专题十一 电磁感应(讲解部分)

2.安培力的方向 (1)先用右手定则判断感应电流方向,再用左手定则判定安培力方向。 (2)根据楞次定律,安培力的方向一定和导体切割磁感线的运动方向相反。 四、电磁感应现象中的能量问题 1.电磁感应现象的实质是其他形式的能和④ 电能 之间的转化。 2.感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力做功,将其他形式的能转化 为电能,电流做功再将电能转化为其他形式的能。
ΔI
的变化率,表示为E=② L Δt 。
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(3)自感系数:E=L ΔI 中的比例系数L叫做自感系数,简称自感或电感。线圈
Δt
的长度越长,线圈的横截面积越大,单位长度上匝数越多,线圈的自感系数 越大,线圈有铁芯比无铁芯时自感系数③ 大得多 。 三、涡流 线圈中的电流变化时,在附近导体中产生感应电流,这种电流在导体内形成 闭合回路,很像水的漩涡,因此把它叫做涡电流,简称涡流。在冶炼炉、电 动机、变压器、探雷器等实际应用中都存在着涡流,它是整块导体发生的 电磁感应现象,同样遵守电磁感应定律。
答案 D
拓展二 通电自感与断电自感的比较
通电自感
电 路 图
断电自感
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器材要求
A1、A2同规格,R=RL,L较大
L很大(有铁芯),RL≪RA
现象
在S闭合的瞬间,A2灯立即亮起来,A 在开关S断开时,灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭 1灯逐渐变亮,最终一样亮
原
由于开关闭合时,流过电感线圈的 断开开关S时,流过线圈L的电流减小,产生自感电
问题 (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像 类型 (2)由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量
应用 右手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律和相关 知识 数学知识等
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三、电磁感应现象中的动力学问题 1.安培力的大小
⇒F=③
B 2 L2v R
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(3)有关计算导体切割磁感线产生的感应电动势大小的两个特例:
①长为L的导体棒在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,导
体棒产生的感应电动势:
a.以中点为轴时,E=0(不同两段的代数和);
b.以端点为轴时, E= 1 BωL2(平均速度取中点位置时的线速度1 ωL);
2
2
c.以任意点为轴时,E=
反方向的磁通量抵消后所剩余的 通量是一正一负,ΔΦ=-2BS而 实际它就是单匝线圈上产生
磁通量
不是0
的电动势
附注
ΔΦ
线圈绕垂直于磁场的轴做匀速圆周运动,线圈平面与磁感线平行时,Φ=0,但 Δt 最大;线圈平面
ΔΦ
ΔΦ
与磁感线垂直时,Φ最大,但 Δt =0;Φ、ΔΦ、 Δt 都与线圈匝数无关
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解析 设圆盘的半径为L,可认为圆盘由无数根辐条构成,则每根辐条切割 磁感线产生的感应电动势E= 1 BL2ω,整个回路中的电源为无数个电动势为
2
E的电源并联而成,电源总内阻为零,故回路中电流I= E = BL2ω ,由此可见A
R 2R
正确。R上的热功率P=I2R= B2L4ω2 ,由此可见,ω变为原来的2倍时,P变为原
磁场能转化为电能
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例2 (多选)如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可 以忽略,下列说法中正确的是 ( )
A.合上开关S接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮 B.合上开关S接通电路时,A1和A2始终一样亮 C.断开开关S切断电路时,A2立刻熄灭,A1过一会儿才熄灭 D.断开开关S切断电路时,A1和A2都要过一会儿才熄灭
考点二 法拉第电磁感应定律
一、法拉第电磁感应定律 1.法拉第电磁感应定律:闭合电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的
磁通量的变化率成正比,即E=① n ΔΦ
Δt
是感生电动势,另一种是动生电动势。
,产生的感应电动势有两种,一种
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2.感生电动势与动生电动势的比较
感生电动势
动生电动势
线运动
移动电荷的非静电力
感生电场对自由电荷的电场力 导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体 方向的分力
回路中相当于电源的部分 处于变化磁场中的线圈部分 做切割磁感线运动的导体
方向判断方法 大小计算方法
由楞次定律判断
ΔΦ
由E=n Δt 计算
通常由右手定则判断,也可由楞次定律
判断
ΔΦ
通常由E=Blv sin θ计算,也可由E=n Δt
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知能拓展
拓展一 楞次定律的理解及应用
1.楞次定律中“阻碍”的含义
谁阻碍谁 感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化 阻碍什么 阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁场本身 如何阻碍 当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反;当磁通量减小时,感应电流的
磁场方向与原磁场的方向相同,即“增反减同” 结果如何 阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化快慢,这种变化将继续进行,最终结果不受影响
计算
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二、互感和自感 1.互感 两个相互靠近的线圈中,有一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁 场会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象叫做互感,这种电动势叫做 互感电动势。变压器就是利用互感现象制成的。 2.自感 (1)自感:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫做自 感。 (2)自感电动势:由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。自感电动 势总是阻碍导体自身电流的变化,与电流变化的快慢有关,大小正比于电流
快慢
大小 Φ=B·S,S是与B垂直的 面的面积
ΔΦ=Φ2-Φ1 ΔΦ=B·ΔS ΔΦ=S·ΔB
ΔΦ ΔS
Δt =B·Δt
ΔΦ ΔB
Δt =S·Δt
注意 穿过某个面有方向相反的磁场,则 开始时和转过180°时平面都 既不表示磁通量的大小,也
不能直接用Φ=B·S求解,应考虑相 与磁场垂直,穿过平面的磁 不表示磁通量变化的多少,
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解析 自感线圈具有阻碍电流变化的作用,当电流增大时,它阻碍电流增 大;当电流减小时,它阻碍电流减小,但阻碍并不能阻止。闭合开关时,L中 电流从无到有,L将阻碍这一变化,使L中电流不能迅速增大,而无线圈的A2 支路,电流能够瞬时达到较大值,故A1后亮,A2先亮,最后通过两灯电流相等, 一样亮;断开开关时,L中产生自感现象,使A1、A2都要过一会儿才熄灭。故 A、D正确。 答案 AD
A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向 B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向 C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向 D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向
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解析 金属杆PQ向右运动,穿过PQRS的磁通量增加,由楞次定律可知, PQRS中产生逆时针方向的电流。这时因为PQRS中感应电流的作用,依据 楞次定律可知,T中产生顺时针方向的感应电流。故只有D项正确。
n
拓展四 电磁感应中的图像问题
1.图像问题中的“三看”“三明确” 对于图像问题,应做到“三看”、“三明确”,即 (1)看轴——看清变量。 (2)看线——看图线的形状。 (3)看点——看特殊点和转折点。 (4)明确图像斜率的物理意义。 (5)明确截距的物理意义。 (6)明确“+”“-”的含义。
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1 2
Bω(
L12
-L22
)(不同两段的代数和)。
②面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中以角速度ω绕线圈平面内垂直于磁
场的任意轴匀速转动切割磁感线,产生的感应电动势:
a.线圈平面与磁感线垂直时,E=0;
b.线圈平面与磁感线平行时,E=BSω;
c.线圈平面与磁感线夹角为θ时,E=BSω cos θ。
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考点清单
考点一 电磁感应现象、楞次定律
一、电磁感应现象
电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量① 发生变化 时,电路中有感应电流产生的现象
产生感应 电流的条件
条件 穿过闭合电路的磁通量发生变化 特例 闭合电路的一部分导体在磁场内做② 切割磁感线 的运动
电磁感应 现象的实质
电磁感应现象的实质是产生③ 感应电动势 ,如果电路闭合则产生感应电流;如果 电路不闭合,则只产生感应电动势,而不产生感应电流
2.楞次定律的推广含义 楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感 应电流的原因,列表说明如下:
内容
例证
阻碍原磁通量变化——“ 增反减同”
磁铁靠近线圈,B感与B原反向
阻碍相对运动——“来拒 去留”
磁铁靠近,是斥力
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磁铁远离,是引力
使回路面积有扩大或缩小的 趋势——“增缩减 扩”
因
电流迅速增大,使线圈产生自感电 动势,阻碍了电流的减小,使电流继续存在一段时
动势,阻碍了电流的增大,使流过A1 间;在S断开后,通过L的电流反向通过灯A,且由于
灯的电流比流过A2灯的电流增加 RL≪RA,使得流过A灯的电流在开关断开的瞬间突
得慢
然增大,从而使A灯的功率突然变大,即闪亮一下
能量转化情况 电能转化为磁场能
例3 (2016课标Ⅱ,20,6分)(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。 铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接 触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流过电阻R 的电流,下列说法正确的是 ( )
A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定 B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来 的2倍
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拓展三 导体棒切割磁感线产生电动势的分析与计算
(1)公式:E=BLv。 (2)关于求解导体切割磁感线的感应电动势公式的两点说明: ①公式中的B、L、v要求两两互相垂直。当L⊥B,L⊥v,而v与B成θ夹角时, 导体切割磁感线的感应电动势大小为 E= BLv sin θ。 ②若导体不是直的,则E=BLv sin θ中的L为切割磁感线的导体的有效长 度。如图中,导体的有效长度为a、b间的距离。