高中物理电磁感应定律知识点加例题

中国最负责任的教育机构1私塾国际学府学科教师辅导教案组长审核：学员编号：年级：年级课时数：3课时学员姓名：辅导科目：物理学科教师：杨振授课主题教学目的教学重点授课日期及时段教学内容一、磁通量1.定义:磁感应强度与面积的乘积,叫做穿过这个面的磁通量.2.定义式:Φ=BS.说明:该式只适用于匀强磁场的情况,且式中的S是跟磁场方向垂直的面积;若不垂直,则需取平面在垂直于磁场方向上的投影面积,即Φ=BS⊥=BSsinθ,θ是S与磁场方向的夹角.3.磁通量Φ是标量,但有正负.Φ的正负意义是:从正、反两面哪个面穿入，若从一面穿入为正,则从另一面穿入为负.4.单位:韦伯,符号:Wb.5.磁通量的直观含义:表示磁场中穿过某一面积磁感线的条数.6.磁通量的变化:ΔΦ=Φ2-Φ1,即末、初磁通量之差.(1)磁感应强度B不变,有效面积S变化时,则ΔΦ=Φ2-Φ1=B·ΔS.(2)磁感应强度B变化,磁感线穿过的有效面积S不变时,则ΔΦ=Φ2-Φ1=ΔB·S.(3)磁感应强度B和有效面积S同时变化时,则ΔΦ=Φ2-Φ1=B2S2-B1S1.注意几个概念：（1）磁通量Φ：某时刻穿过磁场中某个面的磁感应线条数，若穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用Φ=B·S，应考虑相反方向的磁感应或抵消以后所剩余的磁通量。（2）磁通量变化量ΔΦ：穿过某个面的磁通量随时间的变化量。注意开始和转过180º时平面都与磁场垂直，穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ=2B·S，而不是零。（3）磁通量的变化率ΔΦ/Δt：表述磁场中穿过某一面的磁通量变化快慢的物理量。它既不表示磁通量的大新课讲-练-总结中国最负责任的教育机构2小也不表示磁通量变化的多少，在Φ-t图像中，可用图形的斜率表示。剖析：①磁通量的实质就是穿过某面积的磁感线的条数。②磁感线除了有大小以外，还有方向，但它是个标量。磁通量的方向仅仅表示磁感线沿什么方向穿过某面积，其运算不满足矢量合成的平行四边形定则，只满足代数运算，在求其变化量时，事先要设正方向，并将“+”、“-”号代入。③由磁通量的定义sinBS可得：sinSB，此式表示“磁感应强度B大小等于穿过垂直于磁场方向的单位面积的磁感线条数”，所以磁感应强度又被叫做“磁感密度”。[例题1].如图10-1-4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，则穿过A、B磁通量的大小关系是A＿＿＿＿B。解析：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＜B。答案：＜【变式训练1】如图10-1-5所示，边长为cm100的正方形闭合线圈置于磁场中，线圈的ad、bc两边中点连线OO的左右两侧分别存在着方向相同、磁感应强度大小各为TB60.01、TB40.02的匀强磁场。开始时，线圈平面与磁场垂直，若从上往下看，线圈逆时针转037和0180角时，穿过线圈的磁通量分别改变了多少？解析：在开始位置，线圈与磁场垂直，则22211SBSB2140.02160.0)(5.0Wb线圈绕OO转动037角后0201237cos237cos2SBSB8.02140.08.02160.0)(40.0Wb磁通量的变化量为)(1.050.040.012Wb线圈绕OO转动0180角时，若规定穿过圆线圈平面的磁通量为正，转过0180后，穿过线圈的磁通量则10-1-410-1-5中国最负责任的教育机构3为负值，即22213SBSB2140.02160.0)(5.0Wb磁通量的变化量为)(0.150.050.013Wb二、电磁感应现象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，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。2.产生感应电流的条件（1）电路必须闭合（2）穿过回路的磁通量要发生变化3.感应电动势的产生穿过电路的磁通量发生变化.电磁感应现象的实质是产生感应电动势.如果回路闭合,则有感应电流;如果回路不闭合,则只有感应电动势而无感应电流.说明:产生感应电动势的那部分导体相当于电源.三、感应电流方向的判断1.右手定则：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线从手心垂直进入，大拇指指向导体运动方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。2.楞次定律内容:感应电流具有这样的方向，就是感应电流产生的磁场，总是要阻碍引起感应电流的磁通量变化。（增反减同）3.判断感应电流方向问题的思路运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为:“一原、二感、三电流”,即为(1)明确原磁场:弄清原磁场方向及磁通量的变化情况;(2)确定感应磁场:即跟据楞次定律中的“阻碍”原则,结合原磁场磁通量变化情况,确定出感应电流产生的感应磁场的方向;(3)判定感应电流方向:即根据感应磁场的方向,运用安培定则判断出感应电流的方向。即据原磁场(Φ原方向及ΔΦ情况)确定感应磁场(B感方向)判断感应电流(I感方向)说明:1.楞次定律是普遍规律,适用于一切电磁感应现象,而右手定则只适用于导体切割磁感线运动的情况,此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定更简便.2.右手定则与左手定则的区别:抓住因果关系才能无误.“因动而电”——用右手;“因电而动”——用左手.重点难点例析一、磁通量及其变化的计算由公式Φ=BS计算磁通量及磁通量的变化应把握好以下几点:(1)此公式只适用于匀强磁场(2)式中的S是与磁场垂直的有效面积(3)磁通量Φ为双向标量,其正负表示与规定的中国最负责任的教育机构4正方向是相同还是相反(4)磁通量的变化量ΔΦ是指穿过磁场中某一面的末态磁通量Φ2与初态磁通量Φ1的差值,即ΔΦ=|Φ2-Φ1|.【例1】如图所示，一正方形闭合线圈在足够大的匀强磁场中运动，其中能产生感应电流的是（D）A．B.C.D.【例2】面积为S的矩形线框abcd,处在磁感应强度为B的匀强磁场中(磁场区域足够大),磁场方向与线框平面成θ角,如图9-1-1所示,当线框以ab为轴顺时针转900过程中,穿过abcd的磁通量变化量ΔΦ=.【解析】设开始穿过线圈的磁通量为正,则在线框转过900的过程中,穿过线圈的磁通量是由正向BSsinθ减小到零,再由零增大到负向BScosθ,所以,磁通量的变化量为:ΔΦ=Φ2-Φ1=-BScosθ-BSsinθ=-BS(cosθ+sinθ)【答案】-BS(cosθ+sinθ)【点拨】磁通量正负的规定:任何一个面都有正、反两面,若规定磁感线从正面穿入磁通量为正,则磁感线从反面穿入时磁通量为负.穿过某一面积的磁通量一般指合磁通量.二、感应电流方向的判定感应电流方向的判定方法:方法一:右手定则(部分导体切割磁感线)方法二:楞次定律【例4】某实验小组用如图9-1-3所示的实验装置来验证楞次定律.当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时,通过电流计的感应电流方向是()A.a→○G→bB.先a→○G→b,后b→○G→aC.先b→○G→aD.先b→○G→a,后a→○G→b三、楞次定律推论的应用在实际问题的分析中,楞次定律的应用可拓展为以下四个方面①阻碍原磁通量的变化,即“增反减同”;②阻碍相对运动,即“来拒去留”;③使线圈面积有扩大或缩小的趋势,即“大小小大”;④阻碍导体中原来的电流发生变化,即“自感现象”.【例5】两圆环A、B置于同一水平面上,其中A为均匀带电绝缘环,B为导体环.当A以如9-1-7所示的方向,绕中心转动的角速度发生变化时,B中产生如图所示的感应电流,则(BC)A.A可能带正电且转速减小B.A可能带正电且转速增大C.A可能带负电且转速减小D.A可能带负电且转速增大【解析】若A带正电,则穿图9-1-1图9-1-3图9-1-7中国最负责任的教育机构5图9-1-8过B的磁通量垂直纸面向里,只有磁通量增大时,B中才会产生逆时针方向的感应有尽电流,故A的转速应增大,选项B正确A错误.若A带负电,同理可推断选项C正确D错误.【例7】电阻R、电容器C与一线圈连成闭合回路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图9-1-8所示.现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(D)A.从a到b,上极板带正电B.从a到b,下极板带正电C.从b到a,上极板带正电D.从b到a,下极板带正电【解析】在N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁感线方向向下,磁通量增大,由楞次定律可判断流过线圈的电流方向下,即线圈下端相当于电源正极,故可知D正确.法拉第电磁感应定律：在电磁感应现象中，电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。公式：tnE＝，其中n为线圈的匝数。法拉第电磁感应定律的理解（1）tn＝E的两种基本形式：①当线圈面积S不变，垂直于线圈平面的磁场B发生变化时，tBSnE＝；②当磁场B不变，垂直于磁场的线圈面积S发生变化时，tSBnE＝。（2）感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率t，与φ的大小及△φ的大小没有必然联系。（3）若t为恒定（如：面积S不变，磁场B均匀变化，ktB，或磁场B不变，面积S均匀变化，ktS），则感应电动势恒定。若t为变化量，则感应电动势E也为变化量，tnE＝计算的是△t时间内平均感应电动势，当△t→0时，tnE＝的极限值才等于瞬时感应电动势。二、导体切割磁感线产生的感应电动势（1）公式：E=lvB（2）适用条件除了磁场必须是匀强的外，磁感强度B、切割速度v、导体棒长度l三者中任意两个都应垂直的，即Bv,vl,lB这三个关系必须是同时成立的。如有不垂直的情况，应通过正交分解取其垂直分量代入。（3）公式中l的意义公式E=lvB中l的意义应理解为导体的有效切割长度（当导体棒不是直的）。所谓导体的有效切割长度，指的是切割导体两端点的连线在同时垂直于v和B的方向上的投影的长度。中国最负责任的教育机构6（4）公式中v的意义对于公式E=lvB中的v，首先应理解为导体与磁场间的相对速度，所以即使导体不动因则磁场运动，也能使导体切割磁感线而产生感应电动势；其次，还应注意到v应该是垂直切割速度；另外，还应注意到在“旋转切割”这类问题中，导体棒上各部分的切割速度不同，此时的v则应理解为导体棒上各部分切割速度的平均值，在数值上一般等于旋转导体棒中点的切割速度。⑴导体平动切割磁感线对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式E＝Blv，应从以下几个方面理解和掌握。①正交性本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场，还需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，公式可为E＝Blvsinθ，θ为B与v方向间的夹角。②平均性导体平动切割磁感线时，若v为平均速度，则E为平均感应电动势，即E＝Blv。③瞬时性若v为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势。④有效性公式中的l为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度。图中有效长度分别为：甲图：l＝cdsinβ(容易错算成l＝absinβ)。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＝2R；沿v2方向运动时，l＝0；沿v3方向运动时，l＝R。⑤相对性E＝Blv中的速度v是相对于磁场的速度，若磁场也运动时，应注意速度间的相对关系。三、导体切割磁感线产生的感应电动势大小的特例长为l的导体在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，导体棒产生的感应电动势：A、以中点为轴时，E=0（不同两端的代数和）；B、以端点为轴时，221lBE（平均速度取中点位置的线速度）C、以任意点为轴时，222121llBE（不同两段的代数和）当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度ω匀速转动时，产生的感应电动势为E＝Blv＝12Bl2ω，如图所示。中国最负责任的教育机构7【例1】如图所示，直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中，ab是一段