高考物理总复习考点大全第十章核心考点电磁感应市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

第十讲电磁感应1/74【知识关键点】(一)感应电动势和感应电流发生条件(二)感应电流方向:右手定则及楞次定律(三)感应电流大小:

法拉第电磁感应定律(四)试验：研究电磁感应现象2/74(一)感应电动势和感应电流发生条件1．感应电流产生条件：只要穿过闭合电路磁通量发生改变，闭合电路中就会产生感应电流．其中“磁通量改变”可能是：①导体所围面积改变；②磁场与导体相对位置改变；③磁场本身强弱改变。若电路不闭合，就不会产生感应电流，但电路中仍有感应电动势．3/74①导体所围面积改变4/745/74②磁场与导体相对位置改变6/747/748/74③磁场本身强弱改变9/7410/74(二)感应电流方向:右手定则及楞次定律1.用右手定则确定感应电流方向右手定则与楞次定律是统一．普通说来在磁场中导表达割磁感线运动产生感应电流，用右手定则较为方便．但要注意以下几点：(1)大拇指方向是导体相对磁场切割磁感线运动方向，即有可能是导体运动而磁场未动，也可能是导体未动而磁场运动．(2)四指表示电流方向，对切割磁感线导体而言也就是感应电动势方向，切割磁感线导体相当于电源，在电源内部电流从电势低负极流向电势高正极．(3)右手定则反应了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者相互垂直关系．11/742．楞次定律:感应电流磁场总是妨碍引发感应电流磁场改变．楞次定律作用是确定感应电流方向．楞次定律关键是“妨碍改变”，其含义可从以下几方面来了解．(1)把引发感应电流磁场叫原磁场，那么妨碍改变就是感应电流磁场妨碍原磁场改变．(2)原磁场改变能够是增强，也能够是减弱．当原磁场增强时，感应电流产生与原磁场方向相反磁场以妨碍原磁场增强，可称之为“来者拒”；当原磁场减弱时，感应电流产生与原磁场方向相同磁场以妨碍原磁场减弱，可称之为“去者留”．(3)“妨碍改变”并不是阻止，原磁场改变阻而不止，只是延绥了改变过程．12/74用楞次定律确定感应电流方向13/74①确定原磁场(磁通量)方向；②依据给定条件确定原磁场改变是增强还是减弱；③用“妨碍改变”确定感应电流磁场(磁通量)方向；④用安培定则确定感应电流方向．应用楞次定律判断感应电流方向可分为四个步骤：14/74(二)法拉第电磁感应定律:电路中感应电动势大小，跟穿过这一电路磁通量改变率成正比．这就是法拉第电磁感应定律．公式含义：(1)感应电动势大小与磁通量大小无关，只与磁通量改变率(即磁通量改变快慢)相关．(2)感应电动势产生与磁通量发生改变原因无关．即磁通量改变可能是△Φ＝△BSsinθ

，或者是△Φ＝B△Ssinθ，或者是△Φ＝BS(sinθ1-sinθ2)，只要△Φ≠0，就有感应电动势．(式中θ是线圈平面与磁场方向间夹角)假如采取国际单位制，则可写成：对n匝线框组成回路其感应电动势:15/74几个情况感应电动势计算：

1．对n匝线框组成回路因为磁感应强度改变产生感应电动势

(1)当线圈平面与磁场方向垂直时感应电动势大小

(2)当线圈平面与磁场方向夹角为θ时感应电动势大小16/742．导体在磁场中运动产生感应电动势(1)导线切割方向与磁场方向垂直成:设长为L导体ab，在磁感强度为B匀强磁场中以速度v向右匀速运动，导体产生感应电动势17/74(2)导线切割方向与磁场方向成θ角:另:电动势方向(电势高低)由右手定则确定．这时切割磁感线导体等效于电源，在电源内部其电流方向由电势低一端指向电势高一端；所以四指所指方向也就是感应电动势方向．18/74关于公式几点说明：

(1)公式适用条件，导体上各点B和v必须处处均匀(即大小、方向都相同)．B，L必须相互垂直,L运动方向v与B成θ角．

(2)ε＝BLvsinθ由ε＝/t导出,但又有区分,ε＝/t表示在△t时间内回路产生平均电动势，ε＝BLvsinθ能够是平均电动势，也能够是即时电动势，其含义与v一一对应．(3)感应电动势产生原因是定向运动导体中电子因受到洛仑兹力作用而聚集于b端，a端聚集正电荷，切割磁感线导体ab等效于一个电源，如图所表示，a端为电源正极，b端为电源负极，导体ab电阻相当于电源内阻．(4)从能量守恒角度来看，外力对导体做功为回路提供了机械能，克服安培力做功将机械能转化为电能，因另外力和安培力做功过程反应了机械能转化为电能过程．19/743.线圈平面在匀强磁场中旋转说明：20/74

4．自感电动势L为自感系数，它与线圈形状、匝数以及铁芯材料相关．自感电动势(电流)方向：当导体回路电流增加时，自感电动势(电流)、方向与原电流方向相反；当导体回路中电流减小时，自感电动势(电流)方向与原电流方向相同．因为回路中电流产生磁通量发生改变，而在自己回路中产生感应电动势称为自感电动势．21/7422/7423/7424/7425/7426/7427/74【疑难讲解】

试验：研究电磁感应现象28/74试验电路如上图所表示．试验中应注意：(1)查明电流表指针偏转方向和电流方向关系，普通电流表指针偏转方向与电流流经内部方向相同，如图所表示电流表，电流从正接线柱流人负接线柱流出，指针向右偏，反之指针向左偏．(2)电流表指针偏转说明有感应电流，线圈中感应电流方向依据指针偏转方向得出，然后用安培定则确定线圈B中磁场方向，从而确定原磁场改变是增强还是减弱，以验证楞次定律．(3)试验中，使得线圈B中磁通量发生改变原因可能是A线圈与B线圈相对运动，也可能是通断电流引发A线圈中磁场改变而使B线圈中磁通量发生改变，或者能够用滑动变阻器来改变A线圈中电流大小，而使B月线圈中磁通量发生改变．但不论哪种情况，产生效果只有两种：①使B线圈中磁通量增加；②使B线圈中磁通量降低．如：A线圈向着B线圈运动和开关从断开到闭合均使B线圈中磁通量增加，反之则降低．29/74【经典例题】例1．如图所表示，闭合导线框质量能够忽略不计，将它从图示位30/74答：选项C是正确．

31/74动线圈引发磁通改变而产生感应电流经过导线横截面电量，也适合用于线圈不动两磁场改变产生感应电流经过导线截面电量；由W=电能．

32/74

例2．如图(1)所表示，垂直纸面向里匀强磁场宽度为L，磁感应强度为B．一个单匝线圈abcdef电阻为R，以恒定速度v垂直于B方(1)画出线圈中感应电流(以逆时针方向为电流正向)I随时间t改变函数图像；(2)画出对线圈所施加水平拉力(以向右为拉力正向)F随t改变函数图像；(3)计算拉力F所做功．33/74分析：当ab进入磁场区切割磁感线运动时，就产生逆时针方向感应电流，从而使ab导线受到向左安培力，这时要使线圈匀速运动，就必须有向右拉力与安培力平衡．当ef也进入磁场后，ef与ab两个感应电动势会相互抵消一些，从而使感应电流以及安培力对应减小．当线圈全部进入磁场后，因为磁通量不再改变，故感应电流为零，安培力也是零．当ab离开磁场后，只有cd与ef切割磁感线，产生顺时针方向感应电流，但所受安培力仍向左，因而拉力仍向右．当ef也离开磁场后，只有cd切割磁感线，因而感应电流以及安培力都正比减小．34/74解：(1)线圈以v匀速穿过磁场区时，线圈内感应电流I随时间t改变图像如图(2)所表示．图中各量为35/74(2)对线圈所施加水平拉力F随时间t改变图像如图所表示．图中横坐标各量与(1)同，纵坐标各量为(3)在线圈进、出磁场过程中，水平拉力F一直做正功，即36/74答：在线圈穿过磁场区过程中，线圈中感应电流I以及拉动线圈水平拉力F随时间t改变图像分别如图(2)和图(3)所表示．其拉力(3)假如线圈增加到n匝，则I不变(因感应电动势和线圈电阻都增大到n倍)，但F应增大到原来n倍(因有n根导线受安培力)．不受安培力，也不需要拉力．线圈有惯性，以匀速度v向右运动．(2)因为线圈一直匀速运动，动能不变，拉力F对线圈所做功W等于感应电流在线圈电阻R上所产生热量Q，其中Q为37/74

例3．平行光滑金属导轨宽度为L，导轨平面与水平面成θ角，导轨回路内接有一个定值电阻R和一节电动势为ε、内电阻为r电池(导轨其余电阻均不计，长度足够长)．空间有垂直于导轨平面向上匀强磁场，磁感应强度为B．一根质量为m金属棒ab水平放置在导轨平面上，如图所表示．无初速释放ab．试分析ab运动情况，求出ab运动到达稳38/74分析：当ab金属棒放置到导轨上后，接通电路，就有逆时针方向电池电流由b向a流过，这时ab在重力G沿导轨斜面方面分力mgsin和安培力共同作用下做变加速运动,而导线切割磁感线产生感应电动势又使回路中电流不停地变大,金属棒受到安培力也不停增大,直到安培力与重力分力到达平衡时，ab棒加速度才降到零，速度不再增大，今后，ab棒以最大速度沿导轨平面向下匀速滑动，到达稳定状态．39/74说明：对整个过程来说，电源所提供电能与ab棒下滑过程所降低重力势能转化为二部分能量：ab棒所增加动能、在电阻R及r上所产生热能．40/74例4．如图所表示装置，有两根平行导轨，导轨前段是倾斜，后段是水平，导轨水平段处于竖直向下匀强磁场B中．有两个相同金属杆，质量为m，杆与导轨垂直接触，两触点间距为l，电阻为R．一根杆静放在水平导轨上，另一根放在距水平导轨高为h斜轨上初速释放．该导轨足够长，杆与导轨一直垂直，不计杆与导轨摩擦，试求：(1)两杆最终抵达速度；(2)从开始到抵达最终速度时在电路中所产生热．

41/74分析：本题物理过程能够分为两步：第一步，是ab杆由斜轨下滑到水平轨道．这区间无磁场、无摩擦，机械能守恒；等二步，是ab杆感应电流，此电流经ab杆和cd杆使这两杆同时受到一个大小相等、方时两杆都向右运动(ab杆减速、cd杆加速)，各自都产生感应电动势，各自产生电动势大小也在改变，回路中电流大小也随之改变，……．杆和cd杆速度相等．这时回路中电流等于零，两杆不再受安培力而匀速向右运动．这个速度就是我们要求两杆最终到达速度．从能且转化来看，整个过程是ab杆重力势能转化为ab杆和cd杆动能以及电路所产生热．

42/74在水平轨道上，ab杆向右运动切割磁感线产生感应电流，此电流又造成ab杆受安培力而减速，而cd杆受安培力向右加速，……直至ab杆和cd杆以相同速度v向右运动(这时回路中电流为零，两杆不再受安培力而匀速运动)．用F表示ah杆及cd杆受安培力．由此可得解：ab杆下滑过程机械能守恒，有43/74由①、②、③式可得从开始到两杆速度为v过程，依据能量守恒有44/74说明：(1)电磁感应现象与磁场作用力相互联络问题往往造成一系列相互制约、相互依存复杂改变过程．这一系列改变过程终态往往是一个稳定状态，即许多物理量各自到达一个恒定数值．解这一类问题首先要学会分析物体系统力学状态、电学状态怎样逐步改变．(2)系统到达稳定状态力学条件是，物体所受协力为零，加速度为零；系统到达稳定状态电学条件是，由ab、cd与导轨组成闭合回路内总面积不再改变，总通量保持恒定，电磁感现象终止．(3)当系统处于改变过程中时，许多力学量和电学量都在改变，系统内物体通常都在做变加速运动，即使牛顿定律依然有效，但匀变速运动规律已不适用．力冲量和力所做功即使也已经成为变力冲量和变力做功，但动量定理和动能定理依然成立．45/74例5．图(1)中abcd是一边长为l、含有质量刚性导线框，位于水平面内，bc边中串接有电阻R，导线电阻不计，虚线表示一匀强磁场区域边界，它与线框ab边平行，磁场区域宽度为2l，磁感应强度为B，方向竖直向下．线框在一垂直于ab边水平恒定拉力作用下，沿光

滑

水

平

面

运

动，

直

到

通

过

磁

场

区

域．已

知ab边

试在下列图i-x坐标上定性画出：从导线框刚进入磁场到完全离开磁场过程中，流过电阻R电流i大小随ab边位置坐标x改变曲线．46/74分析：题意指明ab边刚进入磁场时，线框便变为匀速运动，流过这段时间(即ab边位置坐标从l～2l之间)，线框磁通不变，线框中无感应电流，即i=0，这期间线框不受磁场力，线框在恒定拉力作用下加场时间内(ab边位置坐标从2l～3l之间)，线框做减速运动．这段时间线框发生物理过程是：47/74说明这段时间线框做加速度减小减速运动，即开始速度减小得快而以后速度减小得慢，与之对应是电流i减小是开始快而后慢，这段时间答：经过电阻R电流i大小随ab边位置坐标x改变曲线，如图(2)所表示．48/74且已知(B、l、R也已知)．按题设，线框穿过磁场过程，R产生热是多少？回答这么问题就无须对过程进行像上述那样详细分析，只需49/74能够忽略．以下说法中正确是50/74分析：电路中线圈L电阻能够忽略，但在电流改变时它产生妨碍答：选项A、D正确．51/74【反馈练习】

1．a、b两个金属圆环静止套在一根水平放置绝缘光滑杆上，如图所表示．一根条形磁铁自右向左向b环中心靠近时，a、b两环将A．两环都向左运动，且两环相互靠近B．两环都向左运动，且两环相互远离C．两环都向右运动，且两环靠拢D．a环向左运动，b环向右运动答案：A52/742．如图所表示，MN是一根固定通电长直导线，电流方向向上，今将一金属线框abcd放在导线上，让线框位置偏向导线左边，二者彼此绝缘．当导线中电流突然增大时，线框整体受力情况为A．受力向右B．受力向左C．受力向上D．受力为零答案：A53/743．如图(1)所表示，在x轴上方有垂直纸面向外匀强磁场，在x轴下方有垂直纸面向里匀强磁场．在xOy平面上有一个导线框，它由沿Ox

线框由图示位置开始计时，以恒定角速度在xOy平面内绕O点逆时针转动，在其转动一周过程中，导线中感应电流(以逆时针方向电流为正向)随时间改变规律应是图(2)中哪一个？答案：B54/744．在水平面上有一固定U形金属框架，框架上置一金属杆ab，如图所表示(纸面即水平面)．在垂直纸面方向有一匀强磁场，则A．若磁场方向垂直纸面向外并增加时，杆ab将向右移动B．若磁场方向垂直纸面向外并减小时，杆ab将向右移动C．若磁场方向垂直纸面向里并增加时，杆ab将向右移动D．若磁场方向垂直纸面向里并减小时，杆ab将向右移动答案：BD55/745．如图所表示，有一个回路竖直放在匀强磁场中，磁场方向垂直回路所在平面(回路竖直部分足够长)，导线ab套在回路导线上可无摩擦地滑动而保持接触良好，设回路总电阻集中在R(其余电阻均不计)，当ab由静止开始下落后，下面说法中正确是A．导线ab向下做加速度越来越小加速运动，直到以最大速度向下匀速运动B．导线ab运动最大加速度为g，运动最大速度为mgR/B2L2C．导线ab下落过程中机械能守恒D．导线ab下落过程中降低重力势能转化为导线增加动能和电阻R上所产生热答案：ABD56/746．在回字形铁芯上左、右两侧各绕有一个线圈，左侧线圈接一个灯泡L，右侧线圈接平行金属导轨，导轨上有一根金属滑杆ab，导轨范围内有垂直纸面向里匀强磁场，如图所表示．以下叙述中正确是A．当ab向右匀速滑动时，灯L亮，有从c向d电流经过LB．当ab向左减速滑动时，灯L亮，有从d向c电流经过LC．当ab向右加速滑动时，灯L亮，有从d向c电流经过LD．当ab向左加速滑动时，灯L亮，有从d向c电流经过L答案：BC57/747．一个闭合铁芯两个线圈连线上各连结一根可滑动、接触良好结论是答案：BCD58/748．完全相同两个磁电式灵敏电流表a和b、零点在中央，指针可两侧偏转．现将两表如图所表示方式连接起来，当将a表指针向逆时针方向拨动时，b表指针将会A．向逆时针方向转动B．不动C．向顺时针方向转动D．指针会转动，但转动方向无法判定答案：C59/749．电路如图所表示，a、b是两个完全相同灯泡，L是一个直流电阻很小而自感系数很大自感线圈．以下说法中不正确是A．闭合S时，a、b同时亮，而且亮度相同B．闭合S时，b一直不亮，a逐步亮起来后保持亮度不变C．断开S时，a灯马上灭，b灯亮一下就灭D．断开S时，a、b两灯都马上灭答案：AC60/7410．如图所表示电路，多匝线圈电阻和电池内电阻能够忽略，上电键将一电阻器短路，于是线圈中产生自感电动势．这个自感电动势答案：D61/74反馈练习答案：1．A2．A3．B4．BD5．ABD6．BC7．BCD8．C9．AC10．D62/74【课后练习】1．如图所表示，金属棒L在金属导轨MN，PQ上以OO′为平衡位置，AA′，BB′为最大位移作简谐运动．导轨间有如图方向匀强磁场，其两端跟一个变压器相连，原、副线圈分别串接电流表，．下述结论中正确是：A．金属棒L运动到平衡位置OO′时，经过电流表读数为零，电流表读数为零B．当金属棒L运动到AA′或BB′位置时，经过电流表读数为零，电流表读数为零C．当金属棒L由AA′向OO′运动时，经过电流表电流方向为b→→aD．当金属棒L由AA′向OO′运动时，经过电流表电流方向为a→→b答案：C．63/742．垂直纸面向里匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，折形直导线ab=bc=2m，ab段与bc段夹角θ=30°，如图所表示，导线以v=4m／s速(1)沿纸面向上运动；(2)沿纸面向左运动；(3)垂直纸面向外运动．64/743．竖直向上匀强磁场B磁感应强度正在随时间线性增加，

A．匝数增大到2匝(其余条件不变)B．半径增大到2R(其余条件不变)C．面积增大到2S(其余条件不变)D．a增大到2a(其余条件不变)F．k增大到2k(其余条件不变)答案：BF．65/744．空间有竖直向下匀强磁场，磁感应强度为B．水平放置光滑金属圆环，圆心为O点、半径为r，从圆心O和圆环上a点接出导线，经电动势为ε电池、电键S和电阻R(回路中其余电阻均不计)形成回路．一根金属棍OP一端位于圆心O，另一端可与圆环亲密接触，且可绕O点自由转动，如图所表示．闭合S，有电流从圆环经金属棍流向O点，从而使金属棍在磁场力作用下顺时针转动，试求：PO转动最大角速66/745．两金属杆ab和cd长均为l，电阻均为R，质量分