高考物理總復習考點大全第十章核心考點電磁感應市賽課公開課一等獎省名師獲獎課件

第十講電磁感應1/74【知識關鍵點】(一)感應電動勢和感應電流發(fā)生條件(二)感應電流方向:右手定則及楞次定律(三)感應電流大小:

法拉第電磁感應定律(四)試驗：研究電磁感應現(xiàn)象2/74(一)感應電動勢和感應電流發(fā)生條件1．感應電流產(chǎn)生條件：只要穿過閉合電路磁通量發(fā)生改變，閉合電路中就會產(chǎn)生感應電流．其中“磁通量改變”可能是：①導體所圍面積改變；②磁場與導體相對位置改變；③磁場本身強弱改變。若電路不閉合，就不會產(chǎn)生感應電流，但電路中仍有感應電動勢．3/74①導體所圍面積改變4/745/74②磁場與導體相對位置改變6/747/748/74③磁場本身強弱改變9/7410/74(二)感應電流方向:右手定則及楞次定律1.用右手定則確定感應電流方向右手定則與楞次定律是統(tǒng)一．普通說來在磁場中導表達割磁感線運動產(chǎn)生感應電流，用右手定則較為方便．但要注意以下幾點：(1)大拇指方向是導體相對磁場切割磁感線運動方向，即有可能是導體運動而磁場未動，也可能是導體未動而磁場運動．(2)四指表示電流方向，對切割磁感線導體而言也就是感應電動勢方向，切割磁感線導體相當于電源，在電源內(nèi)部電流從電勢低負極流向電勢高正極．(3)右手定則反應了磁場方向、導體運動方向和電流方向三者相互垂直關系．11/742．楞次定律:感應電流磁場總是妨礙引發(fā)感應電流磁場改變．楞次定律作用是確定感應電流方向．楞次定律關鍵是“妨礙改變”，其含義可從以下幾方面來了解．(1)把引發(fā)感應電流磁場叫原磁場，那么妨礙改變就是感應電流磁場妨礙原磁場改變．(2)原磁場改變能夠是增強，也能夠是減弱．當原磁場增強時，感應電流產(chǎn)生與原磁場方向相反磁場以妨礙原磁場增強，可稱之為“來者拒”；當原磁場減弱時，感應電流產(chǎn)生與原磁場方向相同磁場以妨礙原磁場減弱，可稱之為“去者留”．(3)“妨礙改變”并不是阻止，原磁場改變阻而不止，只是延綏了改變過程．12/74用楞次定律確定感應電流方向13/74①確定原磁場(磁通量)方向；②依據(jù)給定條件確定原磁場改變是增強還是減弱；③用“妨礙改變”確定感應電流磁場(磁通量)方向；④用安培定則確定感應電流方向．應用楞次定律判斷感應電流方向可分為四個步驟：14/74(二)法拉第電磁感應定律:電路中感應電動勢大小，跟穿過這一電路磁通量改變率成正比．這就是法拉第電磁感應定律．公式含義：(1)感應電動勢大小與磁通量大小無關，只與磁通量改變率(即磁通量改變快慢)相關．(2)感應電動勢產(chǎn)生與磁通量發(fā)生改變原因無關．即磁通量改變可能是△Φ＝△BSsinθ

，或者是△Φ＝B△Ssinθ，或者是△Φ＝BS(sinθ1-sinθ2)，只要△Φ≠0，就有感應電動勢．(式中θ是線圈平面與磁場方向間夾角)假如采取國際單位制，則可寫成：對n匝線框組成回路其感應電動勢:15/74幾個情況感應電動勢計算：

1．對n匝線框組成回路因為磁感應強度改變產(chǎn)生感應電動勢

(1)當線圈平面與磁場方向垂直時感應電動勢大小

(2)當線圈平面與磁場方向夾角為θ時感應電動勢大小16/742．導體在磁場中運動產(chǎn)生感應電動勢(1)導線切割方向與磁場方向垂直成:設長為L導體ab，在磁感強度為B勻強磁場中以速度v向右勻速運動，導體產(chǎn)生感應電動勢17/74(2)導線切割方向與磁場方向成θ角:另:電動勢方向(電勢高低)由右手定則確定．這時切割磁感線導體等效于電源，在電源內(nèi)部其電流方向由電勢低一端指向電勢高一端；所以四指所指方向也就是感應電動勢方向．18/74關于公式幾點說明：

(1)公式適用條件，導體上各點B和v必須處處均勻(即大小、方向都相同)．B，L必須相互垂直,L運動方向v與B成θ角．

(2)ε＝BLvsinθ由ε＝/t導出,但又有區(qū)分,ε＝/t表示在△t時間內(nèi)回路產(chǎn)生平均電動勢，ε＝BLvsinθ能夠是平均電動勢，也能夠是即時電動勢，其含義與v一一對應．(3)感應電動勢產(chǎn)生原因是定向運動導體中電子因受到洛侖茲力作用而聚集于b端，a端聚集正電荷，切割磁感線導體ab等效于一個電源，如圖所表示，a端為電源正極，b端為電源負極，導體ab電阻相當于電源內(nèi)阻．(4)從能量守恒角度來看，外力對導體做功為回路提供了機械能，克服安培力做功將機械能轉(zhuǎn)化為電能，因另外力和安培力做功過程反應了機械能轉(zhuǎn)化為電能過程．19/743.線圈平面在勻強磁場中旋轉(zhuǎn)說明：20/74

4．自感電動勢L為自感系數(shù)，它與線圈形狀、匝數(shù)以及鐵芯材料相關．自感電動勢(電流)方向：當導體回路電流增加時，自感電動勢(電流)、方向與原電流方向相反；當導體回路中電流減小時，自感電動勢(電流)方向與原電流方向相同．因為回路中電流產(chǎn)生磁通量發(fā)生改變，而在自己回路中產(chǎn)生感應電動勢稱為自感電動勢．21/7422/7423/7424/7425/7426/7427/74【疑難講解】

試驗：研究電磁感應現(xiàn)象28/74試驗電路如上圖所表示．試驗中應注意：(1)查明電流表指針偏轉(zhuǎn)方向和電流方向關系，普通電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流流經(jīng)內(nèi)部方向相同，如圖所表示電流表，電流從正接線柱流人負接線柱流出，指針向右偏，反之指針向左偏．(2)電流表指針偏轉(zhuǎn)說明有感應電流，線圈中感應電流方向依據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向得出，然后用安培定則確定線圈B中磁場方向，從而確定原磁場改變是增強還是減弱，以驗證楞次定律．(3)試驗中，使得線圈B中磁通量發(fā)生改變原因可能是A線圈與B線圈相對運動，也可能是通斷電流引發(fā)A線圈中磁場改變而使B線圈中磁通量發(fā)生改變，或者能夠用滑動變阻器來改變A線圈中電流大小，而使B月線圈中磁通量發(fā)生改變．但不論哪種情況，產(chǎn)生效果只有兩種：①使B線圈中磁通量增加；②使B線圈中磁通量降低．如：A線圈向著B線圈運動和開關從斷開到閉合均使B線圈中磁通量增加，反之則降低．29/74【經(jīng)典例題】例1．如圖所表示，閉合導線框質(zhì)量能夠忽略不計，將它從圖示位30/74答：選項C是正確．

31/74動線圈引發(fā)磁通改變而產(chǎn)生感應電流經(jīng)過導線橫截面電量，也適合用于線圈不動兩磁場改變產(chǎn)生感應電流經(jīng)過導線截面電量；由W=電能．

32/74

例2．如圖(1)所表示，垂直紙面向里勻強磁場寬度為L，磁感應強度為B．一個單匝線圈abcdef電阻為R，以恒定速度v垂直于B方(1)畫出線圈中感應電流(以逆時針方向為電流正向)I隨時間t改變函數(shù)圖像；(2)畫出對線圈所施加水平拉力(以向右為拉力正向)F隨t改變函數(shù)圖像；(3)計算拉力F所做功．33/74分析：當ab進入磁場區(qū)切割磁感線運動時，就產(chǎn)生逆時針方向感應電流，從而使ab導線受到向左安培力，這時要使線圈勻速運動，就必須有向右拉力與安培力平衡．當ef也進入磁場后，ef與ab兩個感應電動勢會相互抵消一些，從而使感應電流以及安培力對應減?。斁€圈全部進入磁場后，因為磁通量不再改變，故感應電流為零，安培力也是零．當ab離開磁場后，只有cd與ef切割磁感線，產(chǎn)生順時針方向感應電流，但所受安培力仍向左，因而拉力仍向右．當ef也離開磁場后，只有cd切割磁感線，因而感應電流以及安培力都正比減?。?4/74解：(1)線圈以v勻速穿過磁場區(qū)時，線圈內(nèi)感應電流I隨時間t改變圖像如圖(2)所表示．圖中各量為35/74(2)對線圈所施加水平拉力F隨時間t改變圖像如圖所表示．圖中橫坐標各量與(1)同，縱坐標各量為(3)在線圈進、出磁場過程中，水平拉力F一直做正功，即36/74答：在線圈穿過磁場區(qū)過程中，線圈中感應電流I以及拉動線圈水平拉力F隨時間t改變圖像分別如圖(2)和圖(3)所表示．其拉力(3)假如線圈增加到n匝，則I不變(因感應電動勢和線圈電阻都增大到n倍)，但F應增大到原來n倍(因有n根導線受安培力)．不受安培力，也不需要拉力．線圈有慣性，以勻速度v向右運動．(2)因為線圈一直勻速運動，動能不變，拉力F對線圈所做功W等于感應電流在線圈電阻R上所產(chǎn)生熱量Q，其中Q為37/74

例3．平行光滑金屬導軌寬度為L，導軌平面與水平面成θ角，導軌回路內(nèi)接有一個定值電阻R和一節(jié)電動勢為ε、內(nèi)電阻為r電池(導軌其余電阻均不計，長度足夠長)．空間有垂直于導軌平面向上勻強磁場，磁感應強度為B．一根質(zhì)量為m金屬棒ab水平放置在導軌平面上，如圖所表示．無初速釋放ab．試分析ab運動情況，求出ab運動到達穩(wěn)38/74分析：當ab金屬棒放置到導軌上后，接通電路，就有逆時針方向電池電流由b向a流過，這時ab在重力G沿導軌斜面方面分力mgsin和安培力共同作用下做變加速運動,而導線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢又使回路中電流不停地變大,金屬棒受到安培力也不停增大,直到安培力與重力分力到達平衡時，ab棒加速度才降到零，速度不再增大，今后，ab棒以最大速度沿導軌平面向下勻速滑動，到達穩(wěn)定狀態(tài)．39/74說明：對整個過程來說，電源所提供電能與ab棒下滑過程所降低重力勢能轉(zhuǎn)化為二部分能量：ab棒所增加動能、在電阻R及r上所產(chǎn)生熱能．40/74例4．如圖所表示裝置，有兩根平行導軌，導軌前段是傾斜，后段是水平，導軌水平段處于豎直向下勻強磁場B中．有兩個相同金屬桿，質(zhì)量為m，桿與導軌垂直接觸，兩觸點間距為l，電阻為R．一根桿靜放在水平導軌上，另一根放在距水平導軌高為h斜軌上初速釋放．該導軌足夠長，桿與導軌一直垂直，不計桿與導軌摩擦，試求：(1)兩桿最終抵達速度；(2)從開始到抵達最終速度時在電路中所產(chǎn)生熱．

41/74分析：本題物理過程能夠分為兩步：第一步，是ab桿由斜軌下滑到水平軌道．這區(qū)間無磁場、無摩擦，機械能守恒；等二步，是ab桿感應電流，此電流經(jīng)ab桿和cd桿使這兩桿同時受到一個大小相等、方時兩桿都向右運動(ab桿減速、cd桿加速)，各自都產(chǎn)生感應電動勢，各自產(chǎn)生電動勢大小也在改變，回路中電流大小也隨之改變，……．桿和cd桿速度相等．這時回路中電流等于零，兩桿不再受安培力而勻速向右運動．這個速度就是我們要求兩桿最終到達速度．從能且轉(zhuǎn)化來看，整個過程是ab桿重力勢能轉(zhuǎn)化為ab桿和cd桿動能以及電路所產(chǎn)生熱．

42/74在水平軌道上，ab桿向右運動切割磁感線產(chǎn)生感應電流，此電流又造成ab桿受安培力而減速，而cd桿受安培力向右加速，……直至ab桿和cd桿以相同速度v向右運動(這時回路中電流為零，兩桿不再受安培力而勻速運動)．用F表示ah桿及cd桿受安培力．由此可得解：ab桿下滑過程機械能守恒，有43/74由①、②、③式可得從開始到兩桿速度為v過程，依據(jù)能量守恒有44/74說明：(1)電磁感應現(xiàn)象與磁場作用力相互聯(lián)絡問題往往造成一系列相互制約、相互依存復雜改變過程．這一系列改變過程終態(tài)往往是一個穩(wěn)定狀態(tài)，即許多物理量各自到達一個恒定數(shù)值．解這一類問題首先要學會分析物體系統(tǒng)力學狀態(tài)、電學狀態(tài)怎樣逐步改變．(2)系統(tǒng)到達穩(wěn)定狀態(tài)力學條件是，物體所受協(xié)力為零，加速度為零；系統(tǒng)到達穩(wěn)定狀態(tài)電學條件是，由ab、cd與導軌組成閉合回路內(nèi)總面積不再改變，總通量保持恒定，電磁感現(xiàn)象終止．(3)當系統(tǒng)處于改變過程中時，許多力學量和電學量都在改變，系統(tǒng)內(nèi)物體通常都在做變加速運動，即使牛頓定律依然有效，但勻變速運動規(guī)律已不適用．力沖量和力所做功即使也已經(jīng)成為變力沖量和變力做功，但動量定理和動能定理依然成立．45/74例5．圖(1)中abcd是一邊長為l、含有質(zhì)量剛性導線框，位于水平面內(nèi)，bc邊中串接有電阻R，導線電阻不計，虛線表示一勻強磁場區(qū)域邊界，它與線框ab邊平行，磁場區(qū)域?qū)挾葹?l，磁感應強度為B，方向豎直向下．線框在一垂直于ab邊水平恒定拉力作用下，沿光

滑

水

平

面

運

動，

直

到

通

過

磁

場

區(qū)

域．已

知ab邊

試在下列圖i-x坐標上定性畫出：從導線框剛進入磁場到完全離開磁場過程中，流過電阻R電流i大小隨ab邊位置坐標x改變曲線．46/74分析：題意指明ab邊剛進入磁場時，線框便變?yōu)閯蛩龠\動，流過這段時間(即ab邊位置坐標從l～2l之間)，線框磁通不變，線框中無感應電流，即i=0，這期間線框不受磁場力，線框在恒定拉力作用下加場時間內(nèi)(ab邊位置坐標從2l～3l之間)，線框做減速運動．這段時間線框發(fā)生物理過程是：47/74說明這段時間線框做加速度減小減速運動，即開始速度減小得快而以后速度減小得慢，與之對應是電流i減小是開始快而后慢，這段時間答：經(jīng)過電阻R電流i大小隨ab邊位置坐標x改變曲線，如圖(2)所表示．48/74且已知(B、l、R也已知)．按題設，線框穿過磁場過程，R產(chǎn)生熱是多少？回答這么問題就無須對過程進行像上述那樣詳細分析，只需49/74能夠忽略．以下說法中正確是50/74分析：電路中線圈L電阻能夠忽略，但在電流改變時它產(chǎn)生妨礙答：選項A、D正確．51/74【反饋練習】

1．a(chǎn)、b兩個金屬圓環(huán)靜止套在一根水平放置絕緣光滑桿上，如圖所表示．一根條形磁鐵自右向左向b環(huán)中心靠近時，a、b兩環(huán)將A．兩環(huán)都向左運動，且兩環(huán)相互靠近B．兩環(huán)都向左運動，且兩環(huán)相互遠離C．兩環(huán)都向右運動，且兩環(huán)靠攏D．a(chǎn)環(huán)向左運動，b環(huán)向右運動答案：A52/742．如圖所表示，MN是一根固定通電長直導線，電流方向向上，今將一金屬線框abcd放在導線上，讓線框位置偏向?qū)Ь€左邊，二者彼此絕緣．當導線中電流突然增大時，線框整體受力情況為A．受力向右B．受力向左C．受力向上D．受力為零答案：A53/743．如圖(1)所表示，在x軸上方有垂直紙面向外勻強磁場，在x軸下方有垂直紙面向里勻強磁場．在xOy平面上有一個導線框，它由沿Ox

線框由圖示位置開始計時，以恒定角速度在xOy平面內(nèi)繞O點逆時針轉(zhuǎn)動，在其轉(zhuǎn)動一周過程中，導線中感應電流(以逆時針方向電流為正向)隨時間改變規(guī)律應是圖(2)中哪一個？答案：B54/744．在水平面上有一固定U形金屬框架，框架上置一金屬桿ab，如圖所表示(紙面即水平面)．在垂直紙面方向有一勻強磁場，則A．若磁場方向垂直紙面向外并增加時，桿ab將向右移動B．若磁場方向垂直紙面向外并減小時，桿ab將向右移動C．若磁場方向垂直紙面向里并增加時，桿ab將向右移動D．若磁場方向垂直紙面向里并減小時，桿ab將向右移動答案：BD55/745．如圖所表示，有一個回路豎直放在勻強磁場中，磁場方向垂直回路所在平面(回路豎直部分足夠長)，導線ab套在回路導線上可無摩擦地滑動而保持接觸良好，設回路總電阻集中在R(其余電阻均不計)，當ab由靜止開始下落后，下面說法中正確是A．導線ab向下做加速度越來越小加速運動，直到以最大速度向下勻速運動B．導線ab運動最大加速度為g，運動最大速度為mgR/B2L2C．導線ab下落過程中機械能守恒D．導線ab下落過程中降低重力勢能轉(zhuǎn)化為導線增加動能和電阻R上所產(chǎn)生熱答案：ABD56/746．在回字形鐵芯上左、右兩側(cè)各繞有一個線圈，左側(cè)線圈接一個燈泡L，右側(cè)線圈接平行金屬導軌，導軌上有一根金屬滑桿ab，導軌范圍內(nèi)有垂直紙面向里勻強磁場，如圖所表示．以下敘述中正確是A．當ab向右勻速滑動時，燈L亮，有從c向d電流經(jīng)過LB．當ab向左減速滑動時，燈L亮，有從d向c電流經(jīng)過LC．當ab向右加速滑動時，燈L亮，有從d向c電流經(jīng)過LD．當ab向左加速滑動時，燈L亮，有從d向c電流經(jīng)過L答案：BC57/747．一個閉合鐵芯兩個線圈連線上各連結(jié)一根可滑動、接觸良好結(jié)論是答案：BCD58/748．完全相同兩個磁電式靈敏電流表a和b、零點在中央，指針可兩側(cè)偏轉(zhuǎn)．現(xiàn)將兩表如圖所表示方式連接起來，當將a表指針向逆時針方向撥動時，b表指針將會A．向逆時針方向轉(zhuǎn)動B．不動C．向順時針方向轉(zhuǎn)動D．指針會轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動方向無法判定答案：C59/749．電路如圖所表示，a、b是兩個完全相同燈泡，L是一個直流電阻很小而自感系數(shù)很大自感線圈．以下說法中不正確是A．閉合S時，a、b同時亮，而且亮度相同B．閉合S時，b一直不亮，a逐步亮起來后保持亮度不變C．斷開S時，a燈馬上滅，b燈亮一下就滅D．斷開S時，a、b兩燈都馬上滅答案：AC60/7410．如圖所表示電路，多匝線圈電阻和電池內(nèi)電阻能夠忽略，上電鍵將一電阻器短路，于是線圈中產(chǎn)生自感電動勢．這個自感電動勢答案：D61/74反饋練習答案：1．A2．A3．B4．BD5．ABD6．BC7．BCD8．C9．AC10．D62/74【課后練習】1．如圖所表示，金屬棒L在金屬導軌MN，PQ上以OO′為平衡位置，AA′，BB′為最大位移作簡諧運動．導軌間有如圖方向勻強磁場，其兩端跟一個變壓器相連，原、副線圈分別串接電流表，．下述結(jié)論中正確是：A．金屬棒L運動到平衡位置OO′時，經(jīng)過電流表讀數(shù)為零，電流表讀數(shù)為零B．當金屬棒L運動到AA′或BB′位置時，經(jīng)過電流表讀數(shù)為零，電流表讀數(shù)為零C．當金屬棒L由AA′向OO′運動時，經(jīng)過電流表電流方向為b→→aD．當金屬棒L由AA′向OO′運動時，經(jīng)過電流表電流方向為a→→b答案：C．63/742．垂直紙面向里勻強磁場，磁感應強度B=0.5T，折形直導線ab=bc=2m，ab段與bc段夾角θ=30°，如圖所表示，導線以v=4m／s速(1)沿紙面向上運動；(2)沿紙面向左運動；(3)垂直紙面向外運動．64/743．豎直向上勻強磁場B磁感應強度正在隨時間線性增加，

A．匝數(shù)增大到2匝(其余條件不變)B．半徑增大到2R(其余條件不變)C．面積增大到2S(其余條件不變)D．a(chǎn)增大到2a(其余條件不變)F．k增大到2k(其余條件不變)答案：BF．65/744．空間有豎直向下勻強磁場，磁感應強度為B．水平放置光滑金屬圓環(huán)，圓心為O點、半徑為r，從圓心O和圓環(huán)上a點接出導線，經(jīng)電動勢為ε電池、電鍵S和電阻R(回路中其余電阻均不計)形成回路．一根金屬棍OP一端位于圓心O，另一端可與圓環(huán)親密接觸，且可繞O點自由轉(zhuǎn)動，如圖所表示．閉合S，有電流從圓環(huán)經(jīng)金屬棍流向O點，從而使金屬棍在磁場力作用下順時針轉(zhuǎn)動，試求：PO轉(zhuǎn)動最大角速66/745．兩金屬桿ab和cd長均為l，電阻均為R，質(zhì)量分