tk电磁感应基础知识专题解析

1、高考综合复习一一电磁感应（一）电磁感应基础知识、自感专题知识网络变化快慢感应电动勢的大小 法拉第电磁感应定律Ar感应电说的方向 感应电动势的方向 楞次定律右手定则 一高考考点 考纲要求：知识点要求说明电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律， 楞次定律n（1）导体切割磁感线时感应电动势的计 算，只限于L垂直于B、v的情况（2）在电磁感应现象里，不要求判断内电 路中各点电势的高低导体切割磁感线时的感应电动势，右手定则n自感现象i日光灯i复习指导：本章以电场及磁场等知识为基础，研究了电磁感应的一系列现象，通过实验总结岀了产生感应电流的条件和判定感应电流方向的一般方法 楞次定律，给岀了确定感应电动势

2、大小的一般规律 法拉第电磁感应定律。感应电流的产生和感应电流的方向的判定和感应电动势的计算是电磁感应的基本的内容，纵观近年高考题可以看岀题型主要为选择， 在物理单科考试中应用较多，在理科综合试题中单独的涉及本考点的题目很少，大多是和电学知识相结合的综合性试题， 且可以肯定本考点一定会在高考中岀现。通过对近年高考题目的分析比较可以看岀，2006年的高考如果是物理单科有可能感应电流的产生和感应电流的方向的判定方面岀题，而如果是理综考试试题，由于命题的要求的限制，单独考查的可能性很小，还应注意本考点与其它考 点的结合而出现的综合性题目。还可以看出，矩形线框穿越有界匀强磁场问题，涉及到楞次定律（或右手

3、定则）、法拉 第电磁感应定律、磁场对电路的作用力、含电源电路的计算等知识，综合性强，能力要求高，这也是命题热点。2006年的高考，感应电动势的计算问题是肯定会岀现的一个计算点，如果在选择题中岀现，则应以基本计算为主，如果在计算 题中出现则应当是一个综合性较强的题目。要点精析磁通量相关:磁通量：穿过磁场中某个面的磁感线的条数叫做穿过这一面积的磁通量。磁通量简称磁通，符号为，单位是韦伯(Wb)。磁通量的计算公式二BS此式的适用条件是：匀强磁场，磁感线与平面垂直。 如果磁感线与平面不垂直上式中的S为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。二B- Ssin,e其中e为磁场与面积之间的夹角，我们称之为有效面

4、积”或正对面积”。磁通量的方向性”磁感线正向穿过某平面和反向穿过该平面时，磁通量的正负关系不同，求合磁通时应注意相反方向抵消以后所 剩余的磁通量。注意：磁通量是标量。磁通量的变化(量)：二2 3可能是B发生变化而引起， 也可能是S发生变化而引起， 还有可能是B和S同时发生变化而引起， 在确定 磁通量的变化时应注意。(5)磁通量的变化率 t:指磁通量的变化快慢。附表：磁通量磁通量的变化磁通量的变化率物理意义某时刻穿过某个面的磁感线条 数某段时间穿过某个面的磁通量的 变化穿过某个面的磁通量变化的快 慢大小二BS丄S丄为与B垂直的面的面积二21=B S二 S BLt M注意穿过某个面有方向相反的磁场

5、，则不能直接用 二B-S求 解，应考虑 相反方向”的磁通 量抵消后所剩余的磁通量开始和转过180。时平面都与磁场 垂直，穿过平面的磁通量是一正一 负，=2B-S，而不是0既不表示磁通量的大小，也不 表示变化的多少，实际它就是 单匝线圈上产生的电动势大小附注线圈平面与磁感线平行时，二0,但 t最大线圈平面与磁感线垂直时，最大，但 t = 0电磁感应现象的产生条件：产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化，若电路不闭合，即使有感应电动势产生，也没有感应电流。感应电动势的产生条件：无论电路是否闭合只要穿过电路的磁通量发生变化，这部分电路就会产生感应电动势这部分电路或导体相当于电 源。感应电流

6、的方向：1 .右手定则右手定则：伸开右手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向 导体运动方向，那么伸直四指指向即为感应电流的方向。说明：伸直四指指向还有另外的一些说法：A.感应电动势的方向；B.导体的高电势处锦绣辅导班 高中物理 电磁感应复习导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定感应电流方向的右手定则也 是楞次定律的特例。用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是不少情况下，不如用右手定则判定来得方便 简单；反过来，用楞次定律能判定的，用右手定则却不一定能判断出来。什么情况用右手定则判断，什么情况用楞次定 律

7、判断，要注意通过解题积累经验。凡是纯属磁感应强度变化的情况，一定要使用楞次定律才行；但即使是导体切割磁 感线的情况，用右手定则也不一定简单。安培定则、左手定则、右手定则的区别：适应于不同现象：安培定则又叫右手螺旋定则，适应于运动电荷或电流产生的磁场；左手定则判定磁场对运动电 荷或电流作用力的方向；右手定则判定部分导体切割磁感线产生的感应电流的方向。左手定则与右手定则 “因果关系 ”不同：左手定则是因为 “有电 ”，结果 “受力 ”，即 “因电而动 ”；右手定则是因为 “受 力 ”运动，结果 “有电 ”，即 “因动而电 ”。2楞次定律（ 1 ）内容： 感应电流具有这样的方向：就是感应电流的磁场总

8、是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。楞次定律的实质是 “能量转化和守恒 ”，感应电流的磁场阻碍过程，使机械能减少，转化为电能；正确理解 “阻碍 ”有四层意思要搞清楚：谁阻碍谁？是感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场（原磁场）的磁通量；阻碍什么？阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身；如何阻碍？当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向 与原磁场的方向相同，即 “增反减同 ”；结果如何？阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化快慢，结果是增加的还是增加，减少的继续减少。（2）应用楞次定律判断感应电流的步骤：确定原磁场的方向；明确回路中磁通量变化情况

9、；应用楞次定律的 “增反减同 ”，确立感应电流磁场的方向；应用右手安培定则，确立感应电流方向。（ 3）楞次定律的另类表述 楞次定律的另一种表达为：感应电流的效果，总是要反抗产生感应电流的原因。说明：这里产生感应电流的原因，既可以是磁通量的变化，也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变当是电路的磁通量发生变化时，感应电流的效果就阻碍变化一 阻碍原磁通的变化;当是岀现引起磁通量变化的相对运动时，感应电流的效果就阻碍变化二一 阻碍（导体间的）相对运动即时拒，去时留”；当是回路发生形变时，感应电流的效果就阻碍回路发生形变（扩大或缩小）；当线圈自身的电流发生变化时，感应电流的效果就阻碍原来的电流发生

10、变化（自感现象）；总之如果问题不涉及感应电流的方向，则从楞次定律的另类表述岀发的分析方法较为简便。感应电流的大小：1 .法拉第电磁感应定律（1）内容：电磁感应中线圈里的感应电动势跟穿过线圈的磁通量变化率成正比S 5K S 2（2） 表达式：（3）说明：式中的n为线圈的匝数，是线圈磁通量的变化量，At是磁通量变化所用的时间.又叫磁通量的变化率;的单位是韦伯， At的单位是秒，E的单位是伏特;亠 中学阶段一般只用来计算 At时间内平均感应电动势，一般不等于初态与末态电动势的平均值，即E* （毘+鸟）竺2;如果血 是恒定的，那么 E是稳恒的；二，决定了该回路的感应电动势的大小，但还不能决定该回路感应

11、电流的大小，感应电流的大小由该回路的回路电阻R共同决定。（4）注意区分感应电流和感应电荷量： t时间内迁移的电荷量（感应回路中磁通发生变化时，由于感应电场作用使电荷发生定向移动而形成感应电流，在电荷量）为：*卫RMAq仅由回路电阻和磁通量变化决定，与发生磁通变化时间无关，因此，当用一根磁棒先后两次从同一处用不同速度插 至线圈中同一位置时，通过线圈中导线横截面积电荷量相同。但快插与慢插时产生的感应电动势大小、感应电流的大小 不同，外力所做功也不相同。2 导线切割磁感线的感应电动势（1）公式：E= BLv（2）导线切割磁感线的感应电动势公式的几点说明：公式仅适用于导体上各点以相同的速度切割匀强磁场

12、的磁感线的情况;公式中的 B、v、L要求互相两两垂直。当L丄B、L丄v，而v与B成0夹角时导线切割磁感线的感应电动势大小为 E= Blvsin 0适应于计算导体切割磁感线产生的感应电动势，当v为瞬时速度时，计算瞬时感应电动势，当v为平均速度时可计算平均电动势；若导体棒不是直的，E = BLvsin 0中的L为切割磁感线的导体棒的有效长度。如图，棒的有效长度为ab的弦长。（3）导线切割磁感线的感应电动势大小两个特例：长为L的导体棒在磁感应强度为 B的匀强磁场中以 3匀速转动，转动平面垂直磁感线， 导体棒产生的感应电动势: TOC o 1-5 h z 1 .1&二脳厂曲A 以端点为轴时，（平均速度

13、取中点位置的线速度：）B 以中点为轴时,E = 0 （可以看成相等两段以各自端点为轴转动所产生电动势的代数和）C 以任意点为轴时,（可以看成不相等两段以各自端点为轴转动所产生电动势的代数和）面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中以角速度 3绕线圈平面内的任意轴匀速转动，转动轴垂直磁感线，产生的感应电动势：A 线圈平面与磁感线平行时，E = BSwB 线圈平面与磁感线垂直时,C 线圈平面与磁感线夹角为e时，E= BSw sin 03 .公式和E= BLvsin 0的区别和联系(1)区别：一般来说，+求岀的是 At寸间内的平均感应电动势；公式E = BLvsin 0，如v为瞬时速度，则E为瞬时电动势，如

14、 v为平均速度，则 E为平均电动势正方形导线框 abed垂直于磁感线，在匀强磁场中匀速向右运动时，由于，故整个回路的感应电动势E= 0E = n 另外， 求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。整个回路的感应电动势为零时，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零，如图所示:但是ad和be边由于做切割磁感线运动，仍分别产生感应电动势Ead= Ebe = BLv。对整个回路来说，Ead和Ebe方向相反，所以回路的总电动势E=0，感应电流也为零。虽然E=0，但仍存在电势差Uad= Ube = BLv，相当于两个相同的电源ad和be并联。(2)联系：公式逹Ar和公式BLvsi

15、n 0是统一的。当公式中的 t tO时，则E为瞬时感应电动势，只是由于高中数学知识所限，我们现在不能这样求瞬时感应电动势。公式中的v若代入平均速度-，则求岀的E为平均感应电动势，实际上式中，所以公式一匚一 f只是一般说来，用公式丄-求平均感应电动势更方便，用公式E= BLvsin 0 (代入瞬时速度)求瞬时感应电动势更方便。自感：1 自感现象：当导体中的电流发生变化，导体本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中的原来的电流的变化，这种由 于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。2 自感现象的应用通电自感：通电瞬间自感线圈处相当于断路，电路稳定后自感线圈相当于纯电阻断电自感

16、：断电时自感线圈处相当于电源。当线圈中电阻罗灯丝电阻时，灯缓慢熄灭；当线圈中电阻v灯丝电阻时，灯闪亮后缓慢熄灭。对自感要搞清楚通电自感和断电自感两个基本问题，可能感觉比较困难的是断电自感，特别模糊的是断电自感中 小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的问题。如图所示，原来电路闭合处于稳定状态，L与A并联，其电流分别为 IL和IA，方向都从左向右。在断开 S的瞬时，灯 A中原来的从左向右的电流IA立即消失，但是灯 A与线圈L组成一闭合电路，由于L的自感作用，其中的电流IL不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱维持短暂的时间，这个时间内灯A中有从右向左的电流通过，这时通过A的电流从IL开始减弱，如果 RL

17、(线圈L的直流电阻)v RA，原来的电流IL IA，则在灯A熄灭之前要闪亮一下；如果 RL RA，原来的电流IL v IA，则灯A是逐渐熄灭不再闪亮一下。3增大线圈自感系数的方法：增大线圈长度增多单位长度上匝数增大线圈截面积(口径)线圈中插入铁芯4 日光灯(1)日光灯电路的组成和电路图:日光灯电路的电路图如图所示：灯管：日光灯管的两端各有一个灯丝，灯管内有微量的氩和汞蒸汽，灯管内涂有荧光粉。两个灯丝之间的气体导电时发岀紫外线，激发管壁上的荧光粉发岀可见光，但要使管内气体导电所需电压比220V的电源电压高得多。镇流器：i)结构：线圈和铁芯；ii)原理：自感；iii)作用：灯管启动时提供一个瞬时高

18、压，灯管工作时降压限流。锦绣辅导班高中物理电磁感应复习启动器：i）结构：电容、氖气、静触片、U形动触片、管脚、外壳；ii）原理：热胀冷缩；iii）作用：先接通电路，再瞬间断开电路，使镇流器产生瞬间高压。（2）日光灯电路的工作过程：合上开关，电源电压220V加在启动器两极间-氖气放电发岀辉光-辉光产生的热量， 使U形动触片膨胀伸长， 与静 触片接触接通电路 -镇流器和灯丝中通过电流 -氖气停止放电 -动静触片分离-切断电路-镇流器产生瞬间高压，与电 源电压加在一起，加在灯管两端灯管中气体放电 日光灯发光。（3）日光灯启动后正常工作时，启动器断开，电流从灯管中通过，镇流器产生自感电动势起降压限流作

19、用。精题精讲例题1.面积为S的矩形框abed，处在磁感应强度为 B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成0角（如图），当线框以 ab为轴顺时针转90过程中，求穿过 abed的磁通量变化量解析：n的方向为正，开始时 B与线框平面90 寸，磁通量变化为2= BSeosO磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框平面方向上的分量决定的。选平面法线成0角，磁通量C&1 = BSsin e；线框平面按题意方向转动时，磁通量减少，当转过可见，磁通量的变化量为： Ag 2 1 = BSeosO BSsin 0= BS- （cos 0 +sin）0 即穿过线圈的正向磁通量减少了BS- （cos 0 +sin）0。实际上，

20、在线框转过90的过程中，穿过线圈的磁通量是由正向BSsin 0减小到零，再由零增大到负向BSeos0点评：磁通量是标量，但有正、负，对某一面积元的磁通量的正、负是人为规定的。不考虑磁通的正负，在计算磁通量变 化时，往往会产生错误。穿过某一线圈平面的磁通量的大小，与线圈匝数无关。例题2.线圈在长直导线电流的磁场中，作如图的运动：A向右平动，B向下平动，C绕轴转动（ad边向外），D从纸面向纸外作平动，E向上平动（E线圈有个缺口），判断线圈中有没有感应电流？BD解析：在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱。A、 向右平移，穿过线圈的磁通量没有

21、变化，故A线圈中没有感应电流；B、向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电动势和感应电流；C、绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化（开始时减少），必产生感应电动势和感应电流；D、 离纸面向外，线圈中磁通量减少，故情况同BC ;E、向上平移，穿过线圈的磁通量增加，故产生感应电动势，但由于线圈没有闭合回路，因此无感应电流。点评：判断是否产生感应电流关键是分清磁感线的疏密分布，进而判断磁通是否变化。例题3.如图所示，在一固定圆柱形磁铁的N极附近放置一平面线圈 abed，磁铁轴线与线圈水平中心线xx轴重合，下列说法中正确的是：（）-rDv A、 当线圈刚沿xx 轴向右平移时，线圈中有感应电流，方向为ad

22、ebaB、 当线圈刚绕xx轴转动时（ad向外，be向里），线圈中有感应电流，方向为abedaC、 当线圈刚沿垂直纸面方向向外平移时，线圈中有感应电流，方向为adebaD、 当线圈刚绕yy 轴转动对（ab向里，ed向外），线圈中有感应电流，方向为abeda解析：正确的答案是 CD。线圈在原图位置中时，磁通量为零。在A、B两项中，线圈运动时磁通量未变，仍为零；C项中,磁感线向外，磁通量增加；D项中磁通量亦增加，由楞次定律可分别判断岀感应电流方向为adeba和abeda。点评：本题考查磁铁的磁场、产生感应电流的条件和楞次定律等知识点，掌握典型的磁体或通电导体周围的磁感线分布情况是判断回路中磁通量是否

23、发生变化的关键。加深：在C选项中，若线圈向外平移的距离足够大，情况又怎样？（提示：磁通量先变大后变小）；在C选项中，若线圈向外平移很小距离AS后，再向内平移2AS，则在向内平移过程中情况又怎样？（提示：磁通量方向发生改变）。拓展:如图所示，导线框 abed与导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I，当线框由左向右匀速通过直导线时，线框中感应电流的方向是：()rr_ ifA、先 abed,后 deba，再 abed；B、先 abed，后 deba；C、始终 deba；D、先 deba,后 abed，再 deba；E、先 deba，后 abed。解析：正确的答案是 DF面我们着重分析线圈跨在导线两侧

24、时感应电流的方向，先画岀通电直导线的磁感线分布如图所示:用两种方法判定：用磁通量变化来判定：在线圈跨越导线过程中，线圈左边部分磁通量穿出，而右边部分则穿入，我们用合磁通来判定。当跨在导线左边的线圈面积大于右边面积时，合磁通是向外的且逐渐减小，为阻碍这个方向的磁通量减小，感应电流是沿abed ；当跨在导线右边的线圈面积大于左边面积时，合磁通向内逐渐增大，为阻碍向内的磁通增大，感应电流方向应沿abed。用切割磁感线来判定：在线圈跨越导线的过程中，用右手定则可得，ed边的感应电动势向上，ab边的感应电动势向下，而ad，be边不切割磁感线，没有感应电动势产生，因此ed和ab边产生的感应电动势叠加起来使

25、线圈的感应电流的方向是沿abed。另由楞次定律可判定线圈未跨导线前的感应电流方向为deba，离开导线后感应电流的方向为deba。点评：研究电磁感应现象时分析磁通量(确切的说应该是合磁通)的变化情况是一个非常重要的问题，问题的关键在于对有关磁场、磁感线的空间分布要有足够清楚的了解，有些问题应交替利用楞次定律和右手定则切割磁感线来分析。例题4.下图为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的竖直分量向下。飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行锦绣辅导班高中物理电磁感应复习机，右方机翼末端处的电势为高度不变由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为 宓 “ 0:()A、 若

26、飞机从西往东飞，机比祝高B、 若飞机从东往西飞，宓比机高C、 若飞机从南往北飞，机比祝高D、 若飞机从北往南飞，祝比 机高解析：这是一个导体切割磁感线的问题。首先要明确地磁场大致的分布情况：在南半球，地磁场的竖直分量向上；在北半 球，地磁场的竖直分量向下；在赤道上方，地磁场的磁感线与地轴平行，或说是水平的也可以。当然题目中已画出了地 磁场的分布图示，但即使题中不告诉地磁场的分布情况，也应该知道。切割磁感线的导体即为机翼，虽然没有感应电流, 但感应电动势仍然存在。在电源内，感应电动势的方向与感应电流的方向是相同的，即为右手定则中四指所指的方向， 由电源的负极指向正极，或者说由低电势指向高电势。另

27、外，在此所指飞行员的左方、右方，应是指飞行员面向飞机的运动方向，对此如再作其他的理解是完全没有必要 的。由右手定则可判知：在北半球，不论沿何方向水平飞行，都是飞机的左方机冀电势高，右方机翼电势低。答案：AC点评：判断电磁感应电路中电势高低的方法是：把产生感应电动势的那部分电路当做电源的内电路，再判定该电源的极性(正极、负极)，对于一个闭合回路来说电源内电路的电流方向是从负极流向正极，电源外的电流是从高电势流向低电 势，即从正极流向负极。判定电磁感应电源的极性是解此类题的关键。拓展：如图所示，螺线管的导线的两端与两平行金属板相接，一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间，并处于静止状A、向左摆动B

28、、向右摆动C、保持静止D、无法判定解析：正确答案是 A。当磁铁插入时，穿过线圈的磁通量向左且增加，线圈产生感应电动势，因此线圈是一个产生感应电 动势的电路，相当于一个电源，其等效电路如图：因此A板带正电，B板带负电，故小球受电场力向左。例题5.如图所示，一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下落，空气阻力不计，则在圆环的运动过程中, 下列说法正确的是：（）g，在下方时大于 g g，在下方时也小于gg，在下方时等于 g g，在下方时小于gB在螺线管中央，A、C位置如图A、在磁铁的上方时，铜环的加速度小于B、圆环在磁铁的上方时，加速度小于C、圆环在磁铁的上方时，加速度小于D、圈环在磁铁

29、的上方时，加速度大于解析：正确答案是B。此题易错选 A或C,原因是在判磁场力作用时缺乏对条形磁铁磁感线的空间分布的了解。此题可以 用例1的二种方法判定，但都不够简捷。今用楞次定律的另一种表示来判定：感应电流总是阻碍导体间的相对运动，意思是总是阻碍导体间的距离变化。因 此圆环在磁铁的上方下落时，磁场力总是阻碍圆环下落，即ag ;而下落到磁铁的下方时，由于圆环与磁铁的距离增大,磁场力要阻碍它向下距离增大，因此ag。点评：一般地凡由于外界因素而先使导体运动，进而产生感应电流的，都可用阻碍导体间相对运动”来判定。例题6.如图所示，通电螺线管与电源相连，与螺线管同一轴线上套有三个轻质闭合铝环, 所示，当S闭合时：（）（本题忽略三环中感应电流之间相互作用力）A、A向左，C向右运动，B不动B、A向右，C向左运动，B不动C、A、B、C都向左运动D、A、B、C都向右运动解析:正确答案是A正确的分析是：（用二种方法分析）方法一：以三个环上端截面为例，画岀感应电流方向和磁感线方向，以及这一小段电流的受力方向如图所示，A和C所受磁场力的水平分量将会使A向左，C向右运动。由于对称性，以任意一小段感应电流为研究对象，都会得岀相同的结论。方法二：用阻碍磁通量变化来判定，画岀通电螺线管的磁感线分布（如图），对A环为了阻碍磁通量的增加，应向左运动，即朝磁通量较小的左方运动。同理可知C环向右运动。对 B环，