高二物理電磁感應1

1、 輔導講義學員姓名： 年 級： 高二 輔導科目： 物理 課 題電磁感應1教學目的1. 知道磁通量及=BS的適用條件，學會利用公式進行計算；2. 知道電磁感應現(xiàn)象，產(chǎn)生感應電流的條件；3. 學會利用能量守恒定律求解；4. 掌握楞次定律，會應用楞次定律判定感應電流的方向。教學內容一、梳理知識網(wǎng)絡和考點要求知識是這樣聯(lián)系的：知識網(wǎng)絡à知識點撥à1. 電磁感應現(xiàn)象：利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應，產(chǎn)生的電流叫做感應電流。（1）產(chǎn)生感應電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，即0。（2）產(chǎn)生感應電動勢的條件：無論回路是否閉合，只要穿過線圈平面的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應電動

2、勢。產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于電源。（3）電磁感應現(xiàn)象的實質是產(chǎn)生感應電動勢，若回路閉合，有感應電流；回路不閉合，只有感應電動勢無感應電流。 2. 磁通量（1）定義：磁感應強度B與垂直磁場方向的面積S的乘積。定義式：=BS（面積S與B不垂直，應是在垂直于磁場方向上的投影面積S，即=BS），國際單位：Wb（2）注意：求磁通量時應是穿過某一面積的磁感線的凈條數(shù)。任何一個面都有正、反兩個面。磁感線從面的正方向穿入時，穿過該面的磁通量為正；反之，磁通量為負。所求磁通量為正、反兩面穿入的磁感線的代數(shù)和。3. 楞次定律（1）楞次定律：感應電流的磁場，總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。楞次定律適用于

3、一般情況的感應電流方向的判定，而右手定則只適用于導線切割磁感線運動的情況，此種情況用右手定則判定比用楞次定律判定簡便。（2）對楞次定律的理解誰阻礙誰感應電流的磁通量阻礙產(chǎn)生感應電流的磁通量。阻礙什么阻礙的是穿過回路的磁通量的變化，而不是磁通量本身。如何阻礙原磁通量增加時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反；當原磁通量減少時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同，即“增反減同”。阻礙的結果阻礙并不是阻止，結果是增加的還增加，減少的還減少。（3）楞次定律的另一種表述：感應電流總是阻礙產(chǎn)生它的那個原因，表現(xiàn)形式有三種：阻礙原磁通量的變化；阻礙物體間的相對運動；阻礙原電流的變化（自感）。4. 法拉第電磁

4、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的變化率成正比。表達式：E=n/t 當導體做切割磁感線運動時，其感應電動勢的計算公式：E=BLvsin（B、L、v三者兩兩垂直時，感應電動勢E=BLv）。注意兩個公式的區(qū)別：E=n/t 計算的是在t時間內的平均電動勢，只有當磁通量的變化率是恒定不變時，它算出的才是瞬時電動勢；而E=BLvsin中的v若為瞬時速度，則算出的就是瞬時電動勢；若v為平均速度，算出的就是平均電動勢。（2）公式的變形當線圈垂直磁場方向放置，線圈的面積S保持不變，只是磁場的磁感強度均勻變化時，感應電動勢：E=nSB/t。如果磁感強度不變，而線圈面積

5、均勻變化時，感應電動勢E=Nbs/t。5. 自感現(xiàn)象（1）自感現(xiàn)象：由于導體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象。（2）自感電動勢：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫自感電動勢。自感電動勢的大小取決于線圈自感系數(shù)和本身電流變化的快慢，自感電動勢方向總是阻礙電流的變化。6. 日光燈工作原理（1）起動器的作用：利用動觸片和靜觸片的接通與斷開起一個自動開關的作用，起動的關鍵就在于斷開的瞬間。（2）鎮(zhèn)流器的作用:日光燈點燃時，利用自感現(xiàn)象產(chǎn)生瞬時高壓;日光燈正常發(fā)光時，利用自感現(xiàn)象，對燈管起到降壓限流作用。7. 電磁感應中的電路問題在電磁感應中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應電動勢，該

6、導體或回路就相當于電源，接上電容器，可以使電容器充電；接上電阻等用電器，可以對用電器供電，在回路中形成電流。解決與電路相聯(lián)系的電磁感應問題的基本方法：（1）用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向；（2）畫等效電路；（3）運用全電路歐姆定律，串并聯(lián)電路性質，電功率等公式聯(lián)立求解。8. 電磁感應現(xiàn)象中的力學問題（1）通過導體的感應電流在磁場中將受到安培力作用，電磁感應問題往往和力學問題聯(lián)系在一起，基本方法：用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向；求回路中電流強度；分析研究導體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向）；列動力學方程或平衡方程求解。（2）受力情況、

7、運動情況的動態(tài)分析。思考方向：導體受力運動產(chǎn)生感應電動勢感應電流通電導體受安培力合外力變化加速度變化速度變化感應電動勢變化，周而復始，循環(huán)結束時，加速度等于零，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)。關鍵：要畫好受力圖，抓住特點： a =0時，速度v達最大值。9. 電磁感應中能量轉化問題功能分析，電磁感應過程往往涉及多種能量形勢的轉化。導體切割磁感線或閉合回路中磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應電流，機械能或其他形式能量便轉化為電能，具有感應電流的導體在磁場中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉化為機械能或電阻的內能，因此，電磁感應過程總是伴隨著能量轉化，用能量轉化觀點研究電磁感應問題常是導體的穩(wěn)定運動（勻速

8、直線運動或勻速轉動），對應的受力特點是合外力為零，能量轉化過程常常是機械能轉化為內能，解決這類問題的基本方法是：（1）用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向；（2）畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率表達式；（3）分析導體機械能的變化，用能量守恒關系得到機械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程。例如：如圖所示中的金屬棒ab沿導軌由靜止下滑時，重力勢能減小，一部分用來克服安培力做功轉化為感應電流的電能，最終在R上轉轉化為焦耳熱，另一部分轉化為金屬棒的動能。若導軌足夠長，棒最終達到穩(wěn)定狀態(tài)為勻速運動時，重力勢能用來克服安培力做功轉化為感應電流的電能。因此，從功和能的觀點入

9、手，分析清楚電磁感應過程中能量轉化的關系，往往是解決電磁感應問題的重要途徑。（二）力學與本章內容結合的題目以及電學與本章結合的題目是復習中應強化訓練的重要內容。（1）電磁感應與力和運動結合的問題，研究方法與力學相同：明確研究對象，搞清物理過程à正確地進行受力分析。特別注意：伴隨感應電流而產(chǎn)生的安培力：在勻強磁場中勻速運動的導體受的安培力恒定，變速運動的導體受的安培力也隨速度（電流）變化；應用相同的規(guī)律求解：勻速運動可用平衡條件求解。變速運動的瞬時速度可用牛頓第二定律和運動學公式求解，變速運動的熱量問題一般用能量觀點分析，應盡量應用能的轉化和守恒定律解決問題（2）在電磁感應現(xiàn)象中，應用

10、全電路歐姆定律分析問題，應明確產(chǎn)生電動勢的那部分導體相當于電源，該部分電路的電阻是電源的內阻，而其余部分電路則是用電器，是外電路。（三）電磁感應現(xiàn)象中，產(chǎn)生的電能是其他形勢的能轉化來的，外力克服安培力做多少功，就有多少電能產(chǎn)生從能量轉化和守恒的觀點看，楞次定律描述了其他形式的能通過磁場轉化為電能的規(guī)律，楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)，利用能量守恒定律是解決一些電磁感應問題的重要方法。注意深刻理解和熟練掌握基本概念和規(guī)律：對于楞次定律，強調“阻礙”而不是“阻止”，阻礙的結果并不是“阻止住”使其不能變化，只是延緩或減弱變化的速度。產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象的原因不是因為有磁揚，而是因為磁通

11、量的變化，磁通量很大而不變化，照樣不會產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象，磁通量的概念如果不清楚，則無法正確應用E= n進行感應電動勢的有關計算。10. 電磁感應中圖像問題電磁感應現(xiàn)象中圖像問題的分析，要抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應電動勢（電流）大小是否恒定。用楞次定律判斷出感應電動勢（或電流）的方向，從而確定其正負，以及在坐標中的范圍。另外，要正確解決圖像問題，必須能根據(jù)圖像的意義把圖像反映的規(guī)律對應到實際過程中去，又能根據(jù)實際過程的抽象規(guī)律對應到圖像中去，最終根據(jù)實際過程的物理規(guī)律進行判斷。二、典型例題解析【例1】如圖所示，以邊長為50cm的正方形導線框，放置在B0。40T的勻強磁場中。已知磁場方

12、向豎直向上，線框電阻為100，求線框繞其一邊從水平方向轉至豎直方向的過程中通過導線橫截面積的電量。試一試：1. 有一面積為S=100cm2金屬環(huán)，電阻為R=0.1，環(huán)中磁場變化規(guī)律如圖所示，且磁場方向垂直環(huán)面向里，在t1-t2時間內，通過金屬環(huán)的電量為多少？2. 一個共有10匝的閉合矩形線圈，總電阻為10、面積為0.04m2，置于水平面上。若線框內的磁感強度在0.02s內，由垂直紙面向里，從1.6T均勻減少到零，再反向均勻增加到2.4T。則在此時間內，線圈內導線中的感應電流大小為_A。3. 關于產(chǎn)生感應電流的條件，以下說法中錯誤的是（ ）A. 閉合電路在磁場中運動，閉合電路中就一定會有感應電流

13、B. 閉合電路在磁場中做切割磁感線運動，閉合電路中一定會有感應電流C. 穿過閉合電路的磁通量為零的瞬間，閉合電路中一定不會產(chǎn)生感應電流D. 無論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁感線條數(shù)發(fā)生了變化，閉合電路中一定會有感應電流4. 閉合電路的一部分導線ab處于勻強磁場中，如圖中各情況下導線都在紙面內運動，試判斷感應電流的方向。5. 如圖所示，矩形線框abcd的一邊ad恰與長直導線重合（互相絕緣）?，F(xiàn)使線框繞不同的軸轉動，能使框中產(chǎn)生感應電流的是（ ）A. 繞ad邊為軸轉動B. 繞oo為軸轉動C. 繞bc邊為軸轉動D. 繞ab邊為軸轉動6. 一水平放置的矩形線圈abcd在條形磁鐵S極附近下落，在下落

14、過程中，線圈平面保持水平，如圖所示，位置1和3都靠近位置2，則線圈從位置1到位置2的過程中，線圈內_感應電流，線圈從位置2至位置3的過程中，線圈內_感應電流（填“有”或“無”）?！纠?】用均勻導線彎成正方形閉合金屬線框abcd，線框每邊長80cm，每邊的電阻為0.01。把線框放在磁感強度B0.05T的勻強磁場中，并使它繞軸OO以100rad/s的角速度勻角速度旋轉，旋轉方向如圖所示。已知軸OO在線框平面內，并且垂直于B，。當線框轉至和B平行的瞬間（如圖所示）。求（1）每條邊產(chǎn)生的感應電動勢大??；（2）線框內感應電流的大小?！纠?】如圖所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣

15、斜面上，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻。一根質量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直。整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下，導軌和金屬桿的電阻可忽略。讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦。（1）由b向a方向看到的裝置右圖所示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；（2）在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大??； （3）求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值。 注意：解決電磁感應的問題其基本解題步驟是：（1）通過多角度的視圖，清楚磁場的空間分布情況；（2）

16、在求感應電動勢時，弄清是求平均電動勢還是瞬時電動勢，選擇合適的公式解題；（3）進行電路計算時要畫出等效電路圖作電路分析，然后求解?！纠?】水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，問距為L，一端通過導線與阻值為R的電阻連接；導軌上放一質量為m的金屬桿（見右上圖），金屬桿與導軌的電阻忽略不計；均勻磁場豎直向下。用與導軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運動。當改變拉力的大小時，相對應的勻速運動速度v也會變化，v與F的關系如右下圖。（取重力加速度g=10m/s2）（1）金屬桿在勻速運動之前做什么運動？（2）若m=0.5kg，L=0.5m，R=0.5；磁感應強度B為多大？（3）由vF圖線

17、的截距可求得什么物理量？其值為多少？ 【例6】圖中a1b1c1d1和a2b2c2d2為在同一豎直平面內的金屬導軌，處在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌所在平面（紙面）向里。導軌的a1b1段與a2b2段是豎直的，距離為l1；c1d1段與c2d2段也是豎直的，距離為l2。x1y1與x2y2為兩根用不可伸長的絕緣輕線相連的金屬細桿，質量分別為和m1和m2，它們都垂直于導軌并與導軌保持光滑接觸。兩桿與導軌構成的回路的總電阻為R。F為作用于金屬桿x1y1上的豎直向上的恒力。已知兩桿運動到圖示位置時，已勻速向上運動，求此時作用于兩桿的重力的功率的大小和回路電阻上的熱功率。點評：學生解決此題的

18、難點在于金屬棒不等長即導軌不等間距。當桿作勻速運動時，安培力合力向下，對整體受力分析，處于平衡狀態(tài)，列出方程就能順利求解I與v值?！纠?】兩根金屬導軌平行放置在傾角為=30°的斜面上，導軌左端接有電阻R=10，導軌自身電阻忽略不計。勻強磁場垂直于斜面向上，磁感強度B=0.5T。質量為m=0.1kg，電阻可不計的金屬棒ab靜止釋放，沿導軌下滑（金屬棒a b與導軌間的摩擦不計）。如圖所示，設導軌足夠長，導軌寬度L=2m，金屬棒ab下滑過程中始終與導軌接觸良好，當金屬棒下滑h=3m時，速度恰好達到最大值。求此過程中金屬棒達到的最大速度和電阻中產(chǎn)生的熱量。點評：解決此類問題首先要建立一個“動電動”的思維順序，相互聯(lián)系、相互制約和影響，其基本形式如下：分析方法和步聚可概括為：（1）找準主動運動（即切割磁感線）者，用法拉第電磁感應定律和楞次定律求解電動勢大小和方向.（2）根據(jù)等效電路圖，求解回路電流大小及方向（3）分析導體棒的受力情況及導體棒運動后對電路中電學參量的“反作用”.（4）從宏觀上推斷終極狀態(tài)（5）列出動力學方程或平衡方程進行求解試一試：1. 如圖所示，在跟勻強磁場垂直的平面內放置一個折成銳角的導線MON，。在它上面擱置另一根與ON垂直的導線PQ，PQ緊貼MO，ON并以平行于ON的速度V，從