《電磁感應(yīng)專題》word版

1、一、考綱要求(一)知識(shí)點(diǎn)1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象。感應(yīng)電流的方向。右手定則。法拉第電磁感應(yīng)定律。楞次定律。(以上要求程度為B)。2.自感現(xiàn)象。自感系數(shù)。(要求程度為A)。(二)說明1、導(dǎo)體切割磁感線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算，只限于垂直于B、v的情況。2.不要求用自感系數(shù)計(jì)算自感電動(dòng)勢。3.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中不要求判斷內(nèi)電路中各點(diǎn)電勢的高低。4.自感現(xiàn)象，可介紹磁場能量的概念。二、知識(shí)結(jié)構(gòu)1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 借助磁場(或磁場的變化)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。其產(chǎn)生的方式有：閉合回路的一部分導(dǎo)體切割磁感線和穿過閉合回路的磁通量發(fā)生了變化等。2.產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(感應(yīng)電流)的條件：(1)當(dāng)閉合回路的一部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，可單邊

2、(或雙邊)以平動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)、掃動(dòng))方式做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)。(2)穿過閉合回路中磁通量發(fā)生變化。又可分為改變磁場固定線圈和恒定磁場轉(zhuǎn)動(dòng)線圈兩種。3.感應(yīng)電流的方向：用楞次定律判斷。(1)因?yàn)閷?dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流，可用右手定則判定。(2)感應(yīng)電流的磁場永遠(yuǎn)阻礙原來的磁場的變化。4.感應(yīng)電動(dòng)勢的大小(1)“動(dòng)生型”：BLsin(2)“感生型”：Nt。(法拉第電磁感應(yīng)定律)其中BS或BS(對自感電動(dòng)勢Lit)5.電磁綜合現(xiàn)象：“動(dòng)電動(dòng)”，“電動(dòng)電”6.應(yīng)用：(1)應(yīng)用牛頓第二定律解決導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的問題。(2)應(yīng)用動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律解決導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)問題。(3)應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決電磁感

3、應(yīng)問題。三、知識(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)提示1.產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流的條件：導(dǎo)體在切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢：穿過線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。如果導(dǎo)體是閉合電路的一部分，或者線圈是閉合的，就產(chǎn)生感應(yīng)電流。實(shí)質(zhì)上，上述兩種說法是一致的。歸納為：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生了變化。2.當(dāng)閉合電路的磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流時(shí)，可用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向的具體步驟：(1)查明原磁場的方向和磁通量的變化情況；(2)根據(jù)楞次定律中的“阻礙”確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向；(3)然后由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向，用安培定則判斷出感應(yīng)電流的方向。3.運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切

4、割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例，可用右手定則方便地判斷。能用右手定則判斷的，一定可用楞次定律判斷。4.應(yīng)正確理解楞次定律中的“感應(yīng)電流的方向總是阻礙原磁通量的變化”。簡單地說是“阻礙”的“變化”，而不是阻礙原磁場。具體地說是：當(dāng)原磁場的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向就與原磁場的方向相反以示阻礙增加；當(dāng)原磁場磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同以示阻礙減少。還應(yīng)注意，阻礙并不是阻止，即原來的磁通量如果增加，感應(yīng)電流的磁場只是阻礙它的增加，而不是阻止它的增加，即原來的磁通量還是要增加。5.在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，感應(yīng)電流與原磁場或原來產(chǎn)生磁場的電流間就要產(chǎn)

5、生相互作用的力，因而會(huì)使它們之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)。如圖，當(dāng)條形磁鐵N極插入閉合回路時(shí)，穿過abcd回路的磁通量增加，線圈面積應(yīng)減小，以示阻礙磁通量的增加，知ab棒應(yīng)向左運(yùn)動(dòng)。也可依磁體N極的插入，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場阻礙磁體的插入，知abcd回路中的感應(yīng)電流的磁場方向向上，ab中的電流方向由b到a，由此可判斷感應(yīng)電流的方向。6.楞次定律說明電磁感應(yīng)現(xiàn)象同樣符合能量守恒定律。楞次定律的含義可推廣為“感應(yīng)電流對引起它產(chǎn)生的原因都有阻礙作用”，這些原因包括外磁場的變化、相對位置的變化、相對面積的變化和導(dǎo)體中電流的變化。例如當(dāng)磁鐵N極突然向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如圖二示，銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況的判斷可以是：(1)用楞

6、次定律判斷：穿過銅環(huán)向右的磁通量增加，銅環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向左，感應(yīng)電流的方向從左向右看為逆時(shí)針方向，(2)亦可用“阻礙相對位置的變化”來判斷：磁鐵向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，銅環(huán)中的感應(yīng)電流將阻礙磁鐵的靠近，即銅環(huán)的左邊的磁性與條形磁鐵右端的磁性相同，由右手螺旋定則可知感應(yīng)電流的方向從左向右看為逆時(shí)針方向。7.法拉第電磁感應(yīng)定律：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，與穿過這一回路的磁通量的變化率成正比。公式Nt。此公式計(jì)算的是t時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢。此公式中涉及到磁通量的變化量的計(jì)算，對的計(jì)算，高中階段一般遇到的只有兩種情況：(1)回路與磁場垂直的面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化，則BS，此時(shí)N(

7、Bt)S，式中的Bt叫磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率。若Bt是恒定的，即磁場是均勻變化的，那么，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢就是恒定電動(dòng)勢。(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，回路與磁場垂直的面積S發(fā)生變化，則BS，線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢就屬于這種情況。8.若回路中只有一部分導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢計(jì)算公式BLSin，式中為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向的夾角。此式中的為導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度。(1)若導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直，90，則BL，中學(xué)中這種情況討論的較多。(2)若導(dǎo)體的各部分切割磁感線運(yùn)動(dòng)的速度不同，如圖，一長為l的導(dǎo)體棒OA繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁

8、場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求OA產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。由于OA各部分切割磁感線的速度不相等，O0，Al，而且OA上各點(diǎn)的速度大小與半徑成為正比，所以O(shè)A切割磁感線的速度可用其平均速度(OA)2A212，故可用BL22來計(jì)算。9.注意區(qū)別磁通量，磁通量的變化量及磁通量的變化率t。磁通量表示穿過某一平面的磁感線條數(shù)，磁通量的變化量2-1表示磁通量的變化，磁通量的變化率t表示磁通量的變化快慢。較大，及t不一定大。t大，及也不一定大。10、對自感現(xiàn)象，應(yīng)注意看線圈的自身電流是否發(fā)生變化，若變化，則線圈的本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(若線圈閉合，就產(chǎn)生感應(yīng)電流)。這個(gè)自感電動(dòng)勢(或自感電流)總是阻礙原電流的變化。自感電動(dòng)

9、勢的大小可用公式Lit來計(jì)算，L是由線圈本身的特性決定。線圈中的磁通量的變化率t與線圈中電流的變化率it成正比，自感電動(dòng)勢公式與法拉第電磁感應(yīng)定律是一致的。如圖所示，L1、L2是兩個(gè)相同的小電燈，L是一個(gè)自感系數(shù)很大的線圈，其電阻與R相等，當(dāng)電鍵K接通時(shí)，由于自感現(xiàn)象，流過線圈的電流從零變大時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢的方向是左邊正極，右邊負(fù)極，從而使通過線圈的電流受阻礙而緩慢增加，所以此時(shí)瞬間電流幾乎全部從L1通過，而該電流又將同時(shí)分成兩路從L2和R通過，所以L1先達(dá)最亮，稍后L1和L2兩燈達(dá)到一樣亮。同理，當(dāng)K斷開時(shí)，因電源電流立即為零，因此燈L2立即熄滅，而對L1，由于通過線圈的電流突然減弱

10、，線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(右端為正，左端為負(fù))，從而使L和燈L1組成的回路中有感應(yīng)電流。所以L2先熄滅，L1后熄滅。此例中，在線圈中磁場變化的起因不是外加的，而為線圈中的電流發(fā)生變化，即i，因此，分析自感現(xiàn)象關(guān)鍵是抓住電流的變化方向，而不是電流的方向。11.電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力的作用，因此，電磁感應(yīng)問題常常與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，解決這類電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題，不僅要應(yīng)用電磁學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、左右手定則、安培力的計(jì)算公式等；還要應(yīng)用力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律等，要將這些知識(shí)綜合起來應(yīng)用。【同步達(dá)綱

11、練習(xí)】1.如圖示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，有一閉合導(dǎo)體環(huán)，環(huán)面與磁場方向垂直，當(dāng)導(dǎo)體環(huán)在磁場中完成下述運(yùn)動(dòng)時(shí)，可能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是：( )A.導(dǎo)體環(huán)保持水平方位在磁場中向上或向下運(yùn)動(dòng)；B.導(dǎo)體環(huán)保持水平方位向左或向右加速平動(dòng)；C.導(dǎo)體環(huán)以垂直環(huán)面，通過環(huán)心的軸轉(zhuǎn)動(dòng)；D.導(dǎo)體環(huán)以一條直徑為軸，在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)。(本題考查感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件) 2.如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌MN水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)：( )A.P、Q將互相靠攏B.P、Q將互相遠(yuǎn)離C.磁鐵的加速度仍為gD.磁鐵的加速度小于g(本題考查感應(yīng)電流的方向和通電導(dǎo)體受力方向的判斷

12、)3.如圖示，一水平放置的圓形通電線圈1固定，另一個(gè)較小的圓形線圈2從1的正上方下落，在下落的過程中兩線圈平面紿終保持平行且共軸，則線圈2從1的正上方下落至1的正下方的過程中，從上向下看線圈2，應(yīng)是：( )A.無感應(yīng)電流產(chǎn)生，B.有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，C.有先順時(shí)針后逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，D.有先逆時(shí)針后順時(shí)針方向的感應(yīng)電流。(本題考查感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件)4.如圖所示，有一固定的超導(dǎo)體圓環(huán)，在其右側(cè)放有一條形磁鐵，此時(shí)圓環(huán)中沒有電流。當(dāng)把磁鐵向右方移走時(shí)，由于電磁感應(yīng)，在超導(dǎo)體圓環(huán)中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，則( )A.這電流的方向如圖中箭頭所示，磁鐵移走后，這電流很快消失B.這電流的方向如圖中箭頭所

13、示，磁鐵移走后，這電流繼續(xù)維持C.這電流的方向與圖中箭頭所示，方向相反，這電流很快消失D.這電流的方向如圖中箭頭所示，方向相反，這電流繼續(xù)維持(本題考查感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件)5.如圖所示是觀察自感現(xiàn)象的電路圖，為了觀察到斷開電鍵瞬間燈泡有明顯的閃爍現(xiàn)象，除增大線圈的自感系數(shù)外，還要考慮到線圈電阻和小燈泡電阻R，它們之間應(yīng)滿足的關(guān)系是( )A. R B. =RC. R D. R(本題考查楞次定律的應(yīng)用)6.如圖示，閉合小金屬環(huán)從高h(yuǎn)處的光滑曲面上端無初速滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，則( )A.若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)在左側(cè)滾上的高度小于h，B.若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)在左側(cè)滾上的高度等于h，C.若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)

14、在左側(cè)滾上的高度等于h，D.若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)在左側(cè)滾上的高度小于h。(本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用)7.通電螺線管與電源相連，與螺線管同一軸線上套有二個(gè)輕質(zhì)閉合鋁環(huán)，B在螺線管中央，A、C位置如圖所示，當(dāng)S閉合時(shí)，(本題忽略三環(huán)感應(yīng)電流之間的相互作用力)( )A.A向左，C向右運(yùn)動(dòng)，B不動(dòng)；B.A向右，C向左運(yùn)動(dòng)，B不動(dòng)；C.A、B、C都向左運(yùn)動(dòng)；D.A、B、C都向右運(yùn)動(dòng)。(本題討論的是磁場對感應(yīng)電流的作用)8.如圖所示，導(dǎo)線ab沿金屬導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，使電容器c充電，設(shè)磁場是勻強(qiáng)磁場，且右邊回路電阻不變，若使電容器帶電量恒定，且上板帶正電，則ab的運(yùn)動(dòng)情況是( )A.勻速向右運(yùn)動(dòng) B.勻加速向左運(yùn)動(dòng)

15、C.變加速向左運(yùn)動(dòng)D.勻加速向右運(yùn)動(dòng)9.如圖示，L是自感系數(shù)足夠大的線圈，且設(shè)其自身的直流電阻為零，D1和D2是兩個(gè)相同的小燈泡。如果將開關(guān)S閉合，待燈泡亮度穩(wěn)定后再斷開，則下列說法正確的是：( )A.合上S瞬間，D2很亮，D1不亮；B.S合上瞬間，D1立即很亮，D2逐漸亮，最后一樣亮；S斷開瞬間，D2立即熄滅，D1逐漸熄滅；C.S合上瞬間，D1、D2同時(shí)亮，然后D1逐漸變暗到熄滅，D2同時(shí)變得更亮；S斷開瞬時(shí)，D2立即熄滅，D1閃亮一下再熄滅；D.S合上瞬間，D1、D2同時(shí)亮，然后D1逐漸變暗到熄滅，D2亮度不變；S斷開瞬時(shí)，D2立即熄滅，D1閃亮一下后逐漸熄滅。(本題考查自感現(xiàn)象及應(yīng)用)1

16、0、如圖，在水平面內(nèi)放置的平行導(dǎo)軌寬L140cm，左端接有電阻礙R0.1歐，軌道所在處有與水平面成30角斜向上的磁場，磁感強(qiáng)度的變化規(guī)律為B(2+0.2t)特。在t0時(shí)將一根導(dǎo)體桿放在導(dǎo)軌的右端，并與導(dǎo)軌構(gòu)成矩形，矩形長L280cm，直到t10s時(shí)，導(dǎo)體桿仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。求此時(shí)桿受到的摩擦力的大小?(本題討論磁場變化時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算及導(dǎo)體受力分析)11.如圖示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一單匝矩形線框的面積為S，當(dāng)其繞與磁場垂直的對稱軸由圖示實(shí)線的位置順時(shí)針第一次轉(zhuǎn)到虛線位置時(shí)，用的時(shí)間為t，則t時(shí)間內(nèi)線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為多少?(本題考查感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算方法)12.銅盤的半徑為r，豎直

17、懸掛，可繞O點(diǎn)無摩擦地滑動(dòng)，勻強(qiáng)磁場B垂直于圓盤，盤邊緣繞著細(xì)長線，線一端掛著質(zhì)量為m的物體，電阻R與電源按圖示方法接到圓盤上，現(xiàn)欲使重物以速度v勻速提升，問所用電源電動(dòng)勢為多少?(設(shè)圓盤的質(zhì)量不計(jì)，電阻不計(jì)，導(dǎo)線與圓盤連接良好)。(本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用)13.如圖示，閉合單匝線圈在勻強(qiáng)磁場中以角速度繞中心軸OO1逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。已知：線圈的邊長ab=cd=l1=0.20米，bc=da=l2=0.10米，線圈的電阻值R=0.050歐姆，角速度=300弧度/秒；勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=0.50特，方向與轉(zhuǎn)軸OO1垂直。規(guī)定當(dāng)線圈平面與B垂直，并且ab邊在紙面(即過OO1軸平行于B的平

18、面)前開始計(jì)算線圈的轉(zhuǎn)角。(1)當(dāng)=t=30時(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小、方向如何?線圈所受的電磁力矩的大小、方向如何?(2)這時(shí)，作用在線圈上的電磁力的即時(shí)功率等于多少?(本題考查學(xué)生對力臂、力矩的概念的理解和電磁力的即時(shí)功率的計(jì)算，以及畫適當(dāng)?shù)膱D示進(jìn)行分析的方法)14.如圖示，位于水平面內(nèi)的兩條平行導(dǎo)軌相距l(xiāng)=0.3米；電源電動(dòng)勢為=6伏，內(nèi)阻不計(jì)，R=5歐；金屬棒ab置于導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌垂直；整個(gè)裝置放在圖示方向的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)閉合K后，金屬棒運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦力阻力f=0.1牛，求ab棒的最大速度和對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B(金屬棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì))。(本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象與力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用)1

19、5.如圖所示，MN、PQ是兩根足夠長的固定平行金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間的距離為l，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為，在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上方的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。在導(dǎo)軌M、N端連接一個(gè)阻值為R的電阻，一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，從靜止釋放開始沿導(dǎo)軌下滑，求ab棒的最大速度。(本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題的分析與計(jì)算)aFbBRcdef 16.如圖所示，有兩根足夠長、不計(jì)電阻，相距L的平行光滑金屬導(dǎo)軌cd、ef與水平面成角固定放置，底端接一阻值為R的電阻，在軌道平面內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直軌道平面斜向上.現(xiàn)有一平行于ce、垂直于導(dǎo)軌、質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的金屬桿ab，在沿軌道平面向上的恒定拉力F作用下，從底端ce由靜止沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)ab桿速度達(dá)到穩(wěn)定后，撤去拉力F，最后ab桿又沿軌道勻速回到ce端.已知ab桿向上和向下運(yùn)動(dòng)的最大速度相等.求:拉力F和桿ab最后回到ce端的速度v.17.如圖甲所示，空間有一寬為