第9讲电磁感应现象及电磁感应规律的应用
主要题型：选择题或计算题
难度档次：
选择题中等难度题、计算题难度较大．电磁感应知识点较少，一般与电路知识、安培力进行简单的结合，或定性分析、或定量计算，通常涉及4～5个知识点．
电磁感应中的计算题综合了力学，电学、安培力等知识，难度较大，尤其是导体棒模型和线框模型．
高考热点
1．感应电流 (1)产生条件??? ①闭合电路的部分导体在磁场内做
切割磁感线运动②穿过闭合电路的 发生变化
(2)方向判断???
右手定则：常用于情况①楞次定律：常用于情况② (3)“阻碍”的表现??? 阻碍磁通量的变化(增反减同)
阻碍物体间的 (来拒去留)
阻碍 的变化(自感现象)
2．感应电动势的计算 (1)法拉第电磁感应定律：E ＝n ΔΦΔt .若B 变，而S 不变，则E ＝____________；
若S 变，而B 不变，则E ＝____________，常用于计算________电动势．
(2)导体垂直切割磁感线：E ＝Bl v ，主要用于求电动势的________值．
(3)如图9－1所示，导体棒Oa 围绕棒的一端O 在垂直磁场的平面内做匀速圆周运动而切割磁感线产生的电动势E ＝________.
3．电磁感应综合问题中运动的动态结构和能量转化特点
(1)运动的动态结构
(2)能量转化特点
其他形式的能
(如机械能)――→安培力做负功电能电流做功,其他形式的
能(如内能)
名师点睛
解决电磁感应综合问题的一般思路是“先电后力”即
●先作“源”的分析——分析电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E和r；
●再进行“路”的分析——分析电路结构，弄清串并联关系，求出相关部分的电流大小，以便安培力的求解；
●然后是“力”的分析——分析研究对象(通常是金属杆、导体、线圈等)
的受力情况，尤其注意其所受的安培力；
●接着进行“运动”状态的分析——根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型；
●最后是“能量”的分析——寻找电磁感应过程和研究对象的运动过程中其能量转化和守恒的关系.
考向1 电磁感应现象及电磁感应定律的应用
【例1】(多选)(2012·江苏单科，7)某同学设计的家庭电路保护装置如图9－2所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有()．
A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零
B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁
通量不变
C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁
吸起
D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K
将被电磁铁吸起
解析由于零线、火线中电流方向相反，产生
磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C 错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．
答案ABD
本题主要考查感应电流产生的条件、电磁感应中的互感、家庭用电常识等，着重考查学生的理解能力和分析综合能力，难度较大．
矩形导线框abcd固定在匀强磁场中(如图9－3甲所示)，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间t变化的规律如图9－3乙所示，则()．
A ．从0到t 1时间内，导线框中电流的方向为adcba
B ．从0到t 1时间内，导线框中电流越来越小
C ．从t 1到t 2时间内，导线框中电流越来越大
D ．从t 1到t 2时间内，导线框bc 边受到安培力大小保持不变,借题发挥 ●电磁感应现象能否发生的判断流程：
(1)确定研究的闭合电路．
(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ.
(3)????? Φ不变→无感应电流Φ变化→??? 回路闭合，有感应电流不闭合，无感应电流， 但有感应电动势
●安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律综合应用的比较
基本现象 应用的定则或定律
运动电荷、电流产生磁场 安培定则
磁场对运动电荷、电流有作用力
左手定则 电磁 感应 部分导体做切割磁感线
运动
右手定则
闭合回路磁通量变化 楞次定
律
考向2 电磁感应中的图象问题
【例2】 (2012·课标，20)如图9－4所示，一载流长直导线和
一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边
与长直导线平行．
已知在t ＝0到t ＝t 1的时间间隔内，直导线中电流i 发生某种变
化，而线框中的感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的
合力先水平向左、后水平向右．设电流i 正方向与图中箭头所示方
向相同，则i 随时间t 变化的图线可能是( )．
本题考查安培力、电磁感应现象、楞次定律的综合应用，考查考生的推理
能力，难度中等．
如图9－5虚线上方空间有匀强磁场，扇形导线框绕
垂直于框面的轴O 以角速度ω匀速转动，线框中感应电流方向以
逆时针为正，则能正确表明线框转动一周感应电流变化情况的是
( )．
,
得分技巧
解决电磁感应现象中图象问题的基本方法与要点分析
1．基本方法
(1)看清横、纵坐标表示的物理量．
(2)理解图象的物理意义．
(3)画出对应的物理图象(常采用分段法、数学法来处理)．
2．要点分析
(1)定性或定量地表示出所研究问题的函数关系．
(2)注意横、纵坐标表达的物理量以及各物理量的单位．
(3)注意在图象中E 、I 、B 等物理量的方向是通过正负值来反映的，故确定大小变化的同时，还应确定方向的变化情况．
3．所用规律
利用右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和感应电流的大小．
电磁感应规律与电路、力学规律的综合应用
【例3】 (2012·天津理综，11)如图9－6所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距l ＝0.5 m ，左端接有阻值R ＝0.3 Ω的电阻．一质量m ＝0.1 kg ，电阻r ＝0.1 Ω的金属棒MN 放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B ＝0.4 T ．
棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以a ＝2 m/s 2的加速度做匀加速运动，当棒的位移x ＝9 m 时撤去外力，棒继续运动一
段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦
耳热之比Q 1∶Q 2＝2∶1.导轨足够长且电阻不计，棒
在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良
好接触．求
(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻R 的电荷
量q ；
(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q 2；
(3)外力做的功W F .
解析 (1)设棒匀加速运动的时间为Δt ，回路的磁通量变化量为ΔΦ，回路
中的平均感应电动势为E ，由法拉第电磁感应定律得E ＝ΔΦΔt ①
其中ΔΦ＝Blx ②
设回路中的平均电流为I ，由闭合电路欧姆定律得I ＝E
R ＋r ③ 则通过电阻R 的电荷量为q ＝I Δt ④
联立①②③④式，代入数据得q ＝4.5 C ⑤
(2)设撤去外力时棒的速度为v ，对棒的匀加速运动过程，
由运动学公式得v 2＝2ax ⑥
设棒在撤去外力后的运动过程中安培力所做的功为W，
由动能定理得W＝0－1
2m v
2⑦
撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2＝－W⑧
联立⑥⑦⑧式，代入数据得Q2＝1.8 J⑨
(3)由题意知，撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2＝2∶1，
可得Q1＝3.6 J⑩
在棒运动的整个过程中，由功能关系可知W F＝Q1＋Q2?
由⑨⑩?式得W F＝5.4 J.
答案(1)4.5 C(2)1.8 J(3)5.4 J
本题考查了法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、匀变速直线运动公式、动能定理、能量守恒定律等知识，主要考查考生的理解能力、分析综合能力．本题难度较大．
如图9－7所示，足够长的金属导轨ABC和FED，二者相互平行且相距为L，其中AB、FE是光滑弧形导轨，BC、ED是水平放置的粗糙直导轨，在矩形区域BCDE内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，金属棒MN质量为m、电阻为r，它与水平导轨间的动摩擦因数为μ，导轨上A与F、C与D之间分别接有电阻R1、R2，且R1＝R2＝r，其余电阻忽略不计．
现将金属棒MN从弧形导轨上离水平部分高为h处由静止释放，最后棒在导轨水平部分上前进了距离s后静止．(金属棒MN在通过轨道B、E交接处时不考虑能量损失，金属棒MN始终与两导轨垂直，重力加速度为g)，求：
(1)金属棒在导轨水平部分运动时的最大加
速度；
(2)整个过程中电阻R1产生的焦耳热．
借题发挥
1．巧解电磁感应与力学综合题的两个基本观点
(1)力的观点：是指应用牛顿第二定律和运动学公式解决问题，即选对
研究对象进行受力分析，根据受力变化应用牛顿第二定律判断加速度的变化情况，最后找出求解问题的方法．其流程图为：确定电源感应电
流运动导体所受安培力受力情况分析―→合外力
加速度情况运动状态的分析―→临界状态．
(2)能量的观点：动能定理、能量守恒定律在电磁感应中同样适用．
2．能量转化及焦耳热的求法
(1)能量转化
(2)求解焦耳热Q的几种方法
高考阅卷老师揭秘
电磁感应中的压轴大题常考的问题有以下四个方面
1．电磁感应与力学综合问题
2．电磁感应与能量综合问题
3．电磁感应与电路综合问题
4．电磁感应与力、技术应用综合问题
不论考查哪类问题，实质上就两个模型．
模型1：电磁场中的导体棒模型(单棒)
模型2：电磁场中的线框模型(含两根导体棒)
模型一电磁场中的导体棒模型(单棒)
【例1】(2012·广东理综，35)如图9－8所示，质量为M的导体棒ab，垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上．导轨平面与水平面的夹角为θ，并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中．左侧是水平放置、间距为d的平行金属板．
R和R x分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值，不计其他电阻．
(1)调节R x＝R，释放导体棒，当棒沿导轨匀速下滑时，求通过棒的电流I
及棒的速率v.
(2)改变R x，待棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为m、带电量为＋q的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时的R x.
解析(1)对匀速下滑的导体棒进行受力分析如图所示．
导体棒所受安培力F
安
＝BIl①
导体棒匀速下滑，所以F
安
＝Mg sin θ②
联立①②式，解得I＝Mg sin θ
Bl③
导体棒切割磁感线产生感应电动势E ＝Bl v ④
由闭合电路欧姆定律得I ＝E R ＋R x ，且R x ＝R ，所以I ＝E 2R ⑤ 联立③④⑤式，解得v ＝2MgR sin θB 2l 2⑥
(2)由题意知，其等效电路图如图所示．
由图知，平行金属板两板间的电压等于R x 两端的电压．设
两板间的电压为U ，由欧姆定律知U ＝IR x ⑦
要使带电的微粒匀速通过，则mg ＝q U d ⑧
因为导体棒匀速下滑时的电流仍为I ，所以联立③⑦⑧式，
解得R x ＝mBld Mq sin θ.
答案 (1)Mg sin θBl 2MgR sin θB 2l 2 (2)mBld Mq sin θ
思维模板
解决电磁感应中综合问题的一般思路是“先电后力再能量”．
模型二 电磁场中的线框模型(两根导体棒)
1．一杆静止一杆运动模型(如例2)
2．线框模型：当整个线框都在匀强磁场中运动时，不产生电流；线框只有
一边切割磁场时，该边框两端的电压等于路端电压，而不是感应电动势．
【例2】(2011·四川卷)如图9－9所示，间距l＝0.3 m的平行金属导轨
a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内，在水平面a1b1b2a2区域内和倾角θ＝37°的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1＝0.4 T、方向竖直向上和B2＝1 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场．
电阻R＝0.3 Ω、质量m1＝0.1 kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好．一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m2＝0.05 kg的小环．已知小环以a＝6 m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动．不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长．取g＝10 m/s2，sin
37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：
(1)小环所受摩擦力的大小；(2)Q杆所受
拉力的瞬时功率．
依题练招
教你审题
1．知识对接
(1)受力分析：小环受重力m2g和摩擦力F f两个作用力；K受绳子的拉力F T ＝F f和安培力B1I1l处于平衡；Q杆受重力m1g，导轨的支持力F N、安培力B2Il 和拉力F四个力作用下处于平衡状态．
(2)牛顿第二定律：小环在两个力作用下产生加速度．
(3)法拉第电磁感应定律：Q杆切割磁感线产生感应电动势，B2l v.
(4)电磁感应与电路：Q杆切割磁感线，相当于电源，K、S杆是外电路．
(5)瞬时功率：拉力的瞬时功率P＝F v.
2．对象关联
第(2)问中涉及小环的加速运动、K杆的静止和Q杆的匀速运动，多个物体、不同的运动状态，难度较大．但是若能找到三者之间的联系，该题也就迎刃而解了．小环与K杆是通过绳子的拉力联系在一起，K杆和Q杆是通过电流(安培力)关系联系在一起的．Q杆产生的电流(部分)通过K杆，使K杆受到安培力，小环加速运动受到绳子的摩擦力，小环对绳子的摩擦力通过绳子作用在K杆上，K
杆在这两个力作用下处于平衡，从而找到解题的突破口.
1．(2012·北京理综，19)物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”．如图9－10所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环，闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起．
某同学另找来器材再探究此实验．他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动．对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是()．
A．线圈接在了直流电源上
B．电源电压过高
C．所选线圈的匝数过多
D．所用套环的材料与老师的不同
2．(多选)如图9－11所示，在倾角为θ的斜
面上固定有两根足够长的平行光滑导轨，两导轨
间距为L，金属导体棒ab垂直于两导轨放在导轨
上，导体棒ab的质量为m，电阻为R.导轨电阻不
计．空间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应
强度为B.当金属导体棒ab由静止开始向下滑动
一段时间t
后，再接通开关S，则关于导体棒ab运动的v－t图
象可能正确的是()．
3．(2012·苏州模拟)如图9－12所示，在垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场区域中有一个均匀导线制成的单匝直角三角形线框．现用外力使线框以恒定的速度v沿垂直磁场方向向右运动，运动中线框的AB边始终与磁场右边界平行．已知AB＝BC＝l，线框导线的总电阻为R，则线框离开磁场的过程中()．
A ．线框中的电动势随时间均匀减小
B ．通过线框截面的电荷量为Bl 22R
C ．线框所受外力的最大值为 2B 2l 2v
R
D ．线框中的热功率与时间成正比
4．(多选)(2012·山东理综，20)如图9－13所示，相距为L
的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ，上端
接有定值电阻R ，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B .
将质量为m 的导体棒由静止释放，当速度达到v 时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率恒为P ，导体棒最终以2v 的速度匀速运动．导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g .下列选项正确的是( )．
A ．P ＝2mg v sin θ
B ．P ＝3mg v sin θ
C ．当导体棒速度达到v 2时加速度大小为g 2sin θ
D ．在速度达到2v 以后匀速运动的过程中，R 上产生
的焦耳热等于拉力所做的功
5．如图9－14所示，空间被分成若干个区域，分别以
水平线aa ′、bb ′、cc ′、dd ′为界，每个区域的高度均
为h ，其中区域Ⅱ存在垂直于纸面向外的匀强磁场，区域Ⅲ
存在垂直于纸面向里且与区域Ⅱ的磁感应强度大小相等的匀强磁场．竖直面内有一边长为h 、质量为m 的正方形导体框，导体框下边与aa ′重合并由静止开始自由下落，导体框下边刚进入bb ′就做匀速直线运动，之后导体框下边越过cc ′进入区域Ⅲ，导体框的下边到达区域Ⅲ的某一位置时又开始做匀速直线运动．求：
(1)导体框在区域Ⅲ匀速运动的速度．
(2)从导体框下边刚进入bb ′时到下边刚触到dd ′时的过程中，导体框中产生的热量．(已知重力加速度为g ，导体框始终在竖直面内运动且下边始终水平)
【高考必备】
1．(1)②磁通量 (3)相对运动 原电流 2．(1)n ΔB Δt S nB ΔS Δt 平均 (2)瞬时 (3)12Bl 2ω
【考向聚焦】
预测
答案 A
解析 从0到t 1时间内，垂直纸面向里的磁感应强度减小，磁通量减小．根
据楞次定律可判断，产生顺时针方向的电流．故A 项正确；由公式E ＝ΔΦΔt ＝S ΔB Δt ，
I ＝E R ，由于磁场均匀减小，ΔB Δt 为一恒定值．线框中产生的感应电流大小不变，故B 、C 项错误；磁感应强度B 均匀变化．由公式F ＝BIL bc 知bc 边受的安培力是变化的，故D 项错误．
【例2】答案 A
解析 因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强，而线框中左右两边的电流大小相等，方向相反，所以受到的安培力方向相反，导线框的左边受到的安培力大于导线框的右边受到的安培力，所以合力与左边导线框受力的方向相同．因为线框受到的安培力的合力先水平向左，后水平向右，根据左手定则，导线框处的磁场方向先垂直纸面向里，后垂直纸面向外，根据右手螺旋定则，导线中的电流先为正，后为负，所以选项A 正确，选项B 、C 、D 错误．]
预测2
答案 A
解析 将线圈360°的旋转过程分成四个90°阶段，并应用法拉第电磁感应定律和楞次定律知只有A 对．
预测3
解析 (1)设金属棒刚到达水平轨道时速度为v ，且此时合外力最大，加速度最大．
由牛顿第二定律，得BLI ＋μmg ＝ma ，①
由欧姆定律，得I ＝2E 3r ，②
由法拉第电磁感应定律，得E ＝BL v ，③
由动能定理，得mgh ＝12m v 2，④
联立①②③④，解得a ＝μg ＋2B 2L 22gh 3mr .
(2)设金属棒MN 中的电流强度为I ，通过电阻R 1、R 2的电流强度分别为I 1、
I 2，则I 1＝I 2＝I 2，由公式Q ＝I 2Rt ，得Q MN ＝4Q R 1，
整个过程中回路产生的焦耳热为Q ，Q ＝Q MN ＋2Q R 1，
由能量的转化和守恒定律，得mgh ＝μmgs ＋Q ，
Q R 1＝16mg (h －μs )．
答案 (1)μg ＋2B 2L 22gh 3mr (2)16mg (h －μs )
高考阅卷老师教你
模型二
【例2】
满分解答 (1)设小环受到的摩擦力大小为F f ，由牛顿第二定律，有m 2g －F f ＝m 2a ，①
代入数据，得
F f＝0.2 N．②
(2)设通过K杆的电流为I1，K杆受力平衡，有
F f＝B1I1l，③
设回路总电流为I，总电阻为R
总
，有
I＝2I1，④
R总＝3
2R，⑤
设Q杆下滑速度大小为v，产生的感应电动势为E，有
I＝E
R总
⑥
E＝B2l v⑦
F＋m1g sin θ＝B2Il⑧
拉力的瞬时功率为P＝F v⑨
联立以上方程，代入数据得P＝2 W.
【随堂演练】
1．D[金属套环跳起的原因是开关S闭合时，套环上产生感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的．线圈接在直流电源上，S闭合时，金属套环也会跳起．电压越高，线圈匝数越多，S闭合时，金属套环跳起越剧烈．若套环是非导体材料，则套环不会跳起．故选项A、B、C错误，选项D正确．] 2．ACD[当开关S闭合前导体棒ab匀加速运动时，其加速度为a＝g sin θ，经时间t0，其末速度为v t＝gt0sin θ.当开关S闭合后，导体棒ab会受到安培力作用，由左手定则可知，安培力沿导轨向上，当导体棒的重力沿导轨向下的分力与安培力平衡时，导体棒的运动速度达到稳定，这就是导体棒的收尾速度．] 3．B[三角形线框向外匀速运动的过程中，由于有效切割磁感线的长度L ＝v t，所以线框中感应电动势的大小E＝BL v＝B v2t，故选项A错误；线框离开
磁场的运动过程中，通过线圈的电荷量Q＝IΔt＝ΔΦ
Δt·R·Δt＝
Bl2
2R，选项B正确；当
线框恰好刚要完全离开磁场时，线框有效切割磁感线的长度最大，则F＝BIt＝
B2l2v
R，选项C错误；线框的热功率P＝F v＝BI v 2t＝
B2v4t2
R，选项D错误．]
4．AC[导体棒由静止释放，速度达到v时，回路中的电流为I，则根据共点力的平衡条件，有mg sin θ＝BIL.对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，以2v的速度匀速运动时，则回路中的电流为2I，则根据平衡条件，有F＋mg sin θ＝B×2IL，所以拉力F＝mg sin θ，拉力的功率P＝F×2v＝2mg v sin θ，故选项A
正确、选项B错误；当导体棒的速度达到v
2时，回路中的电流为
I
2，根据牛顿第
二定律，得mg sin θ－B I
2L＝ma，解得a＝g
2sin θ，选项C正确；当导体棒以2v
的速度匀速运动时，根据能量守恒定律，重力和拉力所做的功之和等于R上产生的焦耳热，故选项D错误．]
5．解析(1)导体框从aa′到bb′过程中，设刚进入bb′时导体框的速度
为v，则mgh＝1
2m v
2，所以v＝2gh
导体框进入bb′开始匀速运动时mg＝BIh，I＝Bh v R，
所以mg＝B2h2v R
导体框下边到达区域Ⅲ的某一位置时又开始做匀速直线运动时mg＝
2BI′h，I′＝2Bh v′
R，所以mg＝
4B2h2v′
R
由以上各式得v′＝v
4＝
1
42gh
(2)从导体框下边刚进入bb′时到下边刚出dd′时的过程中，设产生的热量为Q
由动能定理：2mgh－Q＝1
2m v′
2－
1
2m v
2，Q＝2mgh＋
15
32m v
2
所以Q＝47
16mgh.
答案(1)1
42gh(2)
47
16mgh
论电磁感应的发现历程 古之成大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。昔禹之治水，凿龙门，决大河，而放之海。方其功之未成也，盖亦有溃冒冲突可畏之患，惟能前知其当然，事至不惧而徐为之图，是以得至于成功。电磁感应的发现与发展，凝结了无数人的智慧。 伟大的哲学家康德曾经说过：“各种自然现象之间是相互联系和相互转化的。”在1820年，丹麦物理学家、化学家奥斯特在一次实验中发现了电流的磁效应，这一惊人发现使当时整个科学界受到很大的震动，从此拉开了电磁联系的序幕，“物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的各种其他现象的零散的罗列，我们将把整个宇宙纳在一个体系中。” 奥斯特发现电流的磁现象后不久，各国各地的科学家们展开了对称性的思考：电和磁是一对和谐对称的自然现象，既然存在磁化和静电感应现象，那么磁体或电流也应能在附近导体中感应出电流来。于是，当时许多著名的科学家如法国的安培、菲涅尔、阿拉果和英国的沃拉斯顿等都纷纷投身于探索磁与电的关系之中。 仅仅空有满腔热血是远远不够的，还需要有科学的方法以及持之以恒的毅力，勇于突破思维的局限。安培曾做了很多实验，以期能实现“磁生电”，但他把分子电流理论看的
过分重要，完全被自己的理论囚禁起来了，以致尽管在一次实验中展现出了磁生电的迹象，但却没有引发他的正确认识。 1823年，瑞士物理学家科拉顿曾企图用磁铁在线圈中运动获得电流。他把一个线圈与电流计连成一个闭合回路。为了使磁铁不至于影响电流计中的小磁针，特意将电流计用长导线连后放在隔壁的房间里，他用磁棒在线圈中插入或拔出，然后一次又一次地跑到另一房间里去观察电流计是否偏转。由于感应电流的产生与存在是瞬时的暂态效应，他当然观察不到指针的偏转，发现电磁感应的机会也失之交臂。 为了证明磁能生电，1820年至1831年期间，法拉第用实验的方法探索这一课题，最初也是像上述物理学家一样，利用通常的思想方法，做了大量的实验，但磁生电的迹象却始终未出现。失败并没有使他放弃实验，因为他坚信自然力是统一的、和谐的，电和磁是彼此有关联的。 1825年，斯特詹发明了电磁铁，这给法拉第的研究带来了新的希望。1831年，法拉第终于在一次实验中获得了突破性进展。而这次实验就是著名的法拉第圆环实验。 这一实验使法拉第豁然开朗：由磁感应电的现象是一种暂态效应。发现了这一秘密后，他设计了另外一些实验，并证实了自己的想法。就这样经过近10年的思考与探索，法拉第克服了思维定势采用了新的实验方法，终于发现了电磁
高考物理电磁感应现象的两类情况(大题培优)及答案 一、电磁感应现象的两类情况 1．如图所示，光滑的长平行金属导轨宽度d=50cm ，导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨上端电阻R=0.8Ω，其他电阻不计．导轨放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T ．金属棒ab 从上端由静止开始下滑，金属棒ab 的质量m=0.1kg ．（sin37°=0.6，g=10m/s 2） （1）求导体棒下滑的最大速度； （2）求当速度达到5m/s 时导体棒的加速度； （3）若经过时间t ，导体棒下滑的垂直距离为s ，速度为v ．若在同一时间内，电阻产生的热与一恒定电流I 0在该电阻上产生的热相同，求恒定电流I 0的表达式（各物理量全部用字母表示）． 【答案】（1）18.75m/s （2）a=4.4m/s 2 （32 22mgs mv Rt 【解析】 【分析】根据感应电动势大小与安培力大小表达式，结合闭合电路欧姆定律与受力平衡方程，即可求解；根据牛顿第二定律，由受力分析，列出方程，即可求解；根据能量守恒求解； 解：（1）当物体达到平衡时，导体棒有最大速度，有：sin cos mg F θθ= ， 根据安培力公式有： F BIL =， 根据欧姆定律有： cos E BLv I R R θ==， 解得： 222 sin 18.75cos mgR v B L θ θ = =； （2）由牛顿第二定律有：sin cos mg F ma θθ-= ， cos 1BLv I A R θ = =， 0.2F BIL N ==， 24.4/a m s =； （3）根据能量守恒有：22012 mgs mv I Rt = + ， 解得： 2 02mgs mv I Rt -=
中学高二年级选修3-2 册物理学科导学案（学生版） 课题：电磁感应的发现 【学习目标】（清晰、具体、可检测性强) 1.了解电磁感应现象的发现过程，认识电磁感应现象的时代背景和思想历程。 2.知道电磁感应现象产生的电流叫感应电流。 3．知道科学探究的的一般方法，了解相关的实验。 【学习重点】 认识电磁感应现象，了解相关实验 【学习过程】（预热衔接、问题引领、自主学习、交流互助、学生展示、质疑探究、精彩点评） 一、复习：奥斯特-----电流的磁效应。 阅读教材并回忆有关奥斯特发现电流磁效应的内容。 （1）是什么信念激励奥斯特寻找电与磁的联系的？在这之前，科学研究领域存在怎样的历史背景？ （2）奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的？回忆学过的知识如何解释？ （3）电流磁效应的发现有何意义？谈谈自己的感受。 二、学习过程： 1.法拉第发现电磁感应现象。 （1）奥斯特发现电流磁效应引发了怎样的哲学思考？法拉第持怎样的观点？ （2）法拉第做了大量实验都是以失败告终，失败的原因是什么？ （3）法拉第经历了多次失败后，终于发现了电磁感应现象，他发现电磁感应现象的具体的过程是怎样的？之后他又做了大量的实验都取得了成功，他认为成功的“秘诀”是什么？ （4）从法拉第探索电磁感应现象的历程中，你学到了什么？谈谈自己的体会。 2.电磁感应现象的分类。 阅读教材并回答： 法拉第发表的论文中，把电磁感应现象分为五类： ①、 ②、
③、 ④、 ⑤、 学生活动：自主完成。 3.感应电流:由产生的电流叫感应电流。 （1）讨论交流，设计实验，如何利用提供的器材产生感应电流？（画出设计草图） （2）观察演示实验，认识感应电流。 4.电磁感应现象发现的意义。 阅读教材并思考回答电磁感应发现的意义： （1）电磁感应的发现，使人们发明了，把能转化为能。 （2）电磁感应的发现，使人们发明了，解决了电能远距离传输中的能量大量损耗的问题。 （3）电磁感应的发现，使人们制造了，反过来把能转化为能，比如生活中的、、。 【课堂总结】 1、我们可以通过哪些实验与现象来说明（证实）磁现象与电现象有联系？ 2、如何让磁生成电？ 3、生活中电磁有关的现象？ 【当堂训练】 【例1】发电的基本原理是电磁感应。发现电磁感应现象的科学家是（C） A．安培B．赫兹C．法拉第D．麦克斯韦 【例2】发现电流磁效应现象的科学家是__奥斯特__，发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是_安培_，发现电磁感应现象的科学家是_法拉第_，发现电荷间相互作用力规律的的科学家是_库仑_。 【例3】下列现象中属于电磁感应现象的是（B） A．磁场对电流产生力的作用B．变化的磁场使闭合电路中产生电流 C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化D．电流周围产生磁场 【作业】思考：产生感应电流的条件？
物理电磁感应现象的两类情况的专项培优练习题 一、电磁感应现象的两类情况 1．如图，在地面上方空间存在着两个水平方向的匀强磁场，磁场的理想边界ef 、gh 、pq 水平，磁感应强度大小均为B ，区域I 的磁场方向垂直纸面向里，区域Ⅱ的磁场方向向外，两个磁场的高度均为L ；将一个质量为m ，电阻为R ，对角线长为2L 的正方形金属线圈从图示位置由静止释放(线圈的d 点与磁场上边界f 等高，线圈平面与磁场垂直)，下落过程中对角线ac 始终保持水平，当对角线ac 刚到达cf 时，线圈恰好受力平衡；当对角线ac 到达h 时，线圈又恰好受力平衡(重力加速度为g ).求： (1)当线圈的对角线ac 刚到达gf 时的速度大小； (2)从线圈释放开始到对角线ac 到达gh 边界时，感应电流在线圈中产生的热量为多少? 【答案】(1)1224mgR v B L = (2)322 44 2512m g R Q mgL B L =- 【解析】 【详解】 (1)设当线圈的对角线ac 刚到达ef 时线圈的速度为1v ，则此时感应电动势为： 112E B Lv =? 感应电流：11E I R = 由力的平衡得：12BI L mg ?= 解以上各式得：122 4mgR v B L = (2)设当线圈的对角线ac 刚到达ef 时线圈的速度为2v ，则此时感应电动势 2222E B Lv =? 感应电流：2 2E I R = 由力的平衡得：222BI L mg ?=
解以上各式得：222 16mgR v B L = 设感应电流在线圈中产生的热量为Q ,由能量守恒定律得： 22122 mg L Q mv ?-= 解以上各式得：322 44 2512m g R Q mgL B L =- 2．如图，垂直于纸面的磁感应强度为B ，边长为 L 、电阻为 R 的单匝方形线圈 ABCD 在外力 F 的作用下向右匀速进入匀强磁场，在线圈进入磁场过程中，求： (1)线圈进入磁场时的速度 v 。 (2)线圈中的电流大小。 (3)AB 边产生的焦耳热。 【答案】(1)22 FR v B L =；(2)F I BL =；(3)4FL Q = 【解析】 【分析】 【详解】 (1)线圈向右匀速进入匀强磁场，则有 F F BIL ==安 又电路中的电动势为 E BLv = 所以线圈中电流大小为 = =E BLv I R R 联立解得 22 FR v B L = (2)根据有F F BIL ==安得线圈中的电流大小 F I BL = (3)AB 边产生的焦耳热 22( )4AB F R L Q I R t BL v ==??
电磁感应现象及电磁在生活中的应用 摘要：电磁感应，也称为磁电感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。 电磁反应是一个复杂的过程，其运用到现实生活中的技术（例如：电磁炉、微波炉、蓝牙技术、磁悬浮列车等等）。是经过很多人的探索和努力一步一步走到现在的。 正文： 电磁感应的定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象。本质是闭合电路中磁通量的变化。由电磁感应现象产生的电流叫做感应电流。 电磁感应的发现：1831年8月，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，线圈A 接直流电源，线圈B接电流表，他发现，当线圈A的电路接通或断开的瞬间，线圈B中产生瞬时电流。法拉第发现，铁环并不是必须的。拿走铁环，再做这个实验，上述现象仍然发生。只是线圈B中的电流弱些。为了透彻研究电磁感应现象，法拉第做了许多实验。1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交的一个报告中，把这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。法拉第之所以能够取得这一卓越成就，是同他关于各种自然力的统一和转化的思想密切相关的。正是这种对于自然界各种现象普遍联系的坚强信念，支持着法拉第始终不渝地为从实验上证实磁向电的转化而探索不已。这一发现进一步揭示了电与磁的内在联系，为建立完整的电磁理论奠定了坚实的基础。 电磁感应是指因磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，乃是电磁学中伟大的成就之一。它不仅让我们知道电与磁之间的联系，而且为电与磁之间的转化奠定了基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上有重大意义。电磁感应现象的发现，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明，电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。 若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb ，Δt为发生变化所用时间，单位为s.ε为产生的感应电动势，单位为V。 磁通量：设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S。(1)定义：在匀强磁场中，磁感应强B与垂直磁场方向的面积S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量。 (2)公式：Φ＝BS 当平面与磁场方向不垂直时： Φ＝BS⊥＝BScosθ（θ为两个平面的二面角） (3)物理意义
第一章电磁感应 一、电磁感应的发现 教学目标： 1.知识与技能： （1）知道电磁感应现象，了解利用不同磁体的磁场产生感应电流的方法； （2）知道感应电流的产生是由于穿过闭合回路的磁通量发生改变而引起的； （3）了解电源电动势的概念，知道感应电流大小是由感应电动势大小决定的。 2．过程与方法： (1)由课文第一句“奥斯特发线电流的磁效应”入手，引导学生逆向思维思考，让学生领会科学研究中逆向思维的途径与重要性； （2）探究产生感应电流的三种不同的方法，经历科学研究的主要环节，通过探究实验，观察实验现象，分析实验结果，获得科学探究的感性认识； （3）初步认识对比与归纳是物理思维的两种基本形式； （4）通过对“感应电流的产生是由于穿过闭合回路的磁通量变化而引起”内容的学习，了解抽象、概括等思维形式在物理定律发现中的重要性。 3.情感、态度与价值观 了解科学发现对社会文明进程的巨大推动作用,激发学生的求知欲和探究精神;在探究过程中学习合作与交流 教学重点、难点： （1）探究产生感应电流的三种不同的方法，归纳、总结出产生感应电流的条件； （2）正确理解产生感应电流的条件。 教具准备与教学方法 （1）灵敏电流计、大小螺线管、线圈、导线、开关、滑动电阻、电源、条形磁铁，蹄形磁铁； （2）运用实验探究、启发引导、对比与归纳等教学方法。 教学设计思路 本设计的基本思路是：以实验创设情景，激发学生的好奇心。通过对问题的讨论，引入学习电磁感应现象。本设计强调问题讨论、交流讨论、实验研究、教师指导等多种教学策略的应用，重视概念、规律的形成过程以及伴随这一过程的科学方法的教育。通过学生主动参与，培养其分析推理、比较判断、归纳概括的能力，使之感受猜想、假设、实验、比较、归纳等科学方法的重要作用；感悟科学家的探究精神，提高学习的兴趣。 新课教学 1、不同自然现象之间是有相互联系的，而这种联系可以通过我们的观察与思考来发现。例如摩擦生热则表明了机械运动与热运动是互相联系的，奥斯特之所以能够发现电流产生磁场，就是因为他相信不同自然现象之间是互相联系和互相转化的。自奥斯特发现电能生磁之后，历史上许多科学家都在研究“磁生电”这个课题。介绍瑞士物理学家科拉顿的研究。
2012-2013学年第一学期高二物理学案（008） 班级 高二( )班 学生姓名 ______ _ 完成时间： （学案A 等级要求：书写规范，全部完成，有用红笔订正，正确率80%以上） 课题：电磁感应现象的发现 课型：新授课 单元5课时：第1课时 【学习目标】 1、 法拉第和电磁感应现象，知道感应电流的产生是由于穿过闭合回路的磁通量发生改变 而引起的 2、 了解电源电动势的概念 目标1：法拉第和电磁感应现象 自主学习 1、丹麦物理学家 偶然发现，接通电流时导线附近的小磁针忽然 。 奥斯特实验发现了 ，说明电流能够产生磁场，它使人们第一次认识到电和磁之间确实存在着某种联系，为此后一系列电磁规律的发现奠定了基础。 2、电能产生磁，那磁能不能生电，开始思考并研究这个问题的物理学家是 3、电磁感应现象 如果螺线管中有电流，电流计的指针就会 实验发现当 磁铁时，电流计的指针会偏 转说明，此时螺线管内有 5、磁通量用Φ表示，Φ= ，其中B 表示 ，S 表示 。磁通量的单位是 ，简称 ，符号为 。 6、产生电流的原因：通过闭合回路的 发生改变。 我能做 1、首先发现电流磁效应和电磁感应现象的科学家分别是( )
A.安培和法拉第 B.奥斯特和法拉第 C.库仑和法拉第 D. 奥斯特和麦克斯韦 2、如图所示，矩形区域abcd内有匀强磁场，闭合线圈由位置1通过这个磁场运动到位置2．线圈在运动过程的哪几个阶段有感应电流，哪几个阶段没有感应电流？为什么？ 目标2：了解电源电动势的概念 自主学习 1、在下面的电路图里，闭合开关的时候，灯泡会亮，是由的 原因，普通的1号干电池的电动势是。 2、电动势，描述， 称为电动势。电动势的符号是，它的单位与电压的单位同样是 ，符号是。 3、 在这个实验中，电流计会偏转，是在充当电 源的。 这个电源的电动势和一般的干电池电源不一样，是由于 通过螺线管的 的改变，感应产生的，我们称 为。 （简单的理解就是螺线管在这里充当电源） 我能做： 1、安培于1821年时用类似于图的通电线圈进行过探求感应电流的实验，但没有发现电磁感应现象，他失败的原因是（） A．他的实验电路有问题 B．他的仪器连接有问题 C．他只关注到稳定时的情形 D．他没有留意磁铁插入或拔出的瞬间情形
重点难点突破 一、电磁感应现象中的力学问题 1.通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，基本步骤是： (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.(2)求回路中的电流强度.(3)分析研究导体受力情况(包含安培力，用左手定则确定其方向).(4)列动力学方程或平衡方程求解. 2.对电磁感应现象中的力学问题，要抓好受力情况和运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态，要抓住a＝0时，速度v达最大值的特点. 二、电磁感应中的能量转化问题 导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化，在回路中产生感应电流，机械能或其他形式的能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因此，电磁感应过程总是伴随着能量转化，用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动(匀速直线运动或匀速转动)，对应的受力特点是合外力为零，能量转化过程常常是机械能转化为内能，解决这类问题的基本步骤是： 1.用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方向. 2.画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达式. 3.分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程. 三、电能求解的思路主要有三种 1.利用安培力的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功； 2.利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能； 3.利用电路特征求解：根据电路结构直接计算电路中所产生的电能. 四、线圈穿越磁场的四种基本形式 1.恒速度穿越； 2.恒力作用穿越； 3.无外力作用穿越； 4.特殊磁场穿越. 典例精析 1.恒速度穿越 【例1】如图所示，在高度差为h的平行虚线区域内有磁感应强度为B，方向水平向里的匀强磁场.正方形线框abcd的质量为m，边长为L(L>h)，电阻为R，线框平面与竖直平面平行，静止于位置“Ⅰ”时，cd边与磁场下边缘有一段距离H.现用一竖直向上的恒力F提线框，线框由位置“Ⅰ”无初速度向上运动，穿过磁场区域最后到达位置“Ⅱ”(ab边恰好出磁场)，线框平面在运动中保持在竖直平面内，且ab边保持水平.当cd边刚进入磁场时，线框恰好开始匀速运动.空气阻力不计，g＝10 m/s2.求： (1)线框进入磁场前距磁场下边界的距离H； (2)线框由位置“Ⅰ”到位置“Ⅱ”的过程中，恒力F做的功为多少？线框产生的热量为多少？ 【解析】(1)线框进入磁场做匀速运动，设速度为v1，有： E＝BLv1，I＝ER，F安＝BIL 根据线框在磁场中的受力，有F＝mg＋F安
1.1 电磁感应现象的发现 ［要点导学］ 1、不同自然现象之间是有相互联系的，而这种联系可以通过我们的观察与思考来发现。例如摩擦生热则表明了机械运动与热运动是互相联系的，奥斯特之所以能够发现电流产生磁场，就是因为他相信不同自然现象之间是互相联系和互相转化的。 2、机遇总是青睐那些有准备的头脑，奥斯特的发现是必然中的偶然。发现中子的历史过程（在选修3-5中学习）也说明了这一点。小居里夫妇首先发现这种不带电的未知射线，他们误认为这是能量很高的射线，一项划时代的伟大发现就与小居里夫妇擦肩而过了。当查德威克遇到这种未知射线时，查德威克很快就想到这种不带电的射线可能是高速运动的中子流，因为查德威克的老师卢瑟神福早已预言中子的存在，所以查德威克的头脑是一个有准备的头脑，查德威克就首先发现了中子，并因此获得诺贝尔物理学奖。所以学会用联系的眼光看待世界，比记住奥斯特实验重要得多。 3、法拉第就是用联系的眼光看待世界的人，他坚信既然电流能够产生磁场，那么利用磁场应该可以产生电流。信念是一种力量，但信念不能代替事实。探索“磁生电”的道路非常艰苦，法拉第为此寻找了10年之久，我们要学习的就是这种百折不挠的探索精神。 4、法拉第为什么走了10年弯路，这个问题值得我们研究。原来自然界的联系不是简单的联系，自然界的对称不是简单的对称，“磁生电”不象“电生磁”那样简单，“磁生电”必须在变化、运动的过程中才能出现。法拉第的弯路应该使我们对自然界的联系和对称的认识更加深刻、更加全面。 ［范例精析］ 例1奥斯特的实验证实了电流的周围存在磁场，法拉第经过10年的努力终于发现了利用磁场产生电流的途径，法拉第认识到必须在变化、运动的过程中才能利用磁场产生电流。法拉第当时归纳出五种情形，请说出这五种情形各是什么。 解析法拉第把能引起感应电流的实验现象归纳为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。它们都与变化和运动有关。 拓展法国物理学家安培也曾将恒定电流或磁铁放在导体线圈的附近，希望在线圈中看到被“感应”出来的电流，可是这种努力均无收获。因为“磁生电”是在变化或运动中产生的物理现象。 例2 自然界的确存在对称美，质点间的万有引力F=Gm1m2/r2和电荷间的库仑力F=kq1q2/r2就是一个对称美的例子。电荷间的相互作用是通过电场传递的，质点间的相互作用则是通过引力场传递的。点电荷q的在相距为r处的电场强度是E=kq/r2，那么质点m在相距为r 处的引力场强度是多少呢？如果两质点间距离变小，引力一定做正功，两质点的引力势能一定减少。如果两电荷间距离变小，库仑力一定做正功吗？两电荷的电势能一定减少吗？请简述理由。
电磁感应现象在生活中的应用 摘要：自法拉利历经十年发现电磁感应现象后，电磁感应便开始运用于生活中。电话筒、录音机、汽车车速表、熔炼金属等，无一不与生活息息相关，极大的方便了我们的生活，推动了社会的进步，和发展。同时，它的利用也是理论向实践的不断进步的过程，理论唯有利用于实践才更能发挥它的作用。 动圈式话筒 在剧场里，为了使观众能听清演员的声音，常常需要把声音放大，放大声音的装置主要包括话筒，扩音器和扬声器三部分。话筒是把声音转变为电信号的装置。动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。 磁带录音机 磁带录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等部分组成，是录音机的录、放原理示意图。录音时，声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流——音频电流，音频电流经放大电路放大后，进入录音磁头的线圈中，在磁头的缝隙处产生随
音频电流变化的磁场。磁带紧贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记录下声音的磁信号。放音是录音的逆过程，放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所以线圈中产生的是音频电流，这个电流经放大电路放大后，送到扬声器，扬声器把音频电流还原成声音。在录音机里，录、放两种功能是合用一个磁头完成的，录音时磁头与话筒相连；放音时磁头与扬声器相连。 ③汽车车速表 汽车驾驶室内的车速表是指示汽车行驶速度的仪表。它是利用电磁感应原理，使表盘上指针的摆角与汽车的行驶速度成正比。车速表主要由驱动轴、磁铁、速度盘，弹簧游丝、指针轴、指针组成。其中永久磁铁与驱动轴相连。在表壳上装有刻度为公里/小时的表盘。 永久磁铁一部分磁感线将通过速度盘，磁感线在速度盘上的分布是不均匀的，越接近磁极的地方磁感线数目越多。当驱动轴带动永久磁铁转动时，则通过速度盘上各部分的磁感线将依次变化，顺着磁铁转动的前方，磁感线的数目逐渐增加，而后方则逐渐减少。由法拉第电磁感应原理知道，通过导体的磁感线数目发生变化时，在导体内部会产生感应电流。又由楞次定律知道，感应电流也要产生磁场，其磁感线的方向是阻碍（非阻止）原来磁场的变化。用楞次定律判断出，顺着磁铁转动的前方，感应电流产生的磁感线与磁铁产生的磁感线方向相反，因此它们之间互相排斥；反之后方感应电流产生的磁感线方
课后巩固作业 限时：45分钟总分：100分 一、选择题(包括8小题，每小题8分，共64分) 1．下列说法中正确的是( ) A．感生电场由变化的磁场产生 B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手定则来判定 D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向解析：磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律和右手定则判断，故A、C项正确，B、D项错． 答案：AC 2．如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个感应电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是( ) A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B．动生电动势的产生与洛伦兹力有关 C．动生电动势的产生与静电力有关 D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的 解析：根据动生电动势的定义可知A项正确．动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关，感生电动势中的非静电力与感生电场有关，B项正确，C、D项错误． 答案：AB 3．如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将( ) A．不变B．增加 C．减少D．以上情况都可能 解析：当磁感应强度均匀增大时，产生感生电场，根据楞次定律判断出感生电场的方向沿逆时针方向．粒子带正电，所受电场力与感生电场的方向相同，因而运动方向也相同，从而做加速运动，动能增大，B选项正确． 答案：B 4．如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱
时，则( ) A．N端电势高 B．M端电势高 C．若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，N端电势高 D．若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，M端电势高 解析：将半圆环补充为圆形回路，由楞次定律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中由N指向M，即M端电势高，B正确；若磁场不变，半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，由楞次定律可判断，半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M，即M端电势高，D正确． 答案：BD 5．在闭合铁芯上绕有一组线圈，线圈与滑动变阻器、电池构成电路，假定线圈产生的磁感线全部集中在铁芯．a、b、c为三个闭合金属圆环，位置如图所示．当滑动变阻器滑片左右滑动时，能产生感应电流的圆环是( )
西北农林科技大学 电磁感应现象及其应用 学院：风景园林艺术学院 班级：园林134 姓名：崔苗苗 学号：2913911465 134
电磁感应现象及其在生活中的应用 西北农林科技大学风景园林艺术学院 姓名崔苗苗班级园林134班学号 2013011465 摘要自法拉第历经十年发现电磁感应现象后，电磁感便开始应用生活中。话筒， 电磁炉，电视机，手机等生活用品，无不与人类生活息息相关，极大地方便了我们的生活，推动了社会历史的进步和发展。同时，它的应用也是理论向实践不断探索和改进的过程，理论唯有应用于实践，才更能发挥它的价值。 关键词电磁感应现象生活应用 电磁感应现象的发现不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在生活中具有重大的意义。它的发现，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。在电工技术，电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用，人类社会从此迈入电气化时代，对推动生产力和科学技术发展发挥了重要作用。物理发现的重要性由此可见。本文主要介绍了电磁感应现象及其在人类生活中的相关应用。 一．电磁感应现象定义 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象。本质是闭合电路中磁通量的变化。而闭合电路中由电磁感应现象产生的电流叫做感应电流。 二．电磁感应发现历程 电磁学是物理学的一个重要分支，初中时代的奥斯特实验为我们打开电磁学的大门，此后高中三年这一部分内容也一直是学习的重中之重。继1820奥斯特实验之后，电与磁就不再是互不联系的两种物质，电流磁效应的发现引起许多物理学家的思考。当时，很多物理学家便试图寻找它的逆效应，提出了磁能否产生电，磁能否对电作用的问题，而迈克尔·法拉第即为其中一位。他在1821年发现了通电导线绕磁铁转动的现象，然后经历10年坚持不懈的努力，最终于1831年取得突破性进展。 法拉第将两个线圈绕在一个铁环上，其中一个线圈接直流电源，另一个线圈接电流表。他发现，当接直流电源的线圈电路接通或断开的瞬间，接电流表的线圈中会产生瞬时电流。而在这个过程中，铁环并不是必须的。无论是否拿走铁环，再做这个实验的时候，上述现象仍然发生，只是线圈中的电流弱些。 为了透彻研究电磁感应现象，法拉第又继续做了许多的实验。终于，在1831年11月24日，他在向皇家学会提交的一个报告中，将这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化的电流、变化的磁场、
电磁感应现象的两类情况 [随堂基础巩固] 1.某空间出现了如图4－5－9所示的一组闭合电场线，方向从上向下看 是顺时针的，这可能是() A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B．沿AB方向磁场在迅速增强图4－5－9 C．沿BA方向磁场在迅速增强 D．沿BA方向磁场在迅速减弱 解析：感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场方向向下且沿AB方向减弱，或原磁场方向向上，且沿BA方向增强，所以A、C有可能。 答案：AC 2．如图4－5－10所示，矩形闭合金属框abcd的平面与匀强磁场垂 直，若ab边受竖直向上的磁场力的作用，则可知线框的运动情况是() A．向左平动进入磁场图4－5－10 B．向右平动退出磁场 C．沿竖直方向向上平动 D．沿竖直方向向下平动 解析：由于ab边受竖直向上的磁场力的作用，根据左手定则可判断金属框中电流方向为abcd，根据楞次定律可判断穿过金属框的磁通量在增加，所以选项A正确。 答案：A 3．研究表明，地球磁场对鸽子识别方向起着重要作用。鸽子体内的电阻大约为103Ω，当它在地球磁场中展翅飞行时，会切割磁感线，在两翅之间产生动生电动势。这样，鸽子体内灵敏的感受器即可根据动生电动势的大小来判别其飞行方向。若某处地磁场磁感应强度的竖直分量约为0.5×10－4 T。鸽子以20 m/s的速度水平滑翔，则可估算出两翅之间产生的动生电动势大约为() A．30 mV B．3 mV C．0.3 mV D．0.03 mV 解析：鸽子展翅飞行时两翅端间距约为0.3 m。由 E＝Bl v得E＝0.3 mV。C项正确。
电磁感应现象的两类情况 【教学目标】 1、知识与技能： (1)、了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。 (2)、了解感生电动势和动生电动势产生的原因。 (3)、能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。 2、过程与方法 通过探究感生电动势和动生电动势产生的原因，培养学生对知识的理解和逻辑推理能力。 3、情感态度与价值观 从电磁感应现象中我们找到产生感生电动势和动生电动势的个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。 【教学重点】感生电动势和动生电动势。 【教学难点】感生电动势和动生电动势产生的原因。 【教学方法】类比法、练习法 【教具准备】 多媒体课件 【教学过程】 一、复习提问： 1、法拉第电磁感应定律的内容是什么？数学表达式是什么？ 答：感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，即E= ?Φ。 t? 2、导体在磁场中切割磁感线产生的电动势与什么因素有关，表达式是什么，它成立的条件又 是什么？ 答：导体在磁场中切割磁感线产生的电动势的大小与导体棒的有效长度、磁场强弱、导体棒的运动速度有关，表达式是E=BLv sinθ，该表达式只能适用于匀强磁场中。 二、引入新课 在电磁感应现象中，由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，本节课我们就一起来学习感应电动势产生的机理。 三、进行新课 (一)、感生电动势和动生电动势 由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是磁场不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作动生电动势，另外一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。
4.5 电磁感应现象的两类情况 课型：新授编号：5 日期：2018-12-28 学习目标: 1．了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小。 2．了解动生电动势的产生以及与洛伦兹力的关系。会判断动生电动势的方向，并计算它的大小。 3. 了解电磁感应规律的一般应用，会联系科技实例进行分析。 活动方案: 活动一：电磁感应现象中的感生电场 如图：一个200匝、面积为20cm2在圆形线圈，放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T。在此过程中: 问题1：磁场变强会使线圈中产生什么方向的感应电流？ 问题2：电流是电荷的定向移动产生的，为什么自由电荷会发生移动的？ 总结： 1.变化的磁场在空间产生一种电场------ 2. 使电荷受到作用力做定向 移动 3.感生电动势的非静电力 扩展： 感生电场方向的判断： 例题1：如图所示，一个闭合电路静止于 磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中 产生了感应电动势，下列说法中正确的是 （） A．磁场变化时，会在在空间中激发一种感生 电场 B．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力 C．使电荷定向移动形成电流的力是电场力 D．以上说法都不对 活动二：电磁感应现象中的洛伦兹力。 如图所示：有导线CD长0.15m，在 磁感应强度为0.8T的匀强磁场中，以 3m/S的速度做切割磁感线运动，导线垂 直磁感线，运动方向跟磁感线及直导线 均垂直. 思考下列问题： 磁场变强
1、自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷。 2、导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去?为什么? 3、导体棒的哪端电势比较高? 4、如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流是沿什么方向的? 总结： 导线两端存在感应电动势，在这种情况下，非静电力与有关。 例题2：如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（） A．因导体运动而产生的感应电 动势称为动生电动势 B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关 C．动生电动势的产生与电场力有关 D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的 同步练习： 1．如图所示，一个有孔带正电小球套在 光滑的圆环上（重力不计），在垂直于匀强磁 场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀 增大时，此小球的动能将（） A．不变 B．增加 C．减少 D．以上情况都可能 2．穿过一个电阻为l Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2 Wb，则（） A．线圈中的感应电动势一定是每秒减少2 V B．线圈中的感应电动势一定是2 V C．线圈中的感应电流一定是每秒减少2 A D．线圈中的感应电流一定是2 A 3．如图所示，面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线 圈平面，已知磁感应强度随时间变 化的规律为B=（2+0.2t）T， 定值电
电磁感应在生活中的应用 摘要：电磁感应现象是放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，一般表现为两种形式，即动生电动势与感生电动势。对这两种电动势从产生机制、能量转换等角度分别进行描述，来理解它们的统一和区别。电磁感应现象在生活中有很多的应用，对常见的几种例子分别进行阐述，对该现象有更具体的理解。 关键词：电磁感应定律电动势应用 一、电磁感应定律 不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势，电路已经具备了随时输出电能的能力。如果电路闭合，将会在回路中产生感应电流。这一现象是迈克尔·法拉第于１８３１年发现的，因此被称之为法拉第电磁感应定律。这是自奥斯特发现了电流产生磁场之后，在电磁学中的另一伟大发现，它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了基础。 通过实验表明，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电动势和感应电流。若电路不闭合，则电路没有电流，只存在感应电动势，感应电动势与穿过这一电路相对任一参照形成闭合环路的磁通量变化率成正比，方向用楞次定律判断。即无论回路是否闭合，都会产生感应电动势: ε = -dφ/dt 感应电动势的存在不以导体存在为前提，根据复合函数求导及磁通量与磁感应强度关系，当上式中线圈匝数 n = 1 时，又可写为 ε = -d( ∫BdS) / dt = -∫( B / t) dS －∫B ( dS) / t 二、电动势 上式中，第一项表示线圈不动时磁感应强度 B随时间变化所产生的感应电动势，又称感生电动势，变压器及无线信号的接收天线是其典型应用; 第二项表示空间磁场不变，线圈面积变化产生的感应电动势，又称动生电动势，其典型应用于发电机。 １．动生电动势 回路或其一部分在磁场中的相对运动所产生的感应电动势，即变，称之为动生电动势。动生电动势的产生是由于外力的作用，驱使导体在磁场内运动，整个过程中洛伦兹力与导 体的运动方向垂直，即洛伦兹力不做功。因此，动生电动势能量的变化是外力的机械能转化为电能。 ２．感生电动势 仅由磁场的变化而产生的感应电动势，即变，称之感生电动势。感生电动势时，导体或导体回路不动，而磁场变化。因此产生感生电动势的原因不可能是洛仑兹力。英国物理学家麦克斯韦指出：变化的磁场会在其周围空间激发出一种电场，称为感生电场，其电场线为闭合曲线，所以又称为涡旋电场。产生感生电动势的非静电力是感生电场力（或称为涡旋电场力）。 三、电磁感应的应用 电磁感应现象的发现为电和磁的转化铺平了道路，工程及生活应用中很多发明都是根据电磁感应原理制成的，如我们熟知的发电机、电磁炉以及将来肯定会普及的无接触式充电电池，等等。
电磁感应现象的两类情况的典型例题及应用（一） [学习目标] 1.熟悉两类电动势的产生机理； 2.掌握电磁感应现象中含电路的一般分析方法； 3.掌握电磁感应现象中涉及力学问题的一般分析方法。 [自主学习] （一）感应电动势的平均值和瞬时值问题 1、感生电动势的平均值 ．．．计算式：E=____________。 2、动生电动势的平均值 ．．．计算式：E=____________（平动切割） E=____________（转动切割） 动生电动势的瞬时值 ．．．计算式：E=_____________ （平动切割） E=_____________ （转动切割）（二）电流、电量、电容的计算 1、电流的计算： q I t =______________； E I R =________________； E I R =_____________。（填写“电流的平均值”或者“电流的瞬时值”。） 2、电量与电流的关系：_____________。电量与电容、电压的关系：_____________。 题型1 电磁感应现象中的电路分析 例题1.如图所示，在宽为0.5m的平行导轨上垂直导轨放置一个有效电阻为r=0.6Ω的导体棒，在导轨的两端分别连接两个电阻R1=4Ω、R2=6Ω，其他电阻不计．整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，如图所示，磁感应强度 B=0.1T．当直导体棒在导轨上以v=6m/s的速度向右运动时，求：直导体棒两端的电压和流过电阻R1和R2的电流大小。 题型2 电磁感应现象中的力学分析 例题2.如图所示，U形导线框固定在水平面上，右端放有质量为m的金属棒ab，ab与导轨间的动摩擦因数为μ，它们围成的矩形边长分别为L１、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均匀变化的匀强磁场B=kt（k>0），那么在t为多大时，金属棒开始移动？
第九章电磁感应现象及其应用本章以磁场及电场等知识为基础，研究电磁感应的一系列现象，总结出产生感应电流的条件，形成了导体做切割磁感线运动而产生的感应电动势的计算公式，应用右手定则判断感应电动势的方向也是解决问题的关键。 [基本规律与概念] 一．电磁感应现象 1．感应电动势 2．感应电流产生的条件及方向的判断 二．电磁感应现象的应用 1．自感现象 2．交变电流 ①交变电流的定义 ②正弦交流电的产生及规律 a．产生 b．规律：函数形式：e＝NBSωsinωt（从中性面开始计时） 图象 c．表征交流电的物理量 （1）瞬时值 （2）峰值 （3）有效值 （4）周期和频率 ③应用：（1）变压器（2）远距离输电 3．电磁场和电磁波 a．麦克斯韦电磁场理论 b．电磁波 [应用] 1．用丝线悬挂闭合金属环，悬于O点，虚线左边有匀强磁 场，右边没有磁场。 （1）金属环的摆动会很快停下来，试解释这一现象。 （2）若整个空间都有向外的匀强磁场，会有这种现象吗？2．如图所示，矩形线圈abcd质量为m，电阻为R，宽为d，长为L，在竖直平面内由静止开始自由下落，其下方存在如图示方向的磁感强度为B的匀强磁场，磁场上、下边界水平，宽度也为d。 （1）线圈ab进入磁场时，感应电流的方向？ （2）如果矩形线圈在ab边刚进入磁场就开始做匀速直线运动，那么，矩形线圈的ab边应该距离磁场的上边界多高的位置开始下落？ 3．上海的部分交通线路上已开始使用“非接触式IC卡”。该卡应用到物理学上的电磁感应原理。持卡者只要将卡在车门口的一台小机器前一晃，机器就能发出通过的信号。 （1）电磁感应现象的最早发现者是（A） A.法拉第 B.格拉姆 C.西门子 D.爱迪生 （2）与这一发现有关的科技革命的突出成就不包括 ．．．（D） A.电力的广泛应用 B.内燃机和新交通工具的创新 C.新的通讯手段的发明 D.计算机信息技术的出现 4．照明电路中，为了安全，一般在电能表后面电路上按接一个漏电保护器，如右图所示，当漏电保护器的ef两端未有电压时，脱扣开关K 能始终保持接通。当ef两端一有电压时，脱扣 开关K立即会断开，下列说法正确的是 A．当用户家的电流超过一定值时，脱扣开关 会自动断开，即有过流保护作用 B．当相线和零线间电压太高时，脱扣开关会 自动断开，即有过压保护作用 C．站在地面上的人触及b线时（单线触电），脱扣开关会自动断开，即有触电保护作用 B O a b c d