高中物理电磁感应讲义

高中物理电磁感应讲义一、电磁感应现象1、电磁感应现象与感应电流.（1）利用磁场产生电流的现象，叫做电磁感应现象。

（2）由电磁感应现象产生的电流，叫做感应电流。

二、产生感应电流的条件1、产生感应电流的条件：闭合电路．．．．．．．。

．．．．中磁通量发生变化2、产生感应电流的方法.（1）磁铁运动。

（2）闭合电路一部分运动。

（3）磁场强度B变化或有效面积S变化。

注：第（1）（2）种方法产生的电流叫“动生电流”，第（3）种方法产生的电流叫“感生电流”。

不管是动生电流还是感生电流，我们都统称为“感应电流”。

3、对“磁通量变化”需注意的两点.（1）磁通量有正负之分，求磁通量时要按代数和（标量计算法则）的方法求总的磁通量（穿过平面的磁感线的净条数）。

（2）“运动不一定切割，切割不一定生电”。

导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。

4、分析是否产生感应电流的思路方法.（1）判断是否产生感应电流，关键是抓住两个条件：①回路是闭合导体回路。

②穿过闭合回路的磁通量发生变化。

注意：第②点强调的是磁通量“变化”，如果穿过闭合导体回路的磁通量很大但不变化，那么不论低通量有多大，也不会产生感应电流。

（2）分析磁通量是否变化时，既要弄清楚磁场的磁感线分布，又要注意引起磁通量变化的三种情况：①穿过闭合回路的磁场的磁感应强度B发生变化。

②闭合回路的面积S发生变化。

③磁感应强度B和面积S的夹角发生变化。

三、感应电流的方向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是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

①凡是由磁通量的增加引起的感应电流，它所激发的磁场阻碍原来磁通量的增加。

②凡是由磁通量的减少引起的感应电流，它所激发的磁场阻碍原来磁通量的减少。

（2）楞次定律的因果关系：闭合导体电路中磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结果，简要地说，只有当闭合电路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。

（3）“阻碍”的含义.①“阻碍”可能是“反抗”，也可能是“补偿”.当引起感应电流的磁通量（原磁通量）增加时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相反，感应电流的磁场“反抗”原磁通量的增加；当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相同，感应电流的磁场“补偿”原磁通量的减少。

（“增反减同”）②“阻碍”不等于“阻止”，而是“延缓”.感应电流的磁场不能阻止原磁通量的变化，只是延缓了原磁通量的变化。

当由于原磁通量的增加引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了，但磁通量仍在增加，不影响磁通量最终的增加量；当由于原磁通量的减少而引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了，但磁通量仍在减少，不影响磁通量最终的减少量。

即感应电流的磁场延缓了原磁通量的变化，而不能使原磁通量停止变化，该变化多少磁通量最后还是变化多少磁通量。

③“阻碍”不意味着“相反”.在理解楞次定律时，不能把“阻碍”作用认为感应电流产生磁场的方向与原磁场的方向相反。

事实上，它们可能同向，也可能反向。

（“增反减同”）（4）“阻碍”的作用.楞次定律中的“阻碍”作用，正是能的转化和守恒定律的反映，在客服这种阻碍的过程中，其他形式的能转化成电能。

（5）“阻碍”的形式.（6）适用范围：一切电磁感应现象.（7）研究对象：整个回路.（8）使用楞次定律的步骤：①明确（引起感应电流的）原磁场的方向.②明确穿过闭合电路的磁通量（指合磁通量）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利用安培定则确定感应电流的方向.2、右手定则.（1）内容：伸开右手，让拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直（或倾斜）从手心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。

（2）作用：判断感应电流的方向与磁感线方向、导体运动方向间的关系。

（3）适用范围：导体切割磁感线。

（4）研究对象：回路中的一部分导体。

（5）右手定则与楞次定律的联系和区别 .① 联系：右手定则可以看作是楞次定律在导体运动情况下的特殊运用，用右手定则和楞次定律判断感应电流的方向，结果是一致的。

② 区别：右手定则只适用于导体切割磁感线的情况（产生的是“动生电流”），不适合导体不运动，磁场或者面积变化的情况，即当产生“感生电流时，不能用右手定则进行判断感应电流的方向。

也就是说，楞次定律的适用范围更广，但是在导体切割磁感线的情况下用右手定则更容易判断。

【小技巧】：左手定则和右手定则很容易混淆，为了便于区分，把两个定则简单地总结为“通电受力用左手，运动生电用右手”。

“力”的最后一笔“丿”方向向左，用左手；“电”的最后一笔“乚”方向向右，用右手。

四、法拉第电磁感应定律 .1、法拉第电磁感应定律 .（1）内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。

（2）公式：t E ∆∆Φ=（单匝线圈） 或 tn E ∆∆Φ=（n 匝线圈）. 对表达式的理解：① E ∝⇔∆∆Φt t k E ∆∆Φ= 。

对于公式tk E ∆∆Φ=，k 为比例常数，当E 、ΔΦ、Δt 均取国际单位时，k =1，所以有t E ∆∆Φ= 。

若线圈有n 匝，且穿过每匝线圈的磁通量变化率相同，则相当于n 个相同的电动势t ∆∆Φ串联，所以整个线圈中电动势为tn E ∆∆Φ= （本式是确定感应电动势的普遍规律，适用于所有电路，此时电路不一定闭合）.② 在tnE ∆∆Φ=中（这里的ΔΦ取绝对值，所以此公式只计算感应电动势E 的大小，E 的方向根据楞次定律或右手定则判断），E 的大小是由匝数及磁通量的变化率（即磁通量变化的快慢）决定的，与Φ或ΔΦ之间无大小上的必然联系（类比学习：关系类似于a 、v 和Δv 的关系）。

③ 当Δt 较长时，t n E ∆∆Φ=求出的是平均感应电动势；当Δt 趋于零时，tn E ∆∆Φ=求出的是瞬时感应电动势。

2、E =BLv 的推导过程 .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?推导：回路在时间t 内增大的面积为：ΔS =L （v Δt ） .穿过回路的磁通量的变化为：ΔΦ = B ·ΔS= BLv ·Δt . 产生的感应电动势为：BLv tt BLv t E =∆∆⋅=∆∆Φ=（v 是相对于磁场的速度）.若导体斜切磁感线（即导线运动方向与导线本身垂直， 但跟磁感强度方向有夹角），如图所示，则感应电动势为E =BLvsin θ（斜切情况也可理解成将B 分解成平行于v 和垂直于v 两个分量）3、E =BLv 的四个特性 . （1）相互垂直性 .公式E =BLv 是在一定得条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需要B 、L 、v 三者相互垂直，实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算。

若B 、L 、v 三个物理量中有其中的两个物理量方向相互平行，感应电动势为零。

（2）L 的有效性 .公式E =BLv 是磁感应强度B 的方向与直导线L 及运动方向v 两两垂直的情形下，导体棒中产生的感应电动势。

L 是直导线的有效长度，即导线两端点在v 、B 所决定平面的垂线方向上的长度。

实际上这个性质是“相互垂直线”的一个延伸，在此是分解L ，事实上，我们也可以分解v 或者B ，让B 、L 、v 三者相互垂直，只有这样才能直接应用公式E =BLv 。

E =BL (v sin θ)或E =Bv (L sin θ) E = B ·2R ·v有效长度——直导线（或弯曲导线）在垂直速度方向上的投影长度.（3）瞬时对应性 .对于E =BLv ，若v 为瞬时速度，则E 为瞬时感应电动势；若v 是平均速度，则E 为平均感应电动势。

（4）v 的相对性 .公式E =BLv 中的v 指导体相对磁场的速度，并不是对地的速度。

只有在磁场静止，导体棒运动的情况下，导体相对磁场的速度才跟导体相对地的速度相等。

4、公式tnE ∆∆Φ=和E =BLvsin θ的区别和联系 . tnE ∆∆Φ= E =BLvsin θ区 别研究对象 整个闭合电路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体 适用范围 各种电磁感应现象只适用于导体切割磁感线运动的情况 计算结果 一般情况下，求得的是Δt 内的平均感应电动势一般情况下，求得的是某一时刻的瞬时感应电动势适用情形常用于磁感应强度B 变化所产生的电磁感应现象（磁场变化型） 常用于导体切割磁感线所产生的电磁感应现象（切割型）联系 E =Blvsin θ是由tnE ∆∆Φ=在一定条件下推导出来的，该公式可看作法拉第电磁感应定律的一个推论或者特殊应用。

（2）两个公式的选用 .① 求解导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题时，两个公式都可以用。

② 求解某一过程（或某一段时间）内的感应电动势、平均电流、通过导体横截面的电荷量（q =I Δt ）等问题，应选用tnE ∆∆Φ= . ③ 求解某一位置（或某一时刻）的感应电动势，计算瞬时电流、电功率及某段时间内的电功、电热等问题，应选用E =BLvsi nθ 。

5、感应电动势的两种求解方法 . （1）用公式tn E ∆∆Φ=求解 . t nE ∆∆Φ=是普遍适用的公式，当ΔΦ仅由磁场的变化引起时，该式可表示为S tBn E ∆∆=；若磁感应强度B 不变，ΔΦ仅由回路在垂直于磁场方向上得面积S 的变化引起时，则可表示为公式B tSnE ∆∆=，注意此时S 并非线圈的面积，而是线圈内部磁场的面积。

（2）用公式E =BLvsin θ求解 .① 若导体平动垂直切割磁感线，则E =BLv ，此时只适用于B 、L 、v 三者相互垂直的情况。

② 若导体平动但不垂直切割磁感线，E =BLvsin θ（此点参考P4“ E =BLv 的推导过程”）。

6、反电动势.电源通电后，电流从导体棒的a 端流向b 端，用左手定则可判断ab 棒受到的安培力水平向右，则ab 棒由静止向右加速运动， 而ab 棒向右运动后，会切割磁感线，从而产生感应电动势（如图）， 此感应电动势的阻碍电路中原来的电流，即感应电动势的方向跟 外加电压的方向相反，这个感应电动势称为“反电动势”。

五、电磁感应规律的应用 .1、法拉第电机 . （1）电机模型 .（2）原理：应用导体棒在磁场中切割磁感线而产生感应电动势。

.① 铜盘可以看作由无数根长度等于铜盘半径的导体棒组成，导体棒在转动过程中要切割磁感线。

② 大小：ω221BL E =（其中L 为棒的长度，ω为角速度） E =BLvtnE ∆∆Φ=棒上各点速度不同，其平均速度为棒上中点的速度：ωω⋅=⋅=L r v 21中。