2021年江苏高考物理复习课件：专题十 电磁感应

四、三个定则的比较
左手定则
右手定则
安培定则
应用
磁场对运动电荷、电 流作用力方向的判断
对因导体切割磁感线 而产生的感应电流方 向的判断
电流产生的磁场方向 的判断
涉及方向
磁场方向、电流(电荷 运动)方向、安培力(洛 仑兹力)方向
磁场方向、导体切割 磁感线的运动方向、 感应电动势的方向
电流方向、磁场方向
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的 现象
产生感应 条件 电流的条件
穿过闭合电路的磁通量发生变化
特例
闭合电路的一部分导体在磁场内做③ 切割磁感线 的运动
电磁感应 电磁感应现象的实质是产生④ 感应电动势 ,如果电路闭合则产生感应电流;如果 现象的实质 电路不闭合,则只产生感应电动势,而不产生感应电流
考点清单
考点一 电磁感应现象、楞次定律
一、磁通量
概念
在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向垂 直的面积S与B的乘积
公式
Φ=① BS
单位
1 Wb=② 1 T·m2
公式的适用条件
(1)匀强磁场 (2)磁感线的方向与平面垂直,即B⊥S
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
二、电磁感应现象
答案 A
三、楞次定律的理解及应用 1.楞次定律中“阻碍”的含义
谁阻碍谁
是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原 磁场)的磁通量的变化
阻碍什么
阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁场本身
如何阻碍
当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场 的方向相反;当磁通量减小时,感应电流的磁场方 向与原磁场的方向相同,即“增反减同”
答案 BC
拓展二 法拉第电磁感应定律
1.求解感应电动势的常见情况
情景图
研究 对象
表达式
回路(不一定闭合) 一段直导线(或等 效成直导线)
绕一端垂直磁场 转动的一段导体 棒
绕与B垂直的轴转 动的导线框
E=n ΔΦ
Δt
E=BLv(L为有效切 E= 1BL2ω
割长度)
2
E=NBSω cos ωt
例5 有一面积为S=100 cm2的金属环如图甲所示,电阻为R=0.1 Ω,环中磁 感应强度的变化规律如图乙所示,且磁场方向垂直环面向里,在t1到t2时间内 (1)环中感应电流的方向如何? (2)通过金属环的电荷量为多少?
解析 开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起穿过线圈B的磁通量发生变 化,电流计指针偏转,选项A正确;线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的 瞬间,穿过线圈B的磁通量会发生变化,电流计指针会偏转,选项B错误;开关 闭合后,滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动,都会导致线圈A 中的电流发生变化,穿过线圈B的磁通量变化,电流计指针都会发生偏转,选 项C、D错误。
ΔΦ=B·ΔS
Δt Δt
ΔΦ=S·ΔB
Δt Δt
注意 附注
穿过某个面有方向相 开始时和转过180°时平 既不表示磁通量的大
反的磁场,则不能直接 面都与磁场垂直,穿过 小,也不表示磁通量变
用Φ=B·S求解,应考虑相 平面的磁通量是一正 化的多少,实际它就是
反方向的磁通量抵消 一负,ΔΦ=-2BS而不是0 单匝线圈上产生的电
知能拓展
拓展一 感应电流产生的条件、楞次定律
一、磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率的区别
物理 意义
大小
磁通量Φ
某时刻穿过某个面的 磁感线的条数
磁通量的变化量ΔΦ
某一段时间内穿过某 个面的磁通量的变化 量
磁通量的变化率 ΔΦ
Δt
穿过某个面的磁通量 变化的快慢
Φ=B·S,S是与B垂直的 面的面积
ΔΦ=Φ2-Φ1 ΔΦ=B·ΔS ΔΦ=S·ΔB
Δt
Δt
ΔB ΔS 。
Δt
b.磁通量的变化率 ΔΦ 是Φ-t图像上某点切线的斜率。
Δt
二、导体切割磁感线产生的感应电动势
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1.公式E=Blv的使用条件
(1)匀强磁场。
(2)B、l、v三者相互③ 垂直 。
2.“瞬时性”的理解
(1)若v为瞬时速度,则E为瞬时感应电动势。
(2)若v为平均速度,则E为平均感应电动势。
结果如何
阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化快慢, 这种变化将继续进行,最终结果不受影响
2.应用楞次定律的两点注意
(1)感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向并非总是相同或相反,而是 “增反减同”。
(2)由于运动而产生感应电流时,感应电流的效果是阻碍物体间的相对运 动,而不是阻碍物体的运动。 3.楞次定律的推广含义 楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感 应电流的原因,列表说明如下:
二、电磁感应现象的判断 常见的产生感应电流的三种情况
例2 现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开 关如图所示连接。下列说法中正确的是 ( )
A.开关闭合后,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,开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转 C.开关闭合后,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 零刻线 D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才会偏转
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
三、感应电流的方向
内容
适用范围
楞次定律 感应电流的磁场总要⑤ 阻碍 引起感应电流的磁通 一切电磁感应现象 量的变化
右手定则
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
后所剩余的磁通量
动势
线圈平面与磁感线平行时,Φ=0,但 ΔΦ最大;线圈平面与磁感线垂直时,Φ最
Δt
大,但 ΔΦ=0;Φ、ΔΦ、 ΔΦ都与线圈匝数无关
Δt
Δt
例1 如图所示,有一个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形线圈,圆心均在O 处,A线圈半径为1 cm,10匝;B线圈半径为2 cm,1匝;C线圈半径为0.5 cm,1 匝。问:
(2)公式:E=n ΔΦ,其中n为线圈匝数。
Δt
(3)感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路欧姆定律,即I=
E R
r
。
(4)说明:a.当ΔΦ仅由B的变化引起时,则E=n S ΔB ;当ΔΦ仅由S的变化引起
Δt
时,则E=n B ΔS ;当ΔΦ由B、S的变化同时引起时,则E=n B2S2 -B1S1 ≠n
各物理 量方向 间的关 系图例
因果关系 应用实例
电流→作用力 电动机
运动→电流 发电机
电流→磁场 电磁铁
例4 如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、 MN,当PQ在外力的作用下运动时,MN在磁场力的作用下向右运动,则PQ所 做的运动可能是 ( )
A.向右加速运动 C.向右减速运动
内容 阻碍原磁通量变化——“增反减同”
例证 磁铁靠近线圈,B感与B原反向
阻碍相对运动——“来拒去留”
磁铁靠近,是斥力 磁铁远离,是引力
使回路面积有扩大或缩小的趋势 ——“增缩减 扩”
P、Q是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒,磁铁 下移,a、b靠近
阻碍原电流的变化——“增反减 同”
合上S,B先亮
例3 如图所示,闭合导体环水平固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过 导体环圆心的竖直轴线下落,穿过导体环的过程中,关于导体环中的感应电 流及条形磁铁的加速度,下列说法正确的是 ( )
导体切割磁感线产生感应电流
考点二 法拉第电磁感应定律
一、法拉第电磁感应定律
1.感应电动势 (1)感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势。 (2)产生条件:穿过回路的① 磁通量 发生改变,与电路是否闭合无关。 (3)方向判断:感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。 2.法拉第电磁感应定律 (1)内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的② 磁通量的变化率 成正比。
(1)在B减小为0.4 T的过程中,A和B中磁通量改变了多少? (2)当磁场转过30°角的过程中,C中磁通量改变了多少?
解析 (1)对A线圈,Φ1=B1πr2,Φ2=B2πr2。 故磁通量改变量:Φ2-Φ1=(0.4-0.8)×3.14×10-4 Wb=-1.256×10-4 Wb。 对B线圈同样有:Φ2-Φ1=(0.4-0.8)×3.14×10-4 Wb=-1.256×10-4 Wb。 (2)对C线圈,Φ1=Bπr'2,磁场转过30°,线圈仍全部处于磁场中,线圈面积在垂 直磁场方向的投影面积为πr'2 cos 30°,则 Φ2=Bπr'2 cos 30°。磁通量改变量:Φ2-Φ1=Bπr'2(cos 30°-1)=0.8×3.14×(5×10-3)2×(0. 866-1) Wb=-8.4×10-6 Wb。 答案 见解析 题后反思 磁通量是指穿过某一面积的磁感线的条数,与线圈匝数无关。 若线圈所围面积大于磁场面积,则以磁场区域面积为准。本题中B线圈与A 线圈中的磁通量始终一样,故它们的改变量也一样。
方向判断方法
由楞次定律判断
通常由右手定则判断,也可由楞 次定律判断
大小计算方法
由E=n ΔΦ计算
Δt
通常由E=Blv sin θ计算,也可由E
=n ΔΦ计算
Δt
考点三 自感、涡流 一、互感和自感 1.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应电动势,这种现象叫互感,这种电动势叫互感 电动势。变压器就是利用互感现象制成的。 2.自感 (1)自感: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:由于自感而产生的感应电动势。自感电动势总是阻碍导体 自身电流的变化,与电流变化的快慢有关,大小正比于电流的变化率,表示
B.向左加速运动 D.向左减速运动
解题导引 PQ与L2组成闭合回路,PQ为等效电源,L2为负载。L1与MN组成 闭合回路,L1为等效电源,MN为负载。 解析 当PQ向右运动时,用右手定则可判断出PQ中感应电流的方向是Q →P,由安培定则可判断出穿过L1的磁场方向是自下而上的。若PQ向右加 速运动,则穿过L1的磁通量增加,用楞次定律可判断出流过MN的感应电流 方向是N→M,用左手定则可判断出MN受到向左的安培力,将向左运动,可 见选项A错误。若PQ向右减速运动,流过MN的感应电流方向、MN所受的 安培力的方向均将反向,MN向右运动,所以选项C正确。同理可判断出选 项B正确,D错误。
ΔI
为E=① L Δt 。
(3)自感系数:E=L ΔI 中的比例系数L叫自感系数,简称自感或电感。线圈的
Δt
长度越长,线圈的横截面积越大,单位长度上匝数越多,线圈的自感系数越 大,线圈有铁芯比无铁芯时自感系数② 大得多 。 二、涡流 (1)涡流:块状金属放在变化的磁场中,或者让它在磁场中运动时,金属块内 产生的漩涡状感应电流。 (2)产生原因:金属块内③ 磁通量 变化→感应电动势→感应电流。 (3)涡流的利用:冶炼金属的高频感应炉利用强大的涡流产生焦耳热使金属 熔化;家用电磁炉也是利用涡流原理制成的。 (4)涡流的减小:各种电机和变压器中,用涂有绝缘漆的硅钢片叠加成的铁 芯,以减小涡流。
A.从上向下看,导体环中的感应电流的方向先顺时针后逆时针 B.从上向下看,导体环中的感应电流的方向先逆时针后顺时针 C.条形磁铁的加速度一直小于重力加速度 D.条形磁铁的加速度开始小于重力加速度,后大于重力加速度
解析 条形磁铁穿过导体环的过程中,导体环中磁通量方向向上,先增大后 减小,从上向下看,感应电流方向先顺时针后逆时针,A正确,B错误;导体环 中的感应电流产生的磁场始终阻碍条形磁铁运动,所以条形磁铁的加速度 一直小于重力加速度,C正确,D错误。 答案 AC
E=Blv中的速度v是相对于磁场的速度,若磁场也运动,应注意速度间的相对 关系。
三、感生电动势与动生电动势的比较
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
移动电荷的非静电力
感生电场对自由电荷的电场力 导体中自由电荷所受洛仑兹力 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
3.切割的“有效长度” 公式中的l为有效切割长度,即导体在与v垂直的方向上的投影长度。
甲图:沿v1方向运动时,l=cd ;沿v2方向运动时,l=cd ·sin β。 乙图:沿v1方向运动时,l=MN ;沿v2方向运动时,l=0。 丙图:沿v1方向运动时,l= 2 R;沿v2方向运动时,l=0;沿v3方向运动时,l=R。 4.“相对性”的理解