第十四单元电磁感应讲义上海市高三物理二轮专题等级总复习精讲

第十四单元电磁感应 目录TOC\o"13"\h\u第1讲电磁感应现象楞次定律 1第2讲法拉第电磁感应定律 11课标要求:1.探究影响感应电流方向的因素,理解楞次定律。2.通过实验,理解法拉第电磁感应定律。知识结构第1讲电磁感应现象楞次定律内容梳理【概念规律】1.磁通量(1)公式:Φ=__________,S为垂直磁场的__________,磁通量为__________(2)物理意义:磁通量的大小可形象表示穿过某一面积的__________条数的多少。(3)磁通量变化:ΔΦ=Φ2.电磁感应现象(1)当穿过闭合导体回路的__________发生变化时,闭合导体回路中有感应电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应。(2)感应电流产生的条件：穿过__________电路的__________。(3)电磁感应中产生__________,如果电路闭合,则有感应电流。如果电路不闭合,则只有__________而无感应电流。3.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__________引起感应电流的__________的变化。(2)适用范围:一切电磁感应现象。4.右手定则(1)内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让__________从掌心进入,并使拇指指向__________的方向,这时四指所指的方向就是__________的方向。(2)适用情况:导线__________产生感应电流。答案:1.BS投影面积标量磁感线2.磁通量闭合磁通量发生变化感应电动势感应电动势3.阻碍磁通量4.磁感线导线运动感应电流切割磁感线【问题情境举隅】无线充电人们利用电磁感应制成了无线充电装置。充电座和分别内置线圈,当放在充电座上时,充电座的线圈产生变化磁场,使的线圈产生感应电流,感应电流经转换变为直流电后便能给电池充电了。动圈式话筒话筒是把声音转变为电信号的装置,右图是动圈式话筒结构图。动圈式话筒由膜片、线圈、永磁体等构成。当人对着话筒讲话时,声波使金属膜片振动,连接在膜片上的线圈(音圈)随之在永磁铁的磁场里振动,从而产生感应电流。电吉他电吉他的弦是磁性物质,当弦振动时,穿过其下线圈的磁通量会发生改变,从而产生感应电流。关键点拨电磁感应现象【例题1】用图中三套实验装置探究感应电流产生的条件,下列选项中能产生感应电流的操作是 ()A.甲图中,使导体棒AB顺着磁感线方向运动,且保持穿过ABCD的磁感线条数不变B.乙图中,使条形磁体匀速穿过线圈C.丙图中,开关S保持闭合,A、D.丙图中,开关S保持闭合,使小螺线管A在大螺线管B中保持不动课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨1】产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化,其特例是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动。发生电磁感应现象时,机械能或者其他形式的能转化为电能。感应电流方向的判断【例题2】如图所示,两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是A.同时增大B1减小B2 B.同时减小BC.同时以相同的变化率增大B1和B2 D.同时以相同的变化率减小B课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨2】1.理解楞次定律时要注意：“阻碍”的含义是：Φ增大时：B原与B感反向；Φ减小时：B原2.应用楞次定律判断感生电流方向的步骤:①明确原来磁场的方向;②明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少;③根据楞次定律确定感应电流的磁场方向;④利用右手螺旋定则确定感应电流的方向。楞次定律实验【例题3】用磁铁和线圈研究电磁感应现象实验中,已知通人灵敏电流表从正接线柱流人时,指针向正接线柱一侧偏转,则甲图中电表指针偏向__________。 乙图中条形磁棒下方是__________极。丙图中条形磁铁向__________运动。 丁图中线圈的绕制方法是(在丁图中画出)课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨3】该实验首先要确定灵敏电流计电流流入方向与指针的偏转方向之间的关系,然后就可以从灵敏电流计指针的偏转方向确定电流的流入方向。条形磁体的N极(或S极)插入或抽出时,感应线圈中的感应电流方向相反;条形磁体的N极(或S极)插入和S极(或N极)抽出时,感应线圈中的感应电流方向相同。“三定则、一定律”的应用【例题4】(多选)如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,PQ、MN均处在竖直向下的匀强磁场中,当PQ在一外力的作用下运动时,MN向右运动,则A.向右加速运动 B.向左加速运动C.向右减速运动 D.向左减速运动课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨4】名称用途选用原则安培定则判断电流产生的磁场(方向)分布左手定则判断通电导线、运动电荷所受磁场力的方向因电受力右手定则判断导体切割磁感线产生的感应电流方向或电源正负极因动生电楞次定律判断因回路磁通量改变而产生的感应电流方向因磁通量变化生电楞次定律的推论【例题5】如图所示,水平桌面上放有一个闭合铝环,在铝环轴线上方有一个条形磁体。当条形磁体沿轴线竖直向下迅速移动时,下列判断中正确的是 ()A.铝环有收缩的趋势,对桌面的压力增大B.铝环有收缩的趋势,对桌面的压力减小C.铝环有扩张的趋势,对桌面的压力减小D.铝环有扩张的趋势,对桌面的压力增大课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨5】楞次定律的阻碍可以有以下理解:增反减同、来拒去留、增缩减扩(适用于处于单向磁场且面积可变的线框)、增离减靠(物体可以靠近或者远离磁场)。以上情况“殊途同归”,实质上都是以不同的方式阻碍磁通量的变化。过关演练【经典过关】1.如题图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ0<θ<A.ab向右运动,同时使θ减小 B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小C.ab向左运动,同时增大磁感应强度B D.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角2.如题图所示,空间存在垂直纸面向里的磁场,磁场在竖直方向均匀分布,在水平方向非均匀分布,且关于竖直平面MN对称,绝缘轻线上端固定在M点,下端与一个粗细均匀的铜制圆环相连。现将圆环由P处无初速度释放,圆环第一次向右摆动最远能到达Q处(图中未画出)。已知圆环始终在同一竖直平面内摆动,则在圆环从P摆向Q的过程中,下列说法中正确的是 ()A.位置P与Q可能在同一高度 B.感应电流方向始终逆时针C.感应电流方向先逆时针后顺时针 D.圆环整体所受安培力先做负功后做正功3.如图,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到 ()A.拨至M端或N端,圆环都向左运动B.拨至M端或N端,圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动4.为观察电磁感应现象,某学生将电流表、螺线管A和B、电池组、滑动变阻器、电键接成如图所示的实验电路:(1)实验前滑动变阻器的滑片应置于最__________端(选填“左”或“右”)。(2)(单选)该同学将线圈B放置在线圈A中,闭合、断开电键时,电流表指针都没有偏转,其原因是 ()A.电键的位置接错 B.电流表的正、负接线柱上导线接反C.线圈B的两个接线柱上导线接反 D.蓄电池的正、负极接反(3)电路连接的错误改正后,该同学在闭合电键时发现电流表指针向右偏转,则如果向右移动滑动变阻器的滑片(滑动变阻器接入电路的方式仍然如图中所示),则电流表的指针向__________(选填“左”或“右”)偏转。【综合演练】5.弹射起飞是航母的主流,航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示,当固定线圈上突然通过直流电流时,线圈左侧的金属环被弹射出去。(1)下列现象中属于电磁感应现象的是 ()A.磁场对电流有力的作用 B.电流的周围能产生磁场C.软铁棒可被磁场磁化而带磁性 D.变化的磁场使闭合导体中产生电流(2)下列家用电器中,利用电磁感应原理进行工作的是 ()A.电吹风 B.电冰箱 C.电饭煲 D.机(3)合上开关S的瞬间,从右侧看环中产生__________(顺时针、逆时针)方向的感应电流;金属环向__________方向运动,在运动过程有__________(扩张、收缩)趋势。(4)若将金属环置于右侧闭合电键,则环向__________方向运动。环任然在左侧,现在将电池正负极调换后,闭合电键金属环__________方向运动。(5)现在固定线圈左侧同一位置,先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环,已知电阻率ρ铜<ρ铝,合上开关S的瞬间,铜环收到安培力第2讲法拉第电磁感应定律内容梳理【概念规律】1.感应电动势(1)感应电动势:在__________中产生的电动势。(2)产生条件:穿过回路的__________发生改变,与电路是否闭合无关。2.法拉第电磁感应定律(1)内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的__________成正比。(2)公式:E=nΔΦ(3)感应电流与感应电动势的关系:I=__________。(电阻为(4)说明:E的大小与Φ、ΔΦ无关,决定于磁通量的变化率ΔΦΔ3.导体平动切割磁感线(1)有效长度公式E=Blv中的l为导体两端点连线在图甲:l=图乙:沿v方向运动时,l=图丙:沿v1方向运动时,l=2R;沿(2)相对速度E=Blv中的速度v是导体相对4.导体转动切割磁感线如图,当长为l的导体在垂直于匀强磁场(磁感应强度为B)的平面内,绕一端以角速度ω匀速转动,当导体运动Δt时间后,转过的弧度θ=ωΔt答案:1.电磁感应现象磁通量2.磁通量的变化率3.垂直于cdsinβ【问题情境举隅】磁电式转速表常见的发动机磁电式转速表的转速测试装置应用了电磁感应原理,如图所示。测试装置中的磁性传感器主要由永久磁体和感应线圈构成。转轮安装在发动机转轴上,感应线圈与其对应并固定在适当位置。汽车行驶时转轮被带动旋转,每转一个齿,齿的凹凸引起感应线圈内产生一个感应电流脉冲,其变化频率等于被测转速与转轮上齿的个数的乘积。测试装置中的信号处理器把1min内接收到的脉冲数转变成相应的电压,应用电磁感应原理驱动转速表指针,驾驶员便可实时观察发动机的转速了。法拉第圆盘发电机右图所示是世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机。紫铜圆盘的圆心安装在水平转轴上,可以通过一个摇柄绕水平轴在竖直平面内转动,让紫铜圆盘放置在蹄形磁体的两个磁极之间,圆盘的圆心C和边缘D处各与一个黄铜电刷紧贴,再用导线把这两个电刷与电流表连接起来。当法拉第转动摇柄使紫铜圆盘旋转起来时,观察到电流表的指针发生偏转,说明电路中产生了持续的感应电流。车头灯发电机右图所示为自行车车头灯发电机的结构示意图。转动轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮。线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦式交变电流,给车头灯供电。关键点拨判断感应电动势的方向及变化情况【例题1】(多选)如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向。导线框A.在t=T4时为零 C.在t=T2时最大,且沿顺时针方向 课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨1】根据法拉第电磁感应定律可以得到E=ΔϕΔt感应电动势、感应电流的计算【例题2】(多选)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示。则在t=0到t=A.圆环所受安培力的方向始终不变 B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为B0rS4课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨2】利用法拉第电磁感应定律时,当ΔΦ仅由B的变化引起时,E=nΔB⋅SΔt,其中S为线圈在磁场中的有效面积。若B=B0+kt导体棒切割磁场产生电动势【例题3】图中所示的导体框架置于一匀强磁场里,导轨间距L=0.5m,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度B=0.2T,电阻R1=R2=8Ω。可移动金属棒ab的电阻R(1)通过棒中的电流大小为I=(2)ab棒两端的电压Uab(3)电路的总功率P=课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨3】导线垂直切割磁感线产生的感应电动势E=1.对电源的理解：在电磁感应现象中,产生感应电动势的那部分导体相当于电源。2.对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体;除电源外其余部分是外电路。感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路欧姆定律,即I=电磁感应中的受力分析做功能量分析【例题4】如图所示,先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界匀强磁场区域,(1)线圈中的感应电流之比为I1(2)由Q=I2Rt(3)通过线圈某截面的电荷量之比q(4)由W安=__________可知,克服安培力做功之比为课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨4】切割磁场的导体棒相当于一个电源,运动过程中把其他形式能转化为电能,这个转化是通过克服安培力做功实现的,因此“克服安培力做功大小上等于产生的电能”;而在纯电阻电路中,电能又全部转换为内能,这个转化是通过电流做功实现的。此题中通过导线截面的电荷量q可以通过公式q=I×电磁感应中的变加速直线运动【例题5】(多选)如图所示,两根平行光滑导轨竖直放置,处于垂直轨道平面的匀强磁场中,金属棒ab跨接在两导轨之间,其电阻为R。在开关S断开时,让ab棒自由下落,ab棒在下落过程中始终保持与导轨垂直并与之接触良好,设导轨足够长,电阻不计,从开关S闭合时开始计时,ab棒的下滑速度v随时间t变化的图像可能是下列图中的 ()课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨5】开关闭合前导体棒做自由落体运动,开关闭合后导体棒下落过程中受到竖直向下的重力和竖直向上的安培力,如果重力等于安培力导体棒做勺速直线运动,如果重力大于安培力导体棒做加速度减小的加速运动最终达到匀速,如果重力小于安培力导体棒做加速度减小的减速运动最终达到匀速。对导体棒运动的分析需要先受力分析,在结合牛顿第二定律判断加速度的变化,根据动力学知识判断其运动情况。过关演练【经典过关】1.磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区,刷卡器中有检测线圈。当以速度v0刷卡时,在线圈中产生感应电动势,其E−t关系如图所示。如果只将刷卡速度改为v022.如图所示,闭合金属线框abcd位于水平方向匀强磁场的上方ℎ处,由静止开始下落,并进入磁场,在运动过程中,线框平面始终和磁场方向垂直,不计空气阻力,那么在线框进入磁场过程中,线框 ()A.一定做加速运动 B.一定做减速运动C.机械能一定减少 D.机械能可能增加3.半径为a的圆形区域内有均匀磁场,磁感强度为B=0.2T,磁场方向垂直纸面向里,半径为b的金属圆环与磁场同心地放置,磁场与环面垂直,其中a=0.4m,b=0.6m,金属环上分别接有