《一、电磁感应现象》知识清单

《一、电磁感应现象》知识清单第三章电磁感应一、电磁感应现象1、磁通量概念：磁通量就像是磁场穿过某个面的“流量”。可以想象成一群小磁针（代表磁场）穿过一个窗户（代表某个面）的数量多少。它的大小等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，公式是：磁通量Φ＝B×S（这里B要垂直于S哦，如果不垂直，就要算出垂直的分量再计算）。单位：国际单位是韦伯，简称韦，符号是Wb。考点：会计算简单几何形状面（比如矩形、圆形等）在均匀磁场中的磁通量。例子：有一个边长为0.5米的正方形线圈放在磁感应强度为2T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，那这个线圈的磁通量就是Φ＝B×S＝2×（0.5×0.5)＝0.5Wb。2、电磁感应现象的发现历程法拉第的伟大发现：法拉第就像一个在磁场和电的世界里探索的探险家。当时很多科学家都在研究电和磁的关系，法拉第通过大量的实验，终于发现了电磁感应现象。他做了很多有趣的实验，就像我们玩游戏不断尝试不同的组合一样。比如他把一个线圈和一个电流表连接起来，然后让一个磁铁靠近或者远离这个线圈，他发现电流表的指针竟然动了起来，这就意味着线圈中产生了电流，这个电流就是感应电流。产生感应电流的条件：闭合电路：就好比一个封闭的电路圈，电流要有一个完整的回路才能流动。可以想象成一个环形的跑道，如果跑道断了（电路不闭合），那运动员（电流）就没法跑起来了。磁通量发生变化：这个磁通量的变化可以是多种情况哦。比如说磁场的强度B发生变化，或者是线圈的面积S发生变化，或者是线圈和磁场的夹角发生变化。例如，把一个闭合的线圈放在磁场中，然后改变磁场的大小，就像调节收音机的音量大小一样，这时候磁通量改变了，就会产生感应电流。又或者把一个线圈在磁场中旋转，就像风扇的叶片在转动一样，这样也会改变磁通量从而产生感应电流。3、感应电流的方向楞次定律：楞次定律就像是一个很有原则的“电流交警”，它规定了感应电流的方向。楞次定律说，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这就好比你想把东西放进一个箱子（磁通量变化），但是箱子里有个小弹簧（感应电流的磁场）总是想把东西往外推，阻止你放进去。应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：首先确定原来的磁通量的方向。这就像先找到一条路的起点方向一样。然后看磁通量是怎么变化的，是增加还是减少。如果磁通量增加，那么感应电流的磁场方向就和原来的磁场方向相反，就像你要把东西硬塞进去，箱子里的阻力就和你用力的方向相反；如果磁通量减少，感应电流的磁场方向就和原来的磁场方向相同，就好像你想把东西从箱子里拿出来一点，箱子里的东西就会“拉”着你不让你拿。最后根据右手螺旋定则（安培定则）来确定感应电流的方向。右手握住线圈，大拇指指向感应电流的磁场方向，那四指弯曲的方向就是感应电流的方向啦。右手定则：右手定则是楞次定律的一种特殊情况，它适用于导体切割磁感线产生感应电流的情况。就像一个小棒（导体）在磁场里挥舞（切割磁感线）的时候，我们可以用右手定则来判断感应电流的方向。伸出右手，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动的方向，那四指的方向就是感应电流的方向啦。考点：熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向，这可是考试的重点哦，就像游戏里的关卡BOSS一样重要。例子：有一个导体棒在一个垂直纸面向里的磁场中向右运动，那根据右手定则，磁感线垂直穿入手心（手心对着自己，手指向里），大拇指指向右（导体棒运动方向），那四指的方向就是感应电流的方向，是从导体棒的下端流向上端的。4、感应电动势概念：感应电动势就像是电源内部的一种“驱动力”，它能让电路中产生感应电流。即使电路没有闭合，只要有磁通量的变化，就会产生感应电动势。可以把它想象成一个隐藏在电路里的小引擎，只要满足条件就会发动起来。法拉第电磁感应定律：这个定律就像是一个魔法公式，它告诉我们感应电动势的大小和磁通量变化的快慢有关系。公式是：E＝n×ΔΦ/Δt，这里的E就是感应电动势，n是线圈的匝数，就像有几个小引擎一起工作一样，ΔΦ是磁通量的变化量，Δt是时间间隔。也就是说，磁通量变化得越快，感应电动势就越大。导体切割磁感线时的感应电动势：如果是一根导体在磁场中切割磁感线，感应电动势的大小还可以用E＝BLvsinθ来计算，这里的B是磁感应强度，L是导体的有效长度，v是导体运动的速度，θ是导体运动方向和磁感线方向的夹角。比如说有一根长为0.3米的导体棒在磁感应强度为1T的磁场中以5米/秒的速度垂直切割磁感线（θ＝90°，sinθ＝1），那产生的感应电动势就是E＝BLv＝1×0.3×5＝1.5V。考点：会根据法拉第电磁感应定律和导体切割磁感线的公式计算感应电动势的大小，这也是考试经常考的内容哦。5、自感现象概念：自感现象就像是电路自己跟自己玩的一个小把戏。当一个线圈中的电流发生变化时，它自己会产生一个感应电动势来阻碍这个电流的变化。可以想象成电路中的线圈是一个有点“固执”的家伙，不喜欢电流突然变化，会自己产生一个力量来抵抗。自感电动势：自感电动势的大小和电流变化的快慢、线圈的自感系数有关。自感系数L就像线圈的一个特性参数，不同的线圈有不同的自感系数，就像不同的人有不同的性格一样。自感电动势的公式是：E＝L×ΔI/Δt，这里的ΔI是电流的变化量，Δt是时间间隔。自感现象的应用：日光灯：日光灯里面就用到了自感现象。镇流器就是一个有自感作用的线圈。当日光灯启动的时候，电流突然增大，镇流器就会产生一个自感电动势来阻碍电流的增大，这样就可以限制电流，保护灯管等元件。当灯管正常工作后，电流稳定了，镇流器又起到一个稳定电流的作用。自感现象在电子电路中也有很多应用，比如在一些滤波电路中，可以利用自感元件来过滤掉一些不需要的高频信号。自感现象的危害及防止：在一些电路中，自感现象可能会产生很高的自感电动势，这可能会损坏电路中的元件。比如在断开大电感电路（像大型电机的电路）的时候，由于电流突然中断，自感电动势可能会非常大，产生电火花，甚至损坏开关等元件。为了防止这种危害，我们可以采取一些措施。比如在电路中并联一个二极管，当产生自感电动势时，二极管可以提供一个电流通路，让电流慢慢减小，从而避免产生过高的自感电动势。6、互感现象概念：互感现象就像是两个电路之间的“互动”。当一个线圈中的电流发生变化时，它周围产生的磁场会穿过另一个线圈，从而在另一个线圈中产生感应电动势。这就像两个人之间的默契，一个人的行动会影响到另一个人。互感现象的应用：变压器：变压器就是互感现象的一个典型应用。变压器有一个初级线圈和一个次级线圈。当在初级线圈中加上交变电流时，初级线圈产生的交变磁场会穿过次级线圈，在次级线圈中产生感应电动势。通过改变初级线圈和次级线圈的匝数比，就可以改变电压的大小。比如在电力传输中，发电厂产生的电压很高，通过变压器把电压升高，这样可以减少在输电线路中的电能损耗，到了用户端再用变压器把电压降低到合适的数值供我们使用。在一些电子设备中，也会用到互感现象来实现信号的传输和转换，比如在收音机的中周变压器就是用来选择不同频率的电台信号的。习题：1、一个面积为0.2平方米的圆形线圈放在磁感应强度为3T的匀强磁场中，磁场方向与线圈平面成30°角，求线圈的磁通量。2、一个闭合矩形线圈abcd，ab边长为0.4米，bc边长为0.3米，放在磁感应强度为1.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面。如果这个线圈以ab边为轴，在磁场中匀速转动，角速度为5rad/s，求当线圈转过30°角时的感应电动势。3、有一个自感系数为0.5H的线圈，当通过它的电流在0.1s内从2A变化到5A时，求产生的自感电动势。4、一台变压器，初级线圈匝数为1000匝，次级线圈匝数为200匝，初级线圈两端接在电压为220V的交流电源上，求次级线圈两端的电压。答案：1、首先要算出垂直于磁场方向的面积分量，S'＝S×cos30°＝0.2×√3/2平方米。然后根据磁通量公式Φ＝B×S'＝3×0.2×√3/2＝0.3√3Wb。2、根据法拉第电磁感应定律E＝n×ΔΦ/Δt，这里n＝1。先求磁通量的初始值Φ1＝B×S＝1.5×（0.4×0.3)＝0.18Wb。当线圈转过30°角时，磁通量Φ2＝B×S×cos30°＝1.5×（0.4×0.3)×√3/2＝0.09√3Wb。ΔΦ＝Φ1Φ2＝0.180.09√3Wb。Δt＝1/ω×30°／360°＝1/（5)×1/12