右滑的过程都会使通过导线ab段的电流发生变化，都能在导线cd中产生感应电流．
【答案】　D
8．法拉第通过精心设计的一系列实验，发现了电磁感应定律，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”真正联系起来．在下面几个典型的实验设计思想中，所做的推论后来被实验否定的是(　　)
A．既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流
B．既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流
C．既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势
D．既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流
【解析】　法拉第经过研究发现引起感应电流的原因都与变化和运动有关，B、C、D项所叙述的思想都被实验证实，A中推论不成立．
【答案】　A
图4－1－11
9．如图4－1－11所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，穿过它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，下列说法中正确的是(　　)
A．Φa<Φb<Φc
B．Φa>Φb>Φc
C．Φa<Φc<Φb
D．Φa>Φc>Φb
【解析】　当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此根据合磁通量的计算，应该是Φa>Φb>Φc.
【答案】　B
动圈式话筒的构造
图4－1－12
10．唱卡拉OK用的话筒内有传感器．其中有一种是动圈式的，如图4－1－12所示，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是(　　)
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
【解析】　当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这是话筒的工作原理．则B选项正确，A、C、D均错误．
【答案】　B
11．如图4－1－13所示是研究电磁感应现象实验所需的器材，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，并列举出在实验中通过改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方法：
图4－1－13
(1)________________________________________________________________________；
(2)________________________________________________________________________；
(3)________________________________________________________________________．
【解析】　(1)合上(或断开)开关瞬间；
(2)将原线圈插入副线圈或从副线圈中抽出；
(3)移动滑动变阻器的滑片．
【答案】　见解析
12．一水平放置的矩形线圈在条形磁铁S极附近下落，下落过程中，线圈平面保持水平，如图4－1－14所示，位置Ⅰ和Ⅲ都靠近位置Ⅱ，则线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ的过程中，线圈内________感应电流产生；线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ的过程中，线圈内________感应电流产生．(填“有”或“无”)
图4－1－14
【答案】　有　有
3楞次定律
●课标要求
1．收集资料，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．
2．理解楞次定律．
●课标解读
1．通过实验探究归纳出判断感应电流方向的规律——楞次定律．
2．正确理解楞次定律的内容及其本质．
3．能够熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向．
●教学地位
本节知识是电学中的重点知识，也是高考考查的热点，同时还是后续电学知识的基础.
●新课导入建议
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电流，你知道此电流的方向是怎样的吗？如何判断感应电流的方向？通过这节课的学习，我们就能解决这些问题．
●教学流程设计
课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)?步骤1：导入新课，本节教学地位分析?步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)?步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
?
步骤7：完成“探究3”(方式同完成“探究1”相同)?步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)?步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评?步骤4：教师通过例题讲解总结应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤
　　　　　?
步骤8：完成“探究3”(重在讲解规律总结技巧)?步骤9：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况?步骤10：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课　标　解　读
重　点　难　点
1.理解楞次定律的内容，能运用楞次定律判断感应电流的方向，解答有关问题．
2.理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的反映．
3.掌握右手定则，认识右手定则是楞次定律的一种具体表现形式.
1.对楞次定律的理解及应用．(重点)
2.右手定则的应用．(重点)
3.对楞次定律实质的理解．(难点)
楞次定律
1.基本知识
(1)实验探究
将螺线管与电流计组成闭合回路，如图4－3－1，分别将N极、S极插入、抽出线圈，如图4－3－2所示，记录感应电流方向如下：
实验装置
图4－3－1
　　　　 甲　　　乙　　　丙　　　丁
图4－3－2
①线圈内磁通量增加时的情况
图号
磁场
方向
感应电流
的方向
感应电流
的磁场方向
甲
向下
逆时针(俯视)
向上
乙
向上
顺时针(俯视)
向下
②线圈内磁通量减少时的情况
图号
磁场
感应电流
感应电流的
方向
的方向
磁场方向
丙
向下
顺时针(俯视)
向下
丁
向上
逆时针(俯视)
向上
③归纳结论
当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少．
(2)楞次定律
感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．
2．思考判断
(1)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反．(×)
(2)感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反．(√)
(3)楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的原因相对抗．(√)
3．探究交流
(1)当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场如何阻碍其增加？
(2)当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场如何阻碍其减少？
【提示】　(1)感应电流的磁场方向与穿过线圈的原磁场方向相反．
(2)感应电流的磁场方向与穿过线圈的原磁场方向相同.
右手定则
1.基本知识
(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．
(2)适用范围：右手定则适用于闭合回路中一部分导体做切割磁感线运动时产生感应电流的情况．
2．思考判断
(1)右手定则只适用于导体切割磁感线产生感应电流的情况．(√)
(2)使用右手定则时必须让磁感线垂直穿过掌心．(×)
(3)任何感应电流方向的判断既可使用楞次定律，又可使用右手定则．(×)
3．探究交流
试归纳比较左手定则、右手定则、安培定则分别用来判断哪个量的方向．
【提示】　左手定则用于判断安培力和洛伦兹力的方向，右手定则用于判断闭合电路的部分导体切割磁感线时产生的感应电流方向，安培定则用于判断电流的磁场方向.
对楞次定律的理解
【问题导思】　
1．楞次定律中，“阻碍”是否就是阻止的意思？
2．当导体回路的面积发生变化，或回路相对磁场运动，或磁场本身发生变化时，回路中都可能产生感应电流，感应电流的方向与这些变化有什么对应关系？
1．弄清“阻碍”的几个层次
谁阻
碍谁
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
2.“阻碍”的表现形式
增反
减同
就磁通量而言，感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化
来拒
去留
由于相对运动导致的电磁感应现象，感应电流的效果阻碍相对运动
增缩
减扩
电磁感应致使回路面积有变化趋势时，则面积收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化
　(2013·银川高二检测)在电磁感应现象中，下列说法中错误的是(　　)
A．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化
B．闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流
C．闭合线框放在变化的磁场做切割磁感线运动，一定能产生感应电流
D．感应电流的磁场总是跟原来磁场的方向相反
【审题指导】　(1)产生感应电流的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化．
(2)产生的感应电流总是阻碍原磁通量的变化．
【解析】　由楞次定律可知，感应电流的磁场阻碍的是原磁通量的变化，并不一定与原磁场方向相反，故选项A正确，选项D错误；若闭合线框平行于磁场放置，则无论是磁场变化，还是线框做切割磁感线的运动，穿过闭合线框的磁通量都不变，都不会有感应电流产生，所以选项B、C均错．故选B、C、D.
【答案】　BCD
1．根据楞次定律可知感应电流的磁场一定(　　)
A．阻碍引起感应电流的磁通量
B．与引起感应电流的磁场反向
C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D．与引起感应电流的磁场方向相同
【解析】　感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍磁通量，它和引起感应电流的磁场可以同向，也可以反向．故选C.
【答案】　C
楞次定律的应用
【问题导思】　
1．应用楞次定律时，涉及到了三个因素：磁通量的变化、磁场方向、感应电流方向，如何根据其中两个因素确定第三个因素？
2．能否应用楞次定律判断导体的运动情况或回路面积的变化趋势？如何判断？
1．判断感应电流方向的步骤
该方框图不仅概括了根据楞次定律判定感应电流方向的思路，同时也描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系，只要知道了其中任意两个因素，就可以判定第三个因素．
2．判断回路运动情况及回路面积的变化趋势
(1)常规法
据原磁场(B原方向及ΔΦ情况)确定感应磁场(B感方向)判断感应电流(I感方向)回路运动情况或面积变化趋势．
(2)效果法
由楞次定律可知，感应电流的“效果”是阻碍引起感应电流的“原因”，深刻理解“阻碍”的含义．据“阻碍”原则，可直接对运动趋势作出判断，更简捷、迅速．
判断感应电流方向时注意的要点可概括为四句话：“明确增减和方向，增反减同莫相忘；安培定则来判断，四指环绕是流向．”
　
如图4－3－3所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是(　　)
图4－3－3
A．向左拉出和向右拉出时，环中的感应电流方向相反
B．向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向的
C．向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向的
D．环在拉开磁场之前，就已经有感应电流
【审题指导】　(1)将环拉出时穿过圆环的磁通量减少．
(2)由楞次定律可判定感应电流的方向．
【解析】　将金属圆环不管从哪边拉出磁场，穿过闭合圆环的磁通量都要减少，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，应用安培定则可以判断出感应电流的方向是沿顺时针方向的，选项B正确，选项A、C错误；另外，在圆环拉出磁场前，穿过圆环的磁通量没有改变，该种情况无感应电流，故选项D错误．
【答案】　B
图4－3－4
2．如图4－3－4所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放在导轨上，形成闭合回路．当一条形磁铁从上方向下迅速接近回路时，可动的两导体棒P、Q将(　　)
A．保持不动
B．相互远离
C．相互靠近
D．无法判断
【解析】　效果法：四根导体组成闭合回路，当磁铁迅速接近回路时，不管是N极还是S极，穿过回路的磁通量都增加，闭合回路中产生感应电流，感应电流将“阻碍”原磁通量的增加，怎样来阻碍增加呢？可动的两根导体只能用减小回路面积的方法来阻碍原磁通量的增加．得到的结论是P、Q相互靠近，选项C正确．还可以用常规法，根据感应电流受磁场力的方法来判断．
【答案】　C
对右手定则的理解和应用
【问题导思】　
1．闭合回路中部分导体切割磁感线时，右手定则和楞次定律是否都可以用来判断感应电流的方向？
2．能否用左手定则判断感应电流的方向？
1．右手定则与楞次定律的区别与联系
区
别
楞次定律
右手定则
研究
对象
整个闭合回路
闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体
适用
范围
各种电磁感应现象
只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况
应用
对于磁感应强度随时间变化而产生的电磁感应现象较方便
对于导体棒切割磁感线产生的电磁感应现象较方便
联系
右手定则是楞次定律的特例
2.右手定则与左手定则的比较
右手定则
左手定则
作用
判断感应
电流方向
判断通电导体所受
磁场力的方向
图例
因果关系
运动→电流
电流→运动
应用实例
发电机
电动机
　
如图4－3－5所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内，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．现在垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒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→M
B．感应电流方向是M→N
C．安培力方向水平向左
D．安培力方向水平向右
图4－3－5
【审题指导】　(1)由于导体棒MN运动而产生感应电流．
(2)MN中产生了感应电流又受到磁场力的作用．
【解析】　以导体棒MN为研究对象，所处位置磁场方向向下、运动方向向右．由右手定则可知，感应电流方向是N→M；再由左手定则可知，安培力方向水平向左．
【答案】　AC
左手定则和右手定则的因果关系
1．因动而生电(v、B→I)——右手定则．
2．因电而受力(I、B→F安)——左手定则．
3．(2012·海南中学高二期中)闭合线框abcd，自某高度自由下落时穿过一个有界的匀强磁场，当它经过如图4－3－6所示的三个位置时，感应电流的方向是(　　)
A．经过Ⅰ时，a→d→c→b→a
B．经过Ⅱ时，a→b→c→d→a
C．经过Ⅱ时，无感应电流
D．经过Ⅲ时，a→b→c→d→a
图4－3－6
【解析】　经过Ⅰ时，穿过闭合线框的磁通量是向里的在增大，由楞次定律可判断闭合线框中感应电流的磁场向外，由安培定则可判断出，通过线框的感应电流的方向是a→b→c→d→a，选项A错误；经过Ⅱ时，穿过闭合线框的磁通量不变，闭合线框中无感应电流，选项B错误，C正确；经过Ⅲ时，穿过闭合线框的磁通量是向里的在减少，由楞次定律可判断闭合线框中感应电流的磁场向里，由安培定则可判断出，通过线框的感应电流的方向是a→d→c→b→a，选项D错误．
【答案】　C
综合解题方略——应用楞次定律判断回路面积的变化
图4－3－7
　如图4－3－7所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将(　　)
A．S增大，l变长
B．S减小，l变短
C．S增大，l变短
D．S减小，l变长
【审题指导】　(1)电流变化，由电流产生的磁场也随之变化．
(2)线圈中产生的感应电流阻碍原磁场变化的方式主要表现为线圈面积的变化及线圈相对磁场位置的变化．
【规范解答】　当通电导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增大，金属圆环中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要反抗磁通量的增大，一是用缩小面积的方式进行反抗，二是用远离直导线的方式进行反抗．故D正确．
【答案】　D
发生电磁感应时，通过改变回路的面积，或使回路相对磁场运动，都可以起到阻碍原磁通量变化的作用．
楞次定律内容“阻碍”的含义“阻碍”的方式右手
定则内容适用范围与楞次定律的关系
1．关于楞次定律，下列说法中正确的是(　　)
A．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强
B．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱
C．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化
D．感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化
【解析】　感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的原磁通量的变化，与原磁场的变化无关．原磁场的变化跟磁通量的变化意义是不同的．
【答案】　D
图4－3－8
2．如图4－3－8表示闭合电路的一部分导体在磁极间运动的情形，图中导体垂直于纸面，a、b、c、d分别表示导体运动中的四个不同位置，箭头表示导体在那个位置上的运动方向，则导体中感应电流的方向为垂直纸面向里时，导体的位置是(　　)
A．a　　　　　 B．b
C．c D．d
【解析】　导体切割磁感线产生感应电流，用右手定则判断a位置正确．
【答案】　A
图4－3－9
3．电阻R、电容器C与一个线圈连成闭合回路，条形磁铁静止在线圈的正上方，N极朝下，如图4－3－9所示，现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　　)
A．从a到b，上极板带正电
B．从a到b，下极板带正电
C．从b到a，上极板带正电
D．从b到a，下极板带正电
【解析】　磁铁N极接近线圈的过程中，线圈中向下的磁通量增加，由楞次定律可得，感应电流方向为b→R→a；电容器下极板带正电，上极板带负电．
【答案】　D
图4－3－10
4．(2013·锦州高二检测)某磁场磁感线如图4－3－10所示，有一铜线圈自图示A处落至B处，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是(　　)
A．始终沿顺时针方向
B．始终沿逆时针方向
C．先沿顺时针方向再沿逆时针方向
D．先沿逆时针方向再沿顺时针方向
【解析】　自A点落至图示位置时，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律判断知线圈中感应电流方向为顺时针，自图示位置落至B点时，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律判断知，线圈中感应电流方向为逆时针，C项正确．
【答案】　C
图4－3－11
5．如图4－3－11所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中(　　)
A．始终有感应电流自a向b流过电流表G
B．始终有感应电流自b向a流过电流表G
C．先有a→G→b方向的感应电流，后有b→G→a方向的感应电流
D．将不会产生感应电流
【解析】　当条形磁铁进入螺线管时，闭合线圈中的磁通量增加，当穿出时，磁通量减少，由楞次定律可知C正确．
【答案】　C
图教4－3－1
【备选习题】(教师用书独具)
1．如图教4－3－1所示，若套在条形磁铁上的弹性金属导线圈Ⅰ突然缩小为线圈Ⅱ，则关于线圈的感应电流及其方向(从上往下看)是(　　)
A．有顺时针方向的感应电流
B．有逆时针方向的感应电流
C．先逆时针后顺时针方向的感应电流
D．无感应电流
【解析】　穿过线圈的磁通量包括磁体内和磁体外的一部分，合磁通量是向上的．当线圈突然缩小时合磁通量增加，原因是磁体外向下穿过线圈的磁通量减少．故由楞次定律判断，感应电流的方向为顺时针方向，A正确．
【答案】　A
图教4－3－2
2. 如图教4－3－2所示，导体AB、CD可在水平轨道上自由滑动，且两水平轨道在中央交叉处互不相通．当导体棒AB向左移动时(　　)
A．AB中感应电流的方向为A到B
B．AB中感应电流的方向为B到A
C．CD向左移动
D．CD向右移动
【解析】　由右手定则可判定AB中感应电流的方向为A→B，由左手定则可判定CD受到向右的安培力作用而运动．
【答案】　AD
图教4－3－3
3．如图教4－3－3所示，导体线圈abcd与直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I，当线圈由左向右匀速通过直导线的过程中，线圈中感应电流的方向是(　　)
A．先abcd，再dcba，后abcd
B．先abcd，再dcba
C．先dcba，再abcd，后dcba
D．一直dcba
【解析】　画出长直导线周围的磁场分布情况，如图所示，当线圈向右移动，未达到直导线之前，线圈内磁通量“·”增多，故感应电流方向为dcba.当线圈穿越直导线过程中线圈内磁通量“·”减小，同时磁通量“×”增大，所以先是合磁通量为“·”减小后是合磁通量为“×”增大，则感应电流的磁场方向为“·”，感应电流方向为abcd.线圈穿过直导线后，线圈内磁通量为“×”减少，如同磁通量“·”进一步增多，故感应电流方向仍为dcba，考虑全过程，故正确答案为C.
【答案】　C
图教4－3－4
4．一磁铁自上向下运动，穿过一闭合导体回路，如图教4－3－4所示．当磁铁运动到a处和b处时，回路中感应电流的方向分别是(　　)
A．顺时针，逆时针　
B．逆时针，顺时针
C．顺时针，顺时针
D．逆时针，逆时针
【解析】　当磁铁接近线圈时，线圈中的磁通量向下增加，由“增反减同”，得知感应电流的磁场方向向上，再由安培定则知线圈中感应电流的方向为俯视逆时针；当磁铁从线圈中穿出时，原磁场方向不变仍向下，但穿过线圈的磁通量要减少，根据楞次定律知感应电流的磁场方向向下，由安培定则知感应电流为俯视顺时针，故选B.
【答案】　B
图教4－3－5
5．(2013·巢湖高二检测)如图教4－3－5，把一条形磁铁从图示位置由静止释放，穿过采用双线绕法的通电线圈，此过程中条形磁铁做(　　)
A．减速运动
B．匀速运动
C．自由落体运动
D．变加速运动
【解析】　双线绕法得到的两个线圈通电时，由安培定则知，两线圈的磁场等值反向相互抵消，合磁场为零，对磁铁无作用力．当磁铁下落时，穿过两线的磁通量同向增加，根据楞次定律，两线圈中产生的感应电流等值反向，也互相抵消，线圈中无感应电流，线圈对磁铁没有作用力．磁铁下落过程中只受重力，又从静止开始，所以磁铁做自由落体运动，故C对，A、B、D错．
【答案】　C
6．在“研究电磁感应现象”的实验中，首先要按图教4－3－6甲接线，以查明电流表指针的偏转方同与电流方向之间的关系；然后按图乙将电流表与副线圈B连成一个闭合电路．将原线圈A、电池、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路．
　　　　　　 甲　　　　　　乙
图教4－3－6
在图甲中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏(不通电时指针停在正中央)．
在图乙中，(1)S闭合后，将螺线管A(原线圈)插入螺线管B(副线圈)的过程中，电流表的指针将如何偏转？
(2)线圈A放在B中不动时，指针如何偏转？
(3)线圈A放在B中不动，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，电流表指针如何偏转？
(4)线圈A放在B中不动，突然切断开关S时，电流表指针如何偏转？
【解析】　由题图甲可知，电流从“＋”接线柱流入电流表时，指针向左偏转，从“－”接线柱流入电流表时，指针将向右偏转．
(1)在乙图中，S闭合后，通电的原线圈A相当于一根条形磁铁(S极在下，N极在上)，A插入B中时，穿过B的方向朝上的磁通量增加，根据楞次定律，B中感应电流的磁场方向朝下，运用右手定则(安培定则)，B中感应电流从“－”接线柱流入电流表，指针向右偏转．
(2)A在B中不动时，穿过B的方向朝上的磁通量(实际上是通电的A线圈的磁场)不变化，B中没有电流通过，这时安培表的指针不偏转．
(3)A在B中不动，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，它的电阻减小，通过A的电流增加，磁场增加，穿过B的方向朝上的磁通量增大，B中发生电磁感应现象，根据楞次定律，B中感应电流的磁场方向朝下，运用右手定则，B中产生的感应电流从“－”接线柱流入电流表，指针向右偏转．
(4)A在B中不动，突然切断S，B中方向朝上的磁通量突然消失，这时将发生电磁感应现象，B中感应电流的磁场方向应朝上，感应电流将从“＋”接线柱流入电流表，指针将向左偏转．
【答案】　见解析
1．如图4－3－12所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置甲(左)匀速运动到位置乙(右)，则(　　)
图4－3－12
A．导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a
B．导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a
C．导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右
D．导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左
【解析】　由右手定则可判断出导线框进入磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a，导线框离开磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a.由左手定则可判断导线框进入磁场时受到的安培力水平向左，导线框离开磁场时，受到的安培力水平向左，因此选项D正确．
【答案】　D
图4－3－13
2．如图4－3－13所示，通电螺线管N置于闭合金属环M的轴线上，当N中的电流突然减小时，则(　　)
A．环M有缩小的趋势
B．环M有扩张的趋势
C．螺线管N有缩短的趋势
D．螺线管N有伸长的趋势
【解析】　对通电螺线管，当通入的电流突然减小时，螺线管每匝间的相互吸引力也减小，所以匝间距增大；对金属环，穿过的磁通量也随之减少，由于它包围内外磁场，只有减小面积才能阻碍磁通量的减少，金属环有缩小的趋势．选项A、D正确．
【答案】　AD
图4－3－14
3．如图4－3－14所示在匀强磁场中，MN、PQ是两根平行的金属导轨，而ab、cd为串有伏特表和安培表的两根金属棒，同时以相同水平速度向右运动时，正确的有(　　)
A．电压表有读数，电流表有读数
B．电压表无读数，电流表有读数
C．电压表无读数，电流表无读数
D．电压表有读数，电流表无读数
【解析】　两棒以相同速度向右运动时，因穿过面abcd的磁通量不变，回路中没有感应电流，电流表和电压表均不会有读数．注意：此题容易误选D，ab切割磁感线相当于电源，但ab间电势差因无电流而无法用电压表显示．
【答案】　C
4.
图4－3－15
如图4－3－15所示，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合，为了在磁铁开始运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是(　　)
A．N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动
B．N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动
C．磁铁在线圈平面内顺时针转动
D．磁铁在线圈平面内逆时针转动
【解析】　当N极向纸内，S极向纸外转动时，穿过线圈的磁场由无到有并向里，感应电流的磁场应向外，电流方向为逆时针，A选项正确；当N极向纸外，S极向纸内转动时，穿过线圈的磁场向外并增加，电流方向为顺时针，B选项错误；当磁铁在线圈平面内绕O点转动时，穿过线圈的磁通量始终为零，因而不产生感应电流，C、D选项错误．
【答案】　A
5．(2011·上海高考)如图4－3－16，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布．一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速释放，在圆环从a摆向b的过程中(　　)
图4－3－16
A．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针
B．感应电流方向一直是逆时针
C．安培力方向始终与速度方向相反
D．安培力方向始终沿水平方向
【解析】　圆环从位置a运动到磁场分界线前，磁通量向里增大，感应电流为逆时针；跨越分界线过程中，磁通量由向里最大变为向外最大，感应电流为顺时针；再摆到b的过程中，磁通量向外减小，感应电流为逆时针，所以A正确；由于圆环所在处的磁场，上下对称，所受安培力竖直方向平衡，因此总的安培力沿水平方向，故D正确．
【答案】　AD
6．如图4－3－17所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈等距离排列，且与传送带以相同的速度匀速运动．为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带，根据穿过磁场后线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈，通过观察图形，下列说法正确的是(　　)
图4－3－17
A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈相对传送带向后滑动
B．若线圈不闭合，进入磁场时，线圈相对传送带向后滑动
C．从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈
D．从图中可以看出，第4个线圈是不合格线圈
【解析】　若线圈闭合进入磁场时，由于产生电磁感应现象，根据楞次定律可判断线圈相对传送带向后滑动，A对；若线圈不闭合，进入磁场后，不会产生感应电流，故线圈相对传送带不发生滑动，B错；从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈，C对，D错．故选A、C.
【答案】　AC
图4－3－18
7．如图4－3－18所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆，如图所示立在导轨上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆滑动的过程中，下列判断正确的是(　　)
A．感应电流的方向始终是由P→Q
B. 感应电流的方向先是由P→Q，后是由Q→P
C. PQ受磁场力的方向垂直杆向左
D. PQ受磁场力的方向先垂直于杆向左，后垂直于杆向右
【解析】　金属杆PQ滑动过程中，回路POQ面积先增大，后减小，因此通过回路的磁通量向外且先增大，后减小．由楞次定律可判断出回路中感应电流方向先是顺时针，后是逆时针，选项B正确；金属杆PQ所受磁场力方向可由左手定则判断，当回路中感应电流方向是顺时针时，PQ受磁场力的方向垂直于杆向左，当回路中感应电流方向是逆时针时，PQ受磁场力的方向垂直于杆向右，选项D正确．
【答案】　BD
图4－3－19
8．如图4－3－19所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动．金属线框从右侧某一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面．则线框中感应电流的
方向是(　　)
A．a→b→c→d→a
B．d→c→b→a→d
C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a
D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d
【解析】　由楞次定律可知，在线框从右侧摆动到O点正下方的过程中，向上的磁通量减小，故感应电流的方向沿d→c→b→a→d，在线框从O点正下方向左侧摆动的过程中，向上的磁通量增大，故感应电流的方向沿d→c→b→a→d.选项B正确．
【答案】　B
9．(2013·遵义四中高二期末)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表、开关如图4－3－20连接．在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流表指针向右偏转，由此可以判断(　　)
图4－3－20
A．线圈A向上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表指针向左偏转
B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流表指针向右偏转
C．滑动变阻器的滑动端P匀速向右或向左滑动都能使电流表指针静止在中央
D．因线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流表指针偏转的方向
【解析】　将滑动变阻器的滑动端P向左滑动时，线圈A中的电流减小，穿过线圈B的磁通量减少，电流表指针向右偏转．线圈A向上移动或线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能使穿过线圈B的磁通量减少，引起电流表指针向右偏转，选项A错误，B正确；滑动变阻器的滑动端P匀速向右或向左滑动使穿过线圈B的磁通量减少或增多，使电流表指针向右偏转或向左偏转，选项C、D错误．
【答案】　B
图4－3－21
10．如图4－3－21，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈．当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是(　　)
A．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左
B．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左
C．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右
D．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右
【解析】　条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时，通过线圈的磁通量先增加后又减小．当通过线圈磁通量增加时．为阻碍其增加，在竖直方向上线圈有向下运动的趋势，所以线圈受到的支持力大于其重力．在水平方向上有向右运动的趋势；当通过线圈的磁通量减小时，为阻碍其减小，在竖直方向上线圈有向上运动的趋势，所以线圈受到的支持力小于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势．综上所述，线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势总是向右．
【答案】　D
11.
图4－3－22
如图4－3－22所示，金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧，若变阻器滑片P向左移动，则金属环A将向________(选填“左”或“右”)运动，并有______(选填“收缩”或“扩张”)趋势．
【解析】　变阻器滑片P向左移动，电阻变小，电流变大，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与电流磁场方向相反，相互排斥，则金属环A将向左移动，因磁通量增大，金属环A有收缩趋势．
【答案】　左　收缩
12．按图4－3－23所示的装置进行实验(A和B都是很轻的铝环，环A是闭合的，环B是断开的，A、B之间的连接杆是绝缘的)．当磁铁的任意一极迅速靠近或远离A环时，你会看到什么现象？如果将磁铁迅速靠近或远离B环，又会看到什么现象？请你用学过的物理知识来解释这些现象．
图4－3－23
【解析】　用磁铁的任意一极(如N极)靠近A环时，通过A环中的磁通量增加，根据楞次定律，A环中将产生感应电流，阻碍磁铁与A环靠近，A环将远离磁铁；同理，当磁极远离A环时，A环中产生感应电流的方向将阻碍A环与磁铁远离，A环将靠近磁铁．由于B环是断开的，无论磁铁靠近还是远离B环，都不会在B环中形成感应电流，所以B环将不移动．
【答案】　见解析
4法拉第电磁感应定律
●课标要求
1．举例说明电磁感应在生活和生产中的应用．
2．理解法拉第电磁感应定律．
●课标解读
1．知道什么叫感应电动势．
2．知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别Φ、ΔΦ 和.
3．理解法拉第电磁感应定律的内容及数学表达式．
4．知道公式E＝Blvsin θ的推导过程．
5．会用E＝n和E＝Blvsin θ解决问题．
6．感悟从不同物理现象中抽象出个性与共性问题的方法，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想．
●教学地位
本节知识是高中物理的重点知识，也是高考的重点，既有单独考查，又有与其它知识的综合考查，本节知识还是后续电学知识的基础，学习时应引起足够的重视．

●新课导入建议
如图教4－4－1所示是某同学设计的用来测定风速的简易装置，根据你所学的知识感觉这个装置能否用来测量风速？其基本原理是什么？通过这节课的学习，就可以解决这些问题．
图教4－4－1
●教学流程设计
课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)?步骤1：导入新课，本节教学地位分析?步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)?步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
?
步骤7：完成“探究3”(方式同完成“探究1”相同)?步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)?步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评?步骤4：教师通过例题讲解ΔΦ 、Φ、的区别
　　　　　?
步骤8：完成“探究4”(重在讲解规律总结)?步骤9：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况?步骤10：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课　标　解　读
重　点　难　点
1.理解感应电动势的概念．
2.理解和掌握确定感应电动势大小的一般规律——法拉第电磁感应定律．并能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小．
3.能够运用E＝Blv或E＝Blvsin θ计算导体切割磁感线时的感应电动势．
4.知道反电动势的定义和作用.
1.法拉第电磁感应定律．(重点)
2.导线切割磁感线产生感应电动势E＝Blv⊥.
(重点)
3.法拉第电磁感应定律的应用．(难点)
4.反电动势．(难点)
法拉第电磁感应定律
1.基本知识
(1)感应电动势
①在电磁感应现象中产生的电动势．
②产生感应电动势的那部分导体相当于电源．
(2)法拉第电磁感应定律
①内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比．
②表达式：E＝n.
③符号意义：n是线圈匝数，是磁通量的变化率．
2．思考判断
(1)穿过某闭合线圈的磁通量的变化量越大，产生的感应电动势也越大．(×)
(2)感应电动势的方向可用右手定则或楞次定律判断．(√)
(3)穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大．(×)
3．探究交流
产生感应电动势的条件是什么？
【提示】　不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势.
导线切割磁感线时的感应电动势
1.基本知识
(1)磁场方向、导体棒与导体棒运动方向三者两两垂直时：E＝Blv.
(2)如图4－4－1所示，导体棒与磁场方向垂直，导体棒的运动方向与导体棒本身垂直，但与磁场方向夹角为θ时，E＝Blvsin_θ.
图4－4－1
2．思考判断
(1)对于E＝Blv中的B、l、v三者必须相互垂直．(√)
(2)导体棒在磁场中运动速度越大，产生的感应电动势一定越大．(×)
(3)当B、l、v三者大小、方向均不变时，在Δt时间内的平均感应电动势和它在任意时刻产生的瞬时感应电动势相同．(√)
3．探究交流
如图4－4－2所示，一边长为L的正方形导线框abcd垂直于磁感线，以速度v在匀强磁场中向右运动，甲同学说：由法拉第电磁感应定律可知，
图4－4－2
这时穿过线框的磁通量的变化率为零，所以线框中感应电动势应该为零，乙同学说线框中ad和bc边均以速度v做切割磁感线运动，由E＝BLv可知，这两条边都应该产生电动势且Ead＝Ebc＝BLv，他们各执一词，到底谁说的对呢？
【提示】　这两个同学说的并不矛盾，虽然ad边与bc边都产生感应电动势，但由于方向相反，相当于两个电源并联没有对外供电，所以整个回路的电动势为零．可见，用法拉第电磁感应定律求出的是整个回路的感应电动势，而用E＝BLv求的是回路中做切割磁感线的那部分导体产生的电动势.
反电动势
1.基本知识
(1)定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的削弱电源电动势作用的电动势．
(2)作用：阻碍线圈的转动．
2．思考判断
(1)电动机通电转动，电动机中出现的感应电动势为反电动势，反电动势会阻碍线圈的运动．(√)
(2)电动机正常工作时，反电动势会加快线圈的运动．(×)
(3)电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，就没有了反电动势，线圈中的电流会很大，很容易烧毁电动机．(√)
3．探究交流
电动机工作时，加在电动机上的电压U和流经电动机的电流I及电动机线圈电阻r三者之间是否满足I＝？
【提示】　电动机转动时其线圈中要产生一个反电动势U′，加在线圈电阻上的电压Ur远小于U，所以I＝不成立．此时线圈中的电流I＝.
ΔΦ、Φ、的比较
【问题导思】　
1．面积为S的平面垂直于磁场放置，将此面翻转180°，穿过此面的磁通量是否发生变化？
2．ΔΦ较小时，是否说明也较小？
3．决定Φ、ΔΦ、大小的因素是什么？
物理量
单位
物理意义
计算公式
磁通量的
变化率
Wb/s
表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢
＝
1．Φ、ΔΦ、均与线圈匝数无关．
2．磁通量和磁通量的变化率的大小没有直接关系，Φ很大时，可能很小，也可能很大；Φ＝0时，可能不为零．
　有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20 m的正方形，放在磁感应强度B＝0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈横截面的形状在5 s内由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？磁通量的变化率是多少？线圈的感应电动势是多少？
【审题指导】　解答本题时应注意以下几点：
(1)周长相同的所有形状中，圆形的面积最大．
(2)磁通量的变化率并不等同于电动势．
【解析】　线圈横截面是正方形时的面积S1＝L2＝
(0.20)2 m2＝4.0×10－2 m2.
穿过线圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2 Wb＝2.0×10－2 Wb
截面形状为圆形时，其半径r＝4L/2π＝2L/π
截面积大小S2＝π(2L/π)2＝4/25π m2
穿过线圈的磁通量：Φ2＝BS2＝0.50×4/25π Wb＝
2．55×10－2 Wb
所以，磁通量的变化量
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0) ×10－2 Wb＝5.5×10－3 Wb.
磁通量的变化率＝ Wb/s＝1.1×10－3 Wb/s.
感应电动势为：E＝n＝100×1.1×10－3 V＝0.11 V.
【答案】　5.5×10－3 Wb　1.1×10－3 Wb/s　0.11 V
磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率，三者均与线圈的匝数无关．对n匝线圈，穿过每一匝线圈的磁通量的变化率都相同，每一匝线圈的电动势都相等，相当于n个电动势相同的电源串联，即感应电动势的大小与匝数n有关．
1．如图4－4－3所示，半径为r的金属圆环，绕通过某直径的轴OO′以角速度ω匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B.以金属圆环的平面与磁场方向重合时开始计时，求在转过30°角的过程中，环产生的平均感应电动势是多大？
图4－4－3
【解析】　环在转过30°角的过程中，开始时刻磁通量Φ1＝0
末态磁通量Φ2＝BSsin 30°
环在转过30°角的过程中，磁通量的变化量为
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BSsin 30°－0＝Bπr2
又Δt＝＝＝
所以平均电动势为E＝＝＝3Bωr2.
【答案】　3Bωr2
对公式E＝Blv的理解
【问题导思】　
1．公式E＝Blv能否用来求解平均感应电动势？
2．导体棒绕一端垂直于匀强磁场做匀速圆周运动时，如何求感应电动势？
3．若导线是弯曲的，如何求其切割磁感线的有效长度？
1．该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同的情况，当v为瞬时速度时，E为瞬时电动势；若v是平均速度，则E为平均感应电动势．如果导体各部分切割磁感线的速度不相等，可取其平均速度求电动势．例如
如图4－4－4，导体棒在磁场中绕A点在纸面内以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B，则AC在切割磁感线时产生的感应电动势为：E＝Blv＝Bl·ωl＝Bl2ω.
图4－4－4
2．公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度，当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生．
3．公式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度．如果导线不和磁场垂直，l应是导线在垂直磁场方向投影的长度；如果切割磁感线的导线是弯曲的，l应取导线两端点的连线在与B和v都垂直的直线上的投影长度．
例如，如图4－4－5所示的三幅图中切割磁感线的导线是弯曲的，则切割磁感线的有效长度应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的长．
图4－4－5
　
(2013·深圳中学高二检测)如图4－4－6所示，水平放置的平行金属导轨相距l＝0.50 m，左端接一电阻R＝0.20 Ω，磁感应强度B＝0.40 T的匀强磁场，方向垂直于导轨平面．导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：
(1)ab棒中感应电动势的大小；
(2)回路中感应电流的大小；
(3)ab棒中哪端电势高；
(4)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小．
图4－4－6
【审题指导】　(1)导体切割磁感线运动产生感应电动势，感应电动势大小可由公式E＝Blv求得．
(2)感应电流的大小可由闭合电路欧姆定律求出．
(3)匀速运动时，水平外力的大小应该与安培力的大小相等．
【解析】　根据法拉第电磁感应定律，ab棒中的感应电动势为
E＝Blv＝0.40×0.50×4.0 V＝0.80 V.
(2)感应电流的大小为I＝＝ A＝4.0 A.
(3)ab相当于电源，根据右手定则知，a端电势高．
(4)ab棒受安培力F＝BIl＝0.40×4.0×0.50 N＝0.8 N
由于ab以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动，故外力的大小也为0.8 N.
【答案】　(1)0.80 V　(2)4.0 A　(3)a端高
(4)0.8 N
1．导体切割磁感线产生感应电动势时，切割磁感线的导体可等效于电源；导轨及电路电阻等效于外部电路，所以求得电动势后，电磁感应问题就转化为电路问题，应用闭合电路欧姆定律即可求解．
2．当ab匀速运动时，从能的转化与守恒角度看，外力F做功消耗的机械能全部转化为回路中的电能，因而回路中的电功率应等于外力的机械功率，即P电＝P机＝Fv＝BIlv＝B()lv＝＝＝I2R.
图4－4－7
2．(2013·青岛二中高二检测)如图4－4－7所示，平行金属导轨间距为d，一端跨接电阻R，匀强磁场磁感应强度为B，方向垂直于导轨平面，一根长金属棒与导轨成θ角放置，棒与导轨电阻不计，当棒沿垂直于棒的方向以恒定速率v在导轨上滑行时，通过电阻的电流是(　　)
A.　　　　　B.
C. D.
【解析】　导体棒切割磁感线的有效长度
l＝，故E＝Blv＝Bv，
则电流I＝＝.
【答案】　A
公式E＝n 和E＝Blvsin θ的比较
【问题导思】　
1．一般情况下，计算感应电动势的平均值和瞬时值时分别用哪个公式？
2．两个公式的适用条件是什么？能用E＝BLvsin θ计算平均感应电动势吗？
E＝n
E＝Blvsin θ
区
别
适用
范围
对任何电路普遍适用
只适用于导体切割磁感线运动的情况
联
系
(1)E＝Blvsin θ是由E＝n在一定条件下推导出来的
(2)E＝n一般用于求平均感应电动势，在Δt→0时E为瞬时感应电动势
应用E＝n或E＝Blv计算感应电动势时，首先要注意弄清计算平均感应电动势还是计算瞬时感应电动势，其次要弄清产生类型是磁场(磁通量)变化型，还是切割(磁感线)型．
图4－4－8
　
(2013·苏州中学高二检测)如图4－4－8所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路．虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是(　　)
A．感应电流方向不变
B．CD段始终不受安培力
C．感应电动势最大值E＝Bav
D．感应电动势平均值＝πBav
【审题指导】　(1)感应电流的方向可由楞次定律或右手定则判定．
(2)安培力的方向可由左手定则判定．
(3)感应电动势的瞬时值可由E＝Blv求解．
(4)感应电动势的平均值可由E＝n求解．
【解析】　在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变，A正确．根据左手定则可以判断，CD段受安培力向下，B不正确．当半圆闭合回路进入磁场一半时，等效长度最大为a，这时感应电动势最大为E＝Bav，C正确．感应电动势平均值＝＝＝πBav，D正确．
【答案】　ACD
3. 如图4－4－9所示，一个50匝的线圈的两端跟R＝99 Ω的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是20 cm2，电阻为1 Ω，磁感应强度以100 T/s的变化率均匀减小．在这一过程中，通过电阻R的电流为多大？
图4－4－9
【解析】　由法拉第电磁感应定律得线圈中产生的感应电动势为
E＝n＝nS＝50×100×20×10－4 V＝10 V
由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为
I＝＝ A＝0.1 A.
【答案】　0.1 A
综合解题方略——电磁感应中电路问题的分析方法
　
(2013·杭州二中高二检测)把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图4－4－10所示，一长度为2a，电阻等于R，
粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：
(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN；
(2)圆环消耗的热功率和在圆环及金属棒上消耗的总热功率．
图4－4－10
【审题指导】　金属棒MN切割磁感线产生感应电动势，把金属棒看成一个具有内阻为R，电源电动势为E的电源，两个半圆环看成两个电阻R并联的外电路，等效电路如图所示．
【规范解答】　(1)金属棒MN切割磁感线产生的感应电动势为
E＝Blv＝2Bav
外电路的总电阻为R外＝＝R
金属棒上电流的大小为
I＝＝＝，电流方向从N到M
金属棒两端的电压为电源的路端电压UMN＝IR外＝Bav.
(2)圆环消耗的热功率为外电路的总功率
R外＝I2R外＝
圆环和金属棒上消耗的总热功率为电路的总功率
P总＝IE＝.
【答案】　　由N→M　Bav
(2)　
电磁感应中的电路问题，实际上是电磁感应和恒定电流问题的综合题．感应电动势大小的计算、方向的判定以及电路的等效转化，是解决此类问题的关键．
1．(2013·荆州中学高二检测)由法拉第电磁感应定律知(设回路的总电阻一定)(　　)
A．穿过闭合电路的磁通量达到最大时，回路中的感应电流达最大
B．穿过闭合电路的磁通量为零时，回路中的感应电流一定为零
C．穿过闭合电路的磁通量变化量越大，回路中的感应电流越大
D．穿过闭合电路的磁通量变化越快，回路中的感应电流越大
【解析】　本题考查对法拉第电磁感应定律的理解．关键是抓住感应电动势的大小和磁通量的变化率成正比．感应电动势大小和磁通量大小、磁通量变化量的大小无关，它由磁通量变化率决定，故选D.
【答案】　D
2．关于反电动势，下列说法中正确的是(　　)
A．只要线圈在磁场中运动就能产生反电动势
B．只要穿过线圈的磁通量变化，就产生反电动势
C．电动机在转动时线圈内产生反电动势
D．反电动势就是发电机产生的电动势
【解析】　反电动势是与电源电动势相反的电动势，其作用是削弱电源的电动势，产生反电动势的前提是必须有电源存在，故正确答案为C.
【答案】　C
3．(2013·浙江高考)磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈．当以速度v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其E-t关系如图4－4－11所示．如果只将刷卡速度改为，线圈中的E-t关系图可能是
(　　)
图4－4－11
【解析】　由公式E＝Blv可知，当刷卡速度减半时，线圈中的感应电动势最大值减半，且刷卡所用时间加倍，故本题正确选项为D.
【答案】　D
4．穿过单匝闭合线圈的磁通量每秒钟均匀连续地增大2 Wb，则(　　)
A．线圈中的感应电动势将均匀增大
B．线圈中的感应电流将均匀增大
C．线圈中的感应电动势将保持2 V不变
D．线圈中的感应电流将保持2 A不变
【解析】　由法拉第电磁感应定律E＝，得E＝＝2 V，故C正确；因线圈电阻不一定等于1 Ω，故D错误．
【答案】　C
【备选习题】(教师用书独具)
1．无线电力传输目前取得重大突破，在日本展出了一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力．两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图教4－4－2所示．下列说法中正确的是(　　)
图教4－4－2
A．若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势
B．只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势
C．A中电流越大，B中感应电动势越大
D．A中电流变化越快，B中感应电动势越大
【解析】　根据产生感应电动势的条件，只有处于变化的磁场中，B线圈中才能产生感应电动势，A错，B对；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量变化率，所以C错，D对．
【答案】　BD
2．某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5 T．一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100 m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过．设落潮时，海水自西向东流，流速为2 m/s.下列说法中正确的是 (　　)
A．电压表记录的电压为5 mV
B．电压表记录的电压为9 mV
C．河南岸的电势较高
D．河北岸的电势较高
【解析】　可以将海水视为垂直河岸方向放置的导体，而电压表记录的电压应为导体平动切割地磁场的磁感线而产生的感应电动势，由E＝Blv＝9 mV知B选项正确；由右手定则可知，感应电流方向由南向北，故河北岸的电势较高，D选项正确．
【答案】　BD
3．(2013·广东省汕头金山中学高二检测)如图教4－4－3，虚线右侧存在垂直于纸面向里的匀强磁场，半圆形闭合线框与纸面共面，绕过圆心O且垂直于纸面的轴匀速转动．线框中的感应电流以逆时针方向为正方向，那么下图中哪个图能正确描述线框从图教4－4－3所示位置开始转动一周的过程中，线框中感应电流随时间变化的情况(　　)
图教4－4－3
【解析】　线框从题图所示位置开始转动周的过程中，导体棒切割磁感线的有效长度不变，产生的感应电动势和感应电流大小不变，由右手定则可判断出感应电流方向为逆时针．依次可判断出线框转动一周的过程中，线框中感应电流随时间变化的图象为图A.
【答案】　A
N
1．一闭合线圈放在随时间均匀变化的磁场中，线圈平面和磁场方向垂直．若想使线圈中的感应电流增强一倍，下述方法可行的是(　　)
A．使线圈匝数增加一倍
B．使线圈面积增加一倍
C．使线圈匝数减少一半
D．使磁感应强度的变化率增大一倍
【解析】　根据E＝n＝nS求电动势，当n、S发生变化时导体的电阻也发生了变化．若匝数增加一倍，电阻也增加一倍，感应电流不变，故A错；若匝数减少一半，感应电流也不变，故C错；若面积增加一倍，长度变为原来的倍，因此电阻为原来的倍，电流为原来的倍，故B错．
【答案】　D
2．(2013·郑州一中高二检测)
图4－4－12
穿过某线圈的磁通量随时间变化的关系如图4－4－12所示，在下列几段时间内，线圈中感应电动势最小的是(　　)
A．0～2 s　　　　　　B．2～4 s
C．4～5 s D．5～10 s
【解析】　图线斜率的绝对值越小，表明磁通量的变化率越小，感应电动势也就越小．
【答案】　D
3．一根直导线长0.1 m，在磁感应强度为0.1 T的匀强磁场中以10 m/s的速度匀速运动，则导线中产生的感应电动势(　　)
A．一定为0.1 V B．可能为零
C．可能为0.01 V D．最大值为0.1 V
【解析】　当公式E＝Blv中B、l、v互相垂直而导体切割磁感线运动时感应电动势最大：Em＝Blv＝0.1×0.1×10 V＝0.1 V，考虑到它们三者的空间位置关系应选B、C、D.
【答案】　BCD
4．(2013·石家庄二中高二检测)如图4－4－13所示的匀强磁场中MN、PQ是两条平行的金属导轨，而AB、CD为串有电压表、电流表的两根金属棒，且与金属导轨接触良好．当两棒以相同速度向右运动时，正确的是(　　)
图4－4－13
A．电流表无读数，AB间有电势差，电压表无读数
B．电流表有读数，AB间有电势差，电压表有读数
C．电流表无读数，AC间无电势差，电压表无读数
D．电流表无读数，AC间有电势差，电压表有读数
【解析】　因为两棒以相同速度运动，回路面积不变，所以感应电流为零，根据电流表、电压表的工作原理可知电流表、电压表都无示数．因为两棒都向右运动切割磁感线，所以两棒都产生相同的电动势，极性都为上正、下负，所以AB间有电势差，AC间无电势差，A、C正确．
【答案】　AC
图4－4－14
5．如图4－4－14所示，单匝线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化关系可用图象表示，则(　　)
A．t＝0时刻，线圈中的磁通量最大，感应电动势也最大
B．在t＝1×10－2 s时，感应电动势最大
C．在t＝2×10－2 s时，感应电动势为零
D．在0～2×10－2 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零
【解析】　由法拉第电磁感应定律E＝可知E的大小与Φ大小无关，与成正比，t＝0及t＝2×10－2 s时刻E＝0，A错，C对．t＝1×10－2s时，最大，E最大，B对.0～2×10－2 s内ΔΦ≠0，平均感应电动势不为零，D错．
【答案】　BC
图4－4－15
6．(2013·芜湖高二检测)如图4－4－15所示，半径为r的n匝线圈套在边长为L的正方形abcd之外，匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形，当磁感应强度以的变化率均匀变化时，线圈中产生感应电动势大小为(　　)
A．πr2 B．L2
C．nπr2 D．nL2
【解析】　根据法拉第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势的大小E＝n＝nL2.
【答案】　D
图4－4－16
7．如图4－4－16所示，面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B＝(2＋0.2t)T，定值电阻R1＝6 Ω，线圈电阻R2＝4 Ω，求a、b两点间电压Uab(　　)
A．2.4 V　　　　　　B．0.024 V
C．4 V D．1.6 V
【解析】　由法拉第电磁感应定律，线圈中感应电动势E＝nΔΦ/Δt＝nSΔB/Δt＝100×0.2×0.2 V＝4 V，感应电流I＝E/(R1＋R2)＝4/(6＋4)A＝0.4 A，所以a、b两点间电压即路端电压Uab＝IR1＝0.4×6 V＝2.4 V.
【答案】　A
图4－4－17
8．M和N是固定在水平面内的两条光滑平行的金属轨道(间距为l)，其电阻可忽略不计．如图4－4－17所示的正方形虚线框(边长为d)内充满垂直轨道平面向下的匀强磁场，金属杆ab(电阻可忽略)垂直轨道方向放置在两轨道上，M和N之间接有一电阻R，若杆ab以恒定速率v沿平行轨道方向滑动并通过匀强磁场，在此过程中，以下各物理量与速度v的大小成正比的是 (　　)
A．杆ab中的电流
B．杆ab在磁场中所受的安培力
C．电阻R上产生的焦耳热
D．水平外力对ab杆做功的功率
【解析】　由法拉第电磁感应定律得
E＝Blv，I＝＝
F安＝BIl＝，Q＝I2Rt＝＝
P＝Fv＝F安，v＝
所以杆ab中的电流和杆ab所受安培力及电阻R上产生的焦耳热都与速度v成正比，A、B、C项正确，D错．
【答案】　ABC
9.
图4－4－18
(2012·福建高考)如图4－4－18，一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合．若取磁铁中心O为坐标原点，建立竖直向下为正方向的x轴，则选项图中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图象是(　　)
【解析】　闭合铜环在下落过程中穿过铜环的磁场方向始终向上，磁通量先增加后减少，由楞次定律可判断感应电流的方向要发生变化，D项错误；因穿过闭合铜环的磁通量的变化率不是稳定的，所以感应电流随x的变化关系不可能是线性关系，A项错误；铜环由静止开始下落，速度较小，所以穿过铜环的磁通量的变化率较小，产生的感应电流的最大值较小，过O点后，铜环的速度增大，磁通量的变化率较大，所以感应电流的反向最大值大于正向最大值，故B项正确，C项错误．
【答案】　B
图4－4－19
10．如图4－4－19所示，一个边长为a＝1 m的正方形线圈，总电阻为R＝2 Ω，当线圈以v＝2 m/s的速度通过磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场区域时，线圈平面总保持与磁场垂直．若磁场的宽度b>1 m，如图所示．求：
(1)线圈进入磁场过程中感应电流的大小；
(2)线圈在穿过整个磁场过程中释放的焦耳热．
【解析】　(1)根据E＝Blv，I＝知
I＝＝ A＝0.5 A.
(2)线圈穿过磁场过程中，由于b>1 m，
故只在进入和穿出时有感应电流，故
Q＝I2Rt＝I2R·＝0.52×2× J＝0.5 J.
【答案】　(1)0.5 A　(2)0.5 J
11．如图4－4－20甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝1 000，线圈面积S＝200 cm2，线圈的电阻r＝1 Ω，线圈外接一个阻值R＝4 Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间的变化规律如图4－4－20乙所示．求：
　　　　　　甲　　　　　　　　　　乙
图4－4－20
(1)前4 s内的感应电动势；
(2)前4 s内通过R的电荷量；
(3)线圈电阻r消耗的功率．
【解析】　(1)由图象可知前4 s内磁感应强度B的变化率＝ T/s＝0.05 T/s
4 s内的平均感应电动势
E＝nS＝1 000×0.02×0.05 V＝1 V.
(2)电路中平均电流＝
通过R的电荷量q＝t，又E＝n
所以q＝n＝1 000× C＝0.8 C.
(3)由于电流是恒定的，线圈电阻r消耗的功率为
Pr＝I2r＝＝ W＝0.04 W.
【答案】　(1)1 V　(2)0.8 C　(3)0.04 W
图4－4－21
12．如图4－4－21所示，水平的平行光滑导轨，导轨间距离为L＝1 m，左端接有定值电阻R＝2 Ω.金属棒PQ与导轨良好接触，PQ的电阻为r＝0.5 Ω，导轨电阻不计，整个装置处于磁感应强度为B＝1 T的匀强磁场中，现使PQ在水平向右的恒力F＝2 N作用下运动，求：
(1)棒PQ中感应电流的方向；
(2)棒PQ中哪端电势高；
(3)棒PQ所受安培力方向；
(4)棒PQ的最大速度．
【解析】　PQ在恒力F作用下运动，产生感应电流，因而受安培力，随着速度的增大，安培力也增大，当安培力大小与恒力F相等时，PQ将做匀速运动，速度达到最大．
(1)由右手定则知感应电流方向为Q→P.
(2)PQ运动产生感应电动势，相当于电源，因电源内部电流由低电势流向高电势，所以P端电势高于Q端电势．
(3)因棒中电流由Q→P，由左手定则知棒所受安培力方向向左．
(4)PQ棒速度达到最大值时，PQ受安培力大小等于恒力F.由F＝BIL，得
I＝＝ A＝2 A
此时感应电动势为
E＝I(R＋r)＝2×(2＋0.5) V＝5 V
PQ的最大速度为
v＝＝ m/s＝5 m/s.
【答案】　(1)Q→P　(2)P端　(3)向左　(4)5 m/s
5电磁感应现象的两类情况
●课标要求
1．理解法拉第电磁感应定律．
2．举例说明电磁感应在生活和生产中的应用．
●课标解读
1．了解感生电场，知道感生电动势产生的原因．会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小．
2．了解动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系．会判断动生电动势的方向，并会计算它的大小．
3．了解电磁感应规律的一般应用，能解释生活中对电磁感应现象的应用．
●教学地位
本节属于电磁感应规律的应用，在高考中尽管很少直接命题，但它对于理解电磁感应现象有重要的作用，是以后学习的基础.
●新课导入建议
要使穿过回路的磁通量发生变化，有两种方法，一种是回路不变，使磁感应强度发生变化，另一种是磁场不变，使回路的部分导体切割磁感线运动，这两种方法有什么不同？通过这节课的学习，我们就可以解决这个问题．
●教学流程设计
课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)?步骤1：导入新课，本节教学地位分析?步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)?步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
?
步骤7：完成“探究3”(重在讲解规律总结技巧)?步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)?步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评?步骤4：教师通过例题讲解感生电动势与动生电动势的区别．
?
步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况?步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】

课　标　解　读
重　点　难　点
1.知道感生电动势、动生电动势的概念．知道产生感生电动势的非静电力是感生电场的作用．产生动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关．
2.会用楞次定律判断感生电场的方向，用左手定则判断洛伦兹力的方向．
3.知道电磁感应现象遵守能量守恒定律.
1.对感生电动势和动生电动势的理解．(重点)
2.感生电动势和动生电动势的计算．(重点)
3.电磁感应与力学、电路等知识的综合问题．(难点)
4.电磁感应现象中有关能量问题的求解．(难点)
电磁感应现象中的感生电场
1.基本知识
(1)感生电场：磁场变化时在空间激发的一种电场，它是由英国物理学家麦克斯韦提出的．
(2)感生电动势：由感生电场产生的感应电动势，它的方向与感生电场的方向相同，与感应电流的方向相同．
(3)感生电动势中的非静电力：就是感生电场对自由电荷的作用力．
2．思考判断
(1)磁场可以对电荷做功．(×)
(2)感生电场可以对电荷做功．(√)
(3)磁场越强，磁场变化时产生的感生电场越强．(×)
3．探究交流
存在闭合环形电路的空间，变化的磁场周围存在感生电场，回路中产生感应电流，那么不存在闭合环形电路的空间，变化的磁场周围是否仍然产生感生电场？
【提示】　变化的磁场周围一定存在感生电场，与是否存在闭合回路无关.
电磁感应现象中的洛伦兹力
1.基本知识
(1)成因
导体棒做切割磁感线运动时，导体棒中的自由电荷随棒一起定向运动，并因此受到洛伦兹力．
(2)动生电动势：由于导体运动而产生的感应电动势．
(3)动生电动势中的非静电力：与洛伦兹力有关．
2．思考判断
(1)动生电动势产生的原因是导体内部的自由电荷受到洛伦兹力的作用．(√)
(2)感生电动势的大小由E＝n求得，动生电动势的大小可由E＝Blv求得．(√)
(3)产生动生电动势时，洛伦兹力对自由电荷做了功．(×)
3．探究交流
如图4－5－1所示是环保型手电筒(内由磁铁和线圈组成)的外形．环保型手电筒不需要任何化学电池作为电源，不会造成由废电池引起的环境污染．使用时只要将它来回摇晃30秒钟，手电筒便可持续照明3～5分钟．
图4－5－1
你能根据前面学过的有关电磁感应的知识解释这种手电筒的工作原理吗？
【提示】　电筒内有一块永磁铁，它外面有一线圈．当你摇动电筒时，磁铁就相对线圈做往复运动，磁通量发生变化，产生感应电流，将机械能转化为电能，灯就亮了(内有两节纽扣电池储存电能).
对感生电动势与动生电动势的理解
【问题导思】　
1．怎样产生感生电场？感生电场与电路是否闭合有关吗？
2．感生电动势与动生电动势有什么区别？
1．对感生电场的理解
英国物理学家麦克斯韦在他的电磁理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，这种电场叫感生电场．
感生电场是否存在，取决于有无变化的磁场，与是否存在导体及?