《電磁感應專題》word版.doc
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一、考綱要求 (一)知識點 1、電磁感應現(xiàn)象。感應電流的方向。右手定則。法拉第電磁感應定律。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、導體切割磁感線時感應電動勢的計算，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)生感應電動勢(感應電流)的條件： (1)當閉合回路的一部分導體切割磁感線時，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.感應電流的方向：用楞次定律判斷。 (1)因為導體運動而產(chǎn)生電流，可用右手定則判定。 (2)感應電流的磁場永遠阻礙原來的磁場的變化。 4.感應電動勢的大小 (1)“動生型”：ε＝BLυsinθ (2)“感生型”：ε＝NΔΦ／Δt。(法拉第電磁感應定律)其中ΔΦ＝BΔS或ΔΦ＝ΔBS(對自感電動勢ε＝LΔi／Δt) 5.電磁綜合現(xiàn)象：“動—電—動”，“電—動—電” 6.應用： (1)應用牛頓第二定律解決導體切割磁感線運動的問題。 (2)應用動量定理、動量守恒定律解決導體切割磁感線的運動問題。 (3)應用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決電磁感應問題。 三、知識點、能力點提示 1.產(chǎn)生感應電動勢、感應電流的條件：導體在切割磁感線運動時，導體中就產(chǎn)生感應電動勢：穿過線圈的磁通量發(fā)生變化時，線圈中就產(chǎn)生感應電動勢。如果導體是閉合電路的一部分，或者線圈是閉合的，就產(chǎn)生感應電流。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.當閉合電路的磁通量發(fā)生變化引起感應電流時，可用楞次定律判斷感應電流的方向。 應用楞次定律判斷感應電流的方向的具體步驟：(1)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”確定感應電流產(chǎn)生的磁場方向；(3)然后由感應電流產(chǎn)生的磁場方向，用安培定則判斷出感應電流的方向。 3.運動導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流是磁通量發(fā)生變化引起感應電流的特例，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.應正確理解楞次定律中的“感應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：當原磁場的磁通量增加時，感應電流的磁場方向就與原磁場的方向相反—以示阻礙增加；當原磁場磁通量減少時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同—以示阻礙減少。還應注意，阻礙并不是阻止，即原來的磁通量如果增加，感應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)生感應電流時，感應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，線圈面積應減小，以示阻礙磁通量的增加，知ab棒應向左運動。也可依磁體N極的插入，回路中產(chǎn)生的感應電流的磁場阻礙磁體的插入，知abcd回路中的感應電流的磁場方向向上，ab中的電流方向由b到a，由此可判斷感應電流的方向。 6.楞次定律說明電磁感應現(xiàn)象同樣符合能量守恒定律。楞次定律的含義可推廣為“感應電流對引起它產(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體中電流的變化。例如當磁鐵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)生的感應電流的磁場方向向左，感應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電流的方向從左向右看為逆時針方向。 7.法拉第電磁感應定律：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢的大小，與穿過這一回路的磁通量的變化率成正比。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，磁感應強度發(fā)生變化，則ΔΦ＝ΔBS，此時ε＝N(ΔB／Δt)S，式中的ΔB／Δt叫磁感應強度的變化率。若ΔB／Δt是恒定的，即磁場是均勻變化的，那么，產(chǎn)生的感應電動勢就是恒定電動勢。(2)磁感應強度B不變，回路與磁場垂直的面積S發(fā)生變化，則ΔΦ＝BΔS，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體切割磁感線運動，產(chǎn)生的感應電動勢計算公式ε＝BLυSinθ，式中θ為導體運動方向與磁感線方向的夾角。此式中的υ為導體的運動速度。(1)若導體的運動方向與磁場方向垂直，θ＝90，則ε＝BLυ，中學中這種情況討論的較多。(2)若導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， 磁感應強度為B，求OA產(chǎn)生的感應電動勢。由于OA各部分切割磁感線的速度不相等，υO＝0，υA＝ωl，而且OA上各點的速度大小與半徑成為正比，所以OA切割磁感線的速度可用其平均速度υ＝(υO＋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，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)生感應電動勢(若線圈閉合，就產(chǎn)生感應電流)。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先達最亮，稍后 L1和L2兩燈達到一樣亮。同理，當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)，從而使L和燈L1組成的回路中有感應電流。所以L2先熄滅，L1后熄滅。此例中，在線圈中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)象關鍵是抓住電流的變化方向，而不是電流的方向。 11.電磁感應中產(chǎn)生的感應電流在磁場中將受到安培力的作用，因此，電磁感應問題常常與力學問題聯(lián)系在一起，解決這類電磁感應現(xiàn)象中的力學問題，不僅要應用電磁學中的有關規(guī)律，如楞次定律、法拉第電磁感應定律、左右手定則、安培力的計算公式等；還要應用力學中的有關規(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用。 【同步達綱練習】 1.如圖示，在豎直向下的勻強磁場中，有一閉合導體環(huán)，環(huán)面與磁場方向垂直，當導體環(huán)在磁場中完成下述運動時，可能產(chǎn)生感應電流的是：( ) A.導體環(huán)保持水平方位在磁場中向上或向下運動； B.導體環(huán)保持水平方位向左或向右加速平動； C.導體環(huán)以垂直環(huán)面，通過環(huán)心的軸轉(zhuǎn)動； D.導體環(huán)以一條直徑為軸，在磁場中轉(zhuǎn)動。 (本題考查感應電流的產(chǎn)生條件) 2.如圖所示，光滑固定導軌MN水平放置，兩根導體棒P、Q平行放于導軌上，形成一個閉合回路，當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 (本題考查感應電流的方向和通電導體受力方向的判斷) 3.如圖示，一水平放置的圓形通電線圈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，應是：( ) A.無感應電流產(chǎn)生， B.有順時針方向的感應電流， C.有先順時針后逆時針方向的感應電流， D.有先逆時針后順時針方向的感應電流。 (本題考查感應電流的產(chǎn)生條件) 4.如圖所示，有一固定的超導體圓環(huán)，在其右側(cè)放有一條形磁鐵，此時圓環(huán)中沒有電流。當把磁鐵向右方移走時，由于電磁感應，在超導體圓環(huán)中產(chǎn)生了感應電流，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，它們之間應滿足的關系是( ) A. ＞R B. =R C. >>R D. <
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