【高中物理】电磁感应教案讲义要点.pdf
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1、电磁感应 一、基础知识 1. 电磁感应现象楞次定律 (1)磁通量: =BS ,单位: Wb ;是标量,但有正负,正负仅代表穿向。 (2)电磁感应现象:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中产生感应电流,这种利用磁场产 生电流的现象。 (3)产生条件: 穿过闭合电路的磁通量发生变化、闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动, =BS= BS 。 (4)楞次定律: 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化。 (5)感应电流方向:右手定则,让磁感线穿过掌心,右手大拇指指向导体运动方向,其余四指指向 就是电流方向。 2. 法拉第电磁感应定律自感和涡流 (1)法拉第电磁感应定律:E=n t ,感应电
2、动势大小与穿过这一电路的磁通量变化率成正比。 (2)感生电动势:由于磁场变化而产生的感应电动势,回路中处于变化磁场中的线圈相当于电源, 方向由楞次定律判断,计算用E=n t 。 (3)动生电动势:由于导体做切割磁感线运动而产生的电动势,做切割运动的导体相当于电源,方 向由楞次定律或右手定则判断,计算用,E=n t 或 E=BLVsin。 (4)互感: 两个相互靠近的线圈,其中一个电流发生变化,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈 中产生感应电流。 (5)自感: 由于导体自身的电流变化产生的电磁感应现象。自感电动势总是阻碍自身的电流变化, 表示为 E=L I t ,L 是自感系数,与线圈长度、横截
3、面积、单位长度匝数成正比,线圈有铁芯比无铁芯自感 系数大得多。 通电自感:在线圈通电的一瞬间,会产生反方向的感应电动势阻碍电流增大,导致线圈中的电流是逐 渐增大的。 断电自感:断电时的一瞬间,会产生与刚才电流同方向的感应电动势阻碍电流减小,如果此时线圈仍 处在回路中,会导致线圈中的电流是逐渐减小的。 (6)涡流: 由于线圈电流变化,会在附近导体内部产生感应电流,形成闭合回路,这种现象叫涡流。 3. 电磁感应的综合问题一般解决方法 (1)确定电源:做切割磁感线运动的那部分导体相当于电源、处在变化磁场中的线圈相当于电源 (2)计算感应电动势:E=n t 或 E=BLVsin (3)判断感应电流方向
4、:右手定则、楞次定律 (4)计算感应电流:I= E R+r (5)判断安培力方向:左手定则 (6)计算安培力大小:F=BIL (7)计算导体合外力大小 (8)计算导体的加速度:F=ma (9)分析导体的运动状态:v 与 a 方向的关系 (10)确定导体的临界状态 二、常规题型 例 1.两圆环 A、B同心放置且半径RA RB ,将一条形磁铁置于两环圆心处,且与圆环平面垂直,如图所示, 则穿过 A、B两圆环的磁通量的大小关系为( C ) AA B BA B CA B D无法确定 内部相等,外部A 多于 B,总的数量 =内部 -外部,所以B 多于 A 练习 1.如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为
5、d,将一边长为l 的正方形导线框以速度为v匀速地 通过磁场区域,若dl,则线圈中不产生感应电流的时间应等于( C) A. d v B. l v C. dl v D. d2l v 线圈刚刚完全进入磁场时至线圈刚刚出磁场前,通过线圈的磁通量不发生变化,线圈中不会产生感应电流 练习 2.一个单匝矩形线圈abcd,边长ab30 cm,bc20 cm,如图所示放在Oxyz直角坐标系内,线 圈平面垂直于Oxy平面,与Ox轴和Oy轴的夹角分别为 30和 60,匀强磁场的磁感应强度B 10 2 T试计算:当磁场方向分别沿 Ox,Oy,Oz方向时,穿过线圈的磁通量各为多少? x BScos =310 4 Wb
6、y BScos =3310 4 Wb z 0 练习 3.如图所示,用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合,哪些组合中,切断直导线中的 电流时,闭合回路中会有感应电流产生( 图A、B、C中直导线都与圆形线圈在同一平面内,O点为线圈的圆 心,图 D中直导线与圆形线圈垂直,并与中心轴重合)( BC) AD圆环磁通量始终为0,无变化,所以不会有 电流产生 例 2.如图所示,导线ab 和 cd 互相平行,则下列四种情况下导线cd 中无电流的是 ( D) A开关 S闭合或断开的瞬间 B开关 S是闭合的,但滑动触头向左滑 C开关 S是闭合的,但滑动触头向右滑 D开关 S始终闭合,不滑动触头 练习 1
7、.如图所示,在匀强磁场中的导轨上,有两根等长的平行导线ab和cd,以相同的速度v匀速向右 滑动为使ab中有感应电流产生,对开关S来说 ( D) A断开和闭合都可以 B应断开 C断开和闭合都不行 D应闭合 开关闭合abNM 才会有电流, abcd 速度一样,不会有电流 练习 2.如图所示,一个矩形铁芯上绕制两个线圈A和B. 在下列关于B线圈中是否有感应电流的判断中, 正确的是 ( BC) AS闭合后,B线圈中一直有感应电流 BS闭合一段时间后,B中感应电流消失,但移动变阻器滑片时, B中又有感应电流出现 C在 S断开和闭合的瞬间,B中都有感应电流 D因为A、B两线圈是两个不同的回路,所以B中始终
8、没有感应电流 磁通量发生变化就会有感应电流 练习 3. 如图所示, 固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN沿框架以速度 v向右做匀速运动t0 时,磁感应强度为B0,此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方 形为使MN棒中不产生感应电流,从t 0 开始,磁感应强度B应随时间t怎样变化?请推导这种情况下 B与t的关系式 让磁通量保持不变,即 B0l 2B(l2lvt) ,解得: B B0l l vt 例 3.根据楞次定律知 :感应电流的磁场一定(C) A.阻碍引起感应电流的磁通量 B.与引起感应电流的磁场方向相反 C.阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化
9、D.与引起感应电流的磁场方向相同 练习 1.(多选题 )如图当磁铁运动时,通过电阻的电流由A 经 R 流向 B。则磁铁的运动情况可能是 (BCD) A.向下运动B.向上运动 C.向左平移D.向右平移 根据电流判断感应电流在螺线管内产生的磁场方向向下,说明磁通量 变化是向下的减少,磁铁BCD运动都可以使向下的减少 练习 2.如图所示 ,一水平放置的圆形通电线圈1 固定 ,另一较小的圆形线圈2 从 1 的正上方下落 ,在下 落过程中两线圈平面始终保持平行共轴,则线圈 2 从正上方下落至1 的正下方过程中 ,从上往下看 ,线圈 2 中的感应电流为 (C) A.无感应电流 B.有顺时针方向的感应电流
10、C.先是顺时针方向 ,后是逆时针方向的感应电流 D.先是逆时针方向 ,后是顺时针方向的感应电流 根据楞次定律, 2 在 1 上方下降时,向上的磁通量增加,感应电流产生的磁场应该向下,即顺时针 2 在 1 下方下降时,向上的磁通量减少,感应电流产生的磁场应该向上,即逆时针 例 4. (多选题 )闭合电路的一部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动,如图所示 ,能正确表示感应电流 I 的方向、磁感应强度B 的方向跟导体运动速度的方向关系的是(BC) 右手定则 练习 1.如图所示 ,导线框 abcd和通电直导线在同一平面内,直导线通有恒定电流并通过ad和 bc 的中 点,当线框向右运动的瞬间,则(B)
11、A.线框中有感应电流,方向为顺时针 B.线框中有感应电流,方向为逆时针 C.线框中有感应电流,但方向难以判断 D.由于穿过线框的磁通量为零,所以线框中没有感应电流 根据楞次定律,线框向右移动,向里的磁通量增加,感应电流产生的磁场应该向外,即逆时针 根据右手定则直接判断ab、cd 切割磁感线也可以 练习 2.( 多选题 )如图所示 , 导体 AB 、 CD可在水平轨道上自由滑动, 且两水平轨道在中央交叉处互不相通。 当导体棒AB向左移动时 ( AD) A.AB中感应电流的方向为A到 B B.AB中感应电流的方向为B到 A C.CD向左移动 D.CD向右移动 右手定则判断AB电流方向A到 B,那么
12、 CD就是 C到 D,左手定则判断CD受力向右 例 5. ( 多选题 ) 如图 , 匀强磁场垂直于软导线回路平面, 由于磁场发生变化, 回路变为圆形。则该磁场 ( CD) A.逐渐增强 , 方向向外 B.逐渐增强 , 方向向里 C.逐渐减弱 , 方向向外 D.逐渐减弱 , 方向向里 根据楞次定律,线圈面积增大,说明磁场强度减弱,方向可向里可向外 也可先分析受力,再用左手定则分析电流方向,再根据磁场方向不同分析感应电流的磁场方向 练习 1.( 多选题 ) 如图 , 在水平光滑桌面上, 两相同的矩形刚性小线圈分别叠放在固定的绝缘矩形金属框的 左右两边上 , 且每个小线圈都各有一半面积在金属框内。在
13、金属框通入逆时针方向电流的瞬间( BC) A.两小线圈会有相互靠拢的趋势 B.两小线圈会有相互远离的趋势 C.两小线圈中感应电流都沿顺时针方向 D.左边小线圈中感应电流沿顺时针方向, 右边小线圈中感应电流沿逆时针方向 金属框通入电流的瞬间, 两个小线圈向外的磁通量均增大,根据楞次定律, 为了阻碍磁通量的增大, 左边小 线圈向左运动, 右边小线圈向右运动, 选项A错误 ,B正确 ; 由环形电流的磁场分布规律知两小线圈感应磁场 的方向垂直纸面向里, 由安培定则可知感应电流沿顺时针方向,C正确 ,D错误。 练习 2.老师做了一个物理小实验让学生观察: 一轻质横杆两侧各固定一金属环, 横杆可绕中心点自
14、由转 动, 老师拿一条形磁铁插向其中一个小环, 后又取出插向另一个小环, 同学们看到的现象是( B) A.磁铁插向左环, 横杆发生转动 B.磁铁插向右环, 横杆发生转动 C.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都不发生转动 D.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都发生转动 左环没有闭合,只有插向右环才会转动 练习 3.如图所示 , 粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线 AB正上方等高快速经过时, 若线圈始终不动, 则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判 断是 ( D ) A.FN先小于 mg后大于 mg,运动趋势向左 B.FN先大于 mg后小于 mg
15、,运动趋势向左 C.FN先小于 mg后大于 mg,运动趋势向右 D.FN先大于 mg后小于 mg,运动趋势向右 当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时, 线圈中向下的磁通量先增加后减小, 由楞 次定律可知 , 线圈中先产生逆时针方向的感应电流, 后产生顺时针方向的感应电流, 线圈的感应电流磁场阻 碍磁铁的运动, 故靠近时磁铁与线圈相互排斥, 线圈受排斥力向右下方,FN大于 mg,线圈有水平向右运动的 趋势 ; 离开时磁铁与线圈相互吸引, 线圈受到吸引力向右上方,FN小于 mg,线圈有水平向右运动的趋势, 故选 项D正确。 例 6.(多选题 )下列关于电磁感应产生感应电动势大小
16、的表述正确的是(AD) A.穿过导体框的磁通量为零的瞬间,线框中的感应电动势有可能很大 B.穿过导体框的磁通量越大,线框中感应电动势一定越大 C.穿过导体框的磁通量变化量越大,线框中感应电动势一定越大 D.穿过导体框的磁通量变化率越大,线框中感应电动势一定越大 感应电动势的大小与磁通量的大小无关,而是与磁通量的变化率成正比 练习 1. (多选题 )单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,转动轴垂直于磁场。若线圈所围面积的磁通量 随时间变化的规律如图所示,则(BD) A.线圈中 0 时刻的感应电动势最小 B.线圈中 C 时刻的感应电动势为零 C.线圈中 C 时刻的感应电动势最大 D.线圈中 0 到 C
17、 时刻内平均感应电动势为0.4 V 感应电动势E=,而磁通量的变化率是-t 图象中的切线斜率,当 t= 0 时 =0,但 0。若求平均感应 电动势 ,则用 与 t 的比值求 ,V=0.4V。可知选项B、D 正确。 练习 2. (2014 江苏单科 )如图所示 ,一正方形线圈的匝数为n,边长为 a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一 半处在磁场中 ,在 t 时间内 ,磁感应强度的方向不变,大小由 B 均匀地增大到2B。在此过程中 ,线圈中产 生的感应电动势为(B) A.B. C.D. 由法拉第电磁感应定律,E=n=n 例 7. (多选题 )一根直导线长0.1 m,在磁感应强度为0.1 T 的匀强磁场中
18、以10 m/s的速度匀速运动,则导 线中产生的感应电动势(BCD) A.一定为 0.1 VB.可能为零 C.可能为 0.01 V D.最大值为 0.1 V 当公式 E=Blv 中 B、 l、 v互相垂直而导体切割磁感线运动时感应电动势最大,Em=Blv= 0.1 0.1 10V=0.1V; 当 vB 时,E=0,所以 0E0.1V 练习 1.磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区,刷卡器中有 检测线圈。当以速度v0刷卡时 ,在线圈中产生感应电动势,其 E-t 关系如图所 示。如果只将刷卡速度改为,线圈中的 E-t 关系图可能是 (D) 根据 E=Blv ,v 变为一半, E 也变为原
19、来的一半 练习 2.纸面内两个半径均为R 的圆相切于O 点,两圆形区域内分别存在垂直于纸面的匀强磁场,磁感 应强度大小相等、方向相反,且不随时间变化。一长为2R 的导体杆OA绕过 O 点且垂直于纸面的轴顺 时针匀速旋转 ,角速度为 ,t= 0时,OA 恰好位于两圆的公切线上,如图所示。若选取从O 指向 A 的电动 势为正 ,下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图象可能正确的是(C) 产生感应电动势E=1 2BL 2,B、不变,前半个周期电动势为正,且成二次函数先增大后减小, C 正 确 例 8.如图所示 ,通电导线 MN 与单匝矩形线圈abcd 共面,位置靠近 ab 且相互绝缘。 当 MN
20、中电流突然 减小时 ,线圈所受安培力的合力方向(B) A.向左 B.向右 C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里 线圈的合磁通量是向里的,电流减小,线圈的向里的磁通量减小,根据楞次定律,受力方向就是增大 向里的磁通量的方向 练习 1.如图所示 ,当导线 ab 在电阻不计的金属导轨上滑动时,线圈 c 向右摆动 ,则 ab 的运动情况是 (B) A.向左或向右匀速运动 B.向左或向右减速运动 C.向左或向右加速运动 D.只能向右匀加速运动 线圈 c 向右运动 ,说明穿过线圈的磁通量正在减少,即右侧回路中的感应电流减小,即感应电动势减小 根据 E=BLv ,说明 v 减小,方向无所谓 练习 2. (多选
21、题 )在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环如图所示,以下判断中正确的是 (AC) A.释放圆环 ,环下落时环的机械能守恒 B.释放圆环 ,环下落时磁铁对桌面的压力比磁铁的重力大 C.给磁铁水平向右的初速度,磁铁运动后做减速运动 D.给磁铁水平向右的初速度,圆环产生向左的运动趋势 圆环的合磁通量为0,只受重力,所以机械能守恒 磁铁向右运动,圆环开始有磁通量,由楞次定律可知,圆环的运动阻碍磁通量变化,所以圆环也有向右的 运动趋势,根据牛顿第三定律,圆环会给向左的磁铁反作用力,所以磁铁会减速 练习 3. (多选题 )(2014 四川理综 )如图所示 ,不计电阻的光滑U 形金属框水平放置,光
22、滑、竖直玻璃挡板 H、P 固定在框上 ,H、P 的间距很小。质量为0.2 kg 的细金属杆CD 恰好无挤压地放在两挡板之间,与 金属框接触良好并围成边长为1 m 的正方形 ,其有效电阻为0.1 。此时在整个空间加方向与水平面成 30角且与金属杆垂直的匀强磁场,磁感应强度随时间变化规律是B=(0.4-0.2t) T,图示磁场方向为正方 向。框、挡板和杆不计形变。则(AC) A.t= 1 s 时,金属杆中感应电流方向从C 到 D B.t=3 s 时,金属杆中感应电流方向从D 到 C C.t=1 s 时,金属杆对挡板P 的压力大小为0.1 N D.t=3 s 时,金属杆对挡板H 的压力大小为0.2
23、N t= 1s时磁通量向下正在减少、t=3s 时磁通量向上正在增加,所以这两个时刻感应电流产生的磁场都向 下,根据安培定则电流从C 到 D,A 正确。由法拉第电磁感应定律,得感应电动势E=S sin30=0.1V, 感应电流 I= =1A,t=1s 时,金属杆受力方向右上, FP=FAsin30=BIL sin30=(0.4-0.2t)TIL sin30=0.1N,选项 C 正确;t=3s时,金属杆受力方向左下, FH=FAsin30=B3ILsin30,而 B3=0.4T-0.2 3T=- 0.2T,方向向左上方 ,代入解得 FH=0.1N,选项 D 错误。 例 9. (多选题 )下列说法中
24、正确的是(AC) A.感生电场由变化的磁场产生 B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C.感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手定则来判定 D.感生电场的电场线是闭合曲线,其方向一定是沿逆时针方向 磁场变化时在空间激发感生电场, 其方向与所在闭合电路中产生的感应电流方向相同, 可由楞次定律和右 手定则判定 练习 1.( 多选题 ) 某空间出现了如图所示的一组闭合电场线, 方向从上向下看是顺时针的, 这可能是 (AC) A.沿AB方向磁场在迅速减弱 B.沿AB方向磁场在迅速增强 C.沿BA方向磁场在迅速增强 D.沿BA方向磁场在迅速减弱 练习 2.在如图所示的A、B、C、 D四种磁场情况中
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