电磁感应电磁感应综合应用解析

高三物理三轮复习材料

13-7 电磁感应综合应用(两课时)

【命题展望】

本专题内容综合性较强，从2007年实行新课改到2013年连续七年，山东卷高考题均以一道选择题的形式考查了本专题的有关知识，涉及感应电动势和感应电流方向的判断、大小的计算，电磁感应与电路、图象、力学、功能相结合等，题目难度适中。预计2014年高考除了延续这一考查方式的可能性较大外，也不排除电磁感应与电路、力学、功能相结合出现计算题的可能性，这一点应引起重视。

【考点精要】

考点一．产生感应电流的条件

1．磁通量

（1）定义式：Φ＝BS，式中B为匀强磁场的磁感应强度，S为垂直于磁场的投影面的面积。（2）意义：穿过S面的磁感线的条数，是标量，但有正负，正负代表磁感线从回路平面的哪个方向穿入。

（3）磁通量变化的类型

①由于磁场B变化而引起闭合回路的磁通量的变化。

②由于闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化。

③磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化。

2．产生感应电流的条件是：穿过闭合回路的磁通量发生变化。

3．产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源。

考点二．感应电流方向的判断

1．楞次定律

（1）内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。（2）适用范围：适用于一切电磁感应现象。

（3）应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤：

①明确所研究的闭合回路中原磁场的方向；

②明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；

③楞次定律判定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出感应电流的方向。

（4）楞次定律的推广含义：总的来说，感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因，利用“结果”反抗“原因”的思想定性进行分析，具体可分为以下三种情况：

①阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化—“增反减同”。

②阻碍导体与磁场间的相对运动—“来拒去留”。

③阻碍原电流的变化(自感现象) —“增反减同”。

2．右手定则

（1）判定方法：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，大拇指指向导体运动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向。

（2）适用范围：适用于由导体切割磁感线而产生感应电流方向的判定。

（3）注意事项：①当磁场运动导体不动时，用右手定则，拇指指向是导体相对磁场的运动方向。②“切割”的那段导体中，感应电流的方向就是感应电动势的方向，即由低电势点指向高电势点。

考点三．感应电动势大小的计算 1．法拉第电磁感应定律

（1）内容：电路中感应电动势大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

（2）公式：

t n

E ∆∆=ϕ （3）普遍适用，多用于回路中磁通量发生变化的情况，一般用来求△t 这段时间内感应电动势的平

均值。 2．E=BLv

（1）仅适用于计算一段导体在匀强磁场中垂直平动切割磁感线产生的感应电动势情况。式中B 、L 、v 三者必须互相垂直。

（2）L 为导体在垂直于速度和磁场方向上的投影长度； v 为相对于磁场的有效切割速度，即为导体相对于磁场的垂直切割速度。 考点四．自感现象

1．自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 2．自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。

t I

L

E ∆∆=，L 是自感系数，跟线圈

的形状、长短、匝数等因素有关系，线圈越粗，越长、匝数越密，它的自感系数越大，另外有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多。 3．自感现象中的通断电问题

（1）通电瞬间：含电感的电路相当于断路，电流为零，随着自感电动势逐渐减小，电路中电流逐渐增大。

（2）电路稳定：电感线圈相当于电路中的直流电阻。

（3）断电瞬间：电感线圈相当于电流（自感电动势）逐渐减弱的电源，通过放电将储存电能释放到回路中。 巧点妙拨

1．对楞次定律中“阻碍”要加强理解，注意“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。阻碍磁通量变化指：

磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用)；

磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用)，简称“增反减同”。 “阻碍”表示了能量的转化关系,正因为存在阻碍作用 , 才能将其它形式的能量转化为电能。 2．注意区别应用安培定则、左手定则、右手定则

3．区别磁通量ϕ、磁通量的变化量ϕ∆及磁通量的变化率t ∆∆之间的关系：磁通量φ＝BS 表示穿过

这一平面的磁感线的条数，磁通量的变化量Δφ＝φ2－φ1，表示磁通量变化的多少，磁通量的变化率t ∆∆ϕ表示磁通量变化的快慢。φ大，Δφ及t ∆∆ϕ不一定大；t ∆∆ϕ

大，φ及Δφ也不一定大。

4．区别公式

t n

E ∆∆=ϕ

和E=BLv

(1)

t n

E ∆∆=ϕ一般用于计算平均感应电动势和感生电动势；E=BLv 一般用于计算瞬时感应电动势、动生电动势。

(2)若回路中既有感生电动势，又有动生电动势，则回路中总的电动势应为二者之和（二者方向相同时）或二者之差（二者方向相反时）。 5．感应电荷量的计算

闭合回路中磁通量发生变化时，就会产生感应电流，在△t 内通过导线横截面的电量(感应电量)为

R n t t R n t R E t I q ϕϕ∆=∆⋅∆∆=∆⋅=

∆⋅=，仅由线圈的匝数、回路总电阻和磁通量的变化量决定，与发生磁

通量变化的时间无关．因此，要快速求得通过导体横截面积的电量q ，关键是正确求得磁通量的变化量Δφ。所以，当用一根磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时，线圈里积聚的感应电量相等．但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同，外力做的功也不同。

【典例对应】

例1．（2011·上海物理 20）如图，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O 点，将圆环拉至位置a 后无初速释放，在圆环从a 摆向b 的过程中（ ）

A ．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针

B ．感应电流方向一直是逆时针

C ．安培力方向始终与速度方向相反

D ．安培力方向始终沿水平方向 答案：AD

例2．图为“研究电磁感应现象”的实验装置. （1）将图中所缺的导线补接完整.

（2）如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上电键后 （ ）

A .将原线圈迅速插入副线圈时,电流计指针向右偏转一下 B.将原线圈插入副线圈后,电流计指针一直偏在零点右侧

C.原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,电流计指针向右偏转一下

D.原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,电流计指针向左偏转一下

图9－2－22