《電磁感應(yīng)專題》word版.doc
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一、考綱要求 (一)知識(shí)點(diǎn) 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(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，只限于垂直于B、v的情況。 2.不要求用自感系數(shù)計(jì)算自感電動(dòng)勢(shì)。 3.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中不要求判斷內(nèi)電路中各點(diǎn)電勢(shì)的高低。 4.自感現(xiàn)象，可介紹磁場(chǎng)能量的概念。 二、知識(shí)結(jié)構(gòu) 1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 借助磁場(chǎng)(或磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)(感應(yīng)電流)的條件： (1)當(dāng)閉合回路的一部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，可單邊(或雙邊)以平動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)、掃動(dòng))方式做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)。 (2)穿過閉合回路中磁通量發(fā)生變化。又可分為改變磁場(chǎng)固定線圈和恒定磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)線圈兩種。 3.感應(yīng)電流的方向：用楞次定律判斷。 (1)因?yàn)閷?dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流，可用右手定則判定。 (2)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)永遠(yuǎn)阻礙原來的磁場(chǎng)的變化。 4.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 (1)“動(dòng)生型”：ε＝BLυsinθ (2)“感生型”：ε＝NΔΦ／Δt。(法拉第電磁感應(yīng)定律)其中ΔΦ＝BΔS或ΔΦ＝ΔBS(對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)ε＝LΔi／Δt) 5.電磁綜合現(xiàn)象：“動(dòng)—電—?jiǎng)印?，“電—?jiǎng)印姟? 6.應(yīng)用： (1)應(yīng)用牛頓第二定律解決導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的問題。 (2)應(yīng)用動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律解決導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)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(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)提示 1.產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流的條件：導(dǎo)體在切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：穿過線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。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(shí)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(shí)，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)查明原磁場(chǎng)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(chǎng)方向；(3)然后由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，用安培定則判斷出感應(yīng)電流的方向。 3.運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)單地說是“阻礙”的“變化”，而不是阻礙原磁場(chǎng)。具體地說是：當(dāng)原磁場(chǎng)的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向就與原磁場(chǎng)的方向相反—以示阻礙增加；當(dāng)原磁場(chǎng)磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同—以示阻礙減少。還應(yīng)注意，阻礙并不是阻止，即原來的磁通量如果增加，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)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(shí)，感應(yīng)電流與原磁場(chǎng)或原來產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流間就要產(chǎn)生相互作用的力，因而會(huì)使它們之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如圖，當(dāng)條形磁鐵N極插入閉合回路時(shí)，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(yùn)動(dòng)。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(chǎng)阻礙磁體的插入，知abcd回路中的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)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“感應(yīng)電流對(duì)引起它產(chǎn)生的原因都有阻礙作用”，這些原因包括外磁場(chǎng)的變化、相對(duì)位置的變化、相對(duì)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(yùn)動(dòng)時(shí)，如圖二示，銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)方向向左，感應(yīng)電流的方向從左向右看為逆時(shí)針方向，(2)亦可用“阻礙相對(duì)位置的變化”來判斷：磁鐵向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)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(dòng)勢(shì)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(jì)算的是Δt時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)。 此公式中涉及到磁通量的變化量ΔΦ的計(jì)算，對(duì)ΔΦ的計(jì)算，高中階段一般遇到的只有兩種情況：(1)回路與磁場(chǎng)垂直的面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化，則ΔΦ＝ΔBS，此時(shí)ε＝N(ΔB／Δt)S，式中的ΔB／Δt叫磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率。若ΔB／Δt是恒定的，即磁場(chǎng)是均勻變化的，那么，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是恒定電動(dòng)勢(shì)。(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，回路與磁場(chǎng)垂直的面積S發(fā)生變化，則ΔΦ＝BΔS，線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)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(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算公式ε＝BLυSinθ，式中θ為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向的夾角。此式中的υ為導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度。(1)若導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)的速度不同，如圖，一長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒OA繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)， 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求OA產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。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(diǎn)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(jì)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(duì)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(dòng)勢(shì)(若線圈閉合，就產(chǎn)生感應(yīng)電流)。這個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)(或自感電流)總是阻礙原電流的變化。自感電動(dòng)勢(shì)的大小可用公式ε＝LΔi／Δt來計(jì)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(dòng)勢(shì)公式與法拉第電磁感應(yīng)定律是一致的。 如圖所示，L1、L2是兩個(gè)相同的小電燈，L是一個(gè)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(shí)，由于自感現(xiàn)象，流過線圈的電流從零變大時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)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(shí)瞬間電流幾乎全部從L1通過，而該電流又將同時(shí)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(shí)，因電源電流立即為零，因此燈L2立即熄滅，而對(duì)L1，由于通過線圈的電流突然減弱，線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)(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，在線圈中磁場(chǎng)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(chǎng)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(jì)算公式等；還要應(yīng)用力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律等，要將這些知識(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)中，有一閉合導(dǎo)體環(huán)，環(huán)面與磁場(chǎng)方向垂直，當(dāng)導(dǎo)體環(huán)在磁場(chǎng)中完成下述運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(chǎng)中向上或向下運(yùn)動(dòng)； B.導(dǎo)體環(huán)保持水平方位向左或向右加速平動(dòng)； C.導(dǎo)體環(huán)以垂直環(huán)面，通過環(huán)心的軸轉(zhuǎn)動(dòng)； D.導(dǎo)體環(huán)以一條直徑為軸，在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)。 (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(gè)閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)：( ) 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圈1固定，另一個(gè)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(shí)針方向的感應(yīng)電流， C.有先順時(shí)針后逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流， D.有先逆時(shí)針后順時(shí)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(shí)圓環(huán)中沒有電流。當(dāng)把磁鐵向右方移走時(shí)，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. <下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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