第十四單元電磁感應講義上海市高三物理二輪專題等級總復習精講

第十四單元電磁感應 目錄TOC\o"13"\h\u第1講電磁感應現(xiàn)象楞次定律 1第2講法拉第電磁感應定律 11課標要求:1.探究影響感應電流方向的因素,理解楞次定律。2.通過實驗,理解法拉第電磁感應定律。知識結(jié)構(gòu)第1講電磁感應現(xiàn)象楞次定律內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】1.磁通量(1)公式:Φ=__________,S為垂直磁場的__________,磁通量為__________(2)物理意義:磁通量的大小可形象表示穿過某一面積的__________條數(shù)的多少。(3)磁通量變化:ΔΦ=Φ2.電磁感應現(xiàn)象(1)當穿過閉合導體回路的__________發(fā)生變化時,閉合導體回路中有感應電流產(chǎn)生,這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫作電磁感應。(2)感應電流產(chǎn)生的條件：穿過__________電路的__________。(3)電磁感應中產(chǎn)生__________,如果電路閉合,則有感應電流。如果電路不閉合,則只有__________而無感應電流。3.楞次定律(1)內(nèi)容:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要__________引起感應電流的__________的變化。(2)適用范圍:一切電磁感應現(xiàn)象。4.右手定則(1)內(nèi)容:伸開右手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面內(nèi);讓__________從掌心進入,并使拇指指向__________的方向,這時四指所指的方向就是__________的方向。(2)適用情況:導線__________產(chǎn)生感應電流。答案:1.BS投影面積標量磁感線2.磁通量閉合磁通量發(fā)生變化感應電動勢感應電動勢3.阻礙磁通量4.磁感線導線運動感應電流切割磁感線【問題情境舉隅】無線充電人們利用電磁感應制成了無線充電裝置。充電座和分別內(nèi)置線圈,當放在充電座上時,充電座的線圈產(chǎn)生變化磁場,使的線圈產(chǎn)生感應電流,感應電流經(jīng)轉(zhuǎn)換變?yōu)橹绷麟姾蟊隳芙o電池充電了。動圈式話筒話筒是把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置,右圖是動圈式話筒結(jié)構(gòu)圖。動圈式話筒由膜片、線圈、永磁體等構(gòu)成。當人對著話筒講話時,聲波使金屬膜片振動,連接在膜片上的線圈(音圈)隨之在永磁鐵的磁場里振動,從而產(chǎn)生感應電流。電吉他電吉他的弦是磁性物質(zhì),當弦振動時,穿過其下線圈的磁通量會發(fā)生改變,從而產(chǎn)生感應電流。關(guān)鍵點撥電磁感應現(xiàn)象【例題1】用圖中三套實驗裝置探究感應電流產(chǎn)生的條件,下列選項中能產(chǎn)生感應電流的操作是 ()A.甲圖中,使導體棒AB順著磁感線方向運動,且保持穿過ABCD的磁感線條數(shù)不變B.乙圖中,使條形磁體勻速穿過線圈C.丙圖中,開關(guān)S保持閉合,A、D.丙圖中,開關(guān)S保持閉合,使小螺線管A在大螺線管B中保持不動課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥1】產(chǎn)生感應電流的條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,其特例是閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動。發(fā)生電磁感應現(xiàn)象時,機械能或者其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。感應電流方向的判斷【例題2】如圖所示,兩勻強磁場的磁感應強度B1和B2大小相等、方向相反。金屬圓環(huán)的直徑與兩磁場的邊界重合。下列變化會在環(huán)中產(chǎn)生順時針方向感應電流的是A.同時增大B1減小B2 B.同時減小BC.同時以相同的變化率增大B1和B2 D.同時以相同的變化率減小B課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥2】1.理解楞次定律時要注意：“阻礙”的含義是：Φ增大時：B原與B感反向；Φ減小時：B原2.應用楞次定律判斷感生電流方向的步驟:①明確原來磁場的方向;②明確穿過閉合電路的磁通量是增加還是減少;③根據(jù)楞次定律確定感應電流的磁場方向;④利用右手螺旋定則確定感應電流的方向。楞次定律實驗【例題3】用磁鐵和線圈研究電磁感應現(xiàn)象實驗中,已知通人靈敏電流表從正接線柱流人時,指針向正接線柱一側(cè)偏轉(zhuǎn),則甲圖中電表指針偏向__________。 乙圖中條形磁棒下方是__________極。丙圖中條形磁鐵向__________運動。 丁圖中線圈的繞制方法是(在丁圖中畫出)課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥3】該實驗首先要確定靈敏電流計電流流入方向與指針的偏轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系,然后就可以從靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向確定電流的流入方向。條形磁體的N極(或S極)插入或抽出時,感應線圈中的感應電流方向相反;條形磁體的N極(或S極)插入和S極(或N極)抽出時,感應線圈中的感應電流方向相同?！叭▌t、一定律”的應用【例題4】(多選)如圖所示,水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN,PQ、MN均處在豎直向下的勻強磁場中,當PQ在一外力的作用下運動時,MN向右運動,則A.向右加速運動 B.向左加速運動C.向右減速運動 D.向左減速運動課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥4】名稱用途選用原則安培定則判斷電流產(chǎn)生的磁場(方向)分布左手定則判斷通電導線、運動電荷所受磁場力的方向因電受力右手定則判斷導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電流方向或電源正負極因動生電楞次定律判斷因回路磁通量改變而產(chǎn)生的感應電流方向因磁通量變化生電楞次定律的推論【例題5】如圖所示,水平桌面上放有一個閉合鋁環(huán),在鋁環(huán)軸線上方有一個條形磁體。當條形磁體沿軸線豎直向下迅速移動時,下列判斷中正確的是 ()A.鋁環(huán)有收縮的趨勢,對桌面的壓力增大B.鋁環(huán)有收縮的趨勢,對桌面的壓力減小C.鋁環(huán)有擴張的趨勢,對桌面的壓力減小D.鋁環(huán)有擴張的趨勢,對桌面的壓力增大課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥5】楞次定律的阻礙可以有以下理解:增反減同、來拒去留、增縮減擴(適用于處于單向磁場且面積可變的線框)、增離減靠(物體可以靠近或者遠離磁場)。以上情況“殊途同歸”,實質(zhì)上都是以不同的方式阻礙磁通量的變化。過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.如題圖所示,一個U形金屬導軌水平放置,其上放有一個金屬導體棒ab,有一磁感應強度為B的勻強磁場斜向上穿過軌道平面,且與豎直方向的夾角為θ0<θ<A.ab向右運動,同時使θ減小 B.使磁感應強度B減小,θ角同時也減小C.ab向左運動,同時增大磁感應強度B D.ab向右運動,同時增大磁感應強度B和θ角2.如題圖所示,空間存在垂直紙面向里的磁場,磁場在豎直方向均勻分布,在水平方向非均勻分布,且關(guān)于豎直平面MN對稱,絕緣輕線上端固定在M點,下端與一個粗細均勻的銅制圓環(huán)相連?，F(xiàn)將圓環(huán)由P處無初速度釋放,圓環(huán)第一次向右擺動最遠能到達Q處(圖中未畫出)。已知圓環(huán)始終在同一豎直平面內(nèi)擺動,則在圓環(huán)從P擺向Q的過程中,下列說法中正確的是 ()A.位置P與Q可能在同一高度 B.感應電流方向始終逆時針C.感應電流方向先逆時針后順時針 D.圓環(huán)整體所受安培力先做負功后做正功3.如圖,水平放置的圓柱形光滑玻璃棒左邊繞有一線圈,右邊套有一金屬圓環(huán)。圓環(huán)初始時靜止。將圖中開關(guān)S由斷開狀態(tài)撥至連接狀態(tài),電路接通的瞬間,可觀察到 ()A.撥至M端或N端,圓環(huán)都向左運動B.撥至M端或N端,圓環(huán)都向右運動C.撥至M端時圓環(huán)向左運動,撥至N端時向右運動D.撥至M端時圓環(huán)向右運動,撥至N端時向左運動4.為觀察電磁感應現(xiàn)象,某學生將電流表、螺線管A和B、電池組、滑動變阻器、電鍵接成如圖所示的實驗電路:(1)實驗前滑動變阻器的滑片應置于最__________端(選填“左”或“右”)。(2)(單選)該同學將線圈B放置在線圈A中,閉合、斷開電鍵時,電流表指針都沒有偏轉(zhuǎn),其原因是 ()A.電鍵的位置接錯 B.電流表的正、負接線柱上導線接反C.線圈B的兩個接線柱上導線接反 D.蓄電池的正、負極接反(3)電路連接的錯誤改正后,該同學在閉合電鍵時發(fā)現(xiàn)電流表指針向右偏轉(zhuǎn),則如果向右移動滑動變阻器的滑片(滑動變阻器接入電路的方式仍然如圖中所示),則電流表的指針向__________(選填“左”或“右”)偏轉(zhuǎn)?！揪C合演練】5.彈射起飛是航母的主流,航母上飛機彈射起飛所利用的電磁驅(qū)動原理如圖所示,當固定線圈上突然通過直流電流時,線圈左側(cè)的金屬環(huán)被彈射出去。(1)下列現(xiàn)象中屬于電磁感應現(xiàn)象的是 ()A.磁場對電流有力的作用 B.電流的周圍能產(chǎn)生磁場C.軟鐵棒可被磁場磁化而帶磁性 D.變化的磁場使閉合導體中產(chǎn)生電流(2)下列家用電器中,利用電磁感應原理進行工作的是 ()A.電吹風 B.電冰箱 C.電飯煲 D.機(3)合上開關(guān)S的瞬間,從右側(cè)看環(huán)中產(chǎn)生__________(順時針、逆時針)方向的感應電流;金屬環(huán)向__________方向運動,在運動過程有__________(擴張、收縮)趨勢。(4)若將金屬環(huán)置于右側(cè)閉合電鍵,則環(huán)向__________方向運動。環(huán)任然在左側(cè),現(xiàn)在將電池正負極調(diào)換后,閉合電鍵金屬環(huán)__________方向運動。(5)現(xiàn)在固定線圈左側(cè)同一位置,先后放有分別用橫截面積相等的銅和鋁導線制成的形狀、大小相同的兩個閉合環(huán),已知電阻率ρ銅<ρ鋁,合上開關(guān)S的瞬間,銅環(huán)收到安培力第2講法拉第電磁感應定律內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】1.感應電動勢(1)感應電動勢:在__________中產(chǎn)生的電動勢。(2)產(chǎn)生條件:穿過回路的__________發(fā)生改變,與電路是否閉合無關(guān)。2.法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容:閉合電路中感應電動勢的大小,跟穿過這一電路的__________成正比。(2)公式:E=nΔΦ(3)感應電流與感應電動勢的關(guān)系:I=__________。(電阻為(4)說明:E的大小與Φ、ΔΦ無關(guān),決定于磁通量的變化率ΔΦΔ3.導體平動切割磁感線(1)有效長度公式E=Blv中的l為導體兩端點連線在圖甲:l=圖乙:沿v方向運動時,l=圖丙:沿v1方向運動時,l=2R;沿(2)相對速度E=Blv中的速度v是導體相對4.導體轉(zhuǎn)動切割磁感線如圖,當長為l的導體在垂直于勻強磁場(磁感應強度為B)的平面內(nèi),繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,當導體運動Δt時間后,轉(zhuǎn)過的弧度θ=ωΔt答案:1.電磁感應現(xiàn)象磁通量2.磁通量的變化率3.垂直于cdsinβ【問題情境舉隅】磁電式轉(zhuǎn)速表常見的發(fā)動機磁電式轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)速測試裝置應用了電磁感應原理,如圖所示。測試裝置中的磁性傳感器主要由永久磁體和感應線圈構(gòu)成。轉(zhuǎn)輪安裝在發(fā)動機轉(zhuǎn)軸上,感應線圈與其對應并固定在適當位置。汽車行駛時轉(zhuǎn)輪被帶動旋轉(zhuǎn),每轉(zhuǎn)一個齒,齒的凹凸引起感應線圈內(nèi)產(chǎn)生一個感應電流脈沖,其變化頻率等于被測轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)輪上齒的個數(shù)的乘積。測試裝置中的信號處理器把1min內(nèi)接收到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)變成相應的電壓,應用電磁感應原理驅(qū)動轉(zhuǎn)速表指針,駕駛員便可實時觀察發(fā)動機的轉(zhuǎn)速了。法拉第圓盤發(fā)電機右圖所示是世界上第一臺發(fā)電機——法拉第圓盤發(fā)電機。紫銅圓盤的圓心安裝在水平轉(zhuǎn)軸上,可以通過一個搖柄繞水平軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動,讓紫銅圓盤放置在蹄形磁體的兩個磁極之間,圓盤的圓心C和邊緣D處各與一個黃銅電刷緊貼,再用導線把這兩個電刷與電流表連接起來。當法拉第轉(zhuǎn)動搖柄使紫銅圓盤旋轉(zhuǎn)起來時,觀察到電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說明電路中產(chǎn)生了持續(xù)的感應電流。車頭燈發(fā)電機右圖所示為自行車車頭燈發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。轉(zhuǎn)動軸的一端裝有一對隨軸轉(zhuǎn)動的磁極,另一端裝有摩擦小輪。線圈繞在固定的U形鐵芯上,自行車車輪轉(zhuǎn)動時,通過摩擦小輪帶動磁極轉(zhuǎn)動,使線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流,給車頭燈供電。關(guān)鍵點撥判斷感應電動勢的方向及變化情況【例題1】(多選)如圖(a),在同一平面內(nèi)固定有一長直導線PQ和一導線框R,R在PQ的右側(cè)。導線PQ中通有正弦交流電i,i的變化如圖(b)所示,規(guī)定從Q到P為電流正方向。導線框A.在t=T4時為零 C.在t=T2時最大,且沿順時針方向 課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥1】根據(jù)法拉第電磁感應定律可以得到E=Δ?Δt感應電動勢、感應電流的計算【例題2】(多選)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時間變化的勻強磁場,其邊界如圖(a)中虛線MN所示。一硬質(zhì)細導線的電阻率為ρ、橫截面積為S,將該導線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi),圓心O在MN上。t=0時磁感應強度的方向如圖(a)所示;磁感應強度B隨時間t的變化關(guān)系如圖(b)所示。則在t=0到t=A.圓環(huán)所受安培力的方向始終不變 B.圓環(huán)中的感應電流始終沿順時針方向C.圓環(huán)中的感應電流大小為B0rS4課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥2】利用法拉第電磁感應定律時,當ΔΦ僅由B的變化引起時,E=nΔB?SΔt,其中S為線圈在磁場中的有效面積。若B=B0+kt導體棒切割磁場產(chǎn)生電動勢【例題3】圖中所示的導體框架置于一勻強磁場里,導軌間距L=0.5m,磁場方向垂直于紙面向里,磁感應強度B=0.2T,電阻R1=R2=8Ω?？梢苿咏饘侔鬭b的電阻R(1)通過棒中的電流大小為I=(2)ab棒兩端的電壓Uab(3)電路的總功率P=課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥3】導線垂直切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢E=1.對電源的理解：在電磁感應現(xiàn)象中,產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于電源。2.對電路的理解：內(nèi)電路是切割磁感線的導體;除電源外其余部分是外電路。感應電流與感應電動勢的關(guān)系:遵循閉合電路歐姆定律,即I=電磁感應中的受力分析做功能量分析【例題4】如圖所示,先后以速度v1和v2勻速把一矩形線圈拉出有界勻強磁場區(qū)域,(1)線圈中的感應電流之比為I1(2)由Q=I2Rt(3)通過線圈某截面的電荷量之比q(4)由W安=__________可知,克服安培力做功之比為課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【點撥4】切割磁場的導體棒相當于一個電源,運動過程中把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能,這個轉(zhuǎn)化是通過克服安培力做功實現(xiàn)的,因此“克服安培力做功大小上等于產(chǎn)生的電能”;而在純電阻電路中,電能又全部轉(zhuǎn)換為內(nèi)能,這個轉(zhuǎn)化是通過電流做功實現(xiàn)的。此題中通過導線截面的電荷量q可以通過公式q=I×電磁感應中的變加速直線運動【例題5】(多選)如圖所示,兩根平行光滑導軌豎直放置,處于垂直軌道平面的勻強磁場中,金屬棒ab跨接在兩導軌之間,其電阻為R。在開關(guān)S斷開時,讓ab棒自由下落,ab棒在下落過程中始終保持與導軌垂直并與之接觸良好,設導軌足夠長,電阻不計,從開關(guān)S閉合時開始計時,ab棒的下滑速度v隨時間t變化的圖像可能是下列圖中的 ()課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【點撥5】開關(guān)閉合前導體棒做自由落體運動,開關(guān)閉合后導體棒下落過程中受到豎直向下的重力和豎直向上的安培力,如果重力等于安培力導體棒做勺速直線運動,如果重力大于安培力導體棒做加速度減小的加速運動最終達到勻速,如果重力小于安培力導體棒做加速度減小的減速運動最終達到勻速。對導體棒運動的分析需要先受力分析,在結(jié)合牛頓第二定律判斷加速度的變化,根據(jù)動力學知識判斷其運動情況。過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區(qū),刷卡器中有檢測線圈。當以速度v0刷卡時,在線圈中產(chǎn)生感應電動勢,其E?t關(guān)系如圖所示。如果只將刷卡速度改為v022.如圖所示,閉合金屬線框abcd位于水平方向勻強磁場的上方?處,由靜止開始下落,并進入磁場,在運動過程中,線框平面始終和磁場方向垂直,不計空氣阻力,那么在線框進入磁場過程中,線框 ()A.一定做加速運動 B.一定做減速運動C.機械能一定減少 D.機械能可能增加3.半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有均勻磁場,磁感強度為B=0.2T,磁場方向垂直紙面向里,半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場同心地放置,磁場與環(huán)面垂直,其中a=0.4m,b=0.6m,金屬環(huán)上分別接有