高三物理第一轮复习:电磁感应粤教版.doc
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1、高三物理第一轮复习:电磁感应粤教版【本讲教育信息】一. 教学内容:电磁感应1. 电磁感应现象 楞次定律2. 法拉第电磁感应定律、自感【要点扫描】电磁感应现象 楞次定律一、电磁感应1. 电磁感应现象只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就有电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流。2. 产生感应电流的条件:闭合回路中磁通量发生变化3. 引起磁通量变化的常见情况闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致变化;线圈在磁场中转动导致变化磁感应强度随时间或位置变化,或闭合回路变化导致变化注意:磁通量的变化,应注意方向的变化,如某一面积为S的回路原来的感应强度垂直纸面向
2、里,如图所示,后来磁感应强度的方向恰好与原来相反,则回路中磁通量的变化量为2BS,而不是零。4. 产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源。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,则只能出现感应电动势,而不会形成持续的电流。我们看变化是看回路中的磁通量变化,而不是看回路外面的磁通量变化二、感应电流方向的判定1. 右手定则:伸开右手,使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直,大拇指指向导线运动的方向,
3、四指所指的方向即为感应电流方向。2. 楞次定律(1)楞次定律:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 磁场 阻碍 变化 主语 谓语 宾语 主语磁场的定语是“感应电流的”;谓语的状语是“总是”;宾语的定语是“引起感应电流的磁通量的”。(2)对“阻碍”的理解 这里的“阻碍”不可理解为“相反”,感应电流产生的磁场的方向,当原磁场增加时,则与原磁场方向相反,当原磁场减弱时,则与原磁场方向相同;也不可理解为“阻止”,这里是阻而未止。(3)楞次定律的另一种表达:感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因。即由电磁感应现象而引起的一些受力、相对运动、磁场变化等都有阻碍原磁通量变化的趋势。(4)楞
4、次定律应用时的步骤先看原磁场的方向如何。再看原磁场的变化(增强还是减弱)。根据楞次定律确定感应电流磁场的方向。再利用安培定则,根据感应电流磁场的方向来确定感应电流方向。法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律(1)定律内容: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。n/t(2)另一种特殊情况:回路中的一部分导体做切割磁感线运动时,其感应电动势BLvsin(3)定律的几种表示式n/t,BLvsin,B/tS,BL2;(4)几点说明:这里的变化率应该同变化量区别开,变化量大变化率不一定大,主要是看变化量跟时间比值的大小。即变化率的大小。n/t是定律的表达式,在B不变而面积发生变
5、化时推导出BLvsin,当B、l、v三者不垂直或其中的二者不垂直时,乘sin即找出垂直的分量。公式B/tS是在面积不变的情况下磁感应强度发生变化而推出的公式。导出式BL2的推导如下:如图所示,长为l的金属棒在磁感应强度为B的匀强磁场中绕O点以角速度转动,设在t时间内棒的端点由P运动到Q,则OP两点的电势差/tBS/tBLPQ/tBL2,这实际上是B不变而面积发生变化的情况,二、感应电量的计算N(1)QItt/R/R(2)当线圈是N匝时则电量为:QN/R如图所示,当磁铁完全插入时,假设线圈中磁通量变化为,通过每匝线圈磁通量变化与N匝线圈的磁通量变化一样都为;通过每匝线圈磁通量的变化率都为/t,因
6、为是N匝,相当于N个相同电源串联,所以线圈的感应电动势N0N /t。(3)如图所示,磁铁快插与慢插两情况通过电阻R的电量一样,但两情况下电流做功及做功功率不一样。 【例】长L1宽L2的矩形线圈电阻为R,处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直。将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场,求:拉力F大小;拉力的功率P;拉力做的功W;线圈中产生的电热Q;通过线圈某一截面的电荷量q。解析:特别要注意电热Q和电荷q的区别,其中 q与速度无关!【规律方法】1、楞次定律的理解与应用理解楞次定律要注意四个层次:谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量;阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身;如何阻碍
7、?当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”;结果如何?阻碍不是阻止,只是延缓了磁通量变化的快慢,结果是增加的还是增加,减少的还是减少。另外“阻碍”表示了能量的转化关系,正因为存在阻碍作用,才能将其它形式的能量转化为电能;感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的相对运动。【例1】如图所示,小金属环靠近大金属环,两环互相绝缘,且在同一平面内,小圆环有一半面积在大圆环内,当大圆环接通电源的瞬间,小圆环中感应电流的情况是(C)A. 无感应电流 B. 有顺时针方向的感应电流C. 有逆时针方向的感应电流D. 无法确定解析:在接通电源
8、后,大环内的磁感线分布比大环外的磁感线分布要密。所以小环在大环内部分磁通量大于环外部分磁通量。所以小环内总磁通量向里加强,则小环中的感应电流方向为逆时针方向。【例2】如图所示,一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电导线的下方,当通电直导线中电流I增大时,圆环的面积S和橡皮绳的长度L将变化:S增大;S减小;L变长;。L变短。正确的是(C)A. ;B. ;C. ;D. 解析:根据楞次定律效果法可知,当穿过金属环内的磁通量增大时,要阻碍磁通量变大,则环面积应变小或远离导线。选取C。【例3】如图所示,闭合线框ABCD和abcd可分别绕轴线OO,转动。当abcd绕OO/轴逆时针转动时(俯视图,问ABC
9、D如何转动?解析:由于abcd旋转时会使ABCD中产生感应电流,根据楞次定律中“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的相对运动。”ABCD中的感应电流将阻碍abcd的逆时针转动,两线框间有吸引力作用,因此线框ABCD也随abcd逆时针转动,只不过稍微慢了些思考:(1)阻碍相对运动体现了怎样的能量关系?(2)楞次定律所反映的实际是对原磁通量的补偿效果。根据实际情况,这种补偿可分为哪几种?(运动补偿、面积、电流、磁感应强度、速度、力等的补偿效果)【例4】如图所示,用一种新材料制成一闭合线圈,当它浸入液氮中时,会成为超导体,这时手拿一永磁体,使任一磁极向下,放在线圈的正上方,永磁体便处于悬浮状态,这种
10、现象称为超导体磁悬浮,可以用电磁感应及有关知识来解释这一现象。解析:当磁体放到线圈上方的过程中。穿过线圈的磁通量由无到有发生变化。于是超导线圈中产生感应电流,由于超导线圈中电阻几乎为零,产生的感应电流极大,相应的感应磁场也极大;由楞次定律可知感应电流的磁场相当于永磁体,与下方磁极的极性相同,永磁体将受到较大的向上的斥力,当永磁体重力与其受到磁场力相平衡时,永磁体处于悬浮状态。【例5】在光滑水平面上固定一个通电线圈,如图所示,一铝块正由左向右滑动穿过线圈,那么下面正确的判断是( )A. 接近线圈时做加速运动,离开时做减速运动B. 接近和离开线圈时都做减速运动C. 一直在做匀速运动D. 在线圈中运
11、动时是匀速的解析:把铝块看成由无数多片横向的铝片叠成,每一铝片又由可看成若干闭合铝片框组成;如图。当它接近或离开通电线圈时,由于穿过每个铝片框的磁通量发生变化,所以在每个闭合的铝片框内都要产生感应电流。产生感应电流的原因是它接近或离开通电线圈,产生感应电流的效果是要阻碍它接近或离开通电线圈,所以在它接近或离开时都要作减速运动,所以A,C错,B正确。由于通电线圈内是匀强磁场,所以铝块在通电线圈内运动时无感应电流产生,故作匀速运动,D正确。故答案为BD。2、力学与电磁感应的综合应用解决这类问题一般分两条途径:一是注意导体或运动电荷在磁场中的受力情况分析和运动状态分析;二是从动量和功能方面分析,由有
12、关的规律进行求解【例6】如图所示,闭合金属环从高h的曲面滚下,又沿曲面的另一侧上升,整个装置处在磁场中,设闭合环初速为零,摩擦不计,则A. 若是匀强磁场,环滚的高度小于hB. 若是匀强磁场,环滚的高度等于hC. 若是非匀强磁场,环滚的高度小于h。D. 若是非匀强磁场,环滚的高度大于h。解析:若是匀强磁场,当闭合金属环从高h的曲面滚下时,无电磁感应现象产生。根据机械能守恒,环滚的高度等于h;若是非匀强磁场,当闭合金属环从高h的曲面滚下时,有电磁感应现象产生,而产生电磁感应的原因是环的运动,所以电磁感应现象所产生的结果是阻碍环的运动,所以环上升的高度小于h,故本题正确答案为B、C法拉第电磁感应定律
13、1、/t三个概念的区别磁通量BScos,表示穿过这一平面的磁感线条数;磁通量的变化量21表示磁通量变化的多少;磁通量的变化率/t表示磁通量变化的快慢。大,及/t不一定大,/t大,及也不一定大。它们的区别类似于力学中的v。v及av/t的区别。【例7】长为a宽为b的矩形线圈,在磁感强度为B的匀强磁场中垂直于磁场的OO轴以恒定的角速度旋转,设t 0时,线圈平面与磁场方向平行,则此时的磁通量和磁通量的变化率分别是 解析:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时,产生交变电动势emcost Babcost。当t0时,cost1,虽然磁通量0,但电动势有最大值,由法拉第电磁感应定律/t可知当电动势为最大值时
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