《電磁感應(yīng)專題》word版

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1、一、考綱要求 (一)知識點 1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象。感應(yīng)電流的方向。右手定則。法拉第電磁感應(yīng)定律。楞次定律。(以上要求程度為B)。 2.自感現(xiàn)象。自感系數(shù)。(要求程度為A)。 (二)說明 1、導(dǎo)體切割磁感線時感應(yīng)電動勢的計算，只限于垂直于B、v的情況。 2.不要求用自感系數(shù)計算自感電動勢。 3.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中不要求判斷內(nèi)電路中各點電勢的高低。 4.自感現(xiàn)象，可介紹磁場能量的概念。 二、知識結(jié)構(gòu) 1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 借助磁場(或磁場的變化)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。其產(chǎn)生的方式有：閉合回路的一部分導(dǎo)體切割磁感線和穿過閉合回路的磁通量發(fā)生了變化等。 2.產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(感應(yīng)電流)的條件

2、： (1)當(dāng)閉合回路的一部分導(dǎo)體切割磁感線時，可單邊(或雙邊)以平動(轉(zhuǎn)動、掃動)方式做切割磁感線的運動。 (2)穿過閉合回路中磁通量發(fā)生變化。又可分為改變磁場固定線圈和恒定磁場轉(zhuǎn)動線圈兩種。 3.感應(yīng)電流的方向：用楞次定律判斷。 (1)因為導(dǎo)體運動而產(chǎn)生電流，可用右手定則判定。 (2)感應(yīng)電流的磁場永遠(yuǎn)阻礙原來的磁場的變化。 4.感應(yīng)電動勢的大小 (1)“動生型”：ε＝BLυsinθ (2)“感生型”：ε＝NΔΦ／Δt。(法拉第電磁感應(yīng)定律)其中ΔΦ＝B×ΔS或ΔΦ＝ΔB×S(對自感電動勢ε＝LΔi／Δt) 5.電磁綜合現(xiàn)象：“動—電—動”，“電—動—電” 6.應(yīng)用：

3、(1)應(yīng)用牛頓第二定律解決導(dǎo)體切割磁感線運動的問題。 (2)應(yīng)用動量定理、動量守恒定律解決導(dǎo)體切割磁感線的運動問題。 (3)應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決電磁感應(yīng)問題。 三、知識點、能力點提示 1.產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流的條件：導(dǎo)體在切割磁感線運動時，導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢：穿過線圈的磁通量發(fā)生變化時，線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果導(dǎo)體是閉合電路的一部分，或者線圈是閉合的，就產(chǎn)生感應(yīng)電流。實質(zhì)上，上述兩種說法是一致的。歸納為：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生了變化。 2.當(dāng)閉合電路的磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流時，可用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。 應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向的具體步驟：(1)

4、查明原磁場的方向和磁通量的變化情況；(2)根據(jù)楞次定律中的“阻礙”確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向；(3)然后由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向，用安培定則判斷出感應(yīng)電流的方向。 3.運動導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例，可用右手定則方便地判斷。能用右手定則判斷的，一定可用楞次定律判斷。 4.應(yīng)正確理解楞次定律中的“感應(yīng)電流的方向總是阻礙原磁通量的變化”。簡單地說是“阻礙”的“變化”，而不是阻礙原磁場。具體地說是：當(dāng)原磁場的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場方向就與原磁場的方向相反—以示阻礙增加；當(dāng)原磁場磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同—以示阻礙減少。還應(yīng)注意，阻

5、礙并不是阻止，即原來的磁通量如果增加，感應(yīng)電流的磁場只是阻礙它的增加，而不是阻止它的增加，即原來的磁通量還是要增加。 5.在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流時，感應(yīng)電流與原磁場或原來產(chǎn)生磁場的電流間就要產(chǎn)生相互作用的力，因而會使它們之間發(fā)生相對運動。如圖，當(dāng)條形磁鐵N極插入閉合回路時，穿過abcd回路的磁通量增加，線圈面積應(yīng)減小，以示阻礙磁通量的增加，知ab棒應(yīng)向左運動。也可依磁體N極的插入，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場阻礙磁體的插入，知abcd回路中的感應(yīng)電流的磁場方向向上，ab中的電流方向由b到a，由此可判斷感應(yīng)電流的方向。 6.楞次定律說明電磁感應(yīng)現(xiàn)象同樣符合能量守恒定律。楞次定律的含義可推廣為

6、“感應(yīng)電流對引起它產(chǎn)生的原因都有阻礙作用”，這些原因包括外磁場的變化、相對位置的變化、相對面積的變化和導(dǎo)體中電流的變化。例如當(dāng)磁鐵N極突然向銅環(huán)運動時，如圖二示，銅環(huán)的運動情況的判斷可以是： (1)用楞次定律判斷：穿過銅環(huán)向右的磁通量增加，銅環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向左，感應(yīng)電流的方向從左向右看為逆時針方向，(2)亦可用“阻礙相對位置的變化”來判斷：磁鐵向右運動時，銅環(huán)中的感應(yīng)電流將阻礙磁鐵的靠近，即銅環(huán)的左邊的磁性與條形磁鐵右端的磁性相同，由右手螺旋定則可知感應(yīng)電流的方向從左向右看為逆時針方向。 7.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)電動勢的大小，與穿過這一回路的磁通

7、量的變化率成正比。公式ε＝NΔΦ／Δt。此公式計算的是Δt時間內(nèi)的平均電動勢。 此公式中涉及到磁通量的變化量ΔΦ的計算，對ΔΦ的計算，高中階段一般遇到的只有兩種情況：(1)回路與磁場垂直的面積S不變，磁感應(yīng)強度發(fā)生變化，則ΔΦ＝ΔB×S，此時ε＝N(ΔB／Δt)S，式中的ΔB／Δt叫磁感應(yīng)強度的變化率。若ΔB／Δt是恒定的，即磁場是均勻變化的，那么，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就是恒定電動勢。(2)磁感應(yīng)強度B不變，回路與磁場垂直的面積S發(fā)生變化，則ΔΦ＝B×ΔS，線圈繞垂直于勻強磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電動勢就屬于這種情況。 8.若回路中只有一部分導(dǎo)體切割磁感線運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢計算公式ε＝BL

8、υSinθ，式中θ為導(dǎo)體運動方向與磁感線方向的夾角。此式中的υ為導(dǎo)體的運動速度。(1)若導(dǎo)體的運動方向與磁場方向垂直，θ＝90°，則ε＝BLυ，中學(xué)中這種情況討論的較多。(2)若導(dǎo)體的各部分切割磁感線運動的速度不同，如圖，一長為l的導(dǎo)體棒OA繞O點在紙面內(nèi)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場， 磁感應(yīng)強度為B，求OA產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。由于OA各部分切割磁感線的速度不相等，υO(shè)＝0，υA＝ωl，而且OA上各點的速度大小與半徑成為正比，所以O(shè)A切割磁感線的速度可用其平均速度υ＝(υO(shè)＋υA)／2＝υA／2＝ω1／2，故可用ε＝BL2ω／2來計算。 9.注意區(qū)別磁通量Φ，

9、磁通量的變化量ΔΦ及磁通量的變化率ΔΦ／Δt。磁通量Φ表示穿過某一平面的磁感線條數(shù)，磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2-Φ1表示磁通量的變化， 磁通量的變化率ΔΦ／Δt表示磁通量的變化快慢。Φ較大，ΔΦ及ΔΦ／Δt不一定大。ΔΦ／Δt大，Φ及ΔΦ也不一定大。 10、對自感現(xiàn)象，應(yīng)注意看線圈的自身電流是否發(fā)生變化，若變化，則線圈的本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(若線圈閉合，就產(chǎn)生感應(yīng)電流)。這個自感電動勢(或自感電流)總是阻礙原電流的變化。自感電動勢的大小可用公式ε＝LΔi／Δt來計算，L是由線圈本身的特性決定。線圈中的磁通量的變化率ΔΦ／Δt與線圈中電流的變化率Δi／Δt成正比，自感電動勢公式與法拉第電磁感應(yīng)

10、定律是一致的。 如圖所示，L1、L2是兩個相同的小電燈，L是一個自感系數(shù)很大的線圈，其電阻與R相等，當(dāng)電鍵K接通時，由于自感現(xiàn)象，流過線圈的電流從零變大時，線圈中產(chǎn)生自感電動勢的方向是左邊正極，右邊負(fù)極，從而使通過線圈的電流受阻礙而緩慢增加，所以此時瞬間電流幾乎全部從L1通過，而該電流又將同時分成兩路從L2和R通過，所以L1先達(dá)最亮，稍后 L1和L2兩燈達(dá)到一樣亮。同理，當(dāng)K斷開時，因電源電流立即為零，因此燈L2立即熄滅，而對L1，由于通過線圈的電流突然減弱，線圈中產(chǎn)生自感電動勢(右端為正，左端為負(fù))，從而使L和燈L1組成的回路中有感應(yīng)電流。所以L2先熄滅，L1后熄滅。此例中，在線圈中

11、磁場變化的起因不是外加的，而為線圈中的電流發(fā)生變化，即Δi，因此，分析自感現(xiàn)象關(guān)鍵是抓住電流的變化方向，而不是電流的方向。 11.電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力的作用，因此，電磁感應(yīng)問題常常與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，解決這類電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題，不僅要應(yīng)用電磁學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、左右手定則、安培力的計算公式等；還要應(yīng)用力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如牛頓運動定律、動量定理、動量守恒定律、機械能守恒定律等，要將這些知識綜合起來應(yīng)用。 【同步達(dá)綱練習(xí)】 1.如圖示，在豎直向下的勻強磁場中，有一閉合導(dǎo)體環(huán)，環(huán)面與磁場方向垂直，當(dāng)導(dǎo)體環(huán)在磁場中完成下述運

12、動時，可能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是：( ) A.導(dǎo)體環(huán)保持水平方位在磁場中向上或向下運動； B.導(dǎo)體環(huán)保持水平方位向左或向右加速平動； C.導(dǎo)體環(huán)以垂直環(huán)面，通過環(huán)心的軸轉(zhuǎn)動； D.導(dǎo)體環(huán)以一條直徑為軸，在磁場中轉(zhuǎn)動。 (本題考查感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件) 2.如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌MN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(yuǎn)離 C.磁鐵的加速度仍為g D.磁鐵的加速度小于g (本題考查感應(yīng)電流的方向和通電導(dǎo)體受力方向的判斷) 3.如圖示，一水平放置的圓形通電線

13、圈1固定，另一個較小的圓形線圈2從1的正上方下落，在下落的過程中兩線圈平面紿終保持平行且共軸，則線圈2從1的正上方下落至1的正下方的過程中，從上向下看線圈2，應(yīng)是：( ) A.無感應(yīng)電流產(chǎn)生， B.有順時針方向的感應(yīng)電流， C.有先順時針后逆時針方向的感應(yīng)電流， D.有先逆時針后順時針方向的感應(yīng)電流。 (本題考查感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件) 4.如圖所示，有一固定的超導(dǎo)體圓環(huán)，在其右側(cè)放有一條形磁鐵，此時圓環(huán)中沒有電流。當(dāng)把磁鐵向右方移走時，由于電磁感應(yīng)，在超導(dǎo)體圓環(huán)中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，則( ) A.這電流的方向如圖中箭頭所示，磁鐵移走后，這電流很快消失 B.這電流的方向

14、如圖中箭頭所示，磁鐵移走后，這電流繼續(xù)維持 C.這電流的方向與圖中箭頭所示，方向相反，這電流很快消失 D.這電流的方向如圖中箭頭所示，方向相反，這電流繼續(xù)維持 (本題考查感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件) 5.如圖所示是觀察自感現(xiàn)象的電路圖，為了觀察到斷開電鍵瞬間燈泡有明顯的閃爍現(xiàn)象，除增大線圈的自感系數(shù)外，還要考慮到線圈電阻和小燈泡電阻R，它們之間應(yīng)滿足的關(guān)系是( ) A. ＞R B. =R C. >>R D. <

15、，環(huán)在左側(cè)滾上的高度小于h， B.若是勻強磁場，環(huán)在左側(cè)滾上的高度等于h， C.若是非勻強磁場，環(huán)在左側(cè)滾上的高度等于h， D.若是非勻強磁場，環(huán)在左側(cè)滾上的高度小于h。 (本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用) 7.通電螺線管與電源相連，與螺線管同一軸線上套有二個輕質(zhì)閉合鋁環(huán)，B在螺線管中央，A、C位置如圖所示，當(dāng)S閉合時，(本題忽略三環(huán)感應(yīng)電流之間的相互作用力)( ) A.A向左，C向右運動，B不動； B.A向右，C向左運動，B不動； C.A、B、C都向左運動； D.A、B、C都向右運動。 (本題討論的是磁場對感應(yīng)電流的作用) 8.如圖所示，導(dǎo)

16、線ab沿金屬導(dǎo)軌運動，使電容器c充電，設(shè)磁場是勻強磁場，且右邊回路電阻不變，若使電容器帶電量恒定，且上板帶正電，則ab的運動情況是( ) A.勻速向右運動 B.勻加速向左運動 C.變加速向左運動 D.勻加速向右運動 9.如圖示，L是自感系數(shù)足夠大的線圈，且設(shè)其自身的直流電阻為零，D1和D2是兩個相同的小燈泡。如果將開關(guān)S閉合，待燈泡亮度穩(wěn)定后再斷開，則下列說法正確的是：( ) A.合上S瞬間，D2很亮，D1不亮； B.S合上瞬間，D1立即很亮，D2逐漸亮，最后一樣亮；S斷開瞬間，D2立即熄滅，D1逐漸熄滅； C.S合上瞬間，D1、D2同時亮，然后D1逐漸變

17、暗到熄滅，D2同時變得更亮；S斷開瞬時，D2立即熄滅，D1閃亮一下再熄滅； D.S合上瞬間，D1、D2同時亮，然后D1逐漸變暗到熄滅，D2亮度不變；S斷開瞬時，D2立即熄滅，D1閃亮一下后逐漸熄滅。 (本題考查自感現(xiàn)象及應(yīng)用) 10、如圖，在水平面內(nèi)放置的平行導(dǎo)軌寬L1＝40cm，左端接有電阻礙R＝0.1歐，軌道所在處有與水平面成30°角斜向上的磁場，磁感強度的變化規(guī)律為B＝(2+0.2t)特。在t＝0時將一根導(dǎo)體桿放在導(dǎo)軌的右端，并與導(dǎo)軌構(gòu)成矩形，矩形長L2＝80cm，直到t＝10s時，導(dǎo)體桿仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。求此時桿受到的摩擦力的大小? (本題討論磁場變化時的感應(yīng)電動勢的計算及導(dǎo)

18、體受力分析) 11.如圖示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，一單匝矩形線框的面積為S，當(dāng)其繞與磁場垂直的對稱軸由圖示實線的位置順時針第一次轉(zhuǎn)到虛線位置時，用的時間為Δt，則Δt時間內(nèi)線圈中的平均感應(yīng)電動勢為多少? (本題考查感應(yīng)電動勢的計算方法) 12.銅盤的半徑為r，豎直懸掛，可繞O點無摩擦地滑動，勻強磁場B垂直于圓盤，盤邊緣繞著細(xì)長線，線一端掛著質(zhì)量為m的物體，電阻R與電源ε按圖示方法接到圓盤上，現(xiàn)欲使重物以速度v勻速提升，問所用電源電動勢為多少?(設(shè)圓盤的質(zhì)量不計，電阻不計，導(dǎo)線與圓盤連接良好)。 (本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用)

19、 13.如圖示，閉合單匝線圈在勻強磁場中以角速度ω繞中心軸OO1逆時針勻速轉(zhuǎn)動。已知：線圈的邊長ab=cd=l1=0.20米，bc=da=l2=0.10米，線圈的電阻值R=0.050歐姆，角速度ω=300弧度/秒；勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小B=0.50特，方向與轉(zhuǎn)軸OO1垂直。規(guī)定當(dāng)線圈平面與B垂直，并且ab邊在紙面(即過OO1軸平行于B的平面)前開始計算線圈的轉(zhuǎn)角θ。 (1)當(dāng)θ=ωt=30°時，線圈中感應(yīng)電動勢的大小、方向如何?線圈所受的電磁力矩的大小、方向如何? (2)這時，作用在線圈上的電磁力的即時功率等于多少?(本題考查學(xué)生對力臂、力矩的概念的理解和電磁力的即

20、時功率的計算，以及畫適當(dāng)?shù)膱D示進(jìn)行分析的方法) 14.如圖示，位于水平面內(nèi)的兩條平行導(dǎo)軌相距l(xiāng)=0.3米；電源電動勢為ε=6伏，內(nèi)阻不計，R=5歐；金屬棒ab置于導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌垂直；整個裝置 放在圖示方向的勻強磁場中，當(dāng)閉合K后，金屬棒運動時所受的摩擦力阻力f=0.1牛，求ab棒的最大速度和對應(yīng)的磁感應(yīng)強度B(金屬棒和導(dǎo)軌的電阻不計)。 (本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象與力學(xué)知識的綜合應(yīng)用) 15.如圖所示，MN、PQ是兩根足夠長的固定平行金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間的距離為l，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為θ，在整個導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上方的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。在

21、導(dǎo)軌M、N端連接一個阻值為R的電阻，一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，從靜止釋放開始沿導(dǎo)軌下滑，求ab棒的最大速度。 (本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題的分析與計算) θ a F b B R c d e f 16.如圖所示，有兩根足夠長、不計電阻，相距L的平行光滑金屬導(dǎo)軌cd、ef與水平面成θ角固定放置，底端接一阻值為R的電阻，在軌道平面內(nèi)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，方向垂直軌道平面斜向上.現(xiàn)有一平行于ce、垂直于導(dǎo)軌、質(zhì)量為m、電阻不計的金屬桿ab，在沿軌道平面向上的恒定拉力F作用下，從底端ce由靜止沿導(dǎo)軌向上運動，當(dāng)ab桿速度達(dá)到穩(wěn)定后，撤去拉

22、力F，最后ab桿又沿軌道勻速回到ce端.已知ab桿向上和向下運動的最大速度相等.求:拉力F和桿ab最后回到ce端的速度v. 17.如圖甲所示，空間有一寬為2L的勻強磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強度為B，方向垂直紙面向外.abcd是由均勻電阻絲做成的邊長為L的正方形線框，總電阻為R.線框以垂直磁場邊界的速度v勻速通過磁場區(qū)域.在運動過程中，線框ab、cd兩邊始終與磁場邊界平行.線框剛進(jìn)入磁場的位置x=0，x軸沿水平方向向右.求: (1)cd邊剛進(jìn)入磁場時，ab兩端的電勢差，并指明哪端電勢高； (2)線框穿過磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的焦耳熱； (3)在下面的乙圖

23、中，畫出ab兩端電勢差Uab隨距離變化的圖象.其中U0=BLv0. 圖乙 U0 x O Uab -U0 圖甲 d b c v a 2L L 18.如圖所示，固定于水平桌面上足夠長的兩平行導(dǎo)軌PO、MN，PQ、MN的電阻不計，間距為d=0.5m.P、M兩端接有一只理想電壓表，整個裝置處于豎直向下的磁感應(yīng)強度B=0.2T的勻強磁場中.電阻均為r=0.1Ω，質(zhì)量分別為m1=300g和m2=500g的兩金屬棒L1、L2平行的擱在光滑導(dǎo)軌上，現(xiàn)固定棒L1，L2在水平恒力F=0.8N的作用下，由靜止開始做加速運動，試求: (1)當(dāng)電壓表的讀數(shù)為U=0.2V時，棒L2的加速度多大？ (2)棒L2能達(dá)到的最大速度vm. (3)若在棒L2達(dá)到最大速度vm時撤去外力F，并同時釋放棒L1，求棒L2達(dá)到穩(wěn)定時的速度值. (4)若固定棒L1，當(dāng)棒L2的速度為v，且離開棒L1距離為S的同時，撤去恒力F，為保持棒L2做勻速運動，可以采用將B從原值(B0=0.2T)逐漸減小的方法，則磁感應(yīng)強度B應(yīng)怎樣隨時間變化(寫出B與時間t的關(guān)系式)？ L1 N F M P Q V L2