《一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象》知識清單

《一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象》知識清單第三章電磁感應(yīng)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1、磁通量概念：磁通量就像是磁場穿過某個(gè)面的“流量”?？梢韵胂蟪梢蝗盒〈裴槪ù泶艌觯┐┻^一個(gè)窗戶（代表某個(gè)面）的數(shù)量多少。它的大小等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，公式是：磁通量Φ＝B×S（這里B要垂直于S哦，如果不垂直，就要算出垂直的分量再計(jì)算）。單位：國際單位是韋伯，簡稱韋，符號是Wb?？键c(diǎn)：會計(jì)算簡單幾何形狀面（比如矩形、圓形等）在均勻磁場中的磁通量。例子：有一個(gè)邊長為0.5米的正方形線圈放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為2T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，那這個(gè)線圈的磁通量就是Φ＝B×S＝2×（0.5×0.5)＝0.5Wb。2、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)歷程法拉第的偉大發(fā)現(xiàn)：法拉第就像一個(gè)在磁場和電的世界里探索的探險(xiǎn)家。當(dāng)時(shí)很多科學(xué)家都在研究電和磁的關(guān)系，法拉第通過大量的實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他做了很多有趣的實(shí)驗(yàn)，就像我們玩游戲不斷嘗試不同的組合一樣。比如他把一個(gè)線圈和一個(gè)電流表連接起來，然后讓一個(gè)磁鐵靠近或者遠(yuǎn)離這個(gè)線圈，他發(fā)現(xiàn)電流表的指針竟然動了起來，這就意味著線圈中產(chǎn)生了電流，這個(gè)電流就是感應(yīng)電流。產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：閉合電路：就好比一個(gè)封閉的電路圈，電流要有一個(gè)完整的回路才能流動?？梢韵胂蟪梢粋€(gè)環(huán)形的跑道，如果跑道斷了（電路不閉合），那運(yùn)動員（電流）就沒法跑起來了。磁通量發(fā)生變化：這個(gè)磁通量的變化可以是多種情況哦。比如說磁場的強(qiáng)度B發(fā)生變化，或者是線圈的面積S發(fā)生變化，或者是線圈和磁場的夾角發(fā)生變化。例如，把一個(gè)閉合的線圈放在磁場中，然后改變磁場的大小，就像調(diào)節(jié)收音機(jī)的音量大小一樣，這時(shí)候磁通量改變了，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。又或者把一個(gè)線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，就像風(fēng)扇的葉片在轉(zhuǎn)動一樣，這樣也會改變磁通量從而產(chǎn)生感應(yīng)電流。3、感應(yīng)電流的方向楞次定律：楞次定律就像是一個(gè)很有原則的“電流交警”，它規(guī)定了感應(yīng)電流的方向。楞次定律說，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。這就好比你想把東西放進(jìn)一個(gè)箱子（磁通量變化），但是箱子里有個(gè)小彈簧（感應(yīng)電流的磁場）總是想把東西往外推，阻止你放進(jìn)去。應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟：首先確定原來的磁通量的方向。這就像先找到一條路的起點(diǎn)方向一樣。然后看磁通量是怎么變化的，是增加還是減少。如果磁通量增加，那么感應(yīng)電流的磁場方向就和原來的磁場方向相反，就像你要把東西硬塞進(jìn)去，箱子里的阻力就和你用力的方向相反；如果磁通量減少，感應(yīng)電流的磁場方向就和原來的磁場方向相同，就好像你想把東西從箱子里拿出來一點(diǎn)，箱子里的東西就會“拉”著你不讓你拿。最后根據(jù)右手螺旋定則（安培定則）來確定感應(yīng)電流的方向。右手握住線圈，大拇指指向感應(yīng)電流的磁場方向，那四指彎曲的方向就是感應(yīng)電流的方向啦。右手定則：右手定則是楞次定律的一種特殊情況，它適用于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。就像一個(gè)小棒（導(dǎo)體）在磁場里揮舞（切割磁感線）的時(shí)候，我們可以用右手定則來判斷感應(yīng)電流的方向。伸出右手，讓磁感線垂直穿過手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動的方向，那四指的方向就是感應(yīng)電流的方向啦?？键c(diǎn)：熟練運(yùn)用楞次定律和右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，這可是考試的重點(diǎn)哦，就像游戲里的關(guān)卡BOSS一樣重要。例子：有一個(gè)導(dǎo)體棒在一個(gè)垂直紙面向里的磁場中向右運(yùn)動，那根據(jù)右手定則，磁感線垂直穿入手心（手心對著自己，手指向里），大拇指指向右（導(dǎo)體棒運(yùn)動方向），那四指的方向就是感應(yīng)電流的方向，是從導(dǎo)體棒的下端流向上端的。4、感應(yīng)電動勢概念：感應(yīng)電動勢就像是電源內(nèi)部的一種“驅(qū)動力”，它能讓電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。即使電路沒有閉合，只要有磁通量的變化，就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢?？梢园阉胂蟪梢粋€(gè)隱藏在電路里的小引擎，只要滿足條件就會發(fā)動起來。法拉第電磁感應(yīng)定律：這個(gè)定律就像是一個(gè)魔法公式，它告訴我們感應(yīng)電動勢的大小和磁通量變化的快慢有關(guān)系。公式是：E＝n×ΔΦ/Δt，這里的E就是感應(yīng)電動勢，n是線圈的匝數(shù)，就像有幾個(gè)小引擎一起工作一樣，ΔΦ是磁通量的變化量，Δt是時(shí)間間隔。也就是說，磁通量變化得越快，感應(yīng)電動勢就越大。導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動勢：如果是一根導(dǎo)體在磁場中切割磁感線，感應(yīng)電動勢的大小還可以用E＝BLvsinθ來計(jì)算，這里的B是磁感應(yīng)強(qiáng)度，L是導(dǎo)體的有效長度，v是導(dǎo)體運(yùn)動的速度，θ是導(dǎo)體運(yùn)動方向和磁感線方向的夾角。比如說有一根長為0.3米的導(dǎo)體棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的磁場中以5米/秒的速度垂直切割磁感線（θ＝90°，sinθ＝1），那產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就是E＝BLv＝1×0.3×5＝1.5V?？键c(diǎn)：會根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和導(dǎo)體切割磁感線的公式計(jì)算感應(yīng)電動勢的大小，這也是考試經(jīng)?？嫉膬?nèi)容哦。5、自感現(xiàn)象概念：自感現(xiàn)象就像是電路自己跟自己玩的一個(gè)小把戲。當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它自己會產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動勢來阻礙這個(gè)電流的變化?？梢韵胂蟪呻娐分械木€圈是一個(gè)有點(diǎn)“固執(zhí)”的家伙，不喜歡電流突然變化，會自己產(chǎn)生一個(gè)力量來抵抗。自感電動勢：自感電動勢的大小和電流變化的快慢、線圈的自感系數(shù)有關(guān)。自感系數(shù)L就像線圈的一個(gè)特性參數(shù)，不同的線圈有不同的自感系數(shù)，就像不同的人有不同的性格一樣。自感電動勢的公式是：E＝L×ΔI/Δt，這里的ΔI是電流的變化量，Δt是時(shí)間間隔。自感現(xiàn)象的應(yīng)用：日光燈：日光燈里面就用到了自感現(xiàn)象。鎮(zhèn)流器就是一個(gè)有自感作用的線圈。當(dāng)日光燈啟動的時(shí)候，電流突然增大，鎮(zhèn)流器就會產(chǎn)生一個(gè)自感電動勢來阻礙電流的增大，這樣就可以限制電流，保護(hù)燈管等元件。當(dāng)燈管正常工作后，電流穩(wěn)定了，鎮(zhèn)流器又起到一個(gè)穩(wěn)定電流的作用。自感現(xiàn)象在電子電路中也有很多應(yīng)用，比如在一些濾波電路中，可以利用自感元件來過濾掉一些不需要的高頻信號。自感現(xiàn)象的危害及防止：在一些電路中，自感現(xiàn)象可能會產(chǎn)生很高的自感電動勢，這可能會損壞電路中的元件。比如在斷開大電感電路（像大型電機(jī)的電路）的時(shí)候，由于電流突然中斷，自感電動勢可能會非常大，產(chǎn)生電火花，甚至損壞開關(guān)等元件。為了防止這種危害，我們可以采取一些措施。比如在電路中并聯(lián)一個(gè)二極管，當(dāng)產(chǎn)生自感電動勢時(shí)，二極管可以提供一個(gè)電流通路，讓電流慢慢減小，從而避免產(chǎn)生過高的自感電動勢。6、互感現(xiàn)象概念：互感現(xiàn)象就像是兩個(gè)電路之間的“互動”。當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它周圍產(chǎn)生的磁場會穿過另一個(gè)線圈，從而在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這就像兩個(gè)人之間的默契，一個(gè)人的行動會影響到另一個(gè)人?；ジ鞋F(xiàn)象的應(yīng)用：變壓器：變壓器就是互感現(xiàn)象的一個(gè)典型應(yīng)用。變壓器有一個(gè)初級線圈和一個(gè)次級線圈。當(dāng)在初級線圈中加上交變電流時(shí)，初級線圈產(chǎn)生的交變磁場會穿過次級線圈，在次級線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。通過改變初級線圈和次級線圈的匝數(shù)比，就可以改變電壓的大小。比如在電力傳輸中，發(fā)電廠產(chǎn)生的電壓很高，通過變壓器把電壓升高，這樣可以減少在輸電線路中的電能損耗，到了用戶端再用變壓器把電壓降低到合適的數(shù)值供我們使用。在一些電子設(shè)備中，也會用到互感現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)信號的傳輸和轉(zhuǎn)換，比如在收音機(jī)的中周變壓器就是用來選擇不同頻率的電臺信號的。習(xí)題：1、一個(gè)面積為0.2平方米的圓形線圈放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為3T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與線圈平面成30°角，求線圈的磁通量。2、一個(gè)閉合矩形線圈abcd，ab邊長為0.4米，bc邊長為0.3米，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.5T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于線圈平面。如果這個(gè)線圈以ab邊為軸，在磁場中勻速轉(zhuǎn)動，角速度為5rad/s，求當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過30°角時(shí)的感應(yīng)電動勢。3、有一個(gè)自感系數(shù)為0.5H的線圈，當(dāng)通過它的電流在0.1s內(nèi)從2A變化到5A時(shí)，求產(chǎn)生的自感電動勢。4、一臺變壓器，初級線圈匝數(shù)為1000匝，次級線圈匝數(shù)為200匝，初級線圈兩端接在電壓為220V的交流電源上，求次級線圈兩端的電壓。答案：1、首先要算出垂直于磁場方向的面積分量，S'＝S×cos30°＝0.2×√3/2平方米。然后根據(jù)磁通量公式Φ＝B×S'＝3×0.2×√3/2＝0.3√3Wb。2、根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n×ΔΦ/Δt，這里n＝1。先求磁通量的初始值Φ1＝B×S＝1.5×（0.4×0.3)＝0.18Wb。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過30°角時(shí)，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