高中物理选修3-2电磁感应讲义

高中物理选修3-2电

磁感应讲义

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

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．Adcba

C．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：

（1）公式E n t

∆Φ=∆计算的是在t ∆时间内的平均电动势。 （2）公式E n t

∆Φ=∆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： ①回路与磁场垂直的面积S 不变，磁感应强度发生变化，则S B ⋅∆=∆Φ，此时B E n S t

∆=⋅∆，此式中的t B ∆∆叫磁感应强度的变化率，若t

B ∆∆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。

②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S B ∆⋅=∆Φ。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2211B S B S ∆Φ=-

例1．一个矩形线圈长L l ＝0.2 m ，宽L 2＝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()

φ t O φ t O φ

t O φ t O t 1 t 2

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～t 1时间内产生的感应电动势大于在t 1～t 2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：B v ⊥，L v ⊥；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.