电磁感应知识总结Word下载.docx

电磁感应知识总结Word下载.docx

《电磁感应知识总结Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁感应知识总结Word下载.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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。

二、楞次定律

1．楞次定律

感应电流总具有这样的方向，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。

楞次定律解决的是感应电流的方向问题。

它关系到两个磁场：

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。

2．对“阻碍”意义的理解：

（1）阻碍原磁场的变化。

“阻碍”不是阻止，而是“延缓”，感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了，原磁场的变化趋势不会改变，不会发生逆转．

（2）阻碍的是原磁场的变化，而不是原磁场本身，如果原磁场不变化，即使它再强，也不会产生感应电流．

（3）阻碍不是相反．当原磁通减小时，感应电流的磁场与原磁场同向，以阻碍其减小；

当磁体远离导体运动时，导体运动将和磁体运动同向，以阻碍其相对运动．

（4）由于“阻碍”，为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其它形式的能转化为电能．因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现．

3．楞次定律的具体应用

（1）从“阻碍磁通量变化”的角度来看，由磁通量计算式Φ=BSsinα可知，磁通量变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有：

①S、α不变，B改变，这时ΔΦ=ΔB∙Ssinα

②B、α不变，S改变，这时ΔΦ=ΔS∙Bsinα

③B、S不变，α改变，这时ΔΦ=BS（sinα2-sinα1）

当B、S、α中有两个或三个一起变化时，就要分别计算Φ1、Φ2，再求Φ2-Φ1了。

（2）从“阻碍相对运动”的角度来看，楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释：

既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。

又由于是由相对运动引起的，所以只能是机械能减少转化为电能，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。

（3）从“阻碍自身电流变化”的角度来看，就是自感现象。

在应用楞次定律时一定要注意：

“阻碍”不等于“反向”；

“阻碍”不是“阻止”。

4．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。

5．楞次定律的应用步骤

楞次定律的应用应该严格按以下四步进行：

①确定原磁场方向；

②判定原磁场如何变化（增大还是减小）；

③确定感应电流的磁场方向（增反减同）；

④根据安培定则判定感应电流的方向。

6．解法指导：

（1）楞次定律中的因果关联

楞次定律所揭示的电磁感应过程中有两个最基本的因果联系，一是感应磁场与原磁场磁通量变化之间的阻碍与被阻碍的关系，二是感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系.抓住“阻碍”和“产生”这两个因果关联点是应用楞次定律解决物理问题的关键.

（2）运用楞次定律处理问题的思路

（a）判断感应电流方向类问题的思路

运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为：

“一原、二感、三电流”，即为：

①明确原磁场：

弄清原磁场的方向及磁通量的变化情况.

②确定感应磁场：

即根据楞次定律中的"

阻碍"

原则，结合原磁场磁通量变化情况，确定出感应电流产生的感应磁场的方向.

③判定电流方向：

即根据感应磁场的方向，运用安培定则判断出感应电流方向.

（b）判断闭合电路（或电路中可动部分导体）相对运动类问题的分析策略

在电磁感应问题中，有一类综合性较强的分析判断类问题，主要讲的是磁场中的闭合电路在一定条件下产生了感应电流，而此电流又处于磁场中，受到安培力作用，从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动.（如例2）对其运动趋势的分析判断可有两种思路方法：

①常规法：

据原磁场（B原方向及ΔΦ情况）

确定感应磁场（B感方向）

判断感应电流（I感方向）

导体受力及运动趋势.

②效果法

由楞次定律可知，感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”，深刻理解“阻碍”的含义.据"

原则，可直接对运动趋势作出判断，更简捷、迅速.

法拉第电磁感应定律自感

1．熟练掌握法拉第电磁感应定律，及各种情况下感应电动势的计算方法。

2．知道自感现象及其应用，日光灯

法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律的应用

一、法拉第电磁感应定律

1.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，即

，在国际单位制中可以证明其中的k=1，所以有

。

对于n匝线圈有

在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，由法拉第电磁感应定律可推出感应电动势的大小是：

E=BLvsinα（α是B与v之间的夹角）。

二、感应电量的计算

根据法拉第电磁感应定律，在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。

设在时间

内通过导线截面的电量为

，则根据电流定义式

及法拉第电磁感应定律

，得：

如果闭合电路是一个单匝线圈（

），则

.

上式中

为线圈的匝数，

为磁通量的变化量，R为闭合电路的总电阻。

可见，在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流，在时间

内通过导线截面的电量

仅由线圈的匝数

、磁通量的变化量

和闭合电路的电阻R决定，与发生磁通量的变化量的时间无关。

因此，要快速求得通过导体横截面积的电量

，关键是正确求得磁通量的变化量

磁通量的变化量

是指穿过某一面积末时刻的磁通量

与穿过这一面积初时刻的磁通量

之差，即

在计算

时，通常只取其绝对值，如果

与

反向，那么

的符号相反。

线圈在匀强磁场中转动，产生交变电流，在一个周期内穿过线圈的磁通量的变化量

=0，故通过线圈的电量q=0。

穿过闭合电路磁通量变化的形式一般有下列几种情况：

（1）闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S不变，磁感应强度B发生变化时，

；

（2）磁感应强度B不变，闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S发生变化时，

（3）磁感应强度B与闭合电路的面积在垂直于磁场方向的分量S均发生变化时，

下面举例说明：

三、自感现象

1、自感现象

自感现象是指当线圈自身电流发生变化时，在线圈中引起的电磁感应现象，当线圈中的电流增加时，自感电流的方向与原电流方向相反；

当线圈中电流减小时，自感电流的方向与原电流的方向相同．自感电动势的大小与电流的变化率成正比．

自感系数L由线圈自身的性质决定，与线圈的长短、粗细、匝数、有无铁芯有关．

自感现象是电磁感应的特例．一般的电磁感应现象中变化的原磁场是外界提供的，而自感现象中是靠流过线圈自身变化的电流提供一个变化的磁场．它们同属电磁感应，所以自感现象遵循所有的电磁感应规律．自感电动势仅仅是减缓了原电流的变化，不会阻止原电流的变化或逆转原电流的变化．原电流最终还是要增加到稳定值或减小到零。

自感现象只有在通过电路的电流发生变化时才会产生．在判断电路性质时，一般分析方法是：

当流过线圈L的电流突然增大瞬间，我们可以把L看成一个阻值很大的电阻；

当流经L的电流突然减小的瞬间，我们可以把L看作一个电源，它提供一个跟原电流同向的电流．

图2电路中，当S断开时，我们只看到A灯闪亮了一下后熄灭，那么S断开时图1电路中就没有自感电流？

能否看到明显的自感现象，不仅仅取决于自感电动势的大小，还取决于电路的结构．在图2电路中，我们预先在电路设计时取线圈的阻值远小于灯A的阻值，使S断开前，并联电路中的电流IL>

>

IR，S断开瞬间，虽然L中电流在减小，但这一电流全部流过A灯，仍比S断开前A灯的电流大得多，且延滞了一段时间，所以我们看到A灯闪亮一下后熄灭，对图1的电路，S断开瞬间也有自感电流，但它比断开前流过两灯的电流还小，就不会出现闪亮一下的现象．

除线圈外，电路的其它部分是否存在自感现象？

当电路中的电流发生变化时，电路中每一个组成部分，甚至连导线，都会产生自感电动势去阻碍电流的变化，只不过是线圈中产生的自感电动势比较大，其它部分产生的自感电动势非常小而已。

2、自感现象的应用——日光灯

（1）启动器：

利用氖管的辉光放电，起自动把电路接通和断开的作用

（2）镇流器：

在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，，利用自感现象，起降压限流作用。

3、日光灯的工作原理图如下：

图中A镇流器，其作用是在灯开始点燃时起产生瞬时高压的作用；

在日光灯正常发光时起起降压限流作用．B是日光灯管，它的内壁涂有一层荧光粉，使其发出的光为柔和的白光；

C是启动器，它是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装上两个电极，一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形触片组成．

电磁感应与电路规律的综合应用

1．熟练运用右手定则和楞次定律判断感应电流及感应电动势的方向。

2．熟练掌握法拉第电磁感应定律，及各种情况下感应电动势的计算方法。

3．掌握电磁感应与电路规律的综合应用

电磁感应与电路规律的综合应用

一、电路问题

1、确定电源：

首先判断产生电磁感应现象的那一部分导体（电源），其次利用

或

求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向。

2、分析电路结构，画等效电路图

3、利用电路规律求解，主要有欧姆定律，串并联规律等

二、图象问题

1、定性或定量地表示出所研究问题的函数关系

2、在图象中E、I、B等物理量的方向是通过正负值来反映

3、画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达

【例1】如图所示，平行导轨置于磁感应强度为B的匀强磁场中（方向向里），间距为L，左端电阻为R，其余电阻不计，导轨右端接一电容为C的电容器。

现有一长2L的金属棒ab放在导轨上，ab以a为轴顺时针转过90°

的过程中，通过R的电量为多少？

解析：

（1）由ab棒以a为轴旋转到b端脱离导轨的过程中，产生的感应电动势一直增大，对C不断充电，同时又与R构成闭合回路。

ab产生感应电动势的平均值

①

表示ab扫过的三角形的面积，即

②

通过R的电量

③

由以上三式解得

④

在这一过程中电容器充电的总电量Q=CUm⑤

Um为ab棒在转动过程中产生的感应电动势的最大值。

即

⑥

联立⑤⑥得：

（2）当ab棒脱离导轨后（对R放电，通过R的电量为Q2，所以整个过程中通过R的总电量为：

Q=Q1＋Q2=

电磁感应中“双杆问题”分类解析

【例2】匀强磁场磁感应强度B=0.2T，磁场宽度L=3rn，一正方形金属框边长ab=

=1m，每边电阻r=0.2Ω，金属框以v=10m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示，求：

（1）画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的I-t图线

（2）画出ab两端电压的U-t图线

线框进人磁场区时

E1=Blv=2V，

=2.5A

方向沿逆时针，如图

（1）实线abcd所示，感电流持续的时间t1=

=0.1s

线框在磁场中运动时：

E2=0，I2=0

无电流的持续时间：

t2=

=0.2s，

线框穿出磁场区时：

E3=Blv=2V，

此电流的方向为顺时针，如图

（1）虚线abcd所示，规定电流方向逆时针为正，得I-t图线如图

（2）所示

（2）线框进人磁场区ab两端电压

U1=I1r=2.5×

0.2=0.5V

线框在磁场中运动时；

b两端电压等于感应电动势

U2=Blv=2V

线框出磁场时ab两端电压：

U3=E-I2r=1.5V

由此得U-t图线如图（3）所示

点评：

将线框的运动过程分为三个阶段，第一阶段ab为外电路，第二阶段ab相当于开路时的电源，第三阶段ab是接上外电路的电源

三、综合例析

电磁感应电路的分析与计算以其覆盖知识点多，综合性强，思维含量高，充分体现考生能力和素质等特点，成为历届高考命题的特点.

1、命题特点

对电磁感应电路的考查命题，常以学科内综合题目呈现，涉及电磁感应定律、直流电路、功、动能定理、能量转化与守恒等多个知识点，突出考查考生理解能力、分析综合能力，尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力.

2、求解策略

变换物理模型，是将陌生的物理模型与熟悉的物理模型相比较，分析异同并从中挖掘其内在联系，从而建立起熟悉模型与未知现象之间相互关系的一种特殊解题方法.巧妙地运用“类同”变换，“类似”变换，“类异”变换，可使复杂、陌生、抽象的问题变成简单、熟悉、具体的题型，从而使问题大为简化.

解决电磁感应电路问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发理解和变换物理模型，即把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路，把产生感应电动势的那部分导体等效为内电路.感应电动势的大小相当于电源电动势.其余部分相当于外电路，并画出等效电路图.此时，处理问题的方法与闭合电路求解基本一致，惟一要注意的是电磁感应现象中，有时导体两端有电压，但没有电流流过，这类似电源两端有电势差但没有接入电路时，电流为零.

【例3】据报道，1992年7月，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验取得了部分成功.航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处由东向西飞行，相对地面速度大约6.5×

103m/s，从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根长20km，电阻为800Ω的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动.假定这一范围内的地磁场是均匀的.磁感应强度为4×

10-5T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同.根据理论设计，通过电离层（由等离子体组成）的作用，悬绳可以产生约3A的感应电流，试求：

（1）金属悬绳中产生的感应电动势；

（2）悬绳两端的电压；

（3）航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能（已知地球半径为6400km）.

命题意图：

考查考生信息摄取、提炼、加工能力及构建物理模型的抽象概括能力.

错解分析：

考生缺乏知识迁移运用能力和抽象概括能力，不能于现实情景中构建模型（切割磁感线的导体棒模型）并进行模型转换（转换为电源模型及直流电路模型），无法顺利运用直流电路相关知识突破.

解题方法与技巧：

将飞机下金属悬绳切割磁感线产生感应电动势看作电源模型，当它通过电离层放电可看作直流电路模型.如图所示.

（1）金属绳产生的电动势：

E=Blv=4×

10-5×

20×

103×

6.5×

103V=5.2×

103V

（2）悬绳两端电压，即路端电压可由闭合电路欧姆定律得：

U=E-Ir=5.2×

103-3×

800V=2.8×

（3）飞机绕地运行一周所需时间

t=

=

s=9.1×

103s

则飞机绕地运行一圈输出电能：

E=UIt=2800×

3×

9.1×

103J=７.6×

107J

【例4】如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，并且以

=0.1T/s在变化，水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽0.5m的导轨上放一电阻R0=0.1Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量M=0.2kg的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4Ω，图中的l=0.8m，求至少经过多长时间才能吊起重物.

考查理解能力、推理能力及分析综合能力

（1）不善于逆向思维，采取执果索因的有效途径探寻解题思路；

（2）实际运算过程忽视了B的变化，将B代入F安=BIlab，导致错解.

由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势：

E=

①

由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流I=

②

由于安培力方向向左，应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向（由上往下看）.再根据楞次定律可知磁场增加，在t时磁感应强度为：

B′=（B＋

·

t）③

此时安培力为F安=B′Ilab④

由受力分析可知F安=mg⑤

由①②③④⑤式并代入数据：

t=495s

【例5】

（2001年上海卷）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，金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R=2Ω，一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计

（1）若棒以v0=5m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径OO′的瞬时（如图所示）MN中的电动势和流过灯L1的电流。

（2）撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL2O′以OO′为轴向上翻转90º

，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为ΔB/Δt=4T/s，求L1的功率。

（1）棒滑过圆环直径OO′的瞬时，MN中的电动势

E1=B2av=0.2×

0.8×

5=0.8V①

等效电路如图

（1）所示，流过灯L1的电流

I1=E1/R=0.8/2=0.4A②

，半圆环OL1O′中产生感应电动势，相当于电源，灯L2为外电路，等效电路如图

（2）所示，感应电动势

E2=ΔФ/Δt=0.5×

πa2×

ΔB/Δt=0.32V③

L1的功率

P1=（E2/2）2/R=1.28×

102W