二物理电磁感应复习教案.docx

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1、高二物理电磁感应复习教案一、电磁感应现象感应电流产生的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化。以上表述是充分必要条件。不管什么状况，只要满意电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必定产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路肯定是闭合的，穿过该电路的磁通量也肯定发生了变化。当闭合电路的一局部导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。这个表述是充分条件，不是必要的。在导体做切割磁感线运动时用它判定比拟便利。感应电动势产生的条件是：穿过电路的磁通量发生变化。这里不要求闭合。无论电路闭合及否，只要磁通量变化了，就肯定有感应电动势产生。这好比一个电源：不管外电路是否闭合，电动势总是存

2、在的。但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流。3.关于磁通量变化在匀强磁场中，磁通量S是B及S的夹角，磁通量的变化=2-1有多种形式，主要有：S、不变，B改变，这时=BB、不变，S改变，这时=SB、S不变，改变，这时(21)当B、S、中有两个或三个一起变化时，就要分别计算1、2，再求2-1了。在非匀强磁场中，磁通量变化比拟困难。有几种状况须要特殊留意：abcacbMNS如下图，矩形线圈沿a b c在条形磁铁旁边移动，试推断穿过线圈的磁通量如何变化？假如线圈M沿条形磁铁轴线向右移动，穿过该线圈的磁通量如何变化？穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下

3、减小到零，再变为方向向上增大abc如下图，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，及环形导线a在同一平面内。当a中的电流增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在一样时间内哪一个变化更大？bcb、c线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大。由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大。如下图，虚线圆a内有垂直于纸面对里的匀强磁场，虚线圆a外是无磁场空间。环外有两个同心导线圈b、c，及虚线圆a在同一平面内。当虚线圆a中的磁通量增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化

4、？在一样时间内哪一个变化更大？及的状况不同，b、c线圈所围面积内都只有向里的磁通量，且大小一样。因此穿过它们的磁通量和磁通量变化都始终是一样的。二、楞次定律感应电流具有这样的方向，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。在应用楞次定律时肯定要留意：“阻碍不等于“反向；“阻碍不是“阻挡。从“阻碍磁通量变化的角度来看，无论什么缘由，只要使穿过电路的磁通量发生了变化，就肯定有感应电动势产生。 22

5、0V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说明：既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。又由于感应电流是由相对运动引起的，所以只能是机械能转化为电能，因此机械能削减。磁场力对物体做负功，是阻力，表现出的现象就是“阻碍相对运动。从“阻碍自身电流变化的角度来看，就是自感现象。自感现象的应用和防止。应用：日光灯电路图及原理：灯管、镇流器和启动器的作用。防止：定值电阻的双线绕法。2.右手定那么。对一局部导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的状况，右手定那么和楞次定律的结论是完全一样的。这时，用右手定那么更便利一些。3.楞次定律的应用。楞次定律的应用应当严格按以下四步进展：确定原

6、磁场方向；判定原磁场如何变化增大还是减小；确定感应电流的磁场方向增反减同；依据安培定那么判定感应电流的方向。例1. 如下图，有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当内环中电流渐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？解：由于磁感线是闭合曲线，内环内部向里的磁感线条数和内环外部向外的全部磁感线条数相等，所以外环所围面积内这里指包括内环圆面积在内的总面积，而不只是环形区域的面积的总磁通向里、增大，所以外环中感应电流磁场的方向为向外，由安培定那么，外环中感应电流方向为逆时针。NSv0M例2. 如下图，闭合导体环固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落过

7、程，导体环中的感应电流方向如何？解：从“阻碍磁通量变化来看，当条形磁铁的中心恰好位于线圈M所在的水平面时，磁铁内部向上的磁感线都穿过了线圈，而磁铁外部向下穿过线圈的磁通量最少，所以此时刻穿过线圈M的磁通量最大。因此全过程中原磁场方向向上，先增后减，感应电流磁场方向先下后上，感应电流先顺时针后逆时针。从“阻碍相对运动来看，线圈对应当是先排斥靠近阶段后吸引远离阶段，把条形磁铁等效为螺线管，该螺线管中的电流是从上向下看逆时针方向的，依据“同向电流相互吸引，反向电流相互排斥，感应电流方向应当是先顺时针后逆时针的，及前一种方法的结论一样。a db cO1O2例3. 如下图，O1O2是矩形导线框的对称轴，

8、其左方有垂直于纸面对外的匀强磁场。以下哪些状况下中有感应电流产生？方向如何？ 向纸外平移 B.将向右平移 解：A、C两种状况下穿过的磁通量没有发生变化，无感应电流产生。B、D两种状况下原磁通向外，削减，感应电流磁场向外，感应电流方向为。c a d bL2 L1例4. 如下图装置中，杆原来静止。当 杆做如下那些运动时，杆将向右移动？O1O2解： 匀速运动时，中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变化，L2中无感应电流产生，保持静止，A不正确；向右加速运动时，L2中的磁通量向下，增大，通过的电流方向向下，向右移动，B正确；同理可得C不正确，D正确。选B、D例5. 如下图，当磁铁绕O1

9、O2轴匀速转动时，矩形导线框不考虑重力将如何运动？解：此题分析方法许多，最简单的方法是：从“阻碍相对运动的角度来看，导线框肯定会跟随条形磁铁同方向转动起来。假如不计一切摩擦阻力，最终导线框将和磁铁转动速度无限接近到可以认为一样；假如考虑摩擦阻力，那么导线框的转速总比条形磁铁转速小些线框始终受到安培力矩的作用，大小和摩擦力的阻力矩相等。假如用“阻碍磁通量变化来分析，结论是一样的，但是表达要困难得多。可见这类定性推断的题要敏捷运用楞次定律的各种表达方式。a b例6. 如下图，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b。当条形磁铁如图向下移动时不到达导轨平面，a、b将如何移动？解：假设按常规用“

10、阻碍磁通量变化推断，那么须要依据下端磁极的极性分别进展探讨，比拟繁琐。而且在判定a、b所受磁场力时。应当以磁极对它们的磁场力为主，不能以a、b间的磁场力为主因为它们的移动方向由所受的合磁场的磁场力确定，而磁铁的磁场明显是起主要作用的。假如留意到：磁铁向下插，通过闭合回路的磁通量增大，由可知磁通量有增大的趋势，因此S的相应变化应当是阻碍磁通量的增加，所以a、b将相互靠近。这样判定比拟起来就简便得多。a b例7. 如下图，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b。将条形磁铁沿它们的正中向下移动不到达该平面，a、b将如何移动？O1 aO2 b解：依据，磁铁向下移动过程中，B增大，所以穿过每个环中的磁

11、通量都有增大的趋势，由于S不可改变，为阻碍增大，导体环应当尽量远离磁铁，所以a、b将相互远离。例8. 如下图，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90的过程中，放在导轨右端旁边的金属棒将如何移动？解：无论条形磁铁的哪个极为N极，也无论是顺时针转动还是逆时针转动，在转动90过程中，穿过闭合电路的磁通量总是增大的条形磁铁内、外的磁感线条数一样但方向相反，在线框所围面积内的总磁通量和磁铁内部的磁感线方向一样且增大。而该位置闭合电路所围面积越大，总磁通量越小，所以为阻碍磁通量增大金属棒将向右移动。abLR例9. 如下图，a、b灯分别标有“36V 40W和“36V 25W，闭合电键，调整R，使a、b都正

12、常发光。这时断开电键后重做试验：电键闭合后看到的现象是什么？稳定后那只灯较亮？再断开电键，又将看到什么现象？解：重新闭合瞬间，由于电感线圈对电流增大的阻碍作用，a将渐渐亮起来，而b马上变亮。这时L的作用相当于一个大电阻；稳定后两灯都正常发光，a的额定功率大，所以较亮。这时L的作用相当于一只一般的电阻就是该线圈的内阻；断开瞬间，由于电感线圈对电流减小的阻碍作用，通过a的电流将渐渐减小，a渐渐变暗到熄灭，而组成同一个闭合回路，所以b灯也将渐渐变暗到熄灭，而且开场还会闪亮一下因为原来有，并且通过b的电流方向及原来的电流方向相反。这时L的作用相当于一个电源。假设将a灯的额定功率小于b灯，那么断开电键后

13、b灯不会出现“闪亮现象。OB例10. 如下图，用丝线将一个闭合金属环悬于O点，虚线左边有垂直于纸面对外的匀强磁场，而右边没有磁场。金属环的摇摆会很快停下来。试说明这一现象。假设整个空间都有垂直于纸面对外的匀强磁场，会有这种现象吗？解：只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时无论是进入还是穿出，由于磁通量发生变化，环内肯定有感应电流产生。依据楞次定律，感应电流将会阻碍相对运动，所以摇摆会很快停下来，这就是电磁阻尼现象。还可以用能量守恒来说明：有电流产生，就肯定有机械能向电能转化，摆的机械能将不断减小。假设空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量不变化，无感应电流，不会阻碍相对运动，摇摆就不会很快停

14、下来。三、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1，所以有。对于n匝线圈有。平均值cBlabdBlvabcd将匀称电阻丝做成的边长为l的正方形线圈从匀强磁场中向右匀速拉出过程，仅边上有感应电动势，边相当于电源，另3边相当于外电路。边两端的电压为34，另3边每边两端的电压均为4。将匀称电阻丝做成的边长为l的正方形线圈放在匀强磁场中，当磁感应强度匀称减小时，回路中有感应电动势产生，大小为 2(t)，这种状况下，每条边两端的电压4 r = 0均为零。感应电流的电场线是封闭曲线，静电场的电场线是不封闭的，这

15、一点和静电场不同。 在导线切割磁感线产生感应电动势的状况下，由法拉第电磁感应定律可推导出感应电动势大小的表达式是：是B及v之间的夹角。瞬时值FL1L2Bv例11. 如下图，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈及磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，拉力的大小F； 拉力的功率P； 拉力做的功W； 线圈中产生的电热Q ；通过线圈某一截面的电荷量q 。解：这是一道根本练习题，要留意计算中所用的边长是L1还是L2 ，还应当思索一下这些物理量及速度v之间有什么关系。 及v无关Ra bm L特殊要留意电热Q和电荷q的区分，其中及速度无关！例12. 如下

16、图，竖直放置的U形导轨宽为L，上端串有电阻R其余导体局部的电阻都忽视不计。磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面对外。金属棒的质量为m，及导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后保持水平而下滑。试求下滑的最大速度解：释放瞬间只受重力，开场向下加速运动。随着速度的增大，感应电动势E、感应电流I、安培力F都随之增大，加速度随之减小。当F增大到时，加速度变为零，这时到达最大速度。 由，可得 这道题也是一个典型的习题。要留意该过程中的功能关系：重力做功的过程是重力势能向动能和电能转化的过程；安培力做功的过程是机械能向电能转化的过程；合外力重力和安培力做功的过程是动能增加的过程；电流做功的过程是电能向内能转

17、化的过程。到达稳定速度后，重力势能的减小全部转化为电能，电流做功又使电能全部转化为内能。这时重力的功率等于电功率也等于热功率。baBL1L2 进一步探讨：假如在该图上端电阻的右边串联接一只电键，让下落一段距离后再闭合电键，那么闭合电键后的运动状况又将如何？无论何时闭合电键，可能先加速后匀速，也可能先减速后匀速，还可能闭合电键后就开场匀速运动，但最终稳定后的速度总是一样的。例13. 如下图，U形导线框固定在水平面上，右端放有质量为m的金属棒，及导轨间的动摩擦因数为，它们围成的矩形边长分别为L1、L2，回路的总电阻为R。从0时刻起，在竖直向上方向加一个随时间匀称变化的匀强磁场，k0那么在t为多大时

18、，金属棒开场移动？解：由= 1L2可知，回路中感应电动势是恒定的，电流大小也是恒定的，但由于安培力t，所以安培力将随时间而增大。当安培力增大到等于最大静摩擦力时，将开场向左移动。这时有：o av转动轴及磁感线平行。如图，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面对外，长L的金属棒以o为轴在该平面内以角速度逆时针匀速转动。求金属棒中的感应电动势。在应用感应电动势的公式时，必需留意其中的速度v应当指导线上各点的平均速度，在此题中应当是金属棒中点的速度，因此有。a db cL1L2B 线圈的转动轴及磁感线垂直。如图，矩形线圈的长、宽分别为L1、L2，所围面积为S，向右的匀强磁场的磁感应强度为B，线圈绕图

19、示的轴以角速度匀速转动。线圈的、两边切割磁感线，产生的感应电动势相加可得。假如线圈由n匝导线绕制而成，那么。从图示位置开场计时，那么感应电动势的瞬时值为t 。该结论及线圈的形态和转动轴的详细位置无关但是轴必需及B垂直。yoxBa事实上，这就是沟通发电机发出的沟通电的瞬时电动势公式。例14. 如下图，坐标系y轴左侧和右侧分别有垂直于纸面对外、向里的匀强磁场，磁感应强度均为B，一个围成四分之一圆形的导体环，其圆心在原点o，半径为R，开场时在第一象限。从0起绕o点以角速度逆时针匀速转动。试画出环内感应电动势E随时间t而变的函数图象以顺时针电动势为正。T 2TEto解：开场的四分之一周期内，、中的感应

20、电动势方向一样，大小应相加；第二个四分之一周期内穿过线圈的磁通量不变，因此感应电动势为零；第三个四分之一周期内感应电动势及第一个四分之一周期内大小一样而方向相反；第四个四分之一周期内感应电动势又为零。感应电动势的最大值为2，周期为2/，图象如右。a bd c只要有感应电流产生，电磁感应现象中总伴随着能量的转化。电磁感应的题目往往及能量守恒的知识相结合。这种综合是很重要的。要牢固树立起能量守恒的思想。例15 如下图，矩形线圈质量为m，宽为d，在竖直平面内由静止自由下落。其下方有如图方向的匀强磁场，磁场上、下边界水平，宽度也为d，线圈边刚进入磁场就开场做匀速运动，那么在线圈穿越磁场的全过程，产生了

21、多少电热？解：刚进入磁场就做匀速运动，说明安培力及重力刚好平衡，在下落2d的过程中，重力势能全部转化为电能，电能又全部转化为电热，所以产生电热Q =2。Ba db c例16 如下图，水平面上固定有平行导轨，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。同种合金做的导体棒、横截面积之比为21，长度和导轨的宽均为L，的质量为m ,电阻为r，开场时、都垂直于导轨静止，不计摩擦。给一个向右的瞬时冲量I，在以后的运动中，的最大速度、最大加速度、产生的电热各是多少？解：给冲量后，获得速度向右运动，回路中产生感应电流，受安培力作用而加速，受安培力而减速；当两者速度相等时，都开场做匀速运动。所以开场时的加速度最大，最

22、终的速度最大。全过程系统动能的损失都转化为电能，电能又转化为内能。由于、横截面积之比为21，所以电阻之比为12，依据 2R，所以上产生的电热应当是回路中产生的全部电热的2/3。又依据得的初速度为v1，因此有： ，解得。最终的共同速度为23m，系统动能损失为 2/ 6m，其中上产生电热 2/ 9m例16 如下图，hdl1234v0v0v水平的平行虚线间距为50，其间有1.0T的匀强磁场。一个正方形线圈边长为10，线圈质量100g。开场时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为80。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。取10m2，求：线圈进入磁场过程中产生的电热Q。线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v。线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a。解：由于线圈完全处于磁场中时不产生电热，所以线圈进入磁场过程中产生的电热Q3位置时线圈速度肯定最小，而3到4线圈是自由落体运动因此有v022=2g()，得2 2到3是减速过程，因此安培力 减小，由知加速度减小，到3位置时加速度最小，2