2022年高二物理电磁感应复习教案 .docx

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1、精品_精品资料_高二物理电磁感应复习教案一、电磁感应现象1. 产生感应电流的条件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.不管什么情形, 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.当闭合电路的一部分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较便利.2. 感应电动势产生的条件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.无论电路闭合与否,只要磁通量变化了,就

2、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 =B S sin 是 B 与 S 的夹角,磁通量的变化 =2- 1有多种形式,主要有： S、 不变, B 转变,这时 = B Ssin B、 不变, S 转变,这时 = S Bsin B、S 不变, 转变,这时 =BSsin 2-sin 1当 B、S、 中有两个或三个一起变化时,就要分别运算 1、2,再求 2- 1 了.在非匀强磁场中,磁通量变化比较复杂.有几种情形需要特殊留意：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_如以下图,

3、矩形线圈沿 a b c 在条形磁铁邻近移动, 试判定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abcacMNSb可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_为方向向下增大.右边线圈的磁通量由方向向下减小到零,再变为方向向上增大可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_如以下图, 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,与环形导线 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？在相同时间内哪一个变化更大？b、c 线圈所围面积内的磁通

4、量有向里的也有向外的,但向里的更多,所以c ba可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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.如以下图, 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,与虚线圆a 在同一平面内.当虚线圆a 中的c b磁通量增大时,穿过线圈b、c 的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？与的情形不同, b、c 线圈所围面积内都只有向里的磁通量,且大小相同.因此穿过它们的磁通量和磁通量变化都始终是相同的.二

5、、楞次定律1. 楞次定律可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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 原先就有的磁场 .前者和后者的关系不是 “同向” 或“反向”的简洁关系,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.从“阻碍相对运动”的角度来看,楞次定律的这个结论

6、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.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2. 右手定就.220V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情形,右手定就和楞次定律的结论是完全一样的.这时,用右手定就更便利一些.3.

7、楞次定律的应用.楞次定律的应用应当严格按以下四步进行：确定原磁场方向. 判定原磁场如何变化增大仍是减小 .确定感应电流的磁场方向增反减同 .依据安培定就判定感应电流的方向.例 1.如以下图,有两个同心导体圆环.内环中通有顺时针方向的电流,外 环中原先无电流. 当内环中电流逐步增大时,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,由安培定就,外环中感应电流方向为逆时针.可编辑资料 - - -

8、 欢迎下载精品_精品资料_例 2.如以下图,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,Sv0NM可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_把条形磁铁等效为螺线管,该螺线管中的电流是从上

9、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,与前一种方法的结论相同.例 3.如以下图, O1O2 是矩形导线框 abcd 的对称轴,其左方有垂直于纸面对O1外的匀强磁场.以下哪些情形下abcd 中有感应电流产生？方向如何？adA. 将 abcd 向纸外平移B.将 abcd 向右平移C. 将 abcd 以 ab 为轴转动 60 D. 将 abcd 以 cd 为轴转动 60bcO2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解： A、C 两种情形下穿过 abcd 的磁通量没有发生变化,无感应电流产生.B、D两种情形下原磁通向外,削减,感

10、应电流磁场向外,感应电流方向为abcd.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_例 4.如以下图装置中, cd 杆原先静止.当ab 杆做如下那些运动时, cd 杆将向右移动？A. 向右匀速运动B.向右加速运动C. 向左加速运动D.向左减速运动解： . ab 匀速运动时, ab 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, cd 保持静caL2L1d b可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_止, A 不正确. ab 向右加速运动时,L2 中的磁通量向下,增大,通过cd 的电流方向向下,cd 向右移动, B 正确.同理可得 C 不正确,

11、 D 正确.选 B、 DO1例 5.如以下图,当磁铁绕O1O2 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,最简洁的方法是： 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O2框将和磁铁转动速度无限接近到可以认为相同.假如考虑摩擦阻力,就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,但是表达要复杂得多.可见这类定性判断的题要敏捷运用楞次定律的各种表达方式.例 6.如以下图,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

12、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“阻碍磁通量变化”判定,就需要依据下端磁极的极性分别进行争论,比较繁琐.而且在判定a、b 所受磁场力时.应当以磁极对a它们的磁场力为主,不能以a、b 间的磁场力为主由于它们的移动方向由所b受的合磁场的磁场力打算,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=BS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.这样判定比较起来就简便得多.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_例 7.如以下图,绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b

13、.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？解：依据 =BS,磁铁向下移动过程中,B 增大,所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势, 由于 S 不行转变, 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.如以下图,在条形磁铁从图示位置绕O1O2 轴转动 90的过程中,放在导轨右端邻近的金属棒ab 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仍是逆时针转动,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、abO1aO2b可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_外的磁感线条数相同但方向相反,在线框所围面积内的总

14、磁通量和磁铁内部的磁感线方向相 同且增大. 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ab 将向右移动.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_aL例 9.如以下图, a、b 灯分别标有“ 36V 40W”和“ 36V 25W”,闭合电键,调剂 R,使 a、b 都正常发光.这时断开电键后重做试验：电键闭合后看到的b现象是什么？稳固后那只灯较亮？再断开电键,又将看到什么现象？解：重新闭合瞬时,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 立刻变亮. 这时 L 的作用相当于一个大电阻. 稳固后两灯都正常发光,Ra 的额定功率大,所以较亮.这时L

15、的作用相当于一只一般的电阻就是该线圈的内阻. 断开瞬时,由于电感线圈对电流减小的阻碍作用,通过a 的电流将逐步减小, a 渐渐变暗到熄灭,而 abRL组成同一个闭合回路,所以b 灯也将逐步变暗到熄灭,而且开头仍会闪亮一下由于原先有 I aI b,并且通过 b 的电流方向与原先的电流方向相反.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,就断开电键后 b 灯不会显现 “闪亮” 现象.例 10.如以下图, 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O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

16、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仍是穿出,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.仍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,摇摆就不会很快停下来.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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Ekt ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精

17、品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_在国际单位制中可以证明其中的k=1,所以有 E值.对于 n 匝线圈有 Etnt .平均可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_将匀称电阻丝做成的边长为l 的正方形线圈abcd 从匀强磁场中向右匀速拉出ad过程,仅 ab 边上有感应电动势E=Blv ,ab 边相当于电源,另3 边相当于外电路.vBab 边两端的电压为 3Blv /4 ,另 3 边每边两端的电压均为Blv/4 .lbc将匀称电阻丝做成的边长为l 的正方形线圈 abcd 放在匀强磁场中, 当磁感应2强度匀称减小时,回路中有感应电动势产生,大小为E=l B/ t ,这种情

18、形下,每条边两端的电压U=E/4- I r= 0 均为零.ad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,这一点和静电场不B同.blc在导线切割磁感线产生感应电动势的情形下,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：E=BLvsin 是 B 与 v 之间的夹角 .瞬时值例 11.如以下图,长L1 宽 L2 的矩形线圈电阻为R,处于磁感应强度为BL1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直.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

19、量q .解：这是一道基本练习题,要留意运算中所用的边长是L1 仍是 L2 ,仍应当摸索一下这些物理量与速度v 之间有什么关系.vL2BF可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ EBL2v, IE , FBIL 2 ,FB L 2 vv PFv2222B L 2vv可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_22RRR22E可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ WFL 1关B L 2L1vv R QWv qItt R与 v 无R可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_特殊要留意电热 Q和电荷 q 的区分,其中q与速

20、度无关；R可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_例 12.如以下图,竖直放置的U形导轨宽为 L,上端串有电阻 R其余导体R部分的电阻都忽视不计 .磁感应强度为B 的匀强磁场方向垂直于纸面对外.金属棒 ab 的质量为 m,与导轨接触良好,不计摩擦.从静止释放后ab 保持水平而下滑.试求 ab 下滑的最大速度 vmab mL解：释放瞬时 ab 只受重力,开头向下加速运动.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 F=mg时,加速度变为零,这时ab 到达最大速度.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_22由 FB L vm

21、Rmg ,可得 vmmgR B 2 L2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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化的过程.到达稳固速度后, 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.进一步争论：假如在该图上端电阻的右边串联接一只电键,让ab 下落一段距离后再闭合电键,那么闭合电键后ab 的运动情形又将如何？无论何时闭合电键,ab 可能先加速后匀

22、速, 也可能先减速后匀速, 仍可能闭合电键后就开头匀速运动,但最终稳固后的速度总是一样的.Ba例 13.如以下图, U形导线框固定在水平面上,右端放有质量为m的金L 1属棒 ab, ab 与导轨间的动摩擦因数为,它们围成的矩形边长分别为L1、L 2 L2,回路的总电阻为R.从 t =0 时刻起,在竖直向上方向加一个随时间匀称b 变化的匀强磁场 B=kt ,k0那么在 t 为多大时,金属棒开头移动？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解：由 E= kL1L2 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t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_于安培力 F=BIL

23、 B=kt 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可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_力时, ab 将开头向左移动.这时有：ktL1kL1L 2Rmg,tmgRk 2 L 2 L可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_122. 转动产生的感应电动势转动轴与磁感线平行.如图,磁感应强度为B 的匀强磁场方向垂直于纸面v向外, 长 L 的金属棒 oa 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oa 导 线 上 各 点 的 平 均 速 度 , 在 此 题 中 应 该 是 金 属

24、 棒 中 点 的 速 度 , 因 此 有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_EBLL1 B22L2 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_线圈的转动轴与磁感线垂直.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,线圈绕图示的轴a以角速度 匀速转动.线圈的ab、cd 两边切割磁感线,产生的感应电动dBL势相加可得E=BS.假如线圈由 n 匝导线绕制而成,就E=nBS.从图L21可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_示位置开头计时,就感应电动势的瞬时值为e=nBS cost.该结论与线圈的外形和转动轴的详细位置无关但是

25、轴必需与B 垂直.实际上,这就是沟通发电机发出的沟通电的瞬时电动势公式.例 14.如以下图, xoy 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oab, 其圆心在原点 o,半径为 R,开头时在第一象限.从t =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 .解： 开头的四分之一周期内, oa、ob 中的感应电动势方向相同,大小应相加.其次个四分之一周期内穿过线圈E 的磁通量不变,因此感应电动势为零.第三个四分之一周Em 期内感应电动势与第一个四分之一周期内大小相

26、同而方o向相反.第四个四分之一周期内感应电动势又为零.感应2电动势的最大值为Em=BR,周期为 T=2 / ,图象如右.bcyBoaxT2Tt可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3. 电磁感应中的能量守恒只要有感应电流产生,电磁感应现象中总相伴着能量的转化.电磁感应的题目往往与能量守恒的学问相结合.这种综合是很重要的.要坚固树立起能量守恒的思想.dc例 15 如以下图,矩形线圈abcd 质量为 m,宽为 d,在竖直平面内由静止ab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 ab 边刚进入磁场就开头做匀速运动,那么在线圈穿越磁场的全过程,产生了多少电

27、热？解： ab 刚进入磁场就做匀速运动,说明安培力与重力刚好平稳,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 =2mgd.例 16 如以下图,水平面上固定有平行导轨,磁感应强度为B 的匀B强磁场方向竖直向下. 同种合金做的导体棒ab、cd 横截面积之比为 2ad1,长度和导轨的宽均为L, ab 的质量为 m, 电阻为 r ,开头时 ab、cd都垂直于导轨静止,不计摩擦.给ab 一个向右的瞬时冲量I ,在以后的运动中, cd 的最大速度 vm、最大加速度 am、产生的电热各是多少？bc解：给 ab 冲量后, ab 获得速度向右运动,回路中产生感应电流,cd

28、 受安培力作用而加速, ab 受安培力而减速.当两者速度相等时,都开头做匀速运动.所2以开头时 cd 的加速度最大, 最终 cd 的速度最大. 全过程系统动能的缺失都转化为电能,电能又转化为内能.由于ab、cd 横截面积之比为 2 1,所以电阻之比为1 2,依据 Q=I RtR,所以 cd 上产生的电热应当是回路中产生的全部电热的2/3 .又依据已知得ab 的初速22EF2B L I可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_度为 v1=I/m ,因此有： EBLv1 , I, Fr2rBLI , am,解得m / 2am23m r.最终可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的共

29、同速度为vm=2I/ 3m,系统动能缺失为EK=I 2 / 6 m,其中 cd 上产生电热 Q=I 2 / 9 m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2例 16 如以下图,水平的平行虚线间距为d=50cm,其间有 B=1.0T 的匀强磁场.一个正方形线圈边长为l =10cm,线圈质量m=100g ,电阻为 R=0.020 .开头时,线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h=80cm.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 g=10m/s ,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1l生的电热 Q就是线圈从图中 2 位置到 4 位置产生的电热, 而 2、4 位置动能相同,由能量守恒 Q=mgd=0.50Jh 3 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2v0223v可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_v0 - v =2g d-l ,得 v=22 m/sB 2l 2 vdF可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2 2 到 3 是减速过程,因此安培力 小,到 3 位置时加速度最小, a=4.1m/sR减小,由 F- mg=ma知加速度减4v0可编辑资料 - - - 欢迎下载