[初三理化生]第十三章:电磁感应.doc
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1、 第十三章:电磁感应 1 第十三章:电磁感应第十三章:电磁感应 第一模块:电磁感应、楞次定律第一模块:电磁感应、楞次定律 夯实基础知识夯实基础知识 1、关于电磁感应的几个基本问题 (1)电磁感应现象 利用磁场产生电流(或电动势)的现象,叫电 磁感应现象。所产生的电流叫感应电流,所产生的 电动势叫感应电动势。 所谓电磁感应现象,实际上是指由于磁的某种 变化而引起电的产生的现象,磁场变化,将在周围 空间激起电场;如周围空间中有导体存在,一般导 体中将激起感应电动势;如导体构成闭合回路,则 回路程还将产生感应电流。 (2)发生电磁感应现象,产生感应电流的条件: 发生电磁感应现象,产生感应电流的条件通
2、常 有如下两种表述。 当穿过线圈的磁通量发生变化时就将发生电 磁感应现象,线圈里产生感应电动势。如线圈闭合, 则线圈子里就将产生感应电流。 当导体在磁场中做切割磁感线的运动时就将 发生电磁感应现象,导体里产生感应电动势,如做 切割感线运动的导体是某闭合电路的一部分,则电 路里就将产生感应电流。产生感应电动势的那部分 导体相当于电源。 应指出的是:闭合电路的一部分做切割磁感线 运动时,穿过闭合电路的磁通量也将发生变化。所 以上述两个条件从根本上还应归结磁通量的变化。 但如果矩形线圈 abcd 在匀强磁场 B 中以速度 v 平 动时,尽管线圈的 bc 和 ad 边都在做切割磁感线运 动,但由于穿过
3、线圈的磁通量没有变,所以线圈回 路中没有感应电流。 (3)发生电磁感应现象的两种基本方式及其理 论解释 导体在磁场中做切割磁感线的相对运动而发 生电磁感应现象:当导体在磁场中做切割磁感线的 相对运动时,就将在导体中激起感应电动势。这种 发生电磁感应现象的方式可以用运动电荷在磁场中 受到洛仑兹力的作用来解释。 磁场变化使穿过磁场中闭合回路的磁通量改 变而发生电磁感应现象:当磁场的强弱改变而使穿 过磁场中的闭合回路程的磁通量发生变化时,就将 在闭合回路程里激起感应电流。这种发生电磁感应 现象的方式可以用麦克斯韦的电磁场理论来解释。 (4)引起磁通量变化的常见情况 (1)线圈在磁场中转动; (2)线
4、圈在磁场中面积发生变化; (3)线圈中磁感应强度发生变化; (4)通电线圈中电流发生变化。 2、感应电流方向的判断 (1)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,让磁感线垂直 从手心进入,拇指指向导体运动的方向,其余四指 指的就是感应电流的方向。 四指指向还可以理解为:感应电动势的方向、 该部分导体的高电势处。 用右手定则时应注意:用右手定则时应注意: 主要用于闭合回路的一部分导体做切割磁感 线运动时,产生的感应电动势与感应电流的方向判 定。 右手定则仅在导体切割磁感线时使用,应用 时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者 互相垂直 当导体的运动方向与磁场方向
5、不垂直时,拇 指应指向切割磁感线的分速度方向 若形成闭合回路,四指指向感应电流方向; 若未形成闭合回路,四指指向高电势 “因电而动”用左手定则 “因动而电”用右手定 则 应用时要特别注意:四指指向是电源内部电 流的方向(负正)因而也是电势升高的方向;即: 四指指向正极。 (2)楞次定律(判断感应电流方向) 楞次定律的内容:感应电流具有这样的方向, 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的 变化 (感应电流的)磁场(总是)阻碍(引起感应电流的磁 通量的)变化 (定语)主语(状语)谓语(补语)宾语 对楞次定律中阻碍二字的正确理解 “阻碍”不是阻止,这里是阻而未止。阻碍磁通量 变化指: 磁通量增
6、加时,阻碍增加(感应电流的磁场和原 磁场方向相反,起抵消作用); 第十三章:电磁感应 2 磁通量减少时,阻碍减少(感应电流的磁场和原 磁场方向一致,起补偿作用),简称“增反减同” 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?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。 (3)楞次定律的应用步骤“一原、二感、三电流” 明确引起感应电
7、流的原磁场在被感应的回路 上的方向; 搞清原磁场穿过被感应的回路中的磁通量增 减情况; 根据楞次定律确定感应电流的磁场的方向; 运用安培定则判断出感生电流的方向。 (4)楞次定律的灵活运用,楞次定律的拓展 楞次定律的广义表述:感应电流的效果总是反 抗(或阻碍)引起感应电流的原因。 主要有四种表现形式: 1、当闭合回路中磁通量变化而引起感应电流时, 感应电流的效果总是阻碍原磁通量的变化。 2、当线圈和磁场发生相对运动而引起感应电流 时,感应电流的效果总是阻碍二者之间的相对运动 (来拒去留) 。 在一些由于某种相对运动而引起感应电流的电 磁感应现象中,如运用楞次定律从“感应电流的磁场 总是阻碍引起
8、感应电流的原磁场的磁通量变化”出发 来判断感应电流方向,往往会比较困难,对于这样 的问题,在运用楞次定律时,一般可以灵活处理, 考虑到原磁场的磁通量变化又是由相对运动而引起 的,于是可以从“感应电流的磁场阻碍相对运动”出 发来判断。 3、当线圈面积发生变化而引起感应电流时,感 应电流的效果总是阻碍回路面积的变化。 4、当线圈中自身电流发生变化而引起感应电流 时,感应电流的效果总是阻碍原电流的变化(自感 现象) 。 3、几种定则、定律的适用范围 题型解析题型解析 类型题:类型题: 电磁感应现象电磁感应现象 【例题】如图所示,O1O2是矩形导线框 abcd 的 对称轴,其左方有垂直于纸面向外的匀强
9、磁场。以 下哪些情况下 abcd 中有感应电流产生?方向如何? a d b c O1 O2 A将 abcd 向纸外平移 B将 abcd 向右平移 C将 abcd 以 ab 为轴转动 60 D将 abcd 以 cd 为轴转动 60 解:A、C 两种情况下穿过 abcd 的磁通量没有 发生变化,无感应电流产生。B、D 两种情况下原 磁通向外,减少,感应电流磁场向外,感应电流方 向为 abcd。 类型题:类型题: 楞次定律的应用楞次定律的应用 1就磁通量而言,感应电流产生的效果总是阻 碍引起感应电流的磁通量(原磁通量)的变化。即 当原磁通量增加时,感应电流的磁场就与原磁场方 向相反;当原磁通量减小时
10、,感应电流的磁场就与 原磁场方向相同。简称口诀“增反减同增反减同”。注意区分 两种磁场:一是研究对象所在位置的磁场和线框中 感应电流产生的磁场 【例题】如图,在同一铁芯上绕两个线圈 A 和 B,单刀双掷开关 S 原来接触点 1,现在把它扳向 第十三章:电磁感应 3 触点 2,则在开关 S 断开 1 和闭合 2 的过程中,流 过电阻 R 中电流的方向是:( ) S S 1 1 2 2 R R P PQ Q A AB B A先由 P 到 Q,再由 Q 到 P B先由 Q 到 P,再由 P 到 Q C始终是由 Q 到 P D始终是由 P 到 Q 解析:R 中电流方向,取决于 B 线圈产生的 感应电流
11、方向;B 中感应电流的产生,是由 B 中磁 通量的变化所引起,B 中磁通量的变化是由 A 线圈 中电流变化来决定。 当 S 接触点 1 时,A 和 B 中的原磁场方向均向 右,当 S 断开触点 1 时,B 中向右的磁通量减少, B 中感应电流的磁场阻碍原磁通量的减少,从而 B 中感应电流的磁场也向右,由楞次定律和安培定则 可以判断 R 中电流方向由 Q 到 P。 当 S 由断开到闭合 2 触点的瞬间,B 中由原来 没有磁场到出现向左的磁场,则 B 中原磁通量为向 左增加,由楞次定律可知,B 中产生的感应电流的 磁场方向仍为向右,故 R 中电流方向仍为 Q 到 P。 答案: C。 【例题】如图所
12、示装置中,cd 杆原来静止。当 ab 杆做如下那些运动时,cd 杆将向右移动? c a d b L2 L1 A向右匀速运动 B向右加速运动 C向左加速运动 D向左减速运动 解:.ab 匀速运动时,ab 中感应电流恒定,L1 中磁通量不变,穿过 L2的磁通量不变化,L2中无感 应电流产生,cd 保持静止,A 不正确;ab 向右加速 运动时,L2中的磁通量向下,增大,通过 cd 的电 流方向向下,cd 向右移动,B 正确;同理可得 C 不 正确,D 正确。选 B、D 【例题】如图所示,条形磁体附近放置有三个 矩形线圈 A、B、C,A 在 N 极附近 A1处垂直磁体, B 在 N 极附近 B1处平行
13、于磁体,C 在 S 极上方附 近 C1处平行于磁体,分析下列情况下线圈中感应电 流的方向。 (1)A 线圈从 A1处向右平动,经过 A2处到达 S 极附近 A3处的过程中;A2为磁体的正中间。 (2)B 线圈从 B1处向右平动,经过 B2处到达 S 极附近 B3处的过程中;B2为磁体的正中间。 (3)C 线圈从 C1处向下平动,经过 C2处到达 S 极下方附近 C3处的过程中;C2为 S 极中线位置。 N NS S a b c d a b c d a b c d A A A A1 1A A2 2A A3 3 B B B B1 1B B2 2B B3 3 C C C C1 1 C C2 2 C
14、C3 3 解析:要判断线圈在磁体附近移动时感应电 流情况,关键是确定线圈中磁通量的变化情况。 (1)A 线圈移动时,垂直 A 线圈的磁场分量均 为向右,当 A 线圈在 A2处时,线圈中的磁通量最 大;线圈在 A1和 A3处时磁通量的大小相等(如图 所示) 。当线圈由 A1位置移到 A2位置的过程中,线 圈中向右的磁通量增加,由楞次定律可知,这一过 程中,线圈中感应电流的磁场方向向左,则线圈中 感应电流方向为逆时针方向(从左向右看) 。当线 圈由 A2位置移到 A3位置过程中,线圈中向右的磁 通量减少,则线圈中感应电流的磁场方向向右,故 线圈中感应电流方向为顺时针方向(从左向右看) 。 当线圈在
15、 A2处时,线圈中磁通量最大,但磁通量 变化率为零,此时无感应电流产生。 N NS S A A1 1A A2 2A A3 3 (2)B 线圈在磁体下方,线圈平面平行于磁体。 线圈在 B1位置时,垂直线圈平面的分磁场竖直向下, 线圈在 B3位置时,垂直线圈平面的分磁场竖直向上, 在 B1和 B3位置时线圈中磁通量的大小相等;线圈 在 B2位置时,线圈中的磁通量为零(进入和穿出线 圈的磁通量的代数和为零) (如图所示) 。当线圈由 B1位置移到 B2位置的过程中,垂直线圈平面的分 磁场竖直向下并逐渐减少,由楞次定律可以判断 B 线圈在这一过程中,感应电流的磁场方向向下,感 应电流方向为顺时针方向(
16、从上向下看) 。线圈从 B2位置移向 B3位置的过程中,垂直线圈平面的分 第十三章:电磁感应 4 磁场竖直向上并逐渐增加,则 B 线圈在这一过程中, 感应电流的磁场方向仍为竖直向下,感应电流方向 仍为顺时针方向(从上向下看) 。当 B 线圈移到 B2 位置时,此时尽管线圈中磁通量为零,但线圈中仍 有感应电流;从切割磁感线的角度看,线圈的 ab 边 和 cd 边分别切割磁感线的竖直分量,由右手定则可 以判断 ab 边所产生的感应电动势方向由 a 指向 b,cd 边所产生的感应电动势由 c 指向 d,两电动势 同向串连,使感应电流方向仍为顺时针方向(从上 向下看) 。 a b d c B B B
17、B1 1B B2 2B B3 3 (3)C 线圈由 C1位置移到 C2位置时的过程中, 垂直线圈平面的磁通量向下减少;由 C2位置移到 C3位置的过程中,线圈中的磁通量向上增加;当线 圈位于 C2位置时,线圈平面与磁感线平行,线圈中 的磁通量为零, (如图所示) 。由楞次定律可以判断, C 线圈在由 C1位置移到 C2位置的过程中,感应电 流的磁场方向竖直向下,感应电流方向为顺时针方 向(从上向下看) 。在由 C2位置移到 C3位置的过程 中,感应电流的磁场方向仍为竖直向下,感应电流 方向仍为顺时针方向(从上向下看) 。线圈在 C2位 置时,尽管线圈中磁通量为零,但线圈中仍有感应 电流。一方面
18、可以看成线圈中磁通量正处在向下减 少到向上增加的转变过程,另一方面从切割磁线看, ab 边和 cd 边都切割磁感线,由右手定则可以判断, ab 和 cd 都产生感应电动势,感应电动势的方向分 别为由 b 到 a 和由 c 到 d,但 ab 处磁感应强度较大 些,则 ab 切割磁感线产生的感应电动势比 cd 要大, 所以线圈中总电动势不为零,使感应电流方向仍为 顺时针方向(从上向下看) 。 c a b d C CC C1 1 C C2 2 C C3 3 N NS S 答案:(1)A 线圈由 A1位置移到 A2位置的过 程中,感应电流方向为逆时针方向(从左向右看) 。 由 A2位置移到 A3位置过
19、程中,感应电流方向为顺 时针方向(从左向右看) 。当线圈在 A2处时,无感 应电流; (2)B 线圈由 B1位置移到 B3位置的过程中, 感应电流方向始终为顺时针方向(从上向下看) 。 (3)C 线圈由 C1位置移到 C3位置的过程中, 感应电流方向始终为顺时针方向(从上向下看) 。 【例题】如图 1 所示,一水平放置的矩形线圈 abcd,在细长的磁铁的 N 极附近竖直下落,保持 bc 边在纸外,ad 边在纸内,从图中的位置经过位置 到位置,位置和都很靠近,在这个过程中, 线圈中感应电流( ) A沿 abcd 流动 B沿 dcba 流动 C由到都是 abcd 流动,由到是 dcba 流 动 D
20、由到都是 dcba 流动,由到是 abcd 流 动 解析:分析 N 极右侧附近的磁场,在 I 位置 通过线圈的磁场斜向上,到 II 位置时,通过线圈的 磁场方向与线圈平面平行,故磁通量为零。因此从 I 到 II 过程中,向上的磁通量减少,因为感应电流 的磁场与原磁场方向相同,即向上,由安培定则可 知感应电流方向为 abcd 流动;而在 III 位置时通过线 圈的磁场方向斜向上,因此从 II 到 III 过程中,通 过线圈的磁通量增加,故感应电流磁场与原磁场方 向相反,即向上,由安培定则可知感应电流方向仍 为 abcd 方向,故 A 项正确。 【例题】如图所示,螺线管 A 外接一平行轨道, 轨道
21、上垂直放置金属杆 cd,cd 所处位置有垂直轨道 平面向里的匀强磁场;螺管 B 外接一根固定的直导 体 ef,平行于 ef 放置一根通电软导线 ab,ab 中电 流方向由 a 向 b。当导体棒 cd 向左运动时,发现软 导线 ab:不动;左偏;右偏;试分析 cd 棒 对应的运动状态? A A B B a b c d e f g h i j v 解析:这是一个多种电磁现象相伴产生同时 出现的问题。cd 切割磁感线运动是最初的原因,ab 受力是最后形成的结果。分析这类问题,有两种思 维方式,一是顺向思维;由于已知 cd 是向左运动, 第十三章:电磁感应 5 其运动状态有三种可能:即匀速运动、加速运
22、动、 减速运动,分别就三种运动形式分析出 ab 的受力。 一是逆向思维;从 ab 受力分析开始,追根溯源,最 终可确定 cd 的运动状态。 (1)顺向思维:假设 cd 向左加速运动,由右手 定则可知,cd 中出现由 d 向 c 的逐渐增加的感应电 流,由安培定则可知,A 中出现向下的逐渐增加的 磁场,则 B 中的磁通量向下逐渐增加;由楞次定律 可知,B 中产生感应电流,使 ef 中电流方向为 e 向 f,则 ef 中电流与 ab 中电流为同向,同向平行电流 相互吸引,故 ab 向右偏。 (2)逆向思维:ab 软导线向左偏,表明 ab、ef 是相互排斥,则 ef 中感应电流为由 f 向 e,B
23、线圈 中感应电流由 g 经 B 流向 h,B 中感应电流的磁场 方向向下。由楞次定律可知,B 中原磁通量可能是 向下减少,也可能向上增加。 若 B 中原磁通量为向下减少,则 A 中磁场也为 向下减小,由安培定则可知,A 中存在方向由 i 经 A 至 j、大小逐渐减小的电流,则 cd 中有方向由 d 指向 c、大小逐渐减小的感应电动势,由右手定则 和直导体切割磁感线产生感应电动势可知 cd 棒向左 减速运动。 若 B 中原磁通量为向上增加,同理可分析出 cd 棒为向右加速运动(不符合题意) 。 (3)学生自己可以分析出当 cd 匀速移动时,ab 导线不动。 答案:匀速运动;减速运动;加速运动。
24、【例题】 (青岛市(青岛市 08 年年 3 月一摸)月一摸)在竖直方向的 匀强磁场中,水平放置一圆形导体环规定导体环 中电流的正方向如图 1 所示,磁场向上为正当磁 感应强度 B 随时间 t 按图 2 变化时,下列能正确 表示导体环中感应电流变化情况的是 (C) 【例题】矩形导线框 abcd 放在匀强磁场中,在 外力控制下静止不动,磁感线方向与线圈平面垂直, 磁感应强度随时间变化的图象如图所示t0 时 刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里,在 04 s 内, 线框 ab 边受力随时间变化的图象(力的方向规定 以向左为正方向)可能是下图中的(D) 【例题】如图所示,金属导轨上的导体棒 ab 在 匀强
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- 初三理化生 初三 理化 第十三 电磁感应
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