第四章电磁感应第5~7节

教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网一.教学内容第四章电磁感应第五节电磁感应规律的应用第六节互感和自感第七节涡流电磁阻尼和电磁驱动二.重点、难点解析1.对感生电动势与动生电动势实质的理解2.互感现象、自感现象和自感系数，自感现象的分析和判断3.涡流的概念及其应用，电磁阻尼和电磁驱动的实例分析三.知识内容1.感生电场与感生电动势感生电场：英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时在空间激发出一种电场，这种电场对自由电荷产生了力的作用，使自由电荷运动起来，形成了电流，或者说产生了电动势。这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。感生电动势：由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。感生电场的方向：感应电流的方向用楞次定律判定，电流的方向与正电荷移动的方向相同。感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向也可以用楞次定律判定。2.洛伦兹力与动生电动势动生电动势：由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。能量转化：导体棒中的电流受到安培力作用，安培力的方向与运动方向相反，阻碍导体棒的运动，导体棒要克服安培力做功，将机械能转化为电能。3.互感现象互感现象：当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感现象。互感电动势：在互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。说明：（1）任何两个相互靠近的电路之间都会存在互感现象。（2）利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。（3）在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时就要设法减小电路间的互感。4.自感现象（1）自感现象：由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象。自感现象的本质是：当通过导体中的电流发生变化时，导体本身就会产生感应电动势，从教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网而形成感应电流，这个感应电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，即感应电流的方向总是与原电流的变化方向相反。（2）自感电动势：自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。①自感电动势IELt②L是自感系数：a.L跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系.线圈越粗，越长、匝数越密，它的自感系数越大，另外有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多。b.自感系数的单位是亨利，国际符号是H，1亨=103毫亨=106微亨（3）关于自感现象的说明①如图所示，当合上开关后又断开开关瞬间，电灯L为什么会更亮，当合上开关后，由于线圈的电阻比灯泡的电阻小，因而过线圈的电流I2较过灯泡的电流I1大，当开关断开后，过线圈的电流将由I2变小，从而线圈会产生一个自感电动势，于是电流由c→b→a→d流动，此电流虽然比I2小但比I1还要大。因而灯泡会更亮。假若线圈的电阻比灯泡的电阻大，则I2＜I1，那么开关断开后瞬间灯泡是不会更亮的。②开关断开后线圈是电源，因而c点电势最高，d点电势最低。③过线圈电流方向与开关闭合时一样，不过开关闭合时，d点电势高于c点电势，当断开开关后瞬间则相反，c点电势高于d点电势。④过灯泡的电流方向与开关闭合时的电流方向相反，a、b两点电势，开关闭合时Ua＞Ub，开关断开后瞬间Ua＜Ub。（4）磁场的能量电源断开以后，线圈中电流不会立即消失，这时的电流仍然可以做功，说明线圈储存能量。当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从天到有，这可以看作电源把能量输送到磁场，储存在磁场中。这里我们知识一个合理的假设，有关电磁场能量的直接式样验证，要在我们认识了电磁波之后才有可能。（5）自感现象的理解：线圈中电流的变化不能在瞬间完成，即不能“突变”。也可以说线圈能体现电的惯性（6）自感的应用与防止：应用：日光灯防止：变压器、电动机5.涡流（1）定义:当线圈中的电流随时间发生变化时，线圈附近的导体中就会产生感应电流，电流在导体内自成闭合回路，这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流。（2）特点：整块金属的电阻往往很小，涡流往往很强。教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网（3）利用：冶炼金属的高频感应炉就是利用强大的涡流使金属尽快熔化。（4）防止：在电机和变压器上通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成的铁芯来减少涡流带来的损失。6.电磁阻尼导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。7.电磁驱动磁场相对于导体运动时，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，这种现象称为电磁驱动。【典型例题】[例1]如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（）A.磁场变化时，会在在空间中激发一种电场B.使电荷定向移动形成电流的力是磁场力C.使电荷定向移动形成电流的力是电场力D.以上说法都不对磁场变强解析：根据麦克斯韦理论，变化的磁场产生电场，处在其中的导体，其内部的自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流。答案：AC[例2]如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（）A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B.动生电动势的产生与洛仑兹力有关C.动生电动势的产生与电场力有关D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的解析：如图所示，当导体向右运动时，其内部的自由电子因受向下的洛仑兹力作用向下运动，于是在棒的B端出现负电荷，而在棒的A端显示出正电荷，所以A端电势比B端高.棒教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网AB就相当于一个电源，正极在A端。答案：AB[例3]如图所示，两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨电阻不计，另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd质量均为m，电阻均为R，若要使cd静止不动，则ab杆应向_________运动，速度大小为_______，作用于ab杆上的外力大小为____________。解析：应用感应电动势的计算式、安培力的计算式、物体的平衡知识求解。解法一：因cd杆处于静止状态，故向上的安培力等于重力，即mgBIL①回路中电流REI2②又BLvE③联立①②③解得222LBmgRv，方向竖直向上.ab棒匀速运动时：0BILmgF故mgBILmgF2解法二：因cd静止、ab匀速运动，两棒均处于平衡状态，取ab、cd两棒整体研究，ab、cd中电流等大、反向，故ab、cd所受安培力等大、反向，安培力之和为零。故mgF2。又因cd静止，所以mgBIL①回路中电流REI2②又BLvE③联立①②③解得222LBmgRv，方向竖直向上。答案：向上222LBmgR2mg教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网[例4]如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光，则（）A.在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗B.在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗C.在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗D.在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗解析：因R、L阻值很小，在电路甲中，线圈L与灯泡D串联，L中电流很小，断开S时自感电动势较小，自感作用使D与L中的电流值从S接通稳定后开始减小，D将逐渐变暗，而不是立即熄灭。在电路乙中，L与D、R并联，稳定时L中电流比D中电流大，断开S的瞬间，L中电流从开始的稳定值逐渐减小，所以断开瞬间，通过灯泡D的电流变大，D将变得更亮，然后渐渐变暗。正确选项为AD。点评：S接通后电路稳定，比较L与D中电流大小，S断开后，因自感作用L、D、R构成回路有电流，判断D变暗还是变亮，关键是看S断开后从L流到D中的电流比D中原来（S未断开时）的电流是大还是小。[例5]如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。电键K原来是合上的，在K断开后，分析：（1）若R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？（2）若R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？解析：灯泡的亮度由它的实际功率I2R即流过灯泡中的电流来决定。因而必须从题设条件出发讨论在各种情况下流过灯泡中的电流。K断开后，原来电源提供给小灯泡的电流立即消失，但L中因自感而产生逐渐减弱的电流流过小灯泡，使小灯泡逐渐变暗到熄灭。（1）因R1＞R2，即I1＜I2，所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭。（2）因R1＜R2，即I1＞I2，小灯泡在K断开后电流从原来的I2突变到I1（方向相反），然教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网后再渐渐变小，最后为零，所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭。点评：（1）若是理想线圈，即直流电阻为零。①L与灯泡串联时，通过灯泡的电流与L中电流始终同步，因而不能突变。②L与灯泡并联时，通过灯泡的电流与L中的电流在电路接通时不同步，即灯丝中电流突变到最大再渐渐变小到零，而L中电流从零逐渐增大到最大；断开电路时，L因自感而对灯丝供电，使灯丝中的电流从零突变到原来L中的电流值，再渐渐变为零。（2）当L与灯丝并联且L的电阻不为零时，接通电源时灯丝中电流突变为最大，再慢慢减小，而L中的电流由零开始逐渐增大到稳定；稳定后L和灯丝中都有电流，因而灯不会熄灭。断开电源时：要讨论RL=R灯、RL＞R灯、RLR灯时，电流变化情况。[例6]如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（）A.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大解析：线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化的越快，感应电动势就越大。A选项正确。工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D选项也正确。答案：AD[例7]如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合回路。在断开开关S的时候，弹簧E并不能立即将衔铁D拉起，因而不能使触头C（连接工作电路）立即离开，过一段时间后触头C才能离开，延时继电器就是这样得名的。试说明这种继电器的原理。解析：线圈A与电源连接，线圈A中有恒定电流，产生恒定磁场，有磁感线穿过线圈B，教考资源网助您教考无忧版权所有@中国教育考试资源网但穿过线圈B的磁通量不变化，线圈B中无感应电流。断开开关S时，线圈A中电流迅速减减小为零，穿过线圈B的磁通量也迅速减少，由于电磁感应，线圈B中产生感应电流，由于感应电流的磁场对衔铁D的吸引作用，触头C不离开；经过一小段时间后感应电流减弱，感应电流磁场对衔铁D的吸引力减小，当弹簧E的作用力比磁场力大时，才将衔铁D拉起，触头C离开。点评：这是一道解释型论述题，关键是分析清楚题中有哪些过程及过程与过程间有哪些联系，分析清楚从现象的产生、发展、到结果，引起了哪几个物理量的变化以及怎样变化。本题中当S闭合时，线圈A的磁场对衔铁D的吸引，使工作电路正常工作。断开S时，线圈B中的感应电流的磁场，继续对衔铁D发生吸引力作用，但作用力逐渐减小直至弹簧将衔铁拉起，工作电路断开。电磁感应现象与生活、生产、联系非常紧密，解答这种题的关键是从实际问题中提炼出我们所学过的物理模型，然后按相应方法求解。[例8]异步电动机模型如图所示，蹄形轻磁铁和矩形线框abcd均可绕竖直轴转动.现使线框沿逆时针方向保持匀速转动（从上往下看），则磁铁的运动情况是（）A.磁铁沿逆时针方向（从上往下看）转动B.磁铁沿顺时针方向（从上往下看）转动C.磁铁由静止开始一直加速转动D.磁铁先由静止开始加速转动，后匀速转动解析：刚开始，由于磁铁静止