物理選修3-2_第四章電磁感應總結加習題

1、第一章 電磁感應 知識點總結一、電磁感應現象1、電磁感應現象與感應電流 .（1）利用磁場產生電流的現象，叫做電磁感應現象。 （2）由電磁感應現象產生的電流，叫做感應電流。二、產生感應電流的條件 1、產生感應電流的條件：閉合電路中磁通量發(fā)生變化。 2、產生感應電流的方法 .（1）磁鐵運動。 （2）閉合電路一部分運動。（3）磁場強度B變化或有效面積S變化。3、對“磁通量變化”需注意的兩點 .（1）磁通量有正負之分，求磁通量時要按代數和（標量計算法則）的方法求總的磁通量（穿過平面的磁感線的凈條數）。（2）“運動不一定切割，切割不一定生電”。導體切割磁感線，不是在導體中產生感應電流的充要條件，歸根結底

2、還要看穿過閉合電路的磁通量是否發(fā)生變化。4、分析是否產生感應電流的思路方法 . （1）判斷是否產生感應電流，關鍵是抓住兩個條件： 回路是閉合導體回路。 穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化。 （2）分析磁通量是否變化時，既要弄清楚磁場的磁感線分布，又要注意引起磁通量變化的三種情況： 穿過閉合回路的磁場的磁感應強度B發(fā)生變化。 閉合回路的面積S發(fā)生變化。 磁感應強度B和面積S的夾角發(fā)生變化。三、感應電流的方向 1、楞次定律 .（1）內容：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。 凡是由磁通量的增加引起的感應電流，它所激發(fā)的磁場阻礙原來磁通量的增加。 凡是由磁通量的減

3、少引起的感應電流，它所激發(fā)的磁場阻礙原來磁通量的減少。（2）“阻礙”的形式 .感應電流的效果總是要反抗（或阻礙）引起感應電流的原因（1）就磁通量而言，感應電流的磁場總是阻礙原磁場磁通量的變化.（“增反減同”）（2）就電流而言，感應電流的磁場阻礙原電流的變化，即原電流增大時，感應電流磁場方向與原電流磁場方向相反；原電流減小時，感應電流磁場方向與原電流磁場方向相同. （“增反減同”）（3）就相對運動而言，由于相對運動導致的電磁感應現象，感應電流的效果阻礙相對運動.（“來拒去留”）（4）就閉合電路的面積而言，電磁感應應致使回路面積有變化趨勢時，則面積收縮或擴張是為了阻礙回路磁通量的變化.（“增縮減擴

4、”）（3）適用范圍：一切電磁感應現象 .（4）研究對象：整個回路 .（5）使用楞次定律的步驟： 明確（引起感應電流的）原磁場的方向 . 明確穿過閉合電路的磁通量（指合磁通量）是增加還是減少 . 根據楞次定律確定感應電流的磁場方向 . 利用安培定則確定感應電流的方向 . 2、右手定則 .（1）內容：伸開右手，讓拇指跟其余四個手指垂直，并且都跟手掌在一個平面內，讓磁感線垂直（或傾斜）從手心進入，拇指指向導體運動的方向，其余四指所指的方向就是感應電流的方向。（2）作用：判斷感應電流的方向與磁感線方向、導體運動方向間的關系。（3）適用范圍：導體切割磁感線。 （4）研究對象：回路中的一部分導體。 3、“

5、三定則” .比較項目右 手 定 則左 手 定 則安 培 定 則基本現象部分導體切割磁感線磁場對運動電荷、電流的作用力運動電荷、電流產生磁場作用判斷磁場B、速度v、感應電流I方向關系判斷磁場B、電流I、磁場力F方向電流與其產生的磁場間的方向關系圖例v（因）（果）BF（果）（因）B （因）（果）四、法拉第電磁感應定律 . 1、法拉第電磁感應定律 . （1）內容：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比。 （2）公式：（單匝線圈） 或 （n匝線圈）. 對表達式的理解：1 在中（這里的取絕對值，所以此公式只計算感應電動勢E的大小，E的方向根據楞次定律或右手定則判斷），E的大小是由匝數

6、及磁通量的變化率（即磁通量變化的快慢）決定的，與或之間無大小上的必然聯系（類比學習：關系類似于a、v和v的關系）。2 當t較長時，求出的是平均感應電動勢；當t趨于零時，求出的是瞬時感應電動勢。 2、E=BLv的推導過程 . 若導體斜切磁感線（即導線運動方向與導線本身垂直， 但跟磁感強度方向有夾角），如圖所示，則感應電動勢為E=BLvsin 3、E=BLv的四個特性 . （1）相互垂直性 . 公式E=BLv是在一定得條件下得出的，除了磁場是勻強磁場外，還需要B、L、v三者相互垂直，實際問題中當它們不相互垂直時，應取垂直的分量進行計算。 （2）L的有效性 . 有效長度直導線（或彎曲導線）在垂直速度

7、方向上的投影長度. E=BL(vsin)或E=Bv(Lsin) E = B2R （3）瞬時對應性 . 對于E=BLv，若v為瞬時速度，則E為瞬時感應電動勢；若v是平均速度，則E為平均感應電動勢。（4）v的相對性 . 公式E=BLv中的v指導體相對磁場的速度，并不是對地的速度。 4、公式和E=BLvsin的區(qū)別和聯系 . E=BLvsin區(qū)別研究對象整個閉合電路回路中做切割磁感線運動的那部分導體適用范圍各種電磁感應現象只適用于導體切割磁感線運動的情況計算結果一般情況下，求得的是t內的平均感應電動勢一般情況下，求得的是某一時刻的瞬時感應電動勢適用情形常用于磁感應強度B變化所產生的電磁感應現象（磁場

8、變化型）常用于導體切割磁感線所產生的電磁感應現象（切割型）聯系E=Blvsin是由在一定條件下推導出來的，該公式可看作法拉第電磁感應定律的一個推論或者特殊應用。 求解導體做切割磁感線運動產生感應電動勢的問題時，兩個公式都可以用。 求解某一過程（或某一段時間）內的感應電動勢、平均電流、通過導體橫截面的電荷量（q=It）等問題，應選用 . 求解某一位置（或某一時刻）的感應電動勢，計算瞬時電流、電功率及某段時間內的電功、電熱等問題，應選用E=BLvsin 。 六、自感現象及其應用 . 1、自感現象 . （1）自感現象與自感電動勢的定義：當導體中的電流發(fā)生變化時，導體本身就產生感應電動勢，這個電動勢總

9、是阻礙導體中原來電流的變化。這種由于導體本身的電流發(fā)生變化而產生的電磁感應現象，叫做自感現象。這種現象中產生的感應電動勢，叫做自感電動勢。 , 自感系數L的單位是亨特（H），自感系數L的大小是由線圈本身的特性決定的：線圈越粗、越長、匝數越密，它的自感系數就越大,有鐵芯的線圈的自感系數比沒有鐵芯的大得多。 （2）通電自感和斷電自感的比較電路現象自感電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間，燈泡L2馬上變亮，而燈泡L1是逐漸變亮 .阻礙電流的增加斷電自感斷開開關的瞬間，燈泡L1逐漸變暗，有時燈泡會閃亮一下，然后逐漸變暗 .阻礙電流的減小 （7）斷電自感中的“閃”與“不閃”問題辨析 .LLKI1I2 關于

10、“斷電自感中小燈泡在熄滅之前是否要閃亮一下”問題解析R 如圖所示，電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài)時，線圈L和燈L并聯，其電流分別為I1和I2，方向都是從右到左。 在斷開開關K瞬間，燈L中原來的從右到左的電流I1立即消失，R而由于線圈電流I2由于自感不能突變，故在開關K斷開的瞬間通過線圈L的電流應與斷開前那瞬間的數值相同，都是為I2，方向還是從右到左，由于線圈的自感只是“阻礙” I2的變小，不是阻止I2變小，所以I2維持了一瞬間后開始逐漸減小，由于線圈和燈構成閉合回路，所以在這段時間內燈L中有自左向右的電流通過。 如果原來I2I1 ，則在燈L熄滅之前要閃亮一下；如果原來I2I1 ，則在燈L熄滅之前不會閃亮

11、一下。 原來的I1和I2哪一個大，要由線圈L的直流電阻R 和燈L的電阻R的大小來決定（分流原理）。如果RR ，則I2I1 ；如果RR ，則I2I1 . 結論：在斷電自感現象中，燈泡L要閃亮一下再熄滅必須滿足線圈L的直流電阻R小于燈L的電阻R 。七、渦流現象及其應用 .渦流現象：定義在整塊導體內部發(fā)生電磁感應而產生感應電流的現象.特點電流在金屬塊內自成閉合回路，整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強.應用（1）渦流熱效應的應用：如電磁灶（即電磁爐）、高頻感應爐等.（2）渦流磁效應的應用：如渦流制動、渦流金屬探測器、安檢門等.防止電動機、變壓器等設備中應防止鐵芯中渦流過大而導致浪費能量，損壞電器。（1）

12、途徑一：增大鐵芯材料的電阻率.（2）途徑二：用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整個硅鋼鐵芯，增大回路電阻，削弱渦流.渦流現象的規(guī)律：導體的外周長越長，交變磁場的頻率越高，渦流就越大。專題一 電磁感應中的電路問題 【例1】 用電阻為18的均勻導線彎成圖中直徑D=0.80m的封閉金屬圓環(huán)，環(huán)上AB弧所對圓心角為60。將圓環(huán)垂直于磁感線方向固定在磁感應強度B=0.50T的勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面向里。一根每米電阻為1.25的直導線PQ，沿圓環(huán)平面向左以3.0m/s的速度勻速滑行（速度方向與PQ垂直），滑行中直導線與圓環(huán)緊密接觸（忽略接觸處電阻），當它通過環(huán)上AB位置時，求：（1）直導線AB段產生

13、的感應電動勢，并指明該段直導線中電流的方向（2）此時圓環(huán)上發(fā)熱損耗的電功率專題二：電磁感應圖像問題ab【例2】如圖，一個邊長為l的正方形虛線框內有垂直于紙面向里的勻強磁場； 一個邊長也為l的正方形導線框所在平面與磁場方向垂直；虛線框對角線ab與導線框的一條邊垂直，ba的延長線平分導線框。在t=0時，使導線框從圖示位置開始以恒定速度沿ab方向移動，直到整個導線框離開磁場區(qū)域。以i表示導線框中感應電流的強度，取逆時針方向為正。下列表示i-t關系的選項中，可能正確的是（ ）【例3】矩形導線框abcd固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導線框所在平面垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應強度B隨時間變

14、化的規(guī)律如圖所示。若規(guī)定順時針方向為感應電流I的正方向，下列選項中正確的是（ ）三、警惕F-t圖象. 電磁感應圖象中，當屬F-t圖象最為復雜，因為分析安培力大小時，利用的公式比較多（F=BIL，,）；分析安培力方向時利用的判定規(guī)則也較多（右手定則、楞次定律和左手定則）。 【例4】矩形導線框abcd放在勻強磁場中，在外力控制下處于靜止狀態(tài)，如圖甲所示，磁感線方向與導線框所在平面垂直，磁感應強度B隨時間變化的圖象如圖乙所示。t=0時刻，磁感應強度的方向垂直導線框平面向里，在04s時間內，導線框ad邊所受安培力隨時間變化的圖象（規(guī)定向左為安培力的正方向）可能是（ ）專題三：電磁感應中的力學問題 一、

15、處理電磁感應中的力學問題的思路 先電后力。 1、先作“源”的分析 分離出電路中由電磁感應所產生的電源，求出電源參數E和r ； 2、再進行“路”的分析 畫出必要的電路圖（等效電路圖），分析電路結構，弄清串并聯關系，求出相關部分的電流大小，以便安培力的求解。 3、然后是“力”的分析 畫出必要的受力分析圖，分析力學所研究對象（常見的是金屬桿、導體線圈等）的受力情況，尤其注意其所受的安培力。 4、接著進行“運動”狀態(tài)分析 根據力和運動的關系，判斷出正確的運動模型。 5、最后運用物理規(guī)律列方程并求解 注意加速度a=0時，速度v達到最大值的特點。導體受力運動產生感應電動勢感應電流通電導體受安培力合外力變化

16、加速度變化速度變化周而復始地循環(huán)，循環(huán)結束時，加速度等于零，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)，抓住a=0，速度v達最大值這一特點。 二、分析和運算過程中常用的幾個公式：1、關鍵是明確兩大類對象（電學對象，力學對象）及其互相制約的關系. 電學對象：內電路 （電源 E = n或E= ，E =） E = Bl 、 E = Bl2 .全電路 E=I（R+r） 力學對象：受力分析：是否要考慮 .運動分析：研究對象做什么運動 .2、可推出電量計算式 .【例5】如圖所示，足夠長的光滑平行金屬導軌cd和ef ，水平放置且相距L，在其左端各固定一個半徑為r的四分之三金屬光滑圓環(huán)，兩圓環(huán)面平行且豎直。在水平導軌和圓環(huán)上各有一

17、根與導軌垂直的金屬桿，兩金屬桿與水平導軌、金屬圓環(huán)形成閉合回路，兩金屬桿質量均為m，電阻均為R，其余電阻不計。整個裝置放在磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中。當用水平向右的恒力F=mg拉細桿a，達到勻速運動時，桿b恰好靜止在圓環(huán)上某處，試求：（1）桿a做勻速運動時，回路中的感應電流；（2）桿a做勻速運動時的速度；（3）桿b靜止的位置距圓環(huán)最低點的高度。 【例6】如圖甲所示，光滑且足夠長的金屬導軌MN、PQ平行地固定的同一水平面上，兩導軌間距L=0.20m，兩導軌的左端之間所接受的電阻R=0.40，導軌上停放一質量m=0.10kg的金屬桿ab，位于兩導軌之間的金屬桿的電阻r=0.10，

18、導軌的電阻可忽略不計。整個裝置處于磁感應強度B=0.50T的勻強磁場中，磁場方向豎直向下?，F用一水平外力F水平向右拉金屬桿，使之由靜止開始運動，在整個運動過程中金屬桿始終與導軌垂直并接觸良好，若理想電壓表的示數U隨時間t變化的關系如圖乙所示。求金屬桿開始運動經t=5.0s時，FBOvaMNQPRFb20U/Vt/s13450.20.40.6V甲乙1 2 3 4 5（1）通過金屬桿的感應電流的大小和方向；（2）金屬桿的速度大??；（3）外力F的瞬時功率。專題三：電磁感應中的能量問題1、求解電磁感應中能量問題的思路和方法 .（1）分析回路，分清電源和外電路. 在電磁感應現象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產生感應電動勢，該導體或回路就相當于電源，其余部分相當于外電路。 （2）分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉化。如：做功情況能量變化特點滑動摩擦力做功有內能（熱能）產生重力做功重力勢能必然發(fā)生變化克服安培力做功必然有其他形式的能轉化為電能，并且克服安培力做多少功，就產生多少電能安培力做正功電能轉化為其他形式的能。安培力做了多少功，就有多少電能轉化為其他形