高中物理电磁感应总结

1 / 13 高中物理电磁感应总结 一、电磁感应现象 1、产生感应电流的条件 穿过闭合电路的磁通量发生变化。 当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。 2、感应电动势产生的条件 穿过电路的磁通量发生变化。 无论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量变化了，就一定有感应电动势产生。 由磁场变化引起的感应电动势叫做感生电动势，其 本质是变化的磁场在空间激发出电场；由导体切割磁感线产生的感应电动势叫做动生电动势，其本质与导体内部的自由电2 / 13 荷随导体运动时在磁场中运动受到的洛伦兹力有关。 3、磁通量和磁通量变化 如果在磁感应强度为 B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为 S，则定义 B 与 S 的乘积为穿过这个面的磁通量，用表示，即 =BS。是标量，但是有方向（分进、出该面两种方向）。单位为韦伯，符号为 Wb。 1Wb=1T m2=1kg m2/(A？ s2)。 可以认为磁通量 就是穿过某个面的磁感线条数。 在匀强磁场的磁感线垂直于平面的情况下， B= /S，所以磁感应强度又叫磁通密度。 当匀强磁场的磁感应强度 B 与平面 S 的夹角为时，磁通量 =BSsin（是 B 与 S 的夹角）。磁通量的变化 = 2- 1。磁通量是有方向的，当初、末状态磁通量方向相同时，计算磁通量变化时应将初、末状态磁通量的大小相减；当初、末状态的磁通量方向相反时，计算磁通量变化时应将初、末状态磁通量的大小相加。 3 / 13 例 1如图所示，矩形线圈沿 a b c 在 条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化？如果线圈 M 沿条形磁铁从 N极附近向右移动到 S 极附近，穿过该线圈的磁通量如何变化？ 解：矩形线框由上到下移动时，穿过线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大。 M 沿条形磁铁轴线向右移动，穿过线圈的磁通量先增大再减小，方向始终向左。 例 2如图所示，环形导线 a 中有顺时针方向的电流，a 环外有两个同心导线圈 b、 c，与环形导线 a在同一平面内。穿过线圈 b、 c的磁通量各是什么方向？ 穿过哪个线圈的 磁通量更大？ 解： b、 c线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量都是向里的。由于穿过 b、c 线圈向里的磁通量相同而穿过 b 线圈向外的磁通量比穿过c 线圈的少，所以穿过 b 线圈的总磁通量更大。 二、感应电流的方向 4 / 13 1、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。 楞次定律的表述中关键有两个磁场：感应电流的磁场（新产生的磁场）和引起感应电流的 磁场（原来就有的磁场）。前者和后者的关系不是“同向”或“反向”的简单关系，而是前者“阻碍”后者“变化”的关系。 注意：“阻碍”不等于“反向”；“阻碍”不是“阻止”。 楞次定律的应用应该严格按以下四步进行：确定原磁场方向；判定原磁场如何变化（增大还是减小）；确定感应电流的磁场方向（增反减同）；根据安培定则判定感应电流的方向。 如果感应电流是由相对运动引起的，那么感应电流引起的结果一定是“阻碍相对运动”的。楞次定律的这个结论与能量守恒定律 是一致的：既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。又由于感应电流是由相对运动引起的，该过5 / 13 程必然有机械能转化为电能，即机械能减少，磁场力对物体做负功，是阻力，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。 如果磁通量变化是由自身电流变化引起的，那么它引起的结果一定是“阻碍自身电流变化”的，就是自感现象。 自感现象的应用：日光灯。要求掌握日光灯电路图，了解其原理。镇流器的作用：启动时由于启动器自动断路形成瞬时高压，和电源电压叠加后加在灯管两端，使灯管内的汞蒸气电离而导电；正 常工作时与灯管串联分压。启动器的作用：接通电路后会自动断电，使镇流器产生自感电动势。 自感现象的防止：定值电阻的双线绕法。两个线圈的电流大小相同，方向相反，产生的磁场也必然等大反向，因此穿过线圈的总磁通量始终为零。 2 高中物理电磁感应公式总结 1、 感应电动势的大小计算公式 1、 E n / t（普适公式）法拉第电磁感应定律，E：感应电动势 (V)， n：感应线圈匝数， / t:磁通量的变化率 2、 E BLV垂 (切割磁感线运动 ) L:有效 长度 (m) 6 / 13 3、 Em nBS（交流发电机最大的感应电动势） Em:感应电动势峰值 4、 E BL2 /2（导体一端固定以旋转切割） :角速度 (rad/s)， V:速度 (m/s) 2、磁通量 BS :磁通量 (Wb)B:匀强磁场的磁感应强度 (T)S:正对面积 (m2) 3、感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定电源内部的电流方向：由负极流向正极 4、自感电动势 E自 n / t L I/ t L:自感系数 (H)(线圈 L有铁芯比无铁芯时要大 )， I:变化电流， t:所用时间， I/ t:自感电流变化率 (变化的快慢 ) 注： (1)感应电流的方向可用楞次定律或右手定则判定，楞次定律应用要点 (2)自感电流总是阻碍引起自感电动势的电流的变化； (3)单位换算： 1H 103mH 106 H。 (4)其它相关内容：自感见第二册 P178 /日光灯。 3 高中高一物理电磁感应知识点总结 感应电流产生的条件、感应电流方向的判断，多以选择题的形式出现，试题难度不 大 ;感应电动势的计算是高考热点之一，题型灵活多样，综合性强，一般和电路问题、7 / 13 动力学问题、电磁学问题、能量问题综合考查，有一定的难度。 突破方法：对力、热、电、磁等知识的综合题的分析和计算要熟练掌握相关知识和规律，在学会一般解题方法的基础上，善于运用能量转化和守恒定律解题，熟练运用楞次定律和法拉第电磁感应定律，理解基本概念。 4 高中物理必修一知识点总结：电磁感应 1、电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 (1)产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化，即 0。 (2)产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 (2)电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。 2、磁通量 (1)定义：磁感应强度 B与垂直磁场方向的面积 S 的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义式： =BS。如果面积 S与 B不垂直，应以 B乘以在垂直于磁场方 向上的8 / 13 投影面积 S，即 =BS，国际单位： Wb 求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数。任何一个面都有正、反两个面；磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量为正。反之，磁通量为负。所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和。 3、楞次定律 (1)楞次定律：感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简 便。 (2)对楞次定律的理解 谁阻碍谁 -感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量。 阻碍什么 -阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身。如何阻碍 -原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减少时，感9 / 13 应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”。阻碍的结果 -阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少。 (3)楞次定律的另一种表述：感应电流总是阻碍产生它的那个原因 ，表现形式有三种： 阻碍原磁通量的变化；阻碍物体间的相对运动；阻碍原电流的变化 (自感 )。 4、法拉第电磁感应定律 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。表达式 E=n / t 当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算公式为 E=BLvsin。当 B、 L、 v三者两两垂直时，感应电动势E=BLv。 (1)两个公式的选用方法 E=n / t计算的是在t 时间内的平均电动势，只有当磁通量的变化率是恒 定不变时，它算出的才是瞬时电动势。 E=BLvsin中的 v若为瞬时速度，则算出的就是瞬时电动势：若 v为平均速度，算出的就是平均电动势。 (2)公式的变形 10 / 13 当线圈垂直磁场方向放置，线圈的面积 S保持不变，只是磁场的磁感强度均匀变化时，感应电动势： E=nS B/t。 如果磁感强度不变，而线圈面积均匀变化时，感应电动势 E=Nb s/ t。 5、自感现象 (1)自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 (2)自 感电动势：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。自感电动势的大小取决于线圈自感系数和本身电流变化的快慢，自感电动势方向总是阻碍电流的变化。 6、日光灯工作原理 (1)起动器的作用：利用动触片和静触片的接通与断开起一个自动开关的作用，起动的关键就在于断开的瞬间。 (2)镇流器的作用：日光灯点燃时，利用自感现象产11 / 13 生瞬时高压；日光灯正常发光时，利用自感现象，对灯管起到降压限流作用。 7、电磁感应中的电路问题 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，将它们接上电容器，便可使电容器充电；将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流。因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起。解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是： (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。 (2)画等效电路。 (3)运用全电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等公式联立求解。 8、电 磁感应现象中的力学问题 (1)通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，基本方法是：12 / 13 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。求回路中电流强度。 分析研究导体受力情况 (包含安培力，用左手定则确定其方向 )。列动力学方程或平衡方程求解。 (2)电磁感应力学问题中，要抓好受力情况，运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力变化加速度变化速度变化周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达稳定运动状态，抓住 a=0时，速度 v 达最大值的特点。 9、电磁感应中能量转化问题 导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化，在回路中产生感应电流，机械能或其他形式能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因此，电磁感应过程总是伴随着能量转化，用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动 (匀速直线运动或匀速转动 )，对应的受力特点是合外力为零，能量转化 过程常常是机械能转化为内能，解决这类问题的基本方法是： 13 / 13 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。 (2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率