高中物理教材分析 电磁感应部分

电磁感应 一、 本章综述： 本单元以电场和磁场为基础，研究了电磁感应一系列现象，通过实验总结出感应电流产生的条件和方向判定方法——楞次定律，给出确定感应电动势大小的法拉第电磁感应定律。 高考考点除自感现象为I外，其余均为II级，高考命题集中在4个方面：（1）感应电流的产生条件、方向判断和感应电动势的计算；（2）电磁感应现象与磁场、电路、力学能量等知识相联系的综合题及感应电流（或感应电动势）的图象问题，在高考中时常出现，如：2008年山东理综第22题，江苏单科第8题等，本考点在高考试卷中涉及的试题题型全面，有选择题、填空题和计算题，选择题和天空题多为较简单的题目，计算题试题难度大，区分度高，能很好的考差学生的能力，备受命题专家的青睐。 今后高考对本专题内容的考查可能有如下倾向，一是判断感应电流的有无、方向及感应电动势的大小计算仍是高考的重点，但题目可能会变得更加灵活；二是力学和电学知识相结合且涉及能量转化与守恒的 电磁感应类考题将继续扮演具有选拔性功能的 压轴题。 二、 复习建议： 本章研究的是电磁感应现象，即从磁场获得电流的现象，要十分明确怎样才能从磁场中获得电流，获得电流的两种方式是什么，怎样判断感应电流或感应电动势的方向，在电磁感应现象中发生电磁感应的那部分导体相当于电源，电路不闭合时可得到电动势，电路闭合时可得到感应电流，感应电动势的大小和电流强度的大小可以分别由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求得。要理解感应电动势形成的原因。本章是在磁场一章的基础上展开的，导线切割磁感线形成感应电动势的情形可由洛伦兹力搬运电荷解释而变化的磁场产生电场形成感应电动势可结合麦克斯韦电磁理论加以说明，可见本章与前后两章的联系相当紧密，也可以看出本章在整个电磁学中的重要地位。本章所涉及的力学训题，功与能量转化的训题，电路中的内外电路训题等等也是非常重要的，也要认真的研究和深入的理解。力、电、磁结合，场路结合是本章的特点，灵活运用能量守恒定律，将力学中牛顿运动定律、动量关系，能量关系及电学中的电功、电功率、闭合电路欧姆定律静电场中的电容训题等知识联系起来是解答综合题目的关键，提高分析和综合能力不仅是解答物理训题的需要，同时也是学习的目的之一。 三、专题突破： （一）感应电流的产生及方向的判定： 1.磁通量：概念、特点，公式Φ=BS实用条件，磁通量的变化：ΔΦ=Φ1-Φ2，引起其变化的情况，磁通量的变化率：ΔΦ/t，指磁通量的变化快慢。说明ΔΦ与线圈的匝数无关。 2.电磁感应现象：当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。 产生感应电动势、感应电流的条件： 3.楞次定律：内容，具体步骤，当闭合电路一部分导体做切割磁感线运动时，用右手定则判断感应电流方向。 楞次定律的推广：感应电流的效果总要反抗或阻碍产生感应电流的原因(1)阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化。（2）阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”。（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势。（4）阻碍原电流的变化。 利用上述规律分析问题可以独辟蹊径，达到快速准确的效果。 说明：要注意左手定则和右手定则应用的区别，两个的定则的应用可简单的总结为“因电而动由用左手，因动而电用右手”，因果关系不可混淆。 例1.如图所示，开始时矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外，若要线圈产生感应电流，下列方法中可行的是（ ABC ） A：以ab边为轴转动 B：绕oo′为轴转动 C：绕ad边为轴转动(小于60°) D：绕bc边为轴转动(小于60°)

例2.如图所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是：（ A ） A.向右摆动 B.向左摆动 C.静止 D.不能确定 点拨：此题可以用电流无受力分析法，躲闪法，等效法，阻碍相对运动法，虽然方法不同，但本质还是楞次定律，只有领会其精髓，才能灵活运用它进行正确的判断。 （二）法拉第电磁感应定律，自感： 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。

E=nt ——平均电动势 E=BLv ——瞬时或平均电动势 说明： ①法拉第电磁感应定律是电磁感应现象中的普遍规律，而E=BLv只适用部分导体切割磁感线，属电磁感应现象的一种情况。

②由E=nt看出，E与n有关，与无关。 ③电磁感应现象中产生感应电动势的那部分导体相当于电源，如果它有电阻，相当于内电阻。 2.自感现象：当导体中电流发生变化时，导体本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来的电流变化，这种由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感。

自感电动势 E=LtI，其中tI叫电流变化率，tI∝t L——自感系数，由线圈本身的特性决定。 说明：对自感要搞通电自感和断电自感两个基本训题，学生感觉比较困难的是断电自感，特别模糊的是断电自感中“小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的训题，如图，原来电路闭合处于稳定状态，L与A并联，其电流分别为IL和IA，方向都是从左至右，在断开K的瞬时，灯A中原来的从左向右的的电流IA立即消失，但是灯A与线圈L成一闭合电路，由于L的自感作用，其中的电流IL不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱维持短暂的时间，这个时间内灯A中有从右向左的电流通过，这时通过A的电流是从IL开始减弱，如果原来IL>IA，则在灯A熄灭前要闪亮一下，如果IL≤IA，则灯A是逐渐熄灭不再闪亮一下，原来的IL和 IA哪一个大，要由L的直流电阻RL与A的电阻RA的大小来决定，如果RL≥RA，则IL≤IA，如果RL则IL>IA。 例3.如图：导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强哭为B，一根长度大于2r的导线MN以速率V在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的

a d

o

o’ b

c 固定电阻为R，其余电阻不计，求：MN从圆环的左端滑到右端的过程中，电阻R上的电流强度的平均值及通过的电量。

（RrvBI2RBrq2） 点评：在求平均感应电流的题目中，应首先想到公式tE，另外，在本章题目中，求通过电阻电量的题目并不少，关系式Rq在很多情况下可以直接使用。 例4.如右图所示的电路中，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：（AD） A、合上开关K接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮 B、合上开关K接通电路时，A1和A2始终一样亮 C、断开开关K切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会儿才熄灭 D、断开开关K切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭 点评：电感线圈对通过自身的电流变化起阻碍作用，这是分析自感现象的关键，但要注意本题中的断电自感，电灯不会闪一下再熄灭，想想问什么？ （三）电磁感应规律的综合应用 1.电磁感应中的力学问题 电磁感应与力学问题联系的桥梁是磁场对感应电流的安培力，导体切割磁感线运动时产

生的感应电流REI，安培力RLvBF22，注意安培力与切割速度v的关系。 2.电磁感应现象中的电路问题 电磁感应定律与闭合电路欧姆定律结合运用，关键是画出等效电路图，注意分清内、外结构，产生感应电动势的那部分导体是电源，即内电路，如果在一个电路中切割磁感线的是几部分但又相互联系，可等效为电源的串并联，电路中某两点的电势差一般指外电压或外电路中某用电器的两端电压，一般并不等于电源的电动势，在电源外部电流由电动势高处流向电动势低处，在电源内部由电动势低处流向电动势高处。 3.电磁感应定律应用中的图像问题 电磁感应现象中图像问题的分析，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势（电流）是否大小恒定，用楞次定律判断处感应电动势（或电流）的方向，从而确定其正负，以及在坐标中的范围。 分析回路中的感应电动势或感应电流的大小及其变化规律，要利用法拉第电磁感应定律来分析。有些图像问题还要画出等效电路来辅助分析。 另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的定义把图像反映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的半抽象规定对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断，这样，才抓住了解决图像问题的根本。 4.应用：金属杆在磁场中运动问题 ①单杆问题：

K A2

L A1 a:如图，单杆ab以一定的初速度在轨道运动，在安培阻力作用下，最终静止，且回路产生焦耳热221mvQ

b：如图，单杆ab在恒定外力作用下由静止开始运动，因RvLBF22，故其加速度m

FFa安，不断减小，

最终当F安=F时，以速度LBFRv2max匀速运动。 引深：如果上题中电阻R换成电容器，则金属杆最终的运动形式是怎样的。 ②双杆模型： a:如图所示，金属杆ab以初速度v0向右运动，则ab受到安培力做减速运动，而cd受到安培力做加速运动，当两者速度相等时，回路无感应电流，ab，cd最终以相等速度做匀速运动，

由动量守恒cdababcdabmmvmvv0 若ab和cd的轨道不同宽，如Lab=1/2Lcd,则最终vab=1/2vcd, 再有动量定理求解. b：如图，ab杆在恒力作用下由静止开始运动，

最终ab杆和cd杆以共同的加速度运动，cdabmmFa ，而ab杆和cd杆的瞬时速度不等。 5.用能量的观点分析电磁感应现象 从能量转化的角度看，电磁感应现象的过程的实质是把机械能或其他形式的能，转化为电能的过程，而且总能量守恒。 例5.把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，一长度为2a，电阻等于R，粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的电接触，当金属棒以恒定速度V向右移动。经过环心O时，（1）棒中电流的大小和方向及金属棒两端的电压UMN； （2）金属棒所受磁场力的大小和方向。

(32Bav 83222BavR)

点评：当MN棒运动到中心时，相当于一个电源，内阻r=R，电动势E=B2av,而圆环相当于外电路，有两个阻值为R的支路并联，等效于如图，如此等效处理，电磁感应的题转化为一个简单的直流电路题，则容易的多。

× × × × R

a

b v0 × × × × R a b F

× × × × R a b F × × × × d

c

× × × × R a b v0 × × × × d

c