《2020高考物理 月刊專版 專題09 交變電流和電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)專題解讀》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020高考物理 月刊專版 專題09 交變電流和電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)專題解讀（11頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、交變電流和電磁感應(yīng)
知識(shí)網(wǎng)絡(luò)：
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象
1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件
感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。
以上表述是充分必要條件。不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個(gè)條件，就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。
當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。這個(gè)表述是充分條件，不是必要的。在導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)用它判定比較方便。
2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件。
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件是：穿過電路的磁通量發(fā)生變化。
這里不要求閉合。無論電路閉合與
2、否，只要磁通量變化了，就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。這好比一個(gè)電源：不論外電路是否閉合，電動(dòng)勢(shì)總是存在的。但只有當(dāng)外電路閉合時(shí)，電路中才會(huì)有電流。
二、楞次定律
1．楞次定律
感應(yīng)電流總具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。
楞次定律解決的是感應(yīng)電流的方向問題。它關(guān)系到兩個(gè)磁場(chǎng)：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（新產(chǎn)生的磁場(chǎng)）和引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（原來就有的磁場(chǎng)）。前者和后者的關(guān)系不是“同向”或“反向”的簡單關(guān)系，而是前者“阻礙”后者“變化”的關(guān)系。
2．對(duì)“阻礙”意義的理解：
（1）阻礙原磁場(chǎng)的變化?！白璧K”不是阻止，而是“延緩”，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)不會(huì)阻止原磁場(chǎng)的變化，只能使
3、原磁場(chǎng)的變化被延緩或者說被遲滯了，原磁場(chǎng)的變化趨勢(shì)不會(huì)改變，不會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)．
（2）阻礙的是原磁場(chǎng)的變化，而不是原磁場(chǎng)本身，如果原磁場(chǎng)不變化，即使它再強(qiáng)，也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．
（3）阻礙不是相反．當(dāng)原磁通減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)同向，以阻礙其減小；當(dāng)磁體遠(yuǎn)離導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)將和磁體運(yùn)動(dòng)同向，以阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)．
（4）由于“阻礙”，為了維持原磁場(chǎng)的變化，必須有外力克服這一“阻礙”而做功，從而導(dǎo)致其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能．因此楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)．
3．楞次定律的具體應(yīng)用
（1）從“阻礙磁通量變化”的角度來看，由磁通量計(jì)算式Φ=BSsinα可知，磁通量變化
4、ΔΦ=Φ2-Φ1有多種形式，主要有：
①S、α不變，B改變，這時(shí)ΔΦ=ΔB?Ssinα
②B、α不變，S改變，這時(shí)ΔΦ=ΔS?Bsinα
③B、S不變，α改變，這時(shí)ΔΦ=BS（sinα2-sinα1）
當(dāng)B、S、α中有兩個(gè)或三個(gè)一起變化時(shí)，就要分別計(jì)算Φ1、Φ2，再求Φ2-Φ1了。
（2）從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的角度來看，楞次定律的這個(gè)結(jié)論可以用能量守恒來解釋：既然有感應(yīng)電流產(chǎn)生，就有其它能轉(zhuǎn)化為電能。又由于是由相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的，所以只能是機(jī)械能減少轉(zhuǎn)化為電能，表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是“阻礙”相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
（3）從“阻礙自身電流變化”的角度來看，就是自感現(xiàn)象。
在應(yīng)用楞次定律時(shí)一定要注意：“阻礙
5、”不等于“反向”；“阻礙”不是“阻止”。
4．右手定則。
對(duì)一部分導(dǎo)線在磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況，右手定則和楞次定律的結(jié)論是完全一致的。這時(shí)，用右手定則更方便一些。
5．楞次定律的應(yīng)用步驟
楞次定律的應(yīng)用應(yīng)該嚴(yán)格按以下四步進(jìn)行：①確定原磁場(chǎng)方向；②判定原磁場(chǎng)如何變化（增大還是減?。?；③確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向（增反減同）；④根據(jù)安培定則判定感應(yīng)電流的方向。
6．解法指導(dǎo)：
（1）楞次定律中的因果關(guān)聯(lián)
楞次定律所揭示的電磁感應(yīng)過程中有兩個(gè)最基本的因果聯(lián)系，一是感應(yīng)磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)磁通量變化之間的阻礙與被阻礙的關(guān)系，二是感應(yīng)電流與感應(yīng)磁場(chǎng)間的產(chǎn)生和被產(chǎn)生的關(guān)系.抓住“阻礙”和“產(chǎn)
6、生”這兩個(gè)因果關(guān)聯(lián)點(diǎn)是應(yīng)用楞次定律解決物理問題的關(guān)鍵.
（2）運(yùn)用楞次定律處理問題的思路
（a）判斷感應(yīng)電流方向類問題的思路
運(yùn)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的基本思路可歸結(jié)為：“一原、二感、三電流”，即為：
①明確原磁場(chǎng)：弄清原磁場(chǎng)的方向及磁通量的變化情況.
②確定感應(yīng)磁場(chǎng)：即根據(jù)楞次定律中的"阻礙"原則，結(jié)合原磁場(chǎng)磁通量變化情況，確定出感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)的方向.
③判定電流方向：即根據(jù)感應(yīng)磁場(chǎng)的方向，運(yùn)用安培定則判斷出感應(yīng)電流方向.
（b）判斷閉合電路（或電路中可動(dòng)部分導(dǎo)體）相對(duì)運(yùn)動(dòng)類問題的分析策略
在電磁感應(yīng)問題中，有一類綜合性較強(qiáng)的分析判斷類問題，主要講的是磁場(chǎng)中的閉合
7、電路在一定條件下產(chǎn)生了感應(yīng)電流，而此電流又處于磁場(chǎng)中，受到安培力作用，從而使閉合電路或電路中可動(dòng)部分的導(dǎo)體發(fā)生了運(yùn)動(dòng).（如例2）對(duì)其運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的分析判斷可有兩種思路方法：
①常規(guī)法：
據(jù)原磁場(chǎng)（B原方向及ΔΦ情況）確定感應(yīng)磁場(chǎng)（B感方向）判斷感應(yīng)電流（I感方向）導(dǎo)體受力及運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).
②效果法
由楞次定律可知，感應(yīng)電流的“效果”總是阻礙引起感應(yīng)電流的“原因”，深刻理解“阻礙”的含義.據(jù)"阻礙"原則，可直接對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)作出判斷，更簡捷、迅速.
【例1】（1996年全國）一平面線圈用細(xì)桿懸于P點(diǎn)，開始時(shí)細(xì)桿處于水平位置，釋放后讓它在如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，已知線圈平面始終與紙面垂直，當(dāng)線圈第
8、一次通過解題方法與技巧：線圈第一次經(jīng)過位置Ⅰ時(shí)，穿過線圈的磁通量增加，由楞次定律，線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向左，根據(jù)安培定則，順著磁場(chǎng)看去，感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向.當(dāng)線圈第一次通過位置Ⅱ時(shí)，穿過線圈的磁通量減小，可判斷出感應(yīng)電流為順時(shí)針方向，故選項(xiàng)B正確.
圈平行但不接觸，則當(dāng)開關(guān)S閉和瞬間，線圈B中的感應(yīng)電流的情況是：（ ）
這時(shí)就要抓住主要部分。由于所有向里的磁感線都從A的內(nèi)部穿過，所以A的內(nèi)部向里的磁感線較密， A的外部向外的磁感線較稀。這樣B一半的面積中磁感線是向里且較密，另一半面積中磁感線是向外且較稀。主要是以向里的磁感線為主，即當(dāng)開關(guān)S閉和時(shí)，線圈B中的磁通量由零變?yōu)橄蚶铮?/p>
9、故該瞬間磁通量增加，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)應(yīng)向外，因此線圈B有沿逆時(shí)針的感應(yīng)電流。答案為C。
【例4】 如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)固定。條形磁鐵S極向下以初速度v0 沿過導(dǎo)體環(huán)圓心的豎直線下落的過程中，導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電流方向如何？
解：從“阻礙磁通量變化”來看，原磁場(chǎng)方向向上，先增后減，感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向先下后上，感應(yīng)電流方向先順時(shí)針后逆時(shí)針。
從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”來看，先排斥后吸引，把條形磁鐵等效為螺線管，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，也有同樣的結(jié)論。
增大，通過cd的電流方向向下，cd向右移動(dòng)，B正確；同理可得C不正確，D正確。選B、D
【例7】 如圖所示，當(dāng)磁鐵繞O1O2軸
10、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，矩形導(dǎo)線框（不考慮重力）將如何運(yùn)動(dòng)？
解：本題分析方法很多，最簡單的方法是：從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的角度來看，導(dǎo)線框一定會(huì)跟著條形磁鐵同方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。如果不計(jì)摩擦阻力，最終導(dǎo)線框?qū)⒑痛盆F轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同；如果考慮摩擦阻力導(dǎo)線框的轉(zhuǎn)速總比條形磁鐵轉(zhuǎn)速小些。
a b
【例8】 如圖所示，水平面上有兩根平行導(dǎo)軌，上面放兩根金屬棒a、b。當(dāng)條形磁鐵如圖向下移動(dòng)時(shí)（不到達(dá)導(dǎo)軌平面），a、b將如何移動(dòng)？
解：若按常規(guī)用“阻礙磁通量變化”判斷，則要根據(jù)下端磁極的極性分別進(jìn)行討論，比較繁瑣。而且在判定a、b所受磁場(chǎng)力時(shí)。應(yīng)該以磁極對(duì)它們的磁場(chǎng)力為主，不能以a、b間的磁場(chǎng)力為主（因?yàn)樗?/p>
11、們是受合磁場(chǎng)的作用）。如果主注意到：磁鐵向下插，通過閉合回路的磁通量增大，由Φ=BS可知磁通量有增大的趨勢(shì)，因此S的相應(yīng)變化應(yīng)該使磁通量有減解：閉合瞬間，由于電感線圈對(duì)電流增大的阻礙作用，a將慢慢亮起來，b立即變亮。這時(shí)L的作用相當(dāng)于一個(gè)大電阻；穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光，a的功率大，較亮。這時(shí)L的作用相當(dāng)于一只普通的電阻（就是該線圈的內(nèi)阻）；斷開瞬間，由于電感線圈對(duì)電流減小的阻礙作用，通過a的電流將逐漸減小，a漸漸變暗到熄滅，而abRL組成同一個(gè)閉合回路，所以b燈也將逐漸變暗到熄滅，而且開始還會(huì)閃亮一下（因?yàn)樵瓉碛蠭a>Ib），并且通過b的電流方向與原來的電流方向相反。這時(shí)L相當(dāng)于一個(gè)電源。
【
12、例12】如圖所示，用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點(diǎn)，虛線左邊有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，右邊沒有磁場(chǎng)。金屬環(huán)的擺動(dòng)會(huì)很快停下來。試解釋這一現(xiàn)象。若整個(gè)空間都有向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，會(huì)有這種現(xiàn)象嗎？
解：只有左邊有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，金屬環(huán)在穿越磁場(chǎng)邊界時(shí)，由于磁通量發(fā)生變化，環(huán)內(nèi)一定會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，根據(jù)楞次定律將會(huì)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以擺動(dòng)會(huì)很快停下來，這就是電磁阻尼現(xiàn)象。當(dāng)然也可以用能量守恒來解釋：既然有電流產(chǎn)生，就一定有一部分機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，最后電流通過導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。若空間都有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，穿過金屬環(huán)的磁通量反而不變化了，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此也就不會(huì)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)就不會(huì)很快停下來。
三、電磁感應(yīng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用
13、例析
【例13】如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延時(shí)繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B的兩端接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合電路。在拉開開關(guān)S的時(shí)候,彈簧k并不能立即將銜鐵D拉起，從而使觸頭C（連接工作電路）立即離開，過一段時(shí)間后觸頭C才能離開；延時(shí)繼電器就是這樣得名的。試說明這種繼電器的工作原理。
解析：當(dāng)拉開開關(guān)S時(shí)使線圈A中電流變小并消失時(shí)，鐵芯中的磁通量發(fā)生了變化（減?。瑥亩诰€圈B中激起感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙原磁場(chǎng)的減小，這樣，就使鐵芯中磁場(chǎng)減弱得慢些，因此彈簧K不能立即將銜鐵拉起。
【例14】如圖所示是家庭用的“漏電保護(hù)器“的關(guān)鍵部分的原
14、理圖，其中P是一個(gè)變壓器鐵芯，入戶的兩根電線”（火線和零線）采用雙線繞法，繞在鐵芯的一側(cè)作為原線圈，然后再接入戶內(nèi)的用電器。Q是一個(gè)脫扣開關(guān)的控制部分（脫扣開關(guān)本身沒有畫出，它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上，開關(guān)斷開時(shí)，用戶的供電被切斷），Q接在鐵芯另一側(cè)副線圈的兩端a、b之間，當(dāng)a、b間沒有電壓時(shí)，Q使得脫扣開關(guān)閉合，當(dāng)a、b間有電壓時(shí)，脫扣開關(guān)即斷開，使用戶斷電。
（1）用戶正常用電時(shí)，a、b之間有沒有電壓？
（2）如果某人站在地面上，手誤觸火線而觸電，脫扣開關(guān)是否會(huì)斷開？為什么？
解析：（1） 用戶正常用電時(shí)，a、b之間沒有電壓，因?yàn)殡p線繞成的初級(jí)線圈兩根導(dǎo)線中的電流總是大小相等而
15、方向相反的，穿過鐵芯的磁通量總為0，副線圈中不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。
（2）人站在地面上手誤觸火線，電流通過火線和人體而流向大地，不通過零線，這樣變壓器的鐵芯中就會(huì)有磁通量的變化，從而次級(jí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，脫扣開關(guān)就會(huì)斷開。
【例15】在有線電話網(wǎng)中，電話機(jī)是通過兩條導(dǎo)線和電信局的交換機(jī)傳送和接收電信號(hào)。如果不采取措施，發(fā)話者的音頻信號(hào)必會(huì)傳到自己的受話器中，使自己聽到自己的講話聲音，這就是“側(cè)音”。較大的側(cè)音會(huì)影響接聽對(duì)方的講話，故必須減小或消除。如圖所示是一電話機(jī)的消“側(cè)音”電路與交換機(jī)的連接示意圖。圖中的兩個(gè)變壓器是完全相同的，a、b、c、d、e、f六個(gè)線圈的匝數(shù)相同。打電話時(shí)，對(duì)著話筒
16、發(fā)話，把放大后的音頻電壓加到變壓器的線圈a，從線圈c和b輸出大小相等但隨聲頻變化的電壓，c兩端的電壓產(chǎn)生的電流IL通過線圈e和兩導(dǎo)線L、電信局的交換機(jī)構(gòu)成回路，再通過交換機(jī)傳到對(duì)方電話機(jī),對(duì)方就聽到發(fā)話者的聲音。同時(shí)由于線圈e中有電流通過，在線圈f中也會(huì)有電壓輸出，放大后在自己的電話機(jī)的受話器上發(fā)出自己的講話聲，這就是上面講的“側(cè)音”。為了消除這個(gè)側(cè)音，可以把線圈b的電壓加在線圈d上，并通過R調(diào)節(jié)d中的電流Id。那么為達(dá)到消側(cè)音的目的，1應(yīng)與（ ）相接；4應(yīng)與（ ）相接，并使Id( )IL(填“小于”、“大于”、或“等于”)。對(duì)方講話時(shí)，音頻電壓通過交換機(jī)和兩條導(dǎo)線L加到本機(jī)，那么通過R的電流為多少？
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