物理选修3-2知识点总结.docx

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第四章：

电磁感应

【知识要点】

一.磁通量

穿过某一面积的磁感线条数；=BS·sin；单位Wb，1Wb=1T·m；标量，但有正负。

二．电磁感应现象

当穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中有感应电流的现象。

如果电路不闭合只会产生感应电动势。

（这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象，是1831年法拉第发现的）。

三．产生感应电流的条件

1、闭合电路的磁通量发生变化。

2、闭合电路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动。

（其本质也是闭合回路中磁通量发生变化）。

四.感应电动势

1、概念：

在电磁感应现象中产生的电动势；

2、产生条件：

穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关。

3、方向判断：

感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。

五．法拉第电磁感应定律

1、内容：

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。

2、公式：

E＝n，其中n为线圈匝数。

3、公式中涉及到磁通量的变化量的计算,对的计算,一般遇到有两种情况:

（1）.回路与磁场垂直的面积S不变,磁感应强度发生变化,由,此时,此式中的叫磁感应强度的变化率,若是恒定的,即磁场变化是均匀的,产生的感应电动势是恒定电动势。

（2）.磁感应强度B不变,回路与磁场垂直的面积发生变化,则,线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属这种情况。

（3）．磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别

三个量

比

较项目

磁通量

磁通量的变化量

磁通量的变化率

物理意义

某时刻穿过某个面的磁感线的条数

某段时间内穿过某个面的磁通量变化

穿过某个面的磁通量变化的快慢

大小

Φ＝B·Scosθ

ΔΦ＝Φ2－Φ1

ΔΦ＝B·ΔS

ΔΦ＝S·ΔB

＝B或＝S

注意

若有相反方向磁场，磁通量可能抵消

开始时和转过180°时平面都与磁场垂直，穿过平面的磁通量是一正一负，ΔΦ＝2BS，而不是零

既不表示磁通量的大小，也不表示变化的多少。

实际上，它就是单匝线圈上产生的电动势，即E＝

注意:

该式中普遍适用于求平均感应电动势。

只与穿过电路的磁通量的变化率有关,而与磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是否闭合、电路的结构与材料等因素无关

六．导体切割磁感线时的感应电动势

1、导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用E＝Blv求出，式中l为导体切割磁感线的有效长度。

（1）有效性：

公式中的l为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度。

甲图：

l＝cdsinβ；

乙图：

沿v1方向运动时，l＝MN；沿v2方向运动时，l＝0。

丙图：

沿v1方向运动时，l＝R；沿v2方向运动时，l＝0；沿v3方向运动时，l＝R

（2）相对性：

E＝Blv中的速度v是相对于磁场的速度，若磁场也运动，应注意速度间的相对关系。

2、导体不垂直切割磁感线时，即v与B有一夹角θ，感应电动势可用E＝Blvsinθ求出。

3、公式一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同,对有些导体各部分切割磁感线的速度不相同的情况,如何求感应电动势？

例：

如图所示,一长为l的导体杆AC绕A点在纸面内以角速度匀速转动,转动的区域的有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,求AC产生的感应电动势,

解析：

AC各部分切割磁感线的速度不相等,,且AC上各点的

线速度大小与半径成正比,

所以AC切割的速度可用其平均切割速度,故。

4、——面积为S的纸圈，共匝，在匀强磁场B中，以角速度匀速转动，其转轴与磁场方向垂直，则当线圈平面与磁场方向平行时，线圈两端有最大有感应电动势。

解析：

设线框长为L，宽为d，以转到图示位置时，

边垂直磁场方向向纸外运动切割磁感线，速度为（圆运动半径为宽边d的一半）产生感应电动势，端电势高于端电势。

同理边产生感应电动势。

端电势高于d端电势。

则输出端M．N电动势为。

如果线圈匝，则，M端电势高，N端电势低。

参照俯示图:

这位置由于线圈边长是垂直切割磁感线，所以有感应电动势最大值，如从图示位置转过一个角度，如果圆周运动线速度，在垂直磁场方向的分量应为，此时线圈产生感应电动势的瞬时值.即作最大值方向的投影=（是线圈平面与磁场方向的夹角）。

当线圈平面垂直磁场方向时，线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，感应电动势为零。

七.总结：

计算感应电动势公式：

（导体绕某一固定点转动）

注意：

1.公式中字母的含义，公式的适用条件及使用条件。

2.感应电流与感应电量,当回路中发生磁通变化时,由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流,在内迁移的电荷量为感应电量。

仅由回路电阻和磁通量的变化量决定,与磁通量变化的时间无关。

因此,当用一磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时,线圈里聚积的感应电量相等,但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同,外力做功也不同。

八．楞次定律：

1、用楞次定律判断感应电流的方向。

楞次定律的内容：

感应电流具有这样的的方向，感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化。

即原磁通量变化感应电流感应电流磁场原磁通量变化。

（这个不太好理解、不过很好用口诀：

增缩减扩，来拒去留，增反减同）

2、楞次定律的理解：

感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）引起感应电流的原因。

（1）阻碍原磁通的变化（原始表述）；

（2）阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”。

（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势；（4）阻碍原电流的变化（自感现象）。

3、应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤：

（1）查明原磁场的方向及磁通量的变化情况；

（2）根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向；

（3）由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。

4、当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，用右手定则可判定感应电流的方向。

导体运动切割产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的特例。

（“力”用左手，“其它”用右手）

九．互感自感涡流

1、互感：

由于线圈A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈B中激发了感应电动势。

这种现象叫互感。

2、自感:

由于线圈（导体）本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。

在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。

分析可知：

自感电动势总是阻碍线圈（导体）中原电流的变化。

自感电动势的大小跟电流变化率成正比。

L是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，匝数越多，横截面积越大，自感系数L越大。

另外,有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。

单位是亨利（H）。

自感现象分通电自感和断电自感两种,其中断电自感中“小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的问题,

例：

如图2所示,原来电路闭合处于稳定状态,L与并联,其电流分别为,方向都是从左到右。

在断开S的瞬间,灯A中原来的从左向右的电流立即消失,但是灯A与线圈L构成一闭合回路,由于L的自感作用,其中的电流不会立即消失,而是在回路中逐断减弱维持短暂的时间,在这个时间内灯A中有从右向左的电流通过,此时通过灯A的电流是从开始减弱的,如果原来,则在灯A熄灭之前要闪亮一下;如果原来,则灯A是逐断熄灭不再闪亮一下。

原来哪一个大,要由L的直流电阻和A的电阻的大小来决定,如果,如果。

3、涡流及其应用

（1）变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。

一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流

（2）应用：

新型炉灶——电磁炉。

金属探测器：

飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。

【导与练】

1．将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是（C）

A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关

B.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大

C.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大

D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同

2.如图所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线处于同一平面内，

而且处在两导线的中央，则（　A　）

A．两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零

B．两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零

C．两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量相等

D．因两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零

3.电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示。

现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和

电容器极板的带电情况是（　D　）

A．从a到b，上极板带正电

B．从a到b，下极板带正电

C．从b到a，上极板带正电

D．从b到a，下极板带正电

4.将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是（　C　）

A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大

C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同

5.如图所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置

在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时（AD）

A．P、Q将相互靠拢

B．P、Q将相互远离

C．磁铁的加速度仍为g

D．磁铁的加速度小于g

6.如图所示,有一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个闭合的矩形导线框abcd，沿纸面由位置1（左）匀速运动到位置2（右），则（　D　）

A．导线框进入磁场时，感应电流的方向为a→b→c→d→a

B．导线框离开磁场时，感应电流的方向为a→d→c→b→a

C．导线框离开磁场时，受到的安培力水平向右

D．导线框进入磁场时，受到的安培力水平向左

7．如图所，电路中A、B是完全相同的灯泡，L是一带铁芯的线圈。

开关S原来闭合,则开关S断开的瞬间（　D　）

A．L中的电流方向改变，灯泡B立即熄灭

B．L中的电流方向不变，灯泡B要过一会儿才熄灭

C．L中的电流方向改变，灯泡A比B熄灭慢

D．L中的电流方向不变，灯泡A比B熄灭慢

8.如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。

电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动（O轴位于磁场边界）。

则线框内产生的感应电流的有效值为（D）

A　　　　　B.

C. D.

9.如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面（纸面）向里，磁感应强度大小为B0．使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周，在线框中产生感应电流。

现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化。

为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的

变化率的大小应为（C）

A． B．

B．C． D．

10.如图，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a