16自感现象及其运用2

电磁感应定律及应用

一、电磁感应现象

1. 定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生电流，这种现象称为电磁感应现象。

2. 发现者：英国科学家法拉第。

3. 感应电流的方向：根据楞次定律，感应电流的方向总是使它的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

二、法拉第电磁感应定律

1. 内容：感应电动势的大小与穿过电路的磁通量的变化率成正比，方向与磁通量变化的方向相同。

2. 公式：ε = -N(dΦ/dt)

– ε：感应电动势（单位：伏特，V）

– N：匝数（单位：圈，turns）

– dΦ/dt：穿过电路的磁通量随时间的变化率（单位：韦伯/秒，Wb/s）

3. 电动势的产生条件：磁通量必须发生变化。

三、电磁感应的应用

1. 发电机：将机械能转化为电能的装置，原理是利用电磁感应现象。

2. 动圈式话筒：将声音振动转化为电信号的装置，原理是利用电磁感应现象。

3. 变压器：改变交流电压的装置，原理是利用电磁感应现象。

4. 电磁继电器：利用电磁感应原理实现远距离控制和自动控制的装置。

5. 感应电流的其他应用：如感应加热、感应阻尼等。

四、电磁感应现象的探究

1. 实验装置：闭合电路、导体、磁场、磁感线。

2. 实验步骤：

a. 将导体放入磁场中，保持静止。 b. 缓慢地改变导体与磁场的相对位置，观察导体中产生的电流表的读数。

c. 分析电流产生的原因及影响电流大小的因素。

五、电磁感应现象的拓展

1. 自感现象：指导体自身在变化时产生的电磁感应现象。

2. 自感电动势：导体自身变化产生的电动势。

3. 自感现象的应用：如自感灯、自感滤波器等。

4. 互感现象：两个导体相互变化时产生的电磁感应现象。

5. 互感电动势：两个导体相互变化产生的电动势。

6. 互感现象的应用：如变压器、耦合电容器等。

习题及方法：

1. 习题：一个导体棒以速度v垂直切割磁感应强度为B的匀强磁场，导体棒长为L，求导体棒中感应电动势的大小。

高三物理电磁感应现象、右手定则、楞次定律及其应用、自感现象 知识精讲

【本讲主要内容】

电磁感应现象、右手定则、楞次定律及其应用、自感现象

【知识掌握】

【知识点精析】

一. 电磁感应现象：

1. 磁通量

（1）概念：穿过某一面积的磁感线条数，是标量。

（2）公式：BSBSsin⊥·，其中α是B与S的夹角：当S∥B时，＝0；当S⊥B时，＝B·S。

（3）单位：韦伯（Wb），1Wb＝1T·m2

（4）合磁通：若通过一个回路中有方向相反的磁场，则不能直接用公式BS·sin求，应考虑相反方向抵消以外剩余的磁通量，亦即此时的磁通是合磁通。

2. 产生感应电流的条件：

①穿过闭合回路的磁通量发生变化。

②若电路不闭合，即使有感应电动势，也没有感应电流。

③导致磁通量变化的情况有：磁感应强度B变化；回路面积变化；线圈在磁场中转动等。

二. 感应电流方向的判定：

1. 右手定则：伸开右手，让大姆指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直或斜着穿入手心，大姆指指向导体运动方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。（适用情景：部分导体切割磁感线运动。）

2. 楞次定律：

（1）内容：感应电流具有这样的方向，就是感应电流产生的磁场，总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。（适用情景：一切电磁感应现象。）

（2）理解：I：楞次定律“阻碍”二字含有四层意思：

①谁阻碍谁？

②阻碍什么？

③如何阻碍？

④结果如何？

II：感应电流与原磁通量变化关系如下图： 原磁通量变化

感应电流的磁场 感应电流

阻

碍 产

生 产生

（3）楞次定律的应用步骤

①明确所研究的闭合路，判断原磁场方向→②判断闭合回路内原磁通量的变化→③由楞次定律判断感应电流的磁场方向→④由安培定则根据感应电流的磁场方向判断感应电流的方向

自感现象及其应用分析

自感现象是电磁感应现象中的一种特殊情形——是在导体本身的电

足够大。即自感线圈要长，匝数要多，截面积要大，并要有铁心。同时，也要注意线圈不能有过大的电阻，否则也会使自感电流过小而自感现象不明显。

方法一

器材 自制线圈，2.2V小电珠2个，50Ω滑动变阻器，2V铅蓄电池3个，电键，导线等。

线圈的制作方法

铁芯选用22mmEI型硅钢片(图a)，叠厚40mm左右。用绝缘纸板做一个与铁芯相配合的绕线框架(图b)。用φ为0.40mm左右的漆包线在绕线框架上绕800匝，抽一个头，再绕400匝。然后将硅钢片交叉插入，制成一个有铁芯的线圈(图c)。

操作

(1)按图(d)连接电路，线圈的1200匝全部用上，电源用6V。

(2)合上电键K，调节变阻器R2，使小灯A1和A2的明亮程度相同。调节R1，使A1、A2正常发光。然后断开K。

(3)合上K，可见到A2立刻正常发光，而A1却是逐渐亮起来。说明L

的自感现象。

(4)按图(e)连接电路，L用400匝，电源用4V。

(5)合上电键K，调节R，使小灯A比正常发光稍暗一些。

(6)断开K，可看到A灯突然更亮一下才熄灭，这是L的自感电动势引起的。

方法二

目的 断电自感现象的演示。

器材 自感线圈(也可用日光灯镇流器，规格是15—40W任意一种)，直流电源(3—4V)，氖泡(日光灯启动器或试电笔中的氖泡S)，电键，导线等。

操作

(1)接通K，氖泡不亮。(一般氖泡需几十V以上的最低电压才能放电)。

(2)断开K，因自感线圈(日光灯镇流器)产生的自感电动势可达200V左右，使氖管起辉。

(3)如果把电键快速反复接通和断开，可看到氖泡连续发光。为了操作方便，可以用一个金属导体和齿轮簧片式电路断续器K′，代替电键K，只要旋转电路断续器，氖泡即可较稳定地发亮。可长时间观察瞬间断电自感现象。

说明

实验时，如果两手同时接触日光灯镇流器两端，断开电键时会受到较强烈的电击，因时间极短暂，无害人体，但却可使学生有更深刻的印象。

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第六节 互感和自感

【教学目标】

1、知识与技能

（1）、了解互感现象的电磁感应特点。

（2）、指导学生运用观察、实验、分析、综合的方法，认识自感现象及其特点。

（3）、明确自感系数的意义及决定条件。

（4）、了解日光灯的工作原理

2、过程与方法

（1）、能用电磁感应原理，解释生产和生活中的某些自感现象。

（2）、提高学生分析问题的能力和运用物理知识解决实际问题的能力。

3、情感态度和价值观

培养、提高学生尊重科学，利用实验探索研究自然的科学素养

【教学重点】自感现象产生的原因及特点。

【教学难点】运用自感知识解决实际问题。

【教学方法】讨论法、探究法、试验法、练习法

【教学用具】 变压器原理说明器(用400匝线圈)、3.8V0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关，日光灯组件，多媒体课件

【教学过程】

一、复习旧课，引入新课

师：前面我们学习了电磁感应现象，了解了几种不同形式的电磁感应现象。如磁铁向线圈中插入或拔出时、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时等，都会引起感应电动势，发生电磁感应现象。你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么？

生：穿过电路的磁通量发生变化。

师：不论用什么方式，也不管是什么原因，只要穿过电路的磁通量发生了变化，都能引起电磁感应现象。如果电路是闭合的，电路中就会有感应电流。 二、新课教学

在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？（请同学们用学过的知识加以分析说明）

当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。

（一）互感现象

两个线圈之间并没有导线相连，但当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，这种感应电动势叫做互感电动势。