高二物理電磁感應(yīng)1

1、 輔導(dǎo)講義學(xué)員姓名： 年 級： 高二 輔導(dǎo)科目： 物理 課 題電磁感應(yīng)1教學(xué)目的1. 知道磁通量及=BS的適用條件，學(xué)會利用公式進(jìn)行計(jì)算；2. 知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；3. 學(xué)會利用能量守恒定律求解；4. 掌握楞次定律，會應(yīng)用楞次定律判定感應(yīng)電流的方向。教學(xué)內(nèi)容一、梳理知識網(wǎng)絡(luò)和考點(diǎn)要求知識是這樣聯(lián)系的：知識網(wǎng)絡(luò)à知識點(diǎn)撥à1. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象：利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。（1）產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，即0。（2）產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件：無論回路是否閉合，只要穿過線圈平面的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動

2、勢。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源。（3）電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，若回路閉合，有感應(yīng)電流；回路不閉合，只有感應(yīng)電動勢無感應(yīng)電流。 2. 磁通量（1）定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直磁場方向的面積S的乘積。定義式：=BS（面積S與B不垂直，應(yīng)是在垂直于磁場方向上的投影面積S，即=BS），國際單位：Wb（2）注意：求磁通量時(shí)應(yīng)是穿過某一面積的磁感線的凈條數(shù)。任何一個(gè)面都有正、反兩個(gè)面。磁感線從面的正方向穿入時(shí)，穿過該面的磁通量為正；反之，磁通量為負(fù)。所求磁通量為正、反兩面穿入的磁感線的代數(shù)和。3. 楞次定律（1）楞次定律：感應(yīng)電流的磁場，總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。楞次定律適用于

3、一般情況的感應(yīng)電流方向的判定，而右手定則只適用于導(dǎo)線切割磁感線運(yùn)動的情況，此種情況用右手定則判定比用楞次定律判定簡便。（2）對楞次定律的理解誰阻礙誰感應(yīng)電流的磁通量阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量。阻礙什么阻礙的是穿過回路的磁通量的變化，而不是磁通量本身。如何阻礙原磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反；當(dāng)原磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，即“增反減同”。阻礙的結(jié)果阻礙并不是阻止，結(jié)果是增加的還增加，減少的還減少。（3）楞次定律的另一種表述：感應(yīng)電流總是阻礙產(chǎn)生它的那個(gè)原因，表現(xiàn)形式有三種：阻礙原磁通量的變化；阻礙物體間的相對運(yùn)動；阻礙原電流的變化（自感）。4. 法拉第電磁

4、感應(yīng)定律（1）內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。表達(dá)式：E=n/t 當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，其感應(yīng)電動勢的計(jì)算公式：E=BLvsin（B、L、v三者兩兩垂直時(shí)，感應(yīng)電動勢E=BLv）。注意兩個(gè)公式的區(qū)別：E=n/t 計(jì)算的是在t時(shí)間內(nèi)的平均電動勢，只有當(dāng)磁通量的變化率是恒定不變時(shí)，它算出的才是瞬時(shí)電動勢；而E=BLvsin中的v若為瞬時(shí)速度，則算出的就是瞬時(shí)電動勢；若v為平均速度，算出的就是平均電動勢。（2）公式的變形當(dāng)線圈垂直磁場方向放置，線圈的面積S保持不變，只是磁場的磁感強(qiáng)度均勻變化時(shí)，感應(yīng)電動勢：E=nSB/t。如果磁感強(qiáng)度不變，而線圈面積

5、均勻變化時(shí)，感應(yīng)電動勢E=Nbs/t。5. 自感現(xiàn)象（1）自感現(xiàn)象：由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。（2）自感電動勢：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫自感電動勢。自感電動勢的大小取決于線圈自感系數(shù)和本身電流變化的快慢，自感電動勢方向總是阻礙電流的變化。6. 日光燈工作原理（1）起動器的作用：利用動觸片和靜觸片的接通與斷開起一個(gè)自動開關(guān)的作用，起動的關(guān)鍵就在于斷開的瞬間。（2）鎮(zhèn)流器的作用:日光燈點(diǎn)燃時(shí)，利用自感現(xiàn)象產(chǎn)生瞬時(shí)高壓;日光燈正常發(fā)光時(shí)，利用自感現(xiàn)象，對燈管起到降壓限流作用。7. 電磁感應(yīng)中的電路問題在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該

6、導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，接上電容器，可以使電容器充電；接上電阻等用電器，可以對用電器供電，在回路中形成電流。解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法：（1）用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動勢的大小和方向；（2）畫等效電路；（3）運(yùn)用全電路歐姆定律，串并聯(lián)電路性質(zhì)，電功率等公式聯(lián)立求解。8. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題（1）通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)問題聯(lián)系在一起，基本方法：用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向；求回路中電流強(qiáng)度；分析研究導(dǎo)體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向）；列動力學(xué)方程或平衡方程求解。（2）受力情況、

7、運(yùn)動情況的動態(tài)分析。思考方向：導(dǎo)體受力運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流通電導(dǎo)體受安培力合外力變化加速度變化速度變化感應(yīng)電動勢變化，周而復(fù)始，循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)。關(guān)鍵：要畫好受力圖，抓住特點(diǎn)： a =0時(shí)，速度v達(dá)最大值。9. 電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化問題功能分析，電磁感應(yīng)過程往往涉及多種能量形勢的轉(zhuǎn)化。導(dǎo)體切割磁感線或閉合回路中磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，機(jī)械能或其他形式能量便轉(zhuǎn)化為電能，具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電阻的內(nèi)能，因此，電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化，用能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)研究電磁感應(yīng)問題常是導(dǎo)體的穩(wěn)定運(yùn)動（勻速

8、直線運(yùn)動或勻速轉(zhuǎn)動），對應(yīng)的受力特點(diǎn)是合外力為零，能量轉(zhuǎn)化過程常常是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，解決這類問題的基本方法是：（1）用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動勢的大小和方向；（2）畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率表達(dá)式；（3）分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程。例如：如圖所示中的金屬棒ab沿導(dǎo)軌由靜止下滑時(shí)，重力勢能減小，一部分用來克服安培力做功轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能，最終在R上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分轉(zhuǎn)化為金屬棒的動能。若導(dǎo)軌足夠長，棒最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為勻速運(yùn)動時(shí)，重力勢能用來克服安培力做功轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能。因此，從功和能的觀點(diǎn)入

9、手，分析清楚電磁感應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，往往是解決電磁感應(yīng)問題的重要途徑。（二）力學(xué)與本章內(nèi)容結(jié)合的題目以及電學(xué)與本章結(jié)合的題目是復(fù)習(xí)中應(yīng)強(qiáng)化訓(xùn)練的重要內(nèi)容。（1）電磁感應(yīng)與力和運(yùn)動結(jié)合的問題，研究方法與力學(xué)相同：明確研究對象，搞清物理過程à正確地進(jìn)行受力分析。特別注意：伴隨感應(yīng)電流而產(chǎn)生的安培力：在勻強(qiáng)磁場中勻速運(yùn)動的導(dǎo)體受的安培力恒定，變速運(yùn)動的導(dǎo)體受的安培力也隨速度（電流）變化；應(yīng)用相同的規(guī)律求解：勻速運(yùn)動可用平衡條件求解。變速運(yùn)動的瞬時(shí)速度可用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式求解，變速運(yùn)動的熱量問題一般用能量觀點(diǎn)分析，應(yīng)盡量應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決問題（2）在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，應(yīng)用

10、全電路歐姆定律分析問題，應(yīng)明確產(chǎn)生電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，該部分電路的電阻是電源的內(nèi)阻，而其余部分電路則是用電器，是外電路。（三）電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的電能是其他形勢的能轉(zhuǎn)化來的，外力克服安培力做多少功，就有多少電能產(chǎn)生從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)看，楞次定律描述了其他形式的能通過磁場轉(zhuǎn)化為電能的規(guī)律，楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)，利用能量守恒定律是解決一些電磁感應(yīng)問題的重要方法。注意深刻理解和熟練掌握基本概念和規(guī)律：對于楞次定律，強(qiáng)調(diào)“阻礙”而不是“阻止”，阻礙的結(jié)果并不是“阻止住”使其不能變化，只是延緩或減弱變化的速度。產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因不是因?yàn)橛写艙P(yáng)，而是因?yàn)榇磐?/p>

11、量的變化，磁通量很大而不變化，照樣不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，磁通量的概念如果不清楚，則無法正確應(yīng)用E= n進(jìn)行感應(yīng)電動勢的有關(guān)計(jì)算。10. 電磁感應(yīng)中圖像問題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中圖像問題的分析，要抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應(yīng)電動勢（電流）大小是否恒定。用楞次定律判斷出感應(yīng)電動勢（或電流）的方向，從而確定其正負(fù)，以及在坐標(biāo)中的范圍。另外，要正確解決圖像問題，必須能根據(jù)圖像的意義把圖像反映的規(guī)律對應(yīng)到實(shí)際過程中去，又能根據(jù)實(shí)際過程的抽象規(guī)律對應(yīng)到圖像中去，最終根據(jù)實(shí)際過程的物理規(guī)律進(jìn)行判斷。二、典型例題解析【例1】如圖所示，以邊長為50cm的正方形導(dǎo)線框，放置在B0。40T的勻強(qiáng)磁場中。已知磁場方

12、向豎直向上，線框電阻為100，求線框繞其一邊從水平方向轉(zhuǎn)至豎直方向的過程中通過導(dǎo)線橫截面積的電量。試一試：1. 有一面積為S=100cm2金屬環(huán)，電阻為R=0.1，環(huán)中磁場變化規(guī)律如圖所示，且磁場方向垂直環(huán)面向里，在t1-t2時(shí)間內(nèi)，通過金屬環(huán)的電量為多少？2. 一個(gè)共有10匝的閉合矩形線圈，總電阻為10、面積為0.04m2，置于水平面上。若線框內(nèi)的磁感強(qiáng)度在0.02s內(nèi)，由垂直紙面向里，從1.6T均勻減少到零，再反向均勻增加到2.4T。則在此時(shí)間內(nèi)，線圈內(nèi)導(dǎo)線中的感應(yīng)電流大小為_A。3. 關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，以下說法中錯(cuò)誤的是（ ）A. 閉合電路在磁場中運(yùn)動，閉合電路中就一定會有感應(yīng)電流

13、B. 閉合電路在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，閉合電路中一定會有感應(yīng)電流C. 穿過閉合電路的磁通量為零的瞬間，閉合電路中一定不會產(chǎn)生感應(yīng)電流D. 無論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁感線條數(shù)發(fā)生了變化，閉合電路中一定會有感應(yīng)電流4. 閉合電路的一部分導(dǎo)線ab處于勻強(qiáng)磁場中，如圖中各情況下導(dǎo)線都在紙面內(nèi)運(yùn)動，試判斷感應(yīng)電流的方向。5. 如圖所示，矩形線框abcd的一邊ad恰與長直導(dǎo)線重合（互相絕緣）?，F(xiàn)使線框繞不同的軸轉(zhuǎn)動，能使框中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（ ）A. 繞ad邊為軸轉(zhuǎn)動B. 繞oo為軸轉(zhuǎn)動C. 繞bc邊為軸轉(zhuǎn)動D. 繞ab邊為軸轉(zhuǎn)動6. 一水平放置的矩形線圈abcd在條形磁鐵S極附近下落，在下落

14、過程中，線圈平面保持水平，如圖所示，位置1和3都靠近位置2，則線圈從位置1到位置2的過程中，線圈內(nèi)_感應(yīng)電流，線圈從位置2至位置3的過程中，線圈內(nèi)_感應(yīng)電流（填“有”或“無”）?！纠?】用均勻?qū)Ь€彎成正方形閉合金屬線框abcd，線框每邊長80cm，每邊的電阻為0.01。把線框放在磁感強(qiáng)度B0.05T的勻強(qiáng)磁場中，并使它繞軸OO以100rad/s的角速度勻角速度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向如圖所示。已知軸OO在線框平面內(nèi)，并且垂直于B，。當(dāng)線框轉(zhuǎn)至和B平行的瞬間（如圖所示）。求（1）每條邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小；（2）線框內(nèi)感應(yīng)電流的大小。【例3】如圖所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣

15、斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻。一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直。整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直斜面向下，導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略。讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦。（1）由b向a方向看到的裝置右圖所示，請?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖；（2）在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大??； （3）求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值。 注意：解決電磁感應(yīng)的問題其基本解題步驟是：（1）通過多角度的視圖，清楚磁場的空間分布情況；（2）

16、在求感應(yīng)電動勢時(shí)，弄清是求平均電動勢還是瞬時(shí)電動勢，選擇合適的公式解題；（3）進(jìn)行電路計(jì)算時(shí)要畫出等效電路圖作電路分析，然后求解。【例5】水平面上兩根足夠長的金屬導(dǎo)軌平行固定放置，問距為L，一端通過導(dǎo)線與阻值為R的電阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m的金屬桿（見右上圖），金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)；均勻磁場豎直向下。用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運(yùn)動。當(dāng)改變拉力的大小時(shí)，相對應(yīng)的勻速運(yùn)動速度v也會變化，v與F的關(guān)系如右下圖。（取重力加速度g=10m/s2）（1）金屬桿在勻速運(yùn)動之前做什么運(yùn)動？（2）若m=0.5kg，L=0.5m，R=0.5；磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大？（3）由vF圖線

17、的截距可求得什么物理量？其值為多少？ 【例6】圖中a1b1c1d1和a2b2c2d2為在同一豎直平面內(nèi)的金屬導(dǎo)軌，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌所在平面（紙面）向里。導(dǎo)軌的a1b1段與a2b2段是豎直的，距離為l1；c1d1段與c2d2段也是豎直的，距離為l2。x1y1與x2y2為兩根用不可伸長的絕緣輕線相連的金屬細(xì)桿，質(zhì)量分別為和m1和m2，它們都垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持光滑接觸。兩桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的總電阻為R。F為作用于金屬桿x1y1上的豎直向上的恒力。已知兩桿運(yùn)動到圖示位置時(shí)，已勻速向上運(yùn)動，求此時(shí)作用于兩桿的重力的功率的大小和回路電阻上的熱功率。點(diǎn)評：學(xué)生解決此題的

18、難點(diǎn)在于金屬棒不等長即導(dǎo)軌不等間距。當(dāng)桿作勻速運(yùn)動時(shí)，安培力合力向下，對整體受力分析，處于平衡狀態(tài)，列出方程就能順利求解I與v值?！纠?】兩根金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角為=30°的斜面上，導(dǎo)軌左端接有電阻R=10，導(dǎo)軌自身電阻忽略不計(jì)。勻強(qiáng)磁場垂直于斜面向上，磁感強(qiáng)度B=0.5T。質(zhì)量為m=0.1kg，電阻可不計(jì)的金屬棒ab靜止釋放，沿導(dǎo)軌下滑（金屬棒a b與導(dǎo)軌間的摩擦不計(jì)）。如圖所示，設(shè)導(dǎo)軌足夠長，導(dǎo)軌寬度L=2m，金屬棒ab下滑過程中始終與導(dǎo)軌接觸良好，當(dāng)金屬棒下滑h=3m時(shí)，速度恰好達(dá)到最大值。求此過程中金屬棒達(dá)到的最大速度和電阻中產(chǎn)生的熱量。點(diǎn)評：解決此類問題首先要建立一個(gè)“動電動”的思維順序，相互聯(lián)系、相互制約和影響，其基本形式如下：分析方法和步聚可概括為：（1）找準(zhǔn)主動運(yùn)動（即切割磁感線）者，用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求解電動勢大小和方向.（2）根據(jù)等效電路圖，求解回路電流大小及方向（3）分析導(dǎo)體棒的受力情況及導(dǎo)體棒運(yùn)動后對電路中電學(xué)參量的“反作用”.（4）從宏觀上推斷終極狀態(tài)（5）列出動力學(xué)方程或平衡方程進(jìn)行求解試一試：1. 如圖所示，在跟勻強(qiáng)磁場垂直的平面內(nèi)放置一個(gè)折成銳角的導(dǎo)線MON，。在它上面擱置另一根與ON垂直的導(dǎo)線PQ，PQ緊貼MO，ON并以平行于ON的速度V，從