电磁感应复习 家教专用.doc

第一章 电磁感应知识脉络电磁感应产生感应电流的条件 闭合电路的部分导体做切割磁感线的运动穿过闭合电路的磁通量发生变化（实质）右手定则楞次定律感应电流的方向感应电动势的大小自感现象.日光灯单根切割：E=BLvsin法拉第电磁感应定律：E=n/t产生条件：导体本身的电流变化应用：日光灯的工作原理磁通量 电磁感应现象 楞次定律知识要点概览一、磁通量1磁通量：穿过某一面积的磁感线的条数叫做穿过这个面积的磁通量 ，简称磁通，符号是。2磁通量的计算：BS由于穿过垂直于磁感强度方向的单位面积的磁感线的条数等于磁感强度B，所以在匀强磁场中垂直于磁感强度平面的面积为S的磁通量可用上式计算。若磁感强度的方向与平面不垂直，其夹角为，则 Bssin3磁通量的单位：在国际单位制中磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb (1Wb1T1m2)二、电磁感应现象1.电磁感应现象:不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，电磁感应中产生的电流叫感应电流.2.感应电流的产生条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化.3.感应电动势产生的条件:穿过电路的磁通量发生变化.这里不要求闭合.无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生.这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的.但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流.产生感应电动势的那部分导体相当于电源.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，则只产生感应电动势而不产生感应电流.4.关于磁通量变化在匀强磁场中，磁通量=BSsin（是B与S的夹角），磁通量的变化=2-1有多种形式，主要有：S、不变，B改变，这时=BSsinB、不变，S改变，这时=SBsinB、S不变，改变，这时=BS(sin2-sin1)当B、S、中有两个或三个一起变化时，就要分别计算1、2，再求2-1了.abcacbMNS在非匀强磁场中，磁通量变化比较复杂.有几种情况需要特别注意：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沿条形磁铁轴线向右移动，穿过该线圈的磁通量如何变化？abc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。当a中的电流增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？如图所示，虚线圆a内有垂直于纸面向里的匀强磁场，虚线圆a外是无磁场空间.环外有两个同心导线圈b、c，与虚线圆a在同一平面内.当虚线圆a中的磁通量增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？bca三、楞次定律1.内容: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.楞次定律的另一种表达:感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因.这里的效果可以是感应电流产生的磁场，也可以是因感应电流的出现而引起的机械作用.若问题不涉及感应电流的方向，用这种表述判定比较方便.2.对楞次定律的理解楞次定律揭示了判定感应电流方向的规律，即“感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”“阻碍”两字是该定律的核心，只有深刻理解“阻碍”的含义，才能正确掌握定律的实质。阻碍不是“阻止”，因磁通量的变化是引起感应电流的必要条件，若这种变化被阻止，也就不可能继续产生感应电流了。其实质是感应电流的磁场阻碍了原磁通量的变化速率。阻碍不是“相反”，如果将阻碍理解成感应电流的磁场总是与原磁场方向相反，则楞次定律就违背了电磁感应现象也必须符合能量守恒定律这个自然界的基本法则。正确的是当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁通量减弱时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，可归纳为“增反减同”。楞次定律与右手定则的应用对象不同，楞次定律的研究对象是整个回路，而右手定则却是一段做切割磁感线运动的导线。但二者是统一的。解题时应根据研究对象的不同灵活选择。从能量角度理解，能量守恒是自然界的普遍规律，能量的转化是通过做功来量度的，这一点正是楞次定律的根据所在，实际上楞次定律是能量转化和能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。从力的角度理解，由能量观点可以推论出产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概括为四个字“来拒去留”。3.右手定则:对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况，右手定则和楞次定律的结论是完全一致的这时，用右手定则更方便一些.4.用楞次定律判断感应电流的步骤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.例题精析例1.如图所示，有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？NSv0M例2.如图所示，闭合导体环固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？例3.如图所示，O1O2是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场.以下哪些情况下abcd中有感应电流产生？方向如何？A.将abcd 向纸外平移 B.将abcd向右平移 C.将abcd以ab为轴转动60 D.将abcd以cd为轴转动60c a d bL2 L1例4.如图所示装置中，cd杆原来静止.当ab 杆做如下那些运动时，cd杆将向右移动？A.向右匀速运动 B.向右加速运动C.向左加速运动 D.向左减速运动BOtB例5.如图所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区域内有一垂直纸面向里的磁场，螺线管下方水平桌面上有一导线圆环.导线abcd所围区域内的磁场按下图所示的哪一方式随时间变化时，导线圆环对桌面的压力小于其重力？（A）DOtBCOtBAOtBBdcbaa b小例7.如图所示，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b.当条形磁铁如图向下移动时（不到达导轨平面），a、b将如何移动？ 针对训练1.关于感应电流,下列说法中正确的是().(A)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生(B)穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生(C)线框不闭合时,即使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中也没有感应电流(D)只要电路的一部分作切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流2.如图所示,有一正方形闭合线圈,在足够大的匀强磁场中运动.下列四个图中能产生感应电流的是图().【1】（多项）3.如图所示,竖直放置的长直导线通以恒定电流,有一矩形线框与导线在同一平面,在下列情况中线圈产生感应电流的是().(A)导线中电流强度变大(B)线框向右平动(C)线框向下平动(D)线框以ab边为轴转动4.如图所示,一闭合金属环从上而下通过通电的长直螺线管,b为螺线管的中点,金属环通过a、b、c处时,能产生感应电流的是_.【1】5.矩形闭合线圈平面跟磁感线方向平行,如图所示.下列情况中线圈有感应电流的是(). (A)线圈绕ab轴转动(B)线圈垂直纸而向外平动(C)线圈沿ab轴下移(D)线圈绕cd轴转动6.如图所示,裸导线框abcd放在光滑金属导轨上向右运动,匀强磁场力方向如图所示,则(). （多项）(A)表的指针发生偏转(B)表的指针发生偏转(C)表的指针不发生偏转(D)表的指针不发生偏转7.带负电的圆环绕圆心旋转,在环的圆心处有一闭合小线圈,小线圈和圆环在同一平面,则().（多项） (A)只要圆环在转动,小线圈内就一定有感应电流(B)不管环怎样转动,小线圈内都没有感应电流(C)圆环在作变速转动时,小线圈内一定有感应电流(D)圆环作匀速转动时,小线圈内没有感应电流法拉第电磁感应定律一、感应电动势1.感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势，叫感应电动势.2.电势高低的判断:在电磁感应中判定电势高低时必须把产生感应电动势的导体(或线圈)看成电源，且注意在电源内部感应电流是从电势低处向电势高处流动.若电路断路无感应电流时，可假设电路闭合有感应电流，来判断电势的高低.RabvLSNGvababRErabGEr讨论:分析下图所示电路中那部分导体相当于电源？并画出等效电路.判断a、b两点电势的高低.二、感应电动势大小的计算1.法拉第电磁感应定律(1)内容: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:，n为线圈的匝数.法拉第电磁感应定律是计算感应电动势的普适规律.(2)说明:本式是确定感应电动势的普遍规律，适用于导体回路，回路不一定闭合.在中，E的大小是由匝数及磁通量的变化率(即磁通量变化的快慢)决定的，与或之间无大小上的必然联系.磁通量表示穿过某一平面的磁感线的条数；磁通量的变化量表示磁通量变化的多少；磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢.大，及不一定大；大，及也不一定大.它们的区别类似于力学中的v、v及的区别.一般计算t时间内的平均电动势，但若是恒定的，则E不变也是瞬时值.若S不变，B随时间变化时，则；若B不变，回路面积S随时间变化时，则.2.导体切割磁感线产生感应电动势(1)公式:E=BLv(可从法拉第电磁感应定律推出)(2)说明:上式仅适用于导体各点以相同的速度在匀强磁场中切割磁感线的情况，且L、v与B两两垂直.当LB,Lv,而v与B成角时，感应电动势E=BLvsin.OA若导线是曲折的，则L应是导线的有效切割长度.公式E=BLv中，若v是一段时间内的平均速度，则E为平均感应电动势，若v为瞬时速度，则E为瞬时感应电动势.3.导体转动切割磁感线产生的感应电动势当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度匀速转动，切割磁感线产生感应电动势时:.例题精讲例1（99全国）图为地磁场磁感线的示意图在北半球地磁场的坚直分量向下。飞机在我国上空匀逐巡航。机翼保持水平，飞行高度不变。由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差设飞行员左方机翼未端处的电势为U1，右方机翼未端处的电势力U2则：A.若飞机从西往东飞，U1比U2高B.若飞机从东往西飞，U2比U1高C.若飞机从南往北飞，U1比U2高D.若飞机从北往南飞，U2比U1高【例2】如图所示，磁感强度B=1.2T的匀强磁场中有一折成30角的金属导轨aob，导轨平面垂直磁场方向。一条直线MN垂直ob方向放置在轨道上并接触良好。当MN以v=4m/s从导轨O点开始向右平动时，若所有导线单位长度的电阻r=0.1/m。求：（1）经过时间t后，闭合回路的感应电动势的瞬时值和平均值；（2）闭合回路中的电流大小和方向。【例3】 如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，长L电阻R0的裸电阻丝cd在宽L的平行金属轨道上向右滑行，速度为v。已知R1=R2=R0，其余电阻忽略不计，求电键K闭合与断开时，M、N两点的电势差UMN。【例4】 如图所示，小灯泡的规格为“2V、4W”，接在光滑水平导轨上，轨距0.1m，电阻不计。金属棒ab垂直搁置在导轨上，电阻1。整个装置处于磁感强度B=1T的匀强磁场中。求：（1）为使小灯正常发光，ab的滑行速度多大？（2）拉动金属棒ab的外力功率多大？针对训练1.下列说法正确的是（ ）A.线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C.线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D.线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大2.一矩形线圈在匀强磁场中向右作加速运动，如图所示，下列说法正确的是（ ）vabdcA.线圈中无感应电流，有感应电动势B.线圈中有感应电流，也有感应电动势C.线圈中无感应电流，无感应电动势D.a、b、c、d各点电势的关系是：UaUb，UcUd，UaUd 3.如图所示，有一闭合线圈放在匀强磁场中，线圈轴线和磁场方向成300角，磁场磁感应强度随时间均匀变化.若所用导线规格不变，用下述方法中哪一种可使线圈中感应电流增加一倍？（ ）ba300BA.线圈匝数增加一倍B.线圈面积增加一倍C.线圈半径增加一倍D改变线圈的轴线方向4.用均匀导线做成的矩形线框长为0.3m，宽为0.1m，线框左侧的放在垂直纸面向里的匀强磁场中，如图所示.当磁场以10T/s的变化率均匀增大时，线框中a、b两点的电压多大？哪点电势较高？(6.2510-2V,b点)ACBD5.如图所示，边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边