电磁感应-知识点总结

第16章:电磁感应一、知识网络二、重、难点知识归纳1.法拉第电磁感应定律（1）.产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。以上表述是充分必要条件。不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。这个表述是充分条件，不是必要的。在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。（2）.感应电动势产生的条件：穿过电路的磁通量发生变化。闭合电路中磁通量发生变化时产生感应电流当磁场为匀强磁场，并且线圈平面垂直磁场时磁通量：φ=BS如果该面积与磁场夹角为α，则其投影面积为Ssinα，则磁通量为Φ=BSsinα。磁通量的单位：韦伯，符号：Wb产生感应电流的方法自感电磁感应自感电动势灯管镇流器启动器闭合电路中的部分导体在做切割磁感线运动闭合电路的磁通量发生变感应电流方向的判定右手定则，楞次定律感应电动势的大小E=BLνsinθtnE实验：通电、断电自感实验大小：tILE方向：总是阻碍原电流的变化方向应用日光灯构造日光灯工作原理：自感现象感应现象：这里不要求闭合。无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生。这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的。但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流。（3）.引起某一回路磁通量变化的原因a磁感强度的变化b线圈面积的变化c线圈平面的法线方向与磁场方向夹角的变化（4）.电磁感应现象中能的转化感应电流做功，消耗了电能。消耗的电能是从其它形式的能转化而来的。在转化和转移中能的总量是保持不变的。(5).法拉第电磁感应定律：a决定感应电动势大小因素：穿过这个闭合电路中的磁通量的变化快慢b注意区分磁通量中，磁通量的变化量，磁通量的变化率的不同—磁通量，—磁通量的变化量，c定律内容：感应电动势大小决定于磁通量的变化率的大小，与穿过这一电路磁通量的变化率成正比。（6）在匀强磁场中，磁通量的变化ΔΦ=Φt-Φo有多种形式，主要有：①S、α不变，B改变，这时ΔΦ=ΔBSsinα②B、α不变，S改变，这时ΔΦ=ΔSBsinα③B、S不变，α改变，这时ΔΦ=BS(sinα2-sinα1)在非匀强磁场中，磁通量变化比较复杂。有几种情况需要特别注意：①如图16-1所示，矩形线圈沿a→b→c在条形磁铁附近移动，穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大。②如图16-2所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面内。当a中的电流增abcabcacbMNS图16-1图16-2大时，b、c线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大。由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大。③如图16-3所示，虚线圆a内有垂直于纸面向里的匀强磁场，虚线圆a外是无磁场空间。环外有两个同心导线圈b、c，与虚线圆a在同一平面内。当虚线圆a中的磁通量增大时，与②的情况不同，b、c线圈所围面积内都只有向里的磁通量，且大小相同。因此穿过它们的磁通量和磁通量变化都始终是相同的。（7）感应电动势大小的计算式：线圈匝数————nvEstWbtnE注：a、若闭合电路是一个匝的线圈，线圈中的总电动势可看作是一个线圈感应电动势的n倍。E是时间内的平均感应电动势（6）几种题型①线圈面积S不变，磁感应强度均匀变化：②磁感强度不变，线圈面积均匀变化：③B、S均不变，线圈绕过线圈平面内的某一轴转动时，计算式为：2.导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算式(1).公式：（2）.题型：a若导体变速切割磁感线，公式中的电动势是该时刻的瞬时感应电动势。b若导体不是垂直切割磁感线运动，v与B有一夹角，如右图16-4：bcθv2v1v图16-3图16-4c若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时，导体上各点的线速度不同，不能用计算，而应根据法拉第电磁感应定律变成“感应电动势大小等于直线导体在单位时间内切割磁感线的条数”来计算，如下图16-5：从图示位置开始计时，经过时间，导体位置由oa转到oa1，转过的角度，则导体扫过的面积切割的磁感线条数（即磁通量的变化量）单位时间内切割的磁感线条数为：，单位时间内切割的磁感线条数（即为磁通量的变化率）等于感应电动势的大小：即：计算时各量单位：d.转动产生的感应电动势①转动轴与磁感线平行。如图16-6，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外，长L的金属棒oa以o为轴在该平面内以角速度ω逆时针匀速转动。求金属棒中的感应电动势。在应用感应电动势的公式时，必须注意其中的速度v应该指导线上各点的平均速度，在本题中应该是金属棒中点的速度，因此有2212LBLBLE。②线圈的转动轴与磁感线垂直。如图，矩形线圈的长、宽分别为L1、L2，所围面积为S，向右的匀强磁场的磁感应强度为B，线圈绕图16-7示的轴以角速度ω匀速转动。线圈的ab、cd两边切割磁感线，产生的感应电动势相加可得E=BSω。如果线圈由n匝导线绕制而成，则E=nBSω。从图16-8示位置开始计时，则感应电动势的瞬时值为e=nBSωcosωt。该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关（但是轴必须与B垂直）。ωoav××××××××××××××××a1ωθOa图16-5图16-6实际上，这就是交流发电机发出的交流电的瞬时电动势公式。3.楞次定律(1)、楞次定律:感应电流具有这样的方向，即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)、楞次定律的应用对阻碍的理解：（1）顺口溜“你增我反，你减我同”（2）顺口溜“你退我进，你进我退”即阻碍相对运动的意思。楞次定律解决的是感应电流的方向问题。它关系到两个磁场：感应电流的磁场（新产生的磁场）和引起感应电流的磁场（原来就有的磁场）。“你增我反”的意思是如果磁通量增加，则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相反。“你减我同”的意思是如果磁通量减小，则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相同。在应用楞次定律时一定要注意：“阻碍”不等于“反向”；“阻碍”不是“阻止”。a从“阻碍磁通量变化”的角度来看，无论什么原因，只要使穿过电路的磁通量发生了变化，就一定有感应电动势产生。b从“阻碍相对运动”的角度来看，楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释：既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。又由于感应电流是由相对运动引起的，所以只能是机械能转化为电能，因此机械能减少。磁场力对物体做负功，是阻力，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。c从“阻碍自身电流变化”的角度来看，就是自感现象。自感现象中产生的自感电动势总是阻碍自身电流的变化。(3)、应用楞次定律判定感应电流的方向的步骤：a、判定穿过闭合电路的原磁场的方向.b、判定穿过闭合电路的磁通量的变化.c、根据楞次定律判定感应电流的磁场方向.d、利用右手螺旋定则判定感应电流的方向.4、自感现象（1）自感现象是指由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。由于线圈（导体）本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。在自感现象中产生感adbcL1L2BωyoxωBab图16-7图16-8应电动势叫自感电动势。自感电动势总量阻碍线圈（导体）中原电流的变化。（2）自感系数简称自感或电感,它是反映线圈特性的物理量。线圈越长,单位长度上的匝数越多,截面积越大,它的自感系数就越大。另外,有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。自感现象分通电自感和断电自感两种。（3）、自感电动势的大小跟电流变化率成正比tIL自。L是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，有铁芯则线圈的自感系数L越大。单位是亨利（H）。如是线圈的电流每秒钟变化1A，在线圈可以产生1V的自感电动势，则线圈的自感系数为1H。还有毫亨（mH），微亨（H）。5、日光灯日光灯由灯管、启动器和镇流器组成；启动器起了把电路自动接通或断开的作用；镇流器利用自感现象起了限流降压的作用。三、典型例题例1、下列说法正确的是（）A、只要导体相对磁场运动，导体中就一定会有感应电流产生B、只要闭合电路在磁场中做切割磁感线运动以，就一定会产生感应电流C、只要穿过闭合回路的磁通量不为零就一定会产生感应电流D、只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，就一定会产生感应电流解析：产生感应电流有两个条件：一是电路要闭合，二是闭合电路的磁通量要发生变化。对于A，如果导体没有构成回路，就不会产生电流。对于B如果闭合电路在匀强磁场中，磁通量没有发生改变，也不会有电流产生。对于C，如果磁通量没有发生变化，回路中就没有电流。答案：D点拨：此题是一个基础记忆题。考查的是对于产生感应电流的条件的记忆。小试身手1.1、下述用电器中，利用了电磁感应现象的是（）A、直流电动机B、变压器C、日光灯镇流器D、磁电式电流表1.2、如图16-9所示，a、b是平行金属导轨，匀强磁场垂直导轨平面，c、d是分别串有电压表和电流表金属棒，它们与导轨接触良好，当c、d以相同速度向右运动时，下列正确的是（）A.两表均有读数B.两表均无读数C.电流表有读数，电压表无读数D.电流表无读数，电压表有读数1.3、1、下列关于磁通量的说法中正确的有：（）A、磁通量不仅有大小还有方向，所以磁通量是矢量；B、在匀强磁场中，a线圈的面积比线圈b的面积大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大；C、磁通量大磁感应强度不一定大；D、把某线圈放在磁场中的M、N两点，若放在M处的磁通量较在N处的大，则M处的磁图16-9感强度一定比N大。例2、如图16-10所示，有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？解析，由于磁感线是闭合曲线，内环内部向里的磁感线条数和内环外部向外的所有磁感线条数相等，所以外环所围面积内（这里指包括内环圆面积在内的总面积，而不只是环形区域的面积）的总磁通向里、增大，所以外环中感应电流磁场的方向为向外，由安培定则，外环中感应电流方向为逆时针。点拨：此题是一个理解题。考查的是电磁感应现象中磁通量变化的理解。小试身手2.1、．如图16-11所示，有一闭合线圈放在匀强磁场中，线圈轴线和磁场方向成300角，磁场磁感应强度随时间均匀变化.若所用导线规格不变，用下述方法中哪一种可使线圈中感应电流增加一倍？（）A．线圈匝数增加一倍B．线圈面积增加一倍C．线圈半径增加一倍D．改变线圈的轴线方向2.2、一矩形线圈在匀强磁场中向右作加速运动，如图16-12所示，下列说法正确的是（）A．线圈中无感应电流，有感应电动势B．线圈中有感应电流，也有感应电动势C．线圈中无感应电流，无感应电动势D．a、b、c、d各点电势的关系是：Ua＝Ub，Uc＝Ud，UaUd例3、甲、乙两个完全相同的带电粒子，以相同的动能在匀强磁场中运动．甲从B1区域运动到B2区域，且B2＞B1；乙在匀强磁场中做匀速圆周运动，且在Δt时间内，该磁场的磁感应强度从B1增大为B2，如图16-13所示．则当磁场为B2时，甲、乙二粒子动能的变化情况为（）．300╮Bvabdc图16-10图16-11图16-12A．都保持不变B．甲不变，乙增大C．甲不变，乙减小D．甲增大，乙不变E．甲减小，乙不变解析：由于本题所提供的两种情境，都是B2＞B1，研究的也是同一种粒子的运动．对此，可能有人根据“洛仑兹力”不做功，而断定答案“A”正确．其实，正确答案应该是“B”．这是因为：甲粒子从B1区域进入B2区域，唯一变化的是，根据f=qvB，粒子受到的洛仑兹力发生了变化．由于洛仑兹力不做功，故v大小不变，因而由R=mv/Bq，知其回转半径发生了变化，其动能不会发生变化．乙粒子则不然，由于磁场从B1变化到B2，根据麦克斯韦电磁场理论，