高三物理知识点梳理--电磁感应与交变电流

2018高三物理知识点梳理

电磁感应、交变电流 【考试说明】

考点内容

要求 考纲解读 电磁感应现象

Ⅰ 1.应用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向． 2．结合各种图象(如Φ－t 图象、B －t 图象和i －t 图象)，考查感应电流的产生条件及其方向的判定，导体切割磁感线产生感应电动势的计算． 3．电磁感应现象与磁场、电路、力学等知识的综合，以及电磁感应与实际相结合的题目.

磁通量

Ⅰ 法拉第电磁感应定律

Ⅱ 楞次定律

Ⅱ 自感、涡流

Ⅰ 【知识网络】

【考试说明解读】

一、电磁感应现象 楞次定律

1．磁通量 公式：Φ＝BS . 适用条件：(1)匀强磁场．(2)S 为垂直磁场的有效面积．磁通量是标量，有正负，不代表大小但计算时应带正负． 磁通量的意义：磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数．

如图所示，面积大小不等的两个圆形线圈A 和B 共轴套在一条形磁铁上，磁铁内部向上的磁感线的总条数是相同的，但由于线圈A 的面积大于B 的，外部穿过线圈向下的磁感线的条数A 的大于B 的，所以A ϕ＜B ϕ。

2．磁通量变化量：ΔΦ=|Φ2-Φ1 |

二、产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发

生变化．

能量转化：发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能．

深化拓展 当回路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，且产生感应电动势的那部分导体或线圈相当于电源．

三、感应电流方向的判断

1． 楞次定律 适用情况：所有的电磁感应现象．

内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．

步骤：①确定原磁场的方向；注意：原磁场是指引起回路产生电磁感应现象的磁场． ②判断穿过回路的磁通量的变化，是增加还是减少；

③根据楞次定律，判断感应电流的磁场方向；（增反减同）

④用安培定则（右手螺旋定则）确定感应电流的方向．

楞次定律推广应用

推广1：阻碍原磁通量的变化——“增反减同”．

推广2：阻碍相对运动——“来拒去留”．

推广3：使线圈面积有扩大或缩小的趋势

推广4：阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”.

总之：在各种电磁感应现象中，电磁感应的效果总是阻碍引起电磁感应的原因，若是由相对运动引起的，则阻碍相对运动；若是由电流变化引起的，则阻碍电流变化的趋势。

2． 右手定则 适用情况：导体棒切割磁感线产生感应电流．

【例1】（基础题）现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A 、线圈B 、电流计及电键按如图所示连接．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】（经典题）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)所示的交变电流，t ＝0时电流方向为顺时针(如图中箭头所示)，在t 1～t 2时间段内，对于线圈B ，下列说法中正确的是 ( )

A ．线圈

B 内有顺时针方向的电流，线圈有扩张的趋势

B ．线圈B 内有顺时针方向的电流，线圈有收缩的趋势

C ．线圈B 内有逆时针方向的电流，线圈有扩张的趋势

D ．线圈B 内有逆时针方向的电流，线圈有收缩的趋势

【例3】（经典题）(2011·上海单科，20)如图所示，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

四、法拉第电磁感应定律

1． 画等效电路：产生感应电动势的那部分导体就相当于电源，导体的电阻相当于电源内

阻．遵循闭合电路欧姆定律I ＝E R ＋r . 2． 法拉第电磁感应定律：E ＝n ΔΦΔt . （k=ΔΦΔt

，Φ－t 图像斜率） 一般求解平均电动势，求电量q ＝I Δt ＝n ΔΦΔt （R +r ）

·Δt ＝n ΔΦR +r .（电量q 与ΔΦΔt 无关，只与ΔΦ有关）

（1）感生电动势：B 变化E ＝n ΔBS Δt =nkS （k=ΔB Δt

，B —t 图像斜率）（方向判断楞次定律）

（2）动生电动势（导体切割磁感线）：E ＝n B ΔS Δt

＝Blv . （方向判断右手定则） 条件：Blv 两两垂直，l 有效长度（B ∥l ，E ＝0），一般求解瞬时电动势

注意：导体棒在磁场中转动切割：导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感

线方向匀速转动产生感应电动势E ＝Bl v ＝12Bl 2ω(平均速度等于中点位置线速度12

lω)． 3．注意：Φ、ΔΦ、ΔΦΔt

均与线圈匝数无关。 4、一个有用结论：含电容C 的金属导轨L ，垂直放在磁感应强度为B 的磁场中，质量为m

的金属棒跨在导轨上，在恒力F 的作用下，做匀加速运动，且加速度a=c L B m F 22 。

五．电磁感应中的能量及功能关系问题

系统克服安培力做功转换为闭合回路的电能：|W F 安|=E 电

(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W ＝UIt 或Q ＝I 2Rt 直接进行计算．也可利用功能关系、能量守恒 (2)若电流变化，则只能利用功能关系、能量守恒求解：①利用功能关系求系统安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于系统克服安培力所做的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能．

六、自感与涡流

1． 自感现象

(1)概念：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势．

(2)表达式：E ＝L ΔI Δt

. (3)自感系数L 的影响因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关．

2． 涡流

当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水中的旋涡，所以叫涡流．

(1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的相对运动．

(2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来．

(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用．

【例4】（基础题）如图所示为新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在．电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物．下列相关说法中正确的是 ( )

A ．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的

B ．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好

C ．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的

D ．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果

【例5】（经典题） 如图甲所示，电路的左侧是一个电容为C 的电容器，电路的右侧是一个环形导体，环形导体所围的面积为S .在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示．则在0～t 0时间内电容器 ( )

【例6】（经典题） 一个边长为L 的正方形导线框在倾角为θ的光滑固定斜面上由静止开始沿斜面下滑，随后进入虚线下方方向垂直于斜面的匀强磁场中．如图所示，磁场的上边界线水平，线框的下边ab 边始终水平，斜面以及下方的磁场往下方延伸到足够远．下列推理判断正确的是( )

A ．线框进入磁场过程b 点的电势比a 点高

B ．线框进入磁场过程一定是减速运动

C ．线框中产生的焦耳热一定等于线框减少的机械能