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1、章末总结 第四章 电磁感应 内容索引 知识网络 梳理知识 构建网络 重点探究 启迪思维 探究重点 知识网络 电磁感 应现象 现象 闭合电路中部分导体做 运动 闭合电路的 发生变化 产生感应电流的条件 电路 且 变化 能量转化 其他形式的能转化为电能或电能的转移 电 磁 感 应 切割磁感线 磁通量 闭合磁通量 电 磁 感 应 楞次 定律 感 应电 流的 方向 理解 感应电流总要阻碍 的变化 感应电流总要阻碍 的相对运动 内容 感应电流具有这样的方向 即感应电流的磁场总要 引起感应电流的磁通量的变化 应用 步骤 首先明确原磁场的 和磁通量的 确定感应 电流的磁场方向 再用 确定感应电流的方向 右手
2、 定则 适合判定 产生的感应电流的方向 右手定则 左手定则 安培定则的区别 阻碍 磁通量 导体和磁场 方向增减 安培定则 导体切割磁感线 电 磁 感 应 法拉第 电磁感 应定律 感应 电动势 的大小 感应电 动势 定义 在电磁感应现象中产生的电动势 产生的条件 发生变化 法拉第 电磁感 应定律 适合求E的 值 切割 公式 E Blv 适合求E的 值 条件 B l v三者 磁通量的变化率 内磁通量的变化 磁通量 单位时间 平均 瞬时 互相垂直 电 磁 感 应 自感现 象及其 应用 特殊的 电磁感 应现象 自 感 现 象 定义 发生变化而产生的电磁感应现象 自感电动势 总是阻碍 的变化 自感系数L
3、 与线圈的大小 形状 以及 是否有 等因素有关 应用和防止 涡 流 定义 块状金属在 的磁场中产生的环形感应电流 应用 电磁阻尼 电磁驱动 互感现象 自身电流 自身电流 匝数 铁芯 变化 重点探究 1 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 感应电流的磁 场方向不一定与原磁场方向相反 只有在磁通量增加时两者才相反 而 在磁通量减少时两者是同向的 2 阻碍 并不是 阻止 而是 延缓 回路中的磁通量变化的趋 势不变 只不过变化得慢了 3 阻碍 的表现 增反减同 来拒去留等 一 楞次定律的理解与应用 例1 多选 航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来 实现的 电磁驱动原理如图1所示 当固定线圈
4、上突然 通过直流电流时 线圈端点的金属环被弹射出去 现 在固定线圈左侧同一位置 先后放有分别用横截面 积相等的铜和铝导线制成的形状 大小相同的两个闭合环 且铜的电阻率比 铝小 合上开关S的瞬间 A 从左侧看环中感应电流沿顺时针方向 B 铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力 C 若将铜环放置在线圈右方 环将向左运动 D 电池正负极调换后 金属环不能向左弹射 解析 图1 答案 解析 线圈上突然通过直流电流时 使得环中磁通量增加 由安培定则 可知 固定线圈中轴线上的磁场向左 则环中感应电流的磁场方向向右 再由安培定则 可知从左侧看环中感应电流沿顺时针方向 所以A正确 由电磁感应定律 可知 相同 所以
5、E相同 但铜环的电阻较小 所以 电流较大 即受到的安培力较大 所以B正确 由楞次定律 来拒去留 原理 可知铜环放置在线圈右方时与线圈相互 排斥将向右运动 所以C错误 电池正负极调换后效果相同 所以D错误 对图象的分析 应做到 1 明确图象所描述的物理意义 2 明确各种物理量正 负号的含义 3 明确斜率的含义 4 明确图象和电磁感应过程之间的对应关系 二 电磁感应中的图象问题 例2 如图2所示 三条平行虚线位于纸面内 中间虚线 两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场 磁感应强度等大反 向 菱形闭合导线框ABCD位于纸面内且对角线AC与虚线 垂直 磁场宽度与对角线AC长均为d 现使线框沿AC方向 匀速穿过
6、磁场 以逆时针方向为感应电流的正方向 则从C点进入磁场到A点 离开磁场的过程中 线框中电流i随时间t的变化关系图象可能是 图2 解析答案 解析 导线框ABCD在进入左边磁场时 由楞次定律和安培定则可以判断 出感应电流的方向应为正方向 选项B C错误 当导线框ABCD一部分在左磁场区 另一部分在右磁场区时 回路中的最 大电流要加倍 方向与刚进入时的方向相反 选项D正确 选项A错误 电磁感应中图象类选择题的两个常见解法 1 排除法 定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势 增大还是减小 变化快慢 均匀变化还是非均匀变化 特别是物理量的正负 排除错 误的选项 2 函数法 根据题目所给条件定量地写出两
7、个物理量之间的函数关系 然后由函数关系对图象作出分析和判断 这未必是最简捷的方法 但却 是最有效的方法 技巧点拨 求解电磁感应中电路问题的关键是分清楚内电路和外电路 切割 磁感线的导体和磁通量变化的线圈都相当于 电源 该部 分导体的电阻相当于内电阻 而其余部分的电阻则是外电阻 三 电磁感应中的电路问题 例3 把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的 圆环 水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁 场中 如图3所示 一长度为2a 电阻等于R 粗细均匀 的金属棒MN放在圆环上 它与圆环始终保持良好的接 触 当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时 求 1 棒上电流的大小和方向及棒两端的电压U
8、MN 图3 答案解析 解析 把切割磁感线的金属棒看成一个具有内阻为R 电动势为E的电 源 两个半圆环看成两个并联电阻 画出等效电路如图所示 等效电源电动势为 E Blv 2Bav 电流方向从N流向M 2 在圆环和金属棒上消耗的总热功率 答案解析 电磁感应中电路问题的分析方法 1 明确电路结构 分清内 外电路 画出等效电路图 2 根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小 如果是磁场变 化 由 计算 如果是导体切割磁感线 由E Blv计算 3 根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向 4 根据电路组成列出相应的方程式 总结提升 此类问题涉及电路知识 动力学知识和能量观点 综合性很强 解决此类
9、问题要注重以下三点 1 电路分析 1 找 电源 确定出由电磁感应所产生的电源 求出电源的电动势E和 内阻r 2 电路结构分析 弄清串 并联关系 求出相关部分的电流大小 为求安培力做好铺垫 四 电磁感应中的力电综合问题 2 力和运动分析 1 受力分析 分析研究对象 常为金属杆 导体线圈等 的受力情况 尤其 注意安培力的方向 2 运动分析 根据力与运动的关系 确定出运动模型 根据模型特点 找到解决途径 3 功和能量分析 1 做功分析 找全力所做的功 弄清功的正 负 2 能量转化分析 弄清哪些能量增加 哪些能量减小 根据功能关系 能量守恒定律列方程求解 例4 如图4所示 两根水平放置的平行金属导 轨
10、 其末端连接等宽的圆弧 导轨 圆弧半径r 0 41 m 导轨的间距为L 0 5 m 导轨的电阻 与摩擦均不计 在导轨的顶端接有阻值为R1 1 5 的电阻 整个装置处在竖直向上的匀强磁 场中 磁感应强度B 2 0 T 现有一根长度等于L 电阻R2 0 5 质量m 1 0 kg 的金属棒 金属棒在水平拉力F作用下 从图中位置ef由静止开始做匀加速运动 在t 0时刻 F 1 5 N 经2 0 s运动到cd时撤去拉力 棒刚好能冲到最高点 ab 重力加速度g取10 m s2 求 图4 1 金属棒做匀加速直线运动的加速度大小 答案 答案 1 5 m s2 解析 解析 刚开始拉金属棒时 由牛顿第二定律F ma 代入数据可得a 1 5 m s2 2 金属棒运动到cd时电压表的读数 答案 答案 2 25 V 解析 解析 t 2 0 s时 金属棒的速度v at 3 m s 此时的感应电动势E BLv 解得U 2 25 V 3 金属棒从cd运动到ab过程中电阻R1上产生的焦耳热 答案 答案 0 3 J 解析 解析 金属棒从cd位置运动到ab位置 回路中产生的总焦耳热Q W克安 代入数据解得Q1 0 3 J
