高中物理选修3-2电磁感应讲义(可编辑修改word版)
高中物理选修3-2优质课件2:电磁感应
2.导体在安培力及其他力的共同作用下做非匀变速 直线运动,最终趋于稳定状态,这类问题的基本分析方法: 做好受力情况、运动情况的动态分析,导体运动产生 感应电动势→产生感应电流→通电导体受安培力→合外力 变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化,周而复 始循环,最终加速度等于零,导体达到稳定的状态; 导体达到稳定状态时的平衡方程往往是解答该类问题 的突破口.
【变式】 如图4-T-4所示,电阻r=0.3 Ω、质量m=0.1 kg的金属棒CD静止在位于水平面上的两条平行光滑的金 属导轨上,棒与导轨垂直且接触良好,导轨的电阻不计, 导轨的左端接有阻值为R=0.5 Ω的电阻,有一个理想电压 表接在电阻R的两端,垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过 导轨平面.现给金属棒加一个水平向右的恒定外力F,观 察到电压表的示数逐渐变大,最后稳定在1.0 V,此时导 体棒的速度为2 m/s.
[点评] 应用楞次定律判断感应电流方向的关键是确 定原磁场的方向及磁通量的变化.四个步骤可灵活运用, 可以逆过来根据感应电流的方向确定引起感应电流的原 因.
【变式】 (多选)如图4-T-2所示,通电直导线L通有 向上的电流,闭合导体框abcd与直导线L在同一平面内, 当通电导线L运动时,以下说法正确的是( )
AD [解析] 当导线L向左平移时,闭合导体框abcd中 磁场减弱,磁通量减少,abcd回路中产生的感应电流的磁 场将阻碍磁通量的减少,由于导线L在abcd中磁场方向垂 直纸面向里,所以abcd中感应电流的磁场方向应为垂直纸 面向里,由安培定则可知感应电流的方向为 a→b→c→d→a,选项A正确;当导线L向右平移时,闭合 回路abcd中磁场增强,磁通量增加,abcd回路中产生的感 应电流的磁场将阻碍磁通量的增加,可知感应电流的磁场 为垂直纸面向外,再由安培定则可知感应电流的方向为 a→d→c→b→a,选项D正确.
人教版高中物理选修3-2课件第4章电磁感应5
第四章 电磁感应
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5.电磁感应现象的两类情况
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运动状态.
(2)利用好导体达到稳定状态的受力平衡方程,往往是解决
这类问题的突破口.
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如图所示,在方向竖直向 上的磁感应强度为 B 的匀强磁场中有 两条光滑固定的平行金属导轨 MN、 PQ,导轨足够长,间距为 L,其电阻 不计,导轨平面与磁场垂直,ab、cd 为两根垂直于导轨水平放置的金属棒,其接入回路中的电阻分 别为 R,质量分别为 m,与金属导轨平行的水平细线一端固定, 另一端与 cd 棒的中点连接,细线能承受的最大拉力为 FT,一 开始细线处于伸直状态,ab 棒在平行导轨的水平拉力 F 的作用 下以加速度 a 向右做匀加速直线运动,两根金属棒运动时始终 与导轨接触良好且与导轨相垂直.求经多长时间细线被拉断?
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1-1 某空间出现了如图所
示的磁场,当磁感应强度 B 变化时,在垂直于 磁场的方向上会产生感生电场,有关磁感应强 度 B 的变化与感生电场的方向关系描述正确 的是( )
A.当磁感应强度均匀增大时,感生电场 的电场线从上向下看应为顺时针方向
人教版物理选修3-2 第4章第5节 电磁感应现象的两类情况
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则金属棒 ab 接入回路的 bc 部分切割磁感线产生的 感应电动势为: E=Bv0 bc =Bv20ttan30° 在回路 bOc 中,回路总感应电动势具体由导体 bc 部分产生,因此,回路内总的感应电动势为:E 总 =E= 3Bv20t/3.
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核心要点突破
一、感生电动势 1.产生机理 如图4-5-1所示,当磁场变化时,产生的感生电 场的电场线是与磁场方向垂直的曲线.如果空间存 在闭合导体,导体中的自由电荷就会在电场力的作 用下定向移动,而产生感应电流,或者说导体中产 生了感应电动势.
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图4-5-1
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【答案】 E= 33Bv20t
【规律总结】 由 E=Blv 计算导体切割磁感线产 生的动生电动势问题,若 l 不变,当 v 是瞬时速度 时,可求 E 的瞬时值,当 v 是平均速度时,可求平 均感应电动势.若 l 变化,求瞬时值时,需用该时 刻的 l 及 v 代入;而求平均值通常由 E=nΔΔΦt 求得.
图4-5-2
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2.特点 (1)感生电场是一种涡旋电场,电场线是闭合的. (2)感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无 关. 3.方向判定 感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路) 中感应电流的方向确定,即利用楞次定律判断.
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即时应用 (即时突破,小试牛刀) 1.某空间出现了如图4-5-3所示的磁场,当磁感 应强度变化时,在垂直于磁场的方向上会产生感生 电场,有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关 系描述正确的是( )
【思路点拨】 回路中原磁场方向向下,且磁通 量增加,由楞次定律可以判知,感应电流的磁场 方向向上,根据安培定则可以判知,ab中的感应 电流的方向是a→b,由左手定则可知,ab所受安 培力的方向水平向左,从而向上拉起重物.
高中物理选修3-2电磁感应讲义
高中物理选修3-2电磁感应复习一、电磁感应现象及其发生条件1、电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生,这种现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流.2.电磁感应的条件(1)产生感应电流的条件为:①电路为闭合电路;②回路中磁通量发生变化。
(2)感应电动势产生的条件:穿过电路的磁通量发生变化。
这里不要求闭合.无论电路闭合与否,只要磁通量变化了,就会有感应电动势产生。
例1.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及电键如图连接.下列说法中正确的是()A.电键闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后,电键闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转C.电键闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度D.电键闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才能偏转例2.如图2所示,矩形线框abcd的一边ad恰与长直导线重合(互相绝缘).现使线框绕不同的轴转动,能使框中产生感应电流的是[ ]A.绕ad边为轴转动B.绕oo′为轴转动C.绕bc边为轴转动D.绕ab边为轴转动例3.如图6所示,一有限范围的匀强磁场宽度为d,若将一个边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域,已知d>l,则导线框中无感应电流的时间等于[ ]例4.条形磁铁竖直放置,闭合圆环水平放置,条形磁铁中心线穿过圆环中心,如图7所示。
若圆环为弹性环,其形状由Ⅰ扩大为Ⅱ,那么圆环内磁通量变化情况是[ ]A.磁通量增大B.磁通量减小C.磁通量不变D.条件不足,无法确定二、楞次定律(来句去留、增反减同、增缩减扩)1.楞次定律:感应电流具有这样的方向,就是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.应用楞次定律判断感应电流方向的四个步骤。
(1)明确原磁场的方向;(2)明确穿过回路的磁通量是增加还是减少;(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向;(4)利用安培定则,判断感应电流的方向。
16-17物理选修3-2 第1章电磁感应 本章总结 课件 精品
(3)由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比 Q1∶Q2=2∶1,可得 Q1=3.6 J⑩ 在棒运动的整个过程中,由功能关系可知 WF=Q1+Q2⑪ 由⑨⑩⑪式得 WF=5.4 J. [答案] (1)4.5 C (2)1.8 J (3)5.4 J
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2 m、宽为d= 1 m的金属“U”型导轨,在“U”型导轨右侧l=0.5 m范围内存 在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间变化规律 如图乙所示.在t=0时刻,质量为m=0.1 kg的导体棒以v0=1 m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动,导体棒与导轨之间 的动摩擦因数为μ=0.1,导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ =0.1 Ω/m,不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的 影响(g取10 m/s2).
(1)通过计算分析4 s内导体棒的运动情况; (2)计算4 s内回路中电流的大小; (3)计算4 s内回路产生的焦耳热. [思路点拨] 求解本题应注意以下三点: (1)运动情况由受力情况决定. (2)闭合电路遵守闭合电路欧姆定律. (3)焦耳热可由焦耳定律求得.
[解析] (1)导体棒先在无磁场区域做匀减速直线运动,有-μmg =ma,v1=v0+at,s=v0t+12at2 代入数据解得:t=1 s,s=0.5 m,导体棒没有进入磁场区域, 导体棒在 1 s 末已停止运动,以后一直保持静止,离左端位置仍 为 s=0.5 m. (2)前 2 s 磁通量不变,回路电动势和电流分别为 E=0,I=0 后 2 s 回路产生的电动势为 E=ΔΔΦt =ldΔΔBt = 0.1 V
(1)棒在匀加速运动过程中,通过电阻 R 的电荷量 q; (2)撤去外力后回路中产生的焦耳热 Q2; (3)外力做的功 WF. [解析] (1)设棒匀加速运动的时间为 Δt,回路的磁通量变化 量为 ΔΦ,回路中的平均感应电动势为 E ,由法拉第电磁感
高中物理第四章电磁感应第3节楞次定律讲义含解析新人教版选修3_2
第3节楞次定律1.楞次定律的内容: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.楞次定律可广义地表述为:感应电流的“效果”总是要反抗(或阻碍)引起感应电流的“原因”,常见的有三种:①阻碍原磁通量的变化(“增反减同”);②阻碍导体的相对运动(“来拒去留”);③通过改变线圈面积来“反抗”(“增缩减扩”)。
3.闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动时,可用右手定则判断感应电流的方向。
一、楞次定律1.探究感应电流的方向(1)实验器材:条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系)。
(2)实验现象:如图所示,在四种情况下,将实验结果填入下表。
(3)实验分析:①线圈内磁通量增加时的情况②线圈内磁通量减少时的情况表述一:当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场的方向相反;当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场的方向相同。
表述二:当磁铁靠近线圈时,两者相斥;当磁铁远离线圈时,两者相吸。
2.楞次定律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。
二、右手定则1.内容伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
如图所示。
2.适用范围适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。
1.自主思考——判一判(1)感应电流的磁场总与原磁场方向相反。
(×)(2)感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量。
(×)(3)感应电流的磁场有可能阻止原磁通量的变化。
(×)(4)导体棒不垂直切割磁感线时,也可以用右手定则判断感应电流方向。
(√)(5)凡可以用右手定则判断感应电流方向的,均能用楞次定律判断。
(√)(6)右手定则即右手螺旋定则。
(×)2.合作探究——议一议(1)楞次定律中“阻碍”与“阻止”有何区别?提示:阻碍不是阻止,阻碍只是延缓了磁通量的变化,但这种变化仍将继续进行。
人教版高二物理选修3-2:4.4法拉第电磁感应定律课件
感应电动势
1.穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,其中就有感应电 流。既然有感应电流,电路中就一定有电动势。如果电路没 有闭合,这时虽然没有感应电流,电动势依然存在。
2.在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。产生 感应电动势的那部分导体就相当于电源。电源内部的电流方 向由电源负极流到电源正极。电源外部的电流方向由电源正 极流出,从电源负极流入。
(1)I=0.2A (2)E=0 (3)Q=5.76J
磁感线,产生的感应电动势为
E=BLv1=BLvsinθ
4.导线切割磁感线时的感应电动势
(1)若B、L、v三者相互垂直时,感应电动势E=BLv
(2)若B、L、v有二者相互垂直,第三者与其中一者夹角为 θ时,感应电动势E=BLvsinθ
(3)若B、L、v三者间两两夹角分别为θ1和θ2时,感应电动 势E=BLvsinθ1sinθ2 (4)若切割磁感线是N匝线圈,且B、L、v三者相互垂直时, 感应电动势E=NBLv
9.一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在磁场中, 如图所示,线圈平面与磁场方向成60°角,磁感应强度随时 间均匀变化,下列方法可使感应电流增加一倍的是( C ) A.把线圈匝数增加一倍 B.把线圈面积增加一倍 C.把线圈半径增加一倍 D.改变线圈与磁场方向的夹角
10.如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1000,线圈面积 S=200cm2,线圈电阻r=1Ω,线圈外接一个阻值R=4Ω的电阻, 把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应 强度随时间变化规律如图乙所示。求: (1)前4s内通过电阻R的感应电流 (2)前5s内的感应电动势 (3)前6s内电阻R产生的热量
圈的n倍,即 E n t
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2、如右图,匀强磁场垂直于圆形线圈指向纸里,a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点,现用外力作用在上述四点,将线圈拉成正方形,设线圈导线不可伸长,且线圈仍处于原先所在的平面内,则在线圈发生形变的过程中
明确:对电流表而言,电流从哪个接线柱流入,指针向哪边偏转.
(2)闭合电路的一部分导体做切割磁感线的情况.
a.磁场方向不变,两次改变导体运动方向,如导体向右和向左运动.
b.导体切割磁感线的运动方向不变,改变磁场方向.
根据电流表指针偏转情况,分别确定出闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,产生的感应电流方向.
二、例题分析
例1、在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨,导轨跟大线圈M相接,如图,导轨上放一根导线ab,磁感线垂直于导轨所在平面。欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流,则导线的运动情况可能是
A、匀速向右运动B、加速向右运动
C、减速向右运动D、加速向左运动
例2、如图,水平地面上方有正交的匀强磁场和匀强电场,电场竖直向下,磁场垂直纸面向里,半圆形铝框从直径出于水平位置时开始下落,不计阻力,a、b两端落到地面的次序是
(3)奥斯特发现电流磁效应的过程是怎样的?用学过的知识如何解释?
(4)电流磁效应的发现有何意义?谈谈自己的感受。
学生活动:结合思考题,认真阅读教材,分成小组讨论,发表自己的见解。
二、法拉第心系“磁生电”-—————电磁感应现象
教师活动:引导学生阅读教材有关法拉第发现电磁感应的内容.提出以下问题,引导学生思考并回答:
第四章电磁感应
4.1划时代的发现
教学目标
(一)知识与技能
1.知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史。
(人教版)高中物理选修3-2课件:第4章 电磁感应7
第四章 电磁感应
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7.涡流、电磁阻尼和电磁驱动
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第四章 电磁感应
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试定性地说明:为什么交变电流的频率越高,焊缝处放出 的热量越多?
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解析: 交变电流的频率越高,它产生的磁场的变化就越 快.根据法拉第电磁感应定律,在待焊接工件中产生的感应电 动势就越大,感应电流就越大,而放出的热量与电流的平方成 正比,所以交变电流的频率越高,焊缝处放出的热量越多.
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当磁铁穿过固定的闭合线圈时,在闭合线圈中会 产生感应电流,感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开, 也就是磁铁振动时除了受空气阻力外,还有线圈受到的安培力 阻碍,克服阻力需要做的功增多,振动时机械能的损失增快, 因而会很快停下来.机械能的转化情况可表示如下:
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解析:
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答案: A
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第四章 电磁感应
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高中物理学习材料(灿若寒星**整理制作)电磁感应讲义班级 学号 姓名 知识结构重点难点1.电磁感应现象:(1)产生感应电流的条件是:穿过闭合电路的磁通量发生变化.(2)起磁通量变化的类型:2.楞次定律:⑴适用范围:适用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况.⑵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.⑶对“阻碍”的进一步理解:①阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化.“增则反减则同”②阻碍导体的相对运动,可理解为“来则拒去则留”(由磁体相对运动而引起感应电流的情况).③使线圈面积有扩大或缩小的趋势.④阻碍原电流的变化(自感现象). 电磁感应产生 条件自感与 互 感 导体切割磁感线运动 穿过闭合电路所围面积中磁通量发生变化 法拉第电磁感应定律㈠ 法拉第电磁感应定律㈡ 大小:ε=BLV方向:右手定则 大小:ε=n t ∆∆φ 方向:楞次定律 自感现象 互感现象 变压器 21U U =21n n P 出=P 入(理想变压器) 交变电流 即时值 U=U m sin ωt I=I m sin ωt 有效值 U=2m U I= 2m I 周期、频率、角频率 T=ωπ21=f⑷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.3.右手定则:4.法拉第电磁感应定律:(1)感应电动势:感生电动势:由感生电场产生的感应电动势.动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势.(2)公式:E n t ∆Φ=∆ 当△仅由B 引起时,则t B nS E ∆∆=;当△Φ仅由S 引起时,则t SnB E ∆∆=.(3)注意:区分磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ和磁通量的变化率t ∆Φ∆磁通量Φ等于磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积,即Φ=BS ,它的意义可以形象地用穿过面的磁感线的条数表示.磁通量的变化量△Φ是指回路在初末两个状态磁通量的变化量,△Φ=Φ2-Φ1.△Φ与某一时刻回路的磁通量Φ无关,当△Φ≠0时,回路中要产生感应电动势,但是△Φ却不能决定感应电动势E 的大小. 磁通量的变化率t ∆Φ∆表示的是磁通量变化的快慢,它决定了回路中感应电动势的大小.t ∆Φ∆的大小与Φ、△Φ均无关.(4)部分导体切割磁感线产生的感应电动势的大小:E=BLVsin θ.①若切割磁感线的导体是弯曲的,L 应理解为有效切割长度,即导体在垂直于速度方向上的投影长度.②公式E=BLV 一般适用于在匀强磁场中导体各部分切割速度相同的情况,对一段导体的转动切割,导体上各点线速度不等,取其平均切割速度12L υω=,得212E BL BL υω==.5.互感两个相互靠近的线圈中,有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生电动势,这种现象叫做互感,这种电动势叫做互感电动势.变压器就是利用互感现象制成的.6.自感:对自感要搞清楚通电自感和断电自感两个基本问题,尤其是断电自感,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”的问题,如图9-2-10所示,原来电路闭合处于稳图9-2-10B A I (a )(b)itt2t1定状态,L与A并联,其电流分别为IL和IA,都是从左向右.在断开K的瞬时,灯A中原来的从左向右的电流IA立即消失.但是灯A与线圈L组成一闭合回路,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熄灭之前要闪亮一下;如果原来IL≤IA,则灯A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<RA,则IL>IA.7.感应电量.回路中发生磁通量变化时,由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流,在△t内迁移的电量(感应电量)q:8.电磁感应现象中的综合问题⑴电磁感应中的力学问题:在电磁感应的力学问题中,由于感应电流与导体切割磁感线运动的加速度有着相互制约的关系,故导体一般不是做匀变速运动,而是经历一个动态变化过程再趋于一稳定状态.分析这一动态过程进而确定最终状态是解决这类问题的关键所在.分析顺序一般为:①首先分析导体最初在磁场中的运动状态和受力情况;②再分析由于运动状态变化,导体受到的磁场力、合外力的变化;③再分析由于合外力的变化,导体的加速度、速度又会怎样变,从而又引起感应电流、磁场力、合力怎么变;④最终明确导体所能达到的是何种稳定状态.⑵电磁感应中的电路问题:在电磁感应现象中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势而成为电源,将它们跟电阻、电容等构成回路即为电磁感应中的电路问题.解决这类问题时,找准电源、正确判断感应电动势的方向(即电源的正负极)是关键.分析求解的一般步骤为:①确定电源,求出电动势(或其表达式);②分析电路结构,明确内、外电路;③正确运用稳恒电流求解.⑶电磁感应中的能量转化问题:导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流,则有机械能或其他形式的能量转化为电能,通过安培力做功,电能最终又转化为内能或机械能.因此,电磁感应过程问题伴随着能量转化.功是能量转化的量度,做功与能量转化的形式相对应,所以从能量转化的观点出发,结合动能定理、能量守恒定律、功能关系来分析导体的动能、势能、电能的变化,就可以建立相应的能量方程.⑷电磁感应中的图像问题:电磁感应教学中涉及的图像一般有以下两种:①各物理量随时间t变化的图像,即B—t图线、Φ--t图线、E--t图线、I--t图线等.②各物理量随线圈或导体的位移x变化的图线.常有E--x图线、I--x图线等.图像问题大致可分为两类:由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像或由给定的图像分析电磁感应过程.电磁感应中的图像问题一般需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决.例题精选1.如图(a)所示,两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合,放在同一水平面内,线圈A 中通以如图(b)所示的变化电流,t=0时电流方向为顺时针(箭头所示)。
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表示切线的斜率.
(可以类比速度、速度的变化和速度的变化率。)
三、导体作切割磁感线运动
理论探究:如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强 磁场中,磁感应强度是B,ab以速度v匀速切割磁感线, 求产生的感应电动势
回路在时间t内增大的面积为:
ΔS=LvΔt
× ×a × × a×
1820年,奥斯特发现电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象存在 联系.
奥斯特发现的电流磁效应,使整个科学界受到了极大的震动,它证实电现象与 磁现象是有联系的。法拉第赞扬道:“它突然打开了科学中一个黑暗领域的大 门,使其充满光明。”
2、法拉第心系“磁生电”
闪光的思想
漫长而艰苦的探究过程
归纳概括了五种由磁生电的方法
高中物理选修3-2第四章《电磁感应》 教材分析与教学建议
第一章 电磁感应 1 划时代的发现 2 探究电磁感应的产生条件 3 法拉第电磁感应定律 4 楞次定律 5 感生电动势和动生电动势 6 互感和自感 7 涡流
2007考试说明
1 电磁感应现象
Ⅰ
2 磁通量
Ⅰ
3 法拉第电磁感应定律 Ⅱ
4 楞次定律
Ⅱ
5 自感 涡流
2、公式②中v若代表平均速度,则求 出的E就为平均感应电动势。
四、反电动势
1、电动机转动时产生的感应电动势削弱了电 源的电流,这个电动势称为反电动势。反电 动势的作用是阻碍线圈的转动。这样,要维 持线圈原来的转动就必须向其提供电能,电 能转化为其它形式的能。
2、电动机停止转动,这时就没有了反电动势, 线圈电阻一般都很小,线圈中电流会很大, 电动机可能会烧毁。这时,应立即切断电源, 进行检查。
2、①求出的是整个回路的感应电 a L d
人教版选修3-2 第四章 第5节 电磁感应现象的两类情况 课件(30张)
(3)导体棒受到的安培力 F=BIl=(B0+kx)Il=0.4(1+x) 安培力随位置线性变化,则安培力做功
WF=12[B0+(B0+kx)]Ilx
代入数据得WF=1.6 J.
感生电动势
动生电动势
产生原因
磁场的变化
导体做切割磁感线运动
移动电荷 感生电场对自由 导体中自由电荷所受洛伦
的非静电力 电荷的电场力
兹力沿导体方向的分力
回路中相 当于电源
的部分
处于变化磁场中 的线圈部分
做切割磁感线运动的导体
ΔΦ产生 的原因
感生电动势
动生电动势
磁场变化产生电 动势,ΔΦ是由于 磁场变化而产生 的,所以ΔΦ= ΔB·S
答案:(1)2 A
2 (2)3 m/s
(3)1.6 J
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解析:选A 磁场变化时在空间激发感生电场,其方向与所 产生的感应电流方向相同,只能由楞次定律判断,A项正确.
2.某空间出现了如图所示的一组闭合电场 线,方向从上向下看是顺时针的,这可能是 ()
A.沿AB方向磁场在迅速减弱 B.沿AB方向磁场在迅速增强 C.沿BA方向磁场恒定不变 D.沿BA方向磁场在迅速减弱
要点二 动生电动势与感生电动势 1.动生电动势:由于导体 4 ___切__割_____磁感线运动而产生 的感应电动势. 2.动生电动势中的“非静电力” 自由电荷因随导体棒运动而受到 5 _洛__伦__兹__力___,非静电力与 6 __洛__伦__兹__力__有关.
3.感生电动势与动生电动势的对比
由E=n
ΔB Δt
【人教版】高中物理选修3-2精品讲义:第4章电磁感应 1~2
1划时代的发现2探究感应电流的产生条件[学习目标] 1.理解什么是电磁感应现象及产生感应电流的条件.2.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验.3.了解磁通量的定义及变化.一、电磁感应的发现[导学探究](1)在一次讲演中,奥斯特在南北方向的导线下面放置了一枚小磁针,当接通电源时小磁针为什么转动?(2)法拉第把两个线圈绕在同一个铁环上,一个线圈接到电源上,另一个线圈接入“电流表”,在给一个线圈通电或断电的瞬间,观察电流表,会看到什么现象?说明了什么?答案(1)电流的周围产生磁场,小磁针受到磁场力的作用而转动.(2)电流表的指针发生摆动,说明另一个线圈中产生了电流.[知识梳理]电流的磁效应及电磁感应现象的发现:(1)丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动,这种作用称为电流的磁效应,揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系.(2)英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,即“磁生电”现象,他把这种现象命名为电磁感应.产生的电流叫做感应电流.[即学即用]判断下列说法的正误.(1)若把导线东西放置,当接通电源时,导线下面的小磁针一定会发生转动.()(2)奥斯特发现了电流的磁效应;法拉第发现了电磁感应现象.()(3)小磁针在通电导线附近发生偏转的现象是电磁感应现象.()(4)通电线圈在磁场中转动的现象是电流的磁效应.( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×二、磁通量及其变化[导学探究] 如图1所示,闭合导线框架的面积为S ,匀强磁场的磁感应强度为B .图1(1)分别求出B ⊥S (图示位置)和B ∥S (线框绕OO ′转90°)时,穿过闭合导线框架平面的磁通量.(2)由图示位置绕OO ′转过60°时,穿过框架平面的磁通量为多少?这个过程中磁通量变化了多少?答案 (1)BS 0 (2)12BS 减少了12BS [知识梳理] 磁通量的定义及公式:(1)定义:闭合回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫做磁通量.(2)公式:Φ=BS ,其中的S 应为平面在垂直于磁场方向上的投影面积.大小与线圈的匝数无关(填“有”或“无”).ΔΦ=Φ2-Φ1.[即学即用] 判断下列说法的正误.(1)磁感应强度越大,线圈面积越大,则磁通量越大.( )(2)穿过线圈的磁通量为零,但磁感应强度不一定为零.( )(3)磁通量发生变化,一定是磁场发生变化引起的.( )(4)利用公式Φ=BS ,可计算任何磁场中某个面的磁通量.( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×三、感应电流产生的条件 [导学探究] 如图2所示,导体AB 做切割磁感线运动时,线路中有电流产生,而导体AB 顺着磁感线运动时,线路中无电流产生.(填“有”或“无”)图2如图3所示,当条形磁铁插入或拔出线圈时,线圈中有电流产生,但条形磁铁在线圈中静止不动时,线圈中无电流产生.(填“有”或“无”)图3如图4所示,将小螺线管A插入大螺线管B中不动,当开关S闭合或断开时,电流表中有电流通过;若开关S一直闭合,当改变滑动变阻器的阻值时,电流表中有电流通过;而开关一直闭合,滑动变阻器的滑动触头不动时,电流表中无电流通过.(填“有”或“无”)图4[知识梳理]产生感应电流的条件是:只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就会产生感应电流.[即学即用]判断下列说法的正误.(1)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生.()(2)穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生.()(3)穿过闭合线圈的磁通量变化时,线圈中有感应电流.()(4)闭合正方形线框在匀强磁场中垂直磁感线运动,必然产生感应电流.()答案(1)×(2)×(3)√(4)×一、磁通量Φ的理解与计算1.匀强磁场中磁通量的计算(1)B与S垂直时,Φ=BS.(2)B与S不垂直时,Φ=B⊥S,B⊥为B垂直于线圈平面的分量.如图5甲所示,Φ=B⊥S=(B sin θ)·S.也可以Φ=BS⊥,S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积,如图乙所示,Φ=BS⊥=BS cos θ.图52.磁通量的变化大致可分为以下几种情况:(1)磁感应强度B不变,有效面积S发生变化.如图6(a)所示.(2)有效面积S不变,磁感应强度B发生变化.如图(b)所示.(3)磁感应强度B和有效面积S都不变,它们之间的夹角发生变化.如图(c)所示.图6例1如图7所示,有一垂直纸面向里的匀强磁场,B=0.8 T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为1 cm.现于纸面内先后放上圆线圈A、B、C,圆心均处于O处,线圈A的半径为1 cm,10匝;线圈B的半径为2 cm,1匝;线圈C的半径为0.5 cm,1匝.问:图7(1)在B减为0.4 T的过程中,线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少?(2)在磁场转过90°角的过程中,线圈C中的磁通量变化了多少?转过180°角呢?答案(1)A、B线圈的磁通量均减少了1.256×10-4 Wb(2)减少了6.28×10-5 Wb减少了1.256×10-4 Wb解析(1)A、B线圈中的磁通量始终一样,故它们的变化量也一样.ΔΦ=(B2-B)·πr2=-1.256×10-4 Wb即A、B线圈中的磁通量都减少1.256×10-4 Wb(2)对线圈C,Φ1=Bπr′2=6.28×10-5 Wb当转过90°时,Φ2=0,故ΔΦ1=Φ2-Φ1=0-6.28×10-5 Wb=-6.28×10-5 Wb当转过180°时,磁感线从另一侧穿过线圈,若取Φ1为正,则Φ3为负,有Φ3=-Bπr′2,故ΔΦ2=Φ3-Φ1=-2Bπr′2=-1.256×10-4 Wb.1.磁通量与线圈匝数无关.2.磁通量是标量,但有正、负,其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反.针对训练1磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量,如图8所示,通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面,第一次将线框由位置1平移到位置2,第二次将线框绕cd边翻转到位置2,设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则()图8A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1=ΔΦ2C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.无法确定答案 C二、感应电流产生条件的理解及应用1.感应电流产生条件的理解不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流;反之,只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化.2.注意区别ΔΦ与Φ:感应电流的产生与Φ无关,只取决于Φ的变化,即与ΔΦ有关.ΔΦ与Φ的大小没有必然的联系.例2如图所示,用导线做成圆形或正方形回路,这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘),下列组合中,切断直导线中的电流时,闭合回路中会有感应电流产生的是()答案 C解析利用安培定则判断直线电流产生的磁场,其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆,即磁感线所在平面均垂直于导线,且直线电流产生的磁场分布情况是靠近直导线处磁场强,远离直导线处磁场弱.所以,A中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示,其有效磁通量为ΦA=Φ出-Φ进=0,且始终为0,即使切断导线中的电流,ΦA也始终为0,A中不可能产生感应电流.B中线圈平面与导线的磁场平行,穿过B中线圈的磁通量也始终为0,B中也不能产生感应电流.C中穿过线圈的磁通量如图乙所示,Φ进>Φ出,即ΦC≠0,当切断导线中电流后,经过一定时间,穿过线圈的磁通量减小为0,所以C中有感应电流产生.D中线圈的磁通量如图丙所示,其有效磁通量为ΦD=Φ出-Φ进=0,且始终为0,即使切断导线中的电流,ΦD也始终为0,D中不可能产生感应电流.针对训练2(多选) 如图9所示装置,在下列各种情况中,能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是()图9A.开关S闭合的瞬间B.开关S闭合后,电路中电流稳定时C.开关S闭合后,滑动变阻器触头滑动的瞬间D.开关S断开的瞬间答案ACD例3金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动,线圈中有感应电流的是()答案 A解析在选项B、C中,线圈中的磁通量始终为零,不产生感应电流;选项D中磁通量始终最大,保持不变,也没有感应电流;选项A中,在线圈转动过程中,磁通量做周期性变化,产生感应电流,故A正确.判断部分导体做切割磁感线运动产生感应电流时应注意:(1)导体是否将磁感线“割断”,如果没有“割断”就不能说切割.如例3中,A图是真“切割”,B、C图中没有切断,是假“切割”.(2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动,如例3 D图中ad、bc边都切割磁感线,由切割不容易判断,则要回归到磁通量是否变化上去.1.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是() A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接.往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化答案 D解析电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化,同时满足这两个条件,电路中才会产生感应电流,本题中的A、B选项都不会使得电路中的磁通量发生变化,并不满足产生感应电流的条件,故都不正确.C选项中磁铁插入线圈时,虽有短暂电流产生,但未能及时观察,C项错误.在给线圈通电、断电瞬间,会引起闭合电路磁通量发生变化,产生感应电流,因此D 项正确.2. 如图10所示,a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环,条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直,则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为()图10A.Φa>ΦbB.Φa<ΦbC.Φa=ΦbD.不能比较答案 A解析条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是:①磁铁内外磁感线的条数相同;②磁铁内外磁感线的方向相反;③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏.两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时,通过其中一个圆环的磁感线的俯视图如图所示,穿过该圆环的磁通量Φ=Φ进-Φ出,由于两圆环面积S a<S b,两圆环的Φ进相同,而Φ出a<Φ出b,所以穿过两圆环的有效磁通量Φa>Φb,故A正确.3.(多选)下图中能产生感应电流的是()答案BD解析根据产生感应电流的条件:A选项中,电路没有闭合,无感应电流;B选项中,面积增大,闭合电路的磁通量增大,有感应电流;C选项中,穿过线圈的磁感线相互抵消,Φ恒为零,无感应电流;D选项中,磁通量发生变化,有感应电流.4.(多选)如图11所示,开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直,且一半在磁场内,一半在磁场外,若要使线框中产生感应电流,下列办法中可行的是()图11A.将线框向左拉出磁场B.以ab边为轴转动C.以ad边为轴转动(小于60°)D.以bc边为轴转动(小于60°)答案ABC解析将线框向左拉出磁场的过程中,线框的bc部分切割磁感线,或者说穿过线框的磁通量减少,所以线框中将产生感应电流.当线框以ab边为轴转动时,线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动,或者说穿过线框的磁通量在发生变化,所以线框中将产生感应电流.当线框以ad边为轴转动(小于60°)时,穿过线框的磁通量在减小,所以在这个过程中线框内会产生感应电流.如果转过的角度超过60°(60°~300°),bc边将进入无磁场区,那么线框中将不产生感应电流.当线框以bc边为轴转动时,如果转动的角度小于60°,则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积).一、选择题(1~6题为单选题,7~10题为多选题)1.许多科学家在物理学发展中做出了重要贡献,下列表述中正确的是()A.牛顿测出引力常数B.法拉第发现电磁感应现象C.安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式D.奥斯特总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律答案 B2.如图所示实验装置中用于研究电磁感应现象的是()答案 B解析选项A是用来探究影响安培力大小因素的实验装置.选项B是研究电磁感应现象的实验装置,观察闭合线框在磁场中做切割磁感线运动时电流表是否会产生感应电流.选项C是用来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验装置.选项D是奥斯特实验装置,证明通电导线周围存在磁场.3. 如图1所示,大圆导线环A中通有电流,方向如图中箭头所示,另在导线环所在平面画一个圆B,它的一部分面积在A环内,另一部分面积在A环外,则穿过圆B的磁通量()图1A.为0B.垂直纸面向里C.垂直纸面向外D.条件不足,无法判断答案 B解析因为通电导线环的磁场中心密集,外部稀疏,所以,穿过圆B的净磁感线为垂直纸面向里.4. 如图2所示,半径为R的圆形线圈共有n匝,其中心位置处半径为r(r<R)的范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面,若磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为()图2A.πBR2 B.πBr2C.nπBR2 D.nπBr2答案 B解析由磁通量的定义式知Φ=BS=πBr2,故B正确.5. 如图3所示,一矩形线框从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中,关于穿过线框的磁通量情况,下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动) ()图3A.一直增加B.一直减少C.先增加后减少D.先增加,再减少到零,然后再增加,然后再减少答案 D解析离导线越近,磁场越强,当线框从左向右靠近导线的过程中,穿过线框的磁通量增大,当线框跨在导线上向右运动时,磁通量减小,当导线在线框正中央时,磁通量为零,从该位置向右,磁通量又增大,当线框离开导线向右运动的过程中,磁通量又减小;故A、B、C 错误,D正确,故选D.6. 如图4所示,闭合圆形导线圈平行地放置在匀强磁场中,其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两直径.试分析线圈做以下哪种运动时能产生感应电流()图4A.使线圈在其平面内平动或转动B.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动C.使线圈以ac为轴转动D.使线圈以bd为轴稍做转动答案 D解析线圈在匀强磁场中运动,磁感应强度B为定值,由ΔΦ=B·ΔS知:只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0,则磁通量一定改变,回路中一定有感应电流产生.当线圈在其平面内平动或转动时,线圈相对磁场的正对面积始终为零,即ΔS=0,因而无感应电流产生,A错;当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动时,同样ΔS=0,因而无感应电流产生,B错;当线圈以ac为轴转动时,线圈相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零,回路中仍无感应电流产生,C错;当线圈以bd为轴稍做转动时,线圈相对磁场的正对面积发生了改变,因此在回路中产生了感应电流.故选D.7.如图5所示,电流表与螺线管组成闭合电路,以下能使电流表指针偏转的是()图5A.将磁铁插入螺线管的过程中B.磁铁放在螺线管中不动时C.将磁铁从螺线管中向上拉出的过程中D.磁铁静止而将螺线管向上移动答案ACD解析只要是螺线管中的磁通量发生变化,回路中有感应电流,指针便会偏转;只要是螺线管中的磁通量不发生变化,回路中无感应电流,指针便不会偏转.在磁铁插入、拉出过程中螺线管中的磁通量均发生变化,能产生感应电流,电流表指针偏转.故A、C正确;磁铁放在螺线管中不动时,螺线管中的磁通量不发生变化,无感应电流产生,故B错误;由于磁铁静止而螺线管向上移动,螺线管中的磁通量发生变化,有感应电流产生,电流表指针偏转,故D正确.8.闭合线圈按如图所示的方式在磁场中运动,则穿过闭合线圈的磁通量发生变化的是()答案AB解析A图中,图示状态Φ=0,转至90°过程中Φ增大,因此磁通量发生变化;B图中离直导线越远磁场越弱,磁感线越稀,所以当线圈远离导线时,线圈中磁通量不断变小;C图中一定要把条形磁铁周围的磁感线空间分布图弄清楚,在图示位置,线圈中的磁通量为零,在向下移动过程中,线圈的磁通量一直为零,磁通量不变;D图中,随着线圈的转动,B与S 都不变,B又垂直于S,所以Φ=BS始终不变,故正确答案为A、B.9.如图6所示,在匀强磁场中有两条平行的金属导轨,磁场方向与导轨平面垂直.导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd,与导轨接触良好.这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2,若井字形回路中有感应电流通过,则可能()图6A.v1>v2 B.v1<v2C.v1=v2 D.无法确定答案AB10. 如图7所示,导线ab和cd互相平行,则下列四种情况中,导线cd中有电流的是()图7A.开关S闭合或断开的瞬间B.开关S是闭合的,滑动触头向左滑C.开关S是闭合的,滑动触头向右滑D.开关S始终闭合,滑动触头不动答案ABC解析开关S闭合或断开的瞬间;开关S闭合,滑动触头向左滑的过程;开关S闭合,滑动触头向右滑的过程都会使通过导线ab段的电流发生变化,使穿过cd回路的磁通量发生变化,从而在cd导线中产生感应电流.正确选项为A、B、C.二、非选择题11.在研究电磁感应现象的实验中,所用器材如图8所示.它们是①电流表;②直流电源;③带铁芯的线圈A;④线圈B;⑤开关;⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱).试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线).图8答案连接电路如图所示12.如图9所示,线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连,线圈Ⅱ与电流计相连,线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上,在下列情况下,电流计中是否有示数?图9(1)开关闭合瞬间;(2)开关闭合稳定后;(3)开关闭合稳定后,来回移动滑动变阻器的滑片;(4)开关断开瞬间.答案(1)有(2)无(3)有(4)有解析(1)开关闭合时线圈Ⅰ中电流从无到有,电流的磁场也从无到有,穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有,线圈Ⅱ中产生感应电流,电流计有示数.(2)开关闭合稳定后,线圈Ⅰ中电流稳定不变,电流的磁场不变,此时线圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量稳定不变,线圈Ⅱ中无感应电流产生,电流计无示数.(3)开关闭合稳定后,来回移动滑动变阻器的滑片,电阻变化,线圈Ⅰ中的电流变化,电流形成的磁场也发生变化,穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化,线圈Ⅱ中有感应电流产生,电流计有示数.(4)开关断开瞬间,线圈Ⅰ中电流从有到无,电流的磁场也从有到无,穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无,线圈Ⅱ中有感应电流产生,电流计有示数.。
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高中物理选修3-2 电磁感应复习一、电磁感应现象及其发生条件1、电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生,这种现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流.2.电磁感应的条件(1)产生感应电流的条件为:①电路为闭合电路;②回路中磁通量发生变化。
(2)感应电动势产生的条件:穿过电路的磁通量发生变化。
这里不要求闭合.无论电路闭合与否,只要磁通量变化了,就会有感应电动势产生。
例1.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及电键如图连接.下列说法中正确的是( )A.电键闭合后,线圈A 插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A 插入线圈B 中后,电键闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转C.电键闭合后,滑动变阻器的滑片P 匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度D.电键闭合后,只有滑动变阻器的滑片P 加速滑动,电流计指针才能偏转例2.如图2 所示,矩形线框abcd 的一边ad 恰与长直导线重合(互相绝缘).现使线框绕不同的轴转动,能使框中产生感应电流的是[ ]A.绕ad 边为轴转动B.绕oo′为轴转动C.绕bc 边为轴转动D.绕ab 边为轴转动例3.如图6 所示,一有限范围的匀强磁场宽度为d,若将一个边长为l 的正方形导线框以速度v 匀速地通过磁场区域,已知d>l,则导线框中无感应电流的时间等于[ ]例4.条形磁铁竖直放置,闭合圆环水平放置,条形磁铁中心线穿过圆环中心,如图7 所示。
若圆环为弹性环,其形状由Ⅰ扩大为Ⅱ,那么圆环内磁通量变化情况是[ ]A.磁通量增大B.磁通量减小C.磁通量不变D.条件不足,无法确定二、楞次定律(来句去留、增反减同、增缩减扩)1.楞次定律:感应电流具有这样的方向,就是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.应用楞次定律判断感应电流方向的四个步骤。
(1)明确原磁场的方向;(2)明确穿过回路的磁通量是增加还是减少;(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向;(4)利用安培定则,判断感应电流的方向。
3.右手定则:伸开右手,让拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线从掌心进入,拇指指向导体切割磁感线的运动方向,其余四指指的就是感应电流的方向.例1.如图6 所示,光滑导轨MN 水平放置,两根导体棒平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从上方下落(未达导轨平面)的过程中,导体P、Q 的运动情况是:[ ]A.P、Q 互相靠拢B.P、Q 互相远离C.P、Q 均静止D.因磁铁下落的极性未知,无法判断例 2.如图7 所示,一个水平放置的矩形线圈abcd,在细长水平磁铁的S 极附近竖直下落,由位置Ⅰ经位置Ⅱ到位置Ⅲ。
位置Ⅱ与磁铁同一平面,位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ,则在下落过程中,线圈中的感应电流的方向为[ ]A.Abcda B.AdcbaC.从abcda 到adcba D.从adcba 到abcda例3.如图24 所示,导线圈A 水平放置,条形磁铁在其正上方,N 极向下且向下移近导线圈的过程中,导线圈A 中的感应电流方向是,导线圈A 所受磁场力的方向是。
若将条形磁铁S 极向下,且向上远离导线框移动时,导线框内感应电流方向是,导线框所受磁场力的方向是。
例 4.如图8 所示,要使Q 线圈产生图示方向的电流,可采用的方法有[ ]A.闭合电键K B.闭合电键K 后,把R 的滑动方向右移C.闭合电键K 后,把P 中的铁心从左边抽出D.闭合电键K 后,把Q 靠近P三、法拉第电磁感应定律1.应用法拉第电磁感应定律时应注意:∆Φ(1)公式E =n∆t(2)公式E =n∆Φ∆t计算的是在∆t 时间内的平均电动势。
中涉及到磁通量的变化量∆Φ的计算,对于∆Φ的计算,有三种情况:∆B ∆B①回路与磁场垂直的面积S 不变,磁感应强度发生变化,则∆Φ=∆B ⋅S ,此时E =n∆t⋅S ,此式中的∆t叫磁∆B感应强度的变化率,若是恒定的,即磁场是均匀变化的,那么产生的感应电动势就是恒定电动势。
∆tφφφφO t O t O t O tt1t2②磁感应强度B 不变,回路在垂直磁场方向的射影的面积S 发生变化,则∆Φ=B ⋅∆S 。
线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属于这种情况。
③磁感应强度B 和回路在垂直磁场方向的面积S 均发生变化,则∆Φ=B2 S2 -B1S1例1.一个矩形线圈长L l=0.2 m,宽L2=0.1 m,共100 匝,匀强磁场垂直线圈平面向里,磁感强度B 随时间t 变化的规律是B=0.4t+0.2,式中t 的单位是秒,B 的单位是特。
当t=2 s 时,穿过矩形线圈的磁通量中Φ=Wb,线圈中感应电动势ε=V。
例2.穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t 变化的图像分别如图甲、乙、丙、丁所示,下列关于回路中产生的感应电动势的论述,正确的是( )甲乙丙丁A.图甲中回路产生的感应电动势恒定不变B.图乙中回路产生的感应电动势一直在变大C.图丙中回路在0~t1时间内产生的感应电动势大于在t1~t2时间内产生的感应电动势D.图丁中回路产生的感应电动势先变小再变大2.导体切割磁感线产生感应电动势(1)E=BLv 或E=BLv sin θ。
对E=BLv 的理解:(1)上式只适用于导体各点以相同速度在匀强磁场中切割磁感线的情况,且:v ⊥B ,v ⊥L ;L 所在处B 相同(匀强磁场)。
(2)当L 垂直B、L 垂直v,而v 与B 成θ角时,导体切割磁感线产生的感应电动势大小为E=BLv sin θ.(3)若导线是曲折的,或L 与v 不垂直时,则L 应为导线的有效切割长度,即导线两端点v、B 所决定平面的垂线上的投影长度,如右图所示,三种情况下感应电动势大小相同.(4)公式E=BLv 中,若v 为一段时间内的平均速度,则E 为平均感应电动势,若v 为某时刻的切割速度,则E 为瞬时感应电动势.【电磁感应与电路综合】方法:用右手定则判断电源正负极,画出等效电路图,找出内外电路例1.如图所示,水平放置的平行金属导轨,相距L=0.50 m,左端接一电阻R=0.20 Ω,磁感应强度B=0.40 T,方向垂直于导轨平面的匀强磁场,导体棒ab 垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,当ab 以v=4.0 m/s 的速度水平向右匀速滑动时,求:(结果保留两位有效数字)(1)ab 棒中感应电动势的大小,并指出a、b 哪端电势高;(2)回路中感应电流的大小;(3)维持ab 棒做匀速运动的水平外力F 的大小.例2.如图所示,虚线框内有方向垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场,导线框的三条竖直边的电阻均为r,长均为L,两横边电阻不计,线框平面与磁场方向垂直。
当导线框以恒定速度v 水平向右运动,ab 边进入磁场时,ab 两端的电势差为U1,当cd 边进入磁场时,ab 两端的电势差为U2,则()A.U1=BLv B.U11= 3 BLve c a2C.U 2= BLv D.U 2= 3 BLvf d b例3.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行.现使线框以同样大小的速度沿四个不同的方向平移出磁场,如图所示,则在移出过程中线框的一边a、b 两点间电势差绝对值最大的是()例4.如图所示,MN、PQ 为两平行金属导轨,M、P 间连有一阻值为R 的电阻,导轨处于匀强磁场中,磁感应强o a ω度为B,磁场方向与导轨所在平面垂直,图中磁场垂直纸面向里.有一金属圆环沿两导轨滑动,速度为v,与导轨接触良好,圆环的直径 d 与两导轨间的距离相等.设金属环与导轨的电阻均可忽略,当金属环向右做匀速运动时( )dBvA.有感应电流通过电阻R,大小为RvB.有感应电流通过电阻R,大小为C.有感应电流通过电阻R,大小为dBv R2dBv RD.没有感应电流通过电阻R3.转动产生感应电动势(1)转动轴与磁感线平行如图,磁感应强度为B 的匀强磁场方向垂直于纸面向外,长L 的金属棒oa 以o 为轴在该平面内以角速度ω 逆时针匀速转动。
求金属棒中的感应电动势。
在应用感应电动势的公式时,必须注意其中的速度v 应该指导线上各点的平12均速度,在本题中应该是金属棒中点的速度,因此有E= BωL 。
2例1.如图所示,金属圆环圆心为O,半径为L,金属棒Oa 以O 点为轴在环上转动,角速度为ω,与环面垂直的匀强磁场磁感应强度为B,电阻R 接在O 点与圆环之间,求通过R 的电流大小。
例2.在磁感应强度为B=0.4 T 的匀强磁场中放一个半径r0=50 cm 的圆形导轨,上面搁有互相垂直的两根导体棒,一起以角速度ω=103rad/s 逆时针匀速转动.圆导轨边缘和两棒中央通过电刷与外电路连接,若每根导体棒的有效电阻为R 0=0.8Ω,外接电阻R=3.9 Ω,如图所示,求:(1)每半根导体棒产生的感应电动势.(2)当电键S 接通和断开时两电表示数(假定R V→∞,R A→0).个性化教学案XueDa Personalized Education Development CenterL1ωad BL2b c (2)转动轴与磁感线垂直例1.如图,矩形线圈的长、宽分别为L1、L2,所围面积为S,向右的匀强磁场的磁感应强度为B,线圈绕图示的轴以角速度ω匀速转动。
线圈的ab、cd 两边切割磁感线,产生的感应电动势相加可得E=BSω。
如果线圈由n 匝导线绕制而成,则E=nBSω。
从图示位置开始计时,则感应电动势的瞬时值为。
该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关(但是轴必须与B 垂直),这就是交流发电机产生的交流电的瞬时电动势。
例2.如图所示,矩形线圈abcd 的边长分别是ab=L,ad=D,线圈与磁感应强度为B 的匀强磁场平行,线圈以ab 边为轴做角速度为ω的匀速转动,下列说法正确的是(从图示位置开始计时)( )A.t=0 时线圈的感应电动势为零B.转过90°时线圈的感应电动势为零1C.转过90°的过程中线圈中的平均感应电动势为ωBLD2个性化教学案XueDa Personalized Education Development Center2ωBLDD.转过90°的过程中线圈中的平均感应电动势为π4.感应电量的计算例1.有一面积为S=100cm2的金属环,电阻为R=0.1Ω,环中磁场变化规律如图所示,磁场方向垂直环面向里,则在t2-t1 时间内通过金属环某一截面的电荷量为C.例2.物理实验中,常用一种叫做“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电量.如图所示,探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度.已知线圈的匝数为n,面积为s,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R.若将线圈放在被测匀强磁场中,开始线圈平面与磁场垂直,现把探测圈翻转180°,冲击电流计测出通过线圈的电量为q,由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为()A.qR/S B.qR/nsC.qR/2nS D.qR/2S【电磁感应与图像综合】一、i-t 图像1.如图所示,一个导体做成的矩形线圈,以恒定速率v 运动,从无场区进入匀强磁场区,然后出来,若取逆时针方向为电流的正方向,那么图乙中所示的哪个图象能正确地表示回路中的电流随时间的函数关系( )11/ 292. 如图所示的异形导线框,匀速穿过一匀强磁场区,导线框中的感应电流 i 随时间 t 变化的图象是(设导线框中电流沿 abcdef 为正方向)( )3. 如图所示,一宽 40cm 的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里。