高二物理電磁感應(yīng)現(xiàn)象與法拉第電磁感應(yīng)定律通用版

1、高二物理電磁感應(yīng)現(xiàn)象與法拉第電磁感應(yīng)定律通用版【本講主要內(nèi)容】電磁感應(yīng)現(xiàn)象法拉第電磁感應(yīng)定律一一感應(yīng)電動勢的大小掌握產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件； 理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和內(nèi)涵，判斷閉合電路磁通量的變化；理解法拉第電磁感應(yīng)定律的瞬時意義?！局R掌握】【知識點(diǎn)精析】1、磁通量：物理學(xué)上定義，通過磁場中任何一面積元S的磁通量等于磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量 B在該面積之法線方向上的分量與面積的乘積。怎樣理解這個表述呢？(1)定義：當(dāng)勻強(qiáng)磁場中有一個垂直磁場的平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為則穿過這個平面的磁通量(簡稱磁通)為:=BS圖2(2)物理意義：磁通量表征磁感線的條數(shù)。(3)單位：韋伯；1Wb = 1T - m = 1V

2、- s(4)磁通量是標(biāo)量磁通量是標(biāo)量，卻有正負(fù)之分。當(dāng)我們規(guī)定從平面的一面穿進(jìn)的磁感線條數(shù)為正通量, 則從另一面穿進(jìn)的磁感線條數(shù)為負(fù)通量，磁通量的運(yùn)算遵從代數(shù)法則。2、電磁感應(yīng)現(xiàn)象(1)演示實(shí)驗(yàn)演示：圖4所示的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)體怎樣運(yùn)動才會有感應(yīng)電流呢？切割磁感線運(yùn)動。演示：圖5所示的實(shí)驗(yàn)如果磁鐵在螺線管中不動，會不會有磁通量的變化？會不會有感應(yīng)電流？磁通量不會變化，也不會有感應(yīng)電流。演示：圖6所示的實(shí)驗(yàn)開關(guān)合上、斷開瞬間，觀察電流計的指針情況；合上開關(guān)后，滑動變阻器觸頭，觀察電流計的指針情況。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：不論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生，這種利用磁場產(chǎn)生電流

3、的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。(3)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：電路必須閉合；磁通量發(fā)生變化。分析磁通量發(fā)生變化的因素：由中=B Ssin 0可知：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B發(fā)生變化；線圈的面積 S發(fā)生變化； 磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積S之間的夾角。發(fā)生變化。這三種情況都可以引起磁通量發(fā)生變化。例如(1)圖7、8閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線：(2)圖9磁場不變，閉合電路的面積變化:XXx x 乂 x圖9圖1。圖1】(3)圖10線圈面積不變，線圈在不均勻磁場中運(yùn)動；(4)圖11線圈面積不變，磁場不斷變化。3、法拉第電磁感應(yīng)定律(1)感應(yīng)電動勢：就是在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢，字母仍然為E，單位：伏特。(2)

4、法拉第電磁感應(yīng)定律：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。它可以表達(dá)為：E 8 .或E = k紗.1關(guān)于這個系數(shù)，法拉第的研究表明，它正好等于回路的匝數(shù)關(guān)于這個表達(dá)式，還需要值得注意的是平均磁通變化率 尊=典衛(wèi)一平均感應(yīng)電動勢E ; ,tt2 -t1(3)當(dāng)部分導(dǎo)體切割磁感線引起磁通量變化時，法拉第電磁感應(yīng)定律可以這樣應(yīng)用E = BLv毫無疑問，這是一個電磁感應(yīng)的二級結(jié)論，但是它在對應(yīng)平均意義和瞬時意義方面是不是更方便呢？平均速度v -平均感應(yīng)電動勢 E ;瞬時速度Vt 一瞬時感應(yīng)電動勢 Et。當(dāng)然大家也要清醒地認(rèn)識到，這個推論的優(yōu)越性也不是絕對的。如果電磁感應(yīng)的過程

5、中 沒有明顯的切割磁感線情況，它是無能為力的。所以，任何一個工具，我們都要一分為二地 去看待它，這樣才能正確地、靈活地加以運(yùn)用。(4)右手定則：伸開右手讓拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，讓磁 感線垂直從手心穿入，拇指指向?qū)w運(yùn)動的方向，其余四指指的就是感應(yīng)電流的方向。當(dāng)部分導(dǎo)體切割磁感線引起磁通量變化時，用右手定則判斷感應(yīng)電流方向?！窘忸}方法指導(dǎo)】例1.恒定的勻強(qiáng)磁場中有一圓形閉合導(dǎo)體線圈，線圈平面垂直于磁場方向，要使線圈在 此磁場中能產(chǎn)生感應(yīng)電流，則：A.線圈沿自身所在平面做勻速運(yùn)動B.線圈沿自身所在平面做加速運(yùn)動C.線圈繞任意一條直徑做勻速轉(zhuǎn)動D.線圈繞任意一條直徑做變速轉(zhuǎn)動

6、分析與解：要使閉合的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，必須閉合線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，當(dāng)線圈在垂直于磁場的平面內(nèi)平動時，其磁通量應(yīng)保持最大不變；而當(dāng)它繞垂直于磁場的任一條直徑轉(zhuǎn)動時，磁通量發(fā)生改變，產(chǎn)生感應(yīng)電流。由上分析可知：正確選項是 C、Do例2. 一個共有10匝的閉合矩形線圈，總電阻為 100、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。則在此時間內(nèi)，線圈內(nèi)導(dǎo)線中的感應(yīng)電流大小為 Ao10X 004x(2.4 + 16)= 80(V)解析：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律0 02根據(jù)閉合電路歐姆定律I=言=8 (A)注意

7、錯解：由于磁感強(qiáng)度均勻變化，使得閉合線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)法拉第電磁感 應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢 SABft10X0.04X(24-1.6)002-16(V)根據(jù)閉合電路歐褐定律I =春=1.6(A)注意磁通量是標(biāo)量，卻有正負(fù)之分。當(dāng)我們規(guī)定從平面的一面穿進(jìn)的磁感線條數(shù)為正通 量，則從另一面穿進(jìn)的磁感線條數(shù)為負(fù)通量，磁通量的運(yùn)算遵從代數(shù)法則。練一練：有一面積為S=100cm2金屬環(huán)，電阻為R=0.1 C ,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3到12時間內(nèi)，通過金屬環(huán)的電量為多少？B Be B, 解析：由圖可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為一B=，1 (1)t 12 fti BBe B,線

8、圈中的磁通量的變化率為E= B S=B2B1 S ( 2)：t：tt2 -t1 TOC o 1-5 h z 環(huán)中形成感應(yīng)電流為 = E =的/&=的（3）R R R t通過環(huán)中的電量為 Q= Mt （4）由式（1）（4）解得Q IB空二03 .0,010R0.1通過金屬環(huán)的電量為 0.010?！究键c(diǎn)突破】【考點(diǎn)指要】主要考察法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用（題型多以選擇題出現(xiàn)）和感應(yīng)電動勢大小的計算（計算題的一問），高考熱點(diǎn)還有楞次定律或右手定則，要求掌握得準(zhǔn)確嫻熟?！镜湫屠}分析】例3.如圖所示，以邊長為 50cm的正方形導(dǎo)線框，放置在 B=0。40T的勻強(qiáng)磁場中。已 知磁場方向豎直向上，線框電阻

9、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。解析：線框在水平位置時穿過線框的磁通量 1=BS=0.1Wb當(dāng)線框轉(zhuǎn)至豎直位置時， 2= 0通過導(dǎo)線橫截面的電量-A A中2 1 中 1-,.一 .1 0.0010R R注意：求通過導(dǎo)體橫截面的電量，用平均電流，求平均電流用平均電動勢，結(jié)果把時間 約了，所以凡是求電量，可以不需要時間。練一練：如圖是一種測量通電螺線管中磁場的實(shí)驗(yàn)裝置，把一個很小的線圈A放在待測處，線圈與測量電量的沖擊電流計G串聯(lián)，當(dāng)用雙刀雙擲開關(guān) S使螺線管的電流反向時，測量線圈中就有感應(yīng)電動勢，從而引起電荷的遷移，由表 G測出電量Q,就可以算出線

10、圈 所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B。已知測量線圈共有 N匝，直徑為d,它和表G串聯(lián)電路的總電阻為 應(yīng)強(qiáng)度B為。R,則被測的磁感 ,ACp解析：流過沖擊電流計的電量 Q = R2BS 二n Rd 2n 2B 二 2R答案:2QRn 二d2 2RQ n 二d2例5.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 0.01Q。把線框放在磁感強(qiáng)度 B = 0.05T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,Od=3Oa,Oc=3Ob。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

11、應(yīng)電動勢大??；(2)線框內(nèi)感應(yīng)電流的大小。解析：(1)線框轉(zhuǎn)動時，ab邊和cd邊沒有切割磁感線，所以 ad=0, bc=0。 1_ 3 因?yàn)?。d = 30a，0a = - ad, 0d = -ad后心=BLVj=B)y =2X10-3(V)3bc與%4 = BL% = Bcdw = 2 4 X 10-2(V)(2)在電路中電動勢y和%的方向相同1=蘸:%電流方向?yàn)轫槙r針方向4r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， 把磁場的空間分布弄清楚。（2）在求感應(yīng)電動勢時，弄清是求平均電動勢還是瞬時電動勢，選擇合適的公 式解題。（3）進(jìn)行電路計算時要畫出等效電路圖作電路分析，

12、然后求解。練一練：如圖所示，在跟勻強(qiáng)磁場垂直的平面內(nèi)放置一個折成銳角的裸導(dǎo)線ZMON =a。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,從頂角O開始向右勻速滑動，設(shè)裸導(dǎo)線單位長度的電阻為Ro,磁感強(qiáng)度為B,求回路中的感應(yīng)電流。解：E = Bl sin 二 vR 總=(L +Lsinct+Lcosot)RoEI二R總B v Is i nL(1 s i nc o s )R0【達(dá)標(biāo)測試】一、選擇題：1.閉合電路的一部分導(dǎo)線 么下列判斷中正確的是（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，那 ）XXX乙丙丁A.都會產(chǎn)生感應(yīng)電流B.都不會產(chǎn)生感

13、應(yīng)電流C.甲、乙不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，丙、丁會產(chǎn)生感應(yīng)電流D.甲、丙會產(chǎn)生感應(yīng)電流，乙、丁不會產(chǎn)生感應(yīng)電流.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.關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，以下說法中錯誤的是（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

14、一定會有感應(yīng)電流.垂直恒定的勻強(qiáng)磁場方向放置一個閉合圓線圈，能使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的運(yùn)動是A.線圈沿自身所在的平面勻速運(yùn)動B.線圈沿自身所在的平面加速運(yùn)動C.線圈繞任意一條直徑勻速轉(zhuǎn)動D.線圈繞任意一條直徑變速轉(zhuǎn)動. 一均勻扁平條形磁鐵與一線圈共面，磁鐵中心與圓心O重合（如圖所示）。下列運(yùn)動中能使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（）N極向外、S極向里繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動N極向里、S極向外，繞 O點(diǎn)轉(zhuǎn)動C.在線圈平面內(nèi)磁鐵繞 O點(diǎn)順時針轉(zhuǎn)動D.垂直線圈平面磁鐵向紙外運(yùn)動6.在如圖所示的直角坐標(biāo)系中，矩形線圈兩對邊中點(diǎn)分別在y軸和z軸上。勻強(qiáng)磁場與y軸平行。線圈如何運(yùn)動可產(chǎn)生感應(yīng)電流（）A.繞x軸旋轉(zhuǎn)B.繞y軸旋轉(zhuǎn)C

15、.繞z軸旋轉(zhuǎn)D.向x軸正向平移.如圖所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和電鍵組成閉合回路，在鐵芯的右 端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A,下列各種情況中銅環(huán) A中沒有感應(yīng)電流的是（）A.線圈中通以恒定的電流.通電時，使變阻器的滑片P做勻速移動C.通電時，使變阻器的滑片P做加速移動D.將電鍵突然斷開的瞬間8. 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”）丁7 1【綜合測試】.如圖所示，一有限范圍的勻強(qiáng)

16、磁場寬度為d,若將一個邊長為1的正方形導(dǎo)線框以速度v勻速地通過磁場區(qū)域，已知dl,則導(dǎo)線框中無感應(yīng)電流的時間等于（XXXXx xXX1B.一 vd -21D.vd -1C.v.條形磁鐵豎直放置，閉合圓環(huán)水平放置，條形磁鐵中心線穿過圓環(huán)中心，如圖所示。若圓環(huán)為彈性環(huán)，其形狀由I擴(kuò)大為n,那么圓環(huán)內(nèi)磁通量變化情況是（A.磁通量增大B.磁通量減小C.磁通量不變D.條件不足，無法確定.帶負(fù)電的圓環(huán)繞圓心旋轉(zhuǎn)，在環(huán)的圓心處有一閉合小線圈，小線圈和圓環(huán)在同一平面 內(nèi)，則（）A.只要圓環(huán)在轉(zhuǎn)動，小線圈內(nèi)部一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生B.圓環(huán)不管怎樣轉(zhuǎn)動，小線圈內(nèi)都沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生C.圓環(huán)在做變速轉(zhuǎn)動時，小線圈內(nèi)就一定

17、有感應(yīng)電流產(chǎn)生D.圓環(huán)做勻速轉(zhuǎn)動時，小線圈內(nèi)沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生4.如圖所示，一個矩形線圈與通有相同大小的電流的兩平行直導(dǎo)線在同一平面中，而且 處在兩導(dǎo)線的中央，則（）A.兩電流同向時，穿過線圈的磁通量為零B.兩電流反向時，穿過線圈的磁通量為零C.兩電流同向或反向，穿過線圈的磁通量都相等D.因兩電流產(chǎn)生的磁場是不均勻的，因此不能判定穿過線圈的磁通量是否為零5.閉合銅環(huán)與閉合金屬框相接觸放在勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，當(dāng)銅環(huán)向右移動時（金屬 框不動），下列說法中正確的是（）A.銅環(huán)內(nèi)沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，因?yàn)榇磐繘]有發(fā)生變化B.金屬框內(nèi)沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，因?yàn)榇磐繘]有發(fā)生變化C.金屬框ab邊中有感應(yīng)電流，因

18、為回路abfgea中磁通量增加了D.銅環(huán)的半圓egf中有感應(yīng)電流，因?yàn)榛芈?egfcde中的磁通量減少6.圖中EF、GH為平行金屬導(dǎo)軌，其電阻不計，R為電阻器，C為電容器，AB為可在E GH上滑動的導(dǎo)體橫桿，有勻強(qiáng)磁場垂直導(dǎo)軌平面。若用Ii、I2分別表示圖中該處導(dǎo)線中的電流，則當(dāng)橫桿 AB （）A.勻速滑動時，B.勻速滑動時，C.加速滑動時，D.加速滑動時,7.如圖所示，長為= 0,I產(chǎn)0,I1 = 0,11 w 0,I2= 0I2w 0I2= 0w 0L、電阻r=0.3 、質(zhì)量m=0.1 kg的金屬棒 CD垂直跨擱在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌間距也是L,棒與導(dǎo)軌間接觸良好，

19、導(dǎo)軌電阻不.0計，導(dǎo)軌左端接有 R=0.5的電阻，量程為03.0 A的電流表串接在一條導(dǎo)軌上， 量程為01V的電壓表接在電阻 R的兩端，垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場向下穿過平面?，F(xiàn)以向右的恒定 外力F使金屬棒右移。當(dāng)金屬棒以 v= 2 m/s的速度在導(dǎo)軌平面上勻速滑動時，觀察到電路 中的一個電表正好滿偏，而另一個電表未滿偏。問：(1)此滿偏的電表是什么表？說明理由。(2)拉動金屬棒的外力 F多大？【達(dá)標(biāo)測試答案】1、選D解析：甲、丙切割磁感線，所以會產(chǎn)生感應(yīng)電流，乙、丁沒有切割磁感線，所以不會產(chǎn) 生感應(yīng)電流。故選 D。2、選 BCD解析：以ad邊為軸轉(zhuǎn)動穿過線框磁感線的條數(shù)沒變，即磁通量沒變，所以沒

20、有感應(yīng)電 流產(chǎn)生。故選BCD。3、選 ABC解析：A選項，閉合電路在磁場中運(yùn)動，磁通量發(fā)生變化閉合電路中才會有感應(yīng)電流， 故錯。B選項中，閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，閉合電路中才會有感 應(yīng)電流，故錯。C選項中，穿過閉合電路的磁通量為零的瞬間，磁通量變化率可以不為零， 閉合電路中有可能會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故錯。4、選 CD解析：繞直徑轉(zhuǎn)動穿過線圈的磁通量發(fā)生變化。故選CD。5、選 AB解析：畫磁感線可以看出AB中穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生。故選AB。6、選C解析：繞z軸旋轉(zhuǎn)穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生。故選Co7、選A解析：線圈中通以恒定的電流，電流激發(fā)的磁場不變，穿過銅環(huán)中的磁通量不變，銅環(huán)A中沒有感應(yīng)電流，故選 Ao8、有，有參考答案 http:/ 1、選D解析：如下圖：導(dǎo)線框進(jìn)磁場后到出磁場前穿過線框的磁通量沒變，所以無感應(yīng)電流。 故選D。dXXXI - X X K-以x LI X X X |! X X X !2、選B解析：磁體內(nèi)部的磁場方向與外部的磁場方向相反，彈性環(huán)形狀由I擴(kuò)大為n, 合磁通量變小了。故選 Bo3、選 CD解析：帶負(fù)電圓環(huán)在轉(zhuǎn)動時形成電流，電流產(chǎn)生磁場，圓環(huán)在做變速轉(zhuǎn)動時，電流大小 變化，磁場就會發(fā)生變化，穿過