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1、高二物理第四章 电磁感应 本章知识复习归纳人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：第四章 电磁感应 本章知识复习归纳二. 重点、难点解析：（一）产生感应电动势、感应电流的条件导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势；穿过线圈的磁量发生变化时，线圈里就产生感应电动势。如果导体是闭合电路的一部分，或者线圈是闭合的，就产生感应电流。从本质上讲，上述两种说法是一致的，所以产生感应电流的条件可归结为：穿过闭合电路的磁通量发生变化。对感应电动势、感应电流要注意理解： 产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 产生感应电动势与电路是否闭合无关，而产生感应电流必须闭合电路。 产生感应电流的两种叙
2、述是等效的，即闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动与穿过闭合电路中的磁通量发生变化等效。判断磁通量的变化是关键：由磁通量的广义公式中（是B与S的夹角）看，磁通量的变化可由面积的变化引起；可由磁感应强度B的变化引起；可由B与S的夹角的变化引起；也可由B、S、中的两个量的变化，或三个量的同时变化引起。（二）对楞次定律的理解1. 1834年德国物理学家楞次通过实验总结出：感应电流的方向总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。即磁通量变化感应电流感应电流磁场磁通量变化。2. 当闭合电路中的磁通量发生变化引起感应电流时，用楞次定律判断感应电流的方向。根据楞次定律，感应电流只能采取这样一个方
3、向，在这个方向下的感应电流所产生的磁场一定是阻碍引起这个感应电流的那个变化的磁通量的变化。我们把“引起感应电流的那个变化的磁通量”叫做“原磁通”。因此楞次定律可以简单表达为：感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。所谓阻碍原磁通的变化是指：当原磁通增加时，感应电流的磁场（或磁通）与原磁通方向相反，阻碍它的增加；当原磁通减少时，感应电流的磁场与原磁通方向相同，阻碍它的减少。从这里可以看出，正确理解感应电流的磁场和原磁通的关系是理解楞次定律的关键。要注意理解“阻碍”和“变化”这四个字，不能把“阻碍”理解为“阻止”，原磁通如果增加，感应电流的磁场只能阻碍它的增加，而不能阻止它的增加，而原磁通还是要增加的
4、。更不能感应电流的“磁场”阻碍“原磁通”，尤其不能把阻碍理解为感应电流的磁场和原磁通方向相反。正确的理解应该是：通过感应电流的磁场方向和原磁通的方向的相同或相反，来达到“阻碍”原磁通的“变化”即减或增。楞次定律所反映这样一个物理过程：原磁通变化时（原变），产生感应电流（I感），这是属于电磁感应的条件问题；感应电流一经产生就在其周围空间激发磁场（感），这就是电流的磁效应问题；而且I感的方向就决定了感的方向（用右手螺旋定则判定）；感阻碍原的变化这正是楞次定律所解决的问题。这样一个复杂的过程，可以用图表理顺如下：楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因，即只要有某种
5、可能的过程使磁通量的变化受到阻碍，闭合电路就会努力实现这种过程：（1）阻碍原磁通的变化（原始表述）；（2）阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”，具体表现为：若产生感应电流的回路或其某些部分可以自由运动，则它会以它的运动来阻碍穿过回路的磁通的变化；若引起原磁通变化为磁体与产生感应电流的可动回路发生相对运动，而回路的面积又不可变，则回路得以它的运动来阻碍磁体与回路的相对运动，而回路将发生与磁体同方向的运动；（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势；（4）阻碍原电流的变化（自感现象）。利用上述规律分析问题可独辟蹊径，达到快速准确的效果。3. 当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，用右手定则可判定感应电
6、流的方向。运动切割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的方便简单。反过来，用楞次定律能判定的，并不是用右手定则都能判定出来。如图所示，闭合图形导线中的磁场逐渐增强，因为看不到切割，用右手定则就难以判定感应电流的方向，而用楞次定律就很容易判定。 要注意左手定则与右手定则应用的区别，两个定则的应用可简单总结为：“因电而动”用左手，“因动而电”用右手，因果关系不可混淆。 （三）电磁感应规律1. 计算感应电动势的常用公式，电路中感应电动势的大小跟穿过这个电路的磁通变化
7、率成正比法拉第电磁感应定律。，当长L的导线，以速度，在匀强磁场B中，切割磁感线，其两端间感应电动势的大小为E。，当长为L的导线，以其一端为轴，在垂直匀强磁场B的平面内，以角速度匀速转动时，其两端感应电动势为E。对公式一：注意： 该式普遍适用于求平均感应电动势。 E只与穿过电路的磁通量的变化率有关，而与磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是否闭合、电路的结构与材料等因素无关； 若线圈的匝数为n，则公式变为。对公式二：要注意： 为v与B的夹角。l为导体切割磁感线的有效长度（即l为导体实际长度在垂直于B方向上的投影）。 当导体垂直切割磁感线时（lB），。2. 磁通量的变化量的计算。对的计算，一般遇
8、到有两种情况： 回路与磁场垂直的面积S不变，磁感应强度发生变化，由，此时，此式中的叫磁感应强度的变化率，若是恒定的，即磁场变化是均匀的，那么产生的感应电动势是恒定电动势。 磁感应强度B 不变，回路与磁场垂直的面积发生变化，则，线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属这种情况。3. 对磁通量，磁通量的变化量，磁通量的变化率的区分。磁通量，表示穿过研究平面的磁感线的条数，磁通量的变化量，表示磁通量变化的多少，磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢，大，不一定大；大，也不一定大。四、自感现象、自感电动势、自感系数L自感现象是指由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。自感现象中产生的感应
9、电动势叫做自感电动势。自感电动势的大小跟电流变化率成正比。即：。 自感电动势总是阻碍线圈（导体）中原电流的变化。自感系数简称自感或电感，它是反映线圈特性的物理量。线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，有铁芯则线圈的自感系数L越大。单位是亨利（H）。如是线圈的电流每秒钟变化1A，在线圈可以产生1V 的自感电动势，则线圈的自感系数为1H。自感现象分通电自感和断电自感两种，其中断电自感中“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与并联，其电流分别为，方向都是从左到右。在断开S的瞬间，灯A中原来的从左向右的电流立即消失，但是灯A与线圈L构成一闭合回路，由于L
10、的自感作用，其中的电流不会立即消失，而是在回路中逐断减弱维持暂短的时间，在这个时间内灯A中有从右向左的电流通过，此时通过灯A的电流是从开始减弱的，如果原来，则在灯A熄灭之前要闪亮一下；如果原来，则灯A是逐断熄灭不再闪亮一下。原来哪一个大，要由L的直流电阻和A的电阻的大小来决定，如果，如果。【典型例题】例1 发现在如图所示的电路中，放在光滑金属导轨上的ab导体向右移动，这可能发生在（ ） 闭合S的瞬间 断开S的瞬间 闭合S后，减小电阻R时 闭合S后，增大电阻R时A. B. C. D. 解析：本题中线圈L1和L2绕在同一个铁芯上，因此穿过二者的磁通量始终相等。只要L1中的电流发生变化，穿过L2中的
11、磁通量就随之发生变化，L2中就有感应电流产生，ab棒就受安培力的作用发生移动。显然，对ab棒来说是“因电而动”的，故可由左手定则确定其中的电流方向。至于ab棒运动又切割磁感线产生一个反电动势，那是后话，与本题无关。 由左手定则判定ab中的电流方向为ab，再由安培定则可判断出L2中的感应电流产生的磁场方向与L1产生的磁场方向相反。说明原磁场L1产生的磁场磁通量是增加的，即L1中的电流在增大，故相应的情况应是闭合S的瞬间或闭合S后减小电阻R时，正确，选A例2 如图所示，固定于水平面上的光滑平行导电轨道AB、CD上放着两根细金属棒ab、cd.当一条形磁铁自上而下竖直穿过闭合电路时，两金属棒ab、cd
12、将如何运动？磁铁的加速度仍为g吗？解析：当条形磁铁从高处下落接近回路abcd时，穿过回路的磁通量方向向下且在不断增加.根据楞次定律的第二种表述：感应电流所产生的效果，总要反抗产生感应电流的原因.在这里，产生感应电流的原因是：条形磁铁的下落使回路中的磁通量增加，为反抗条形磁铁的下落，感应电流的磁场给条形磁铁一个向上的阻碍其下落的阻力，使磁铁下落的加速度小于g。为了反抗回路中的磁通量增加，ab、cd两导体棒将互相靠拢，使回路的面积减小，以阻碍磁通量的增加.同理，当穿过平面后，磁铁的加速度仍小于g，ab、cd将相互远离.点评：磁铁穿过闭合电路前、后，引起磁通量的变化是不同的，因而引起的感应电流方向不
13、同。据楞次定律判断出感应电流方向，再应用左手定则判断受力情况，由牛顿第三定律可判断磁铁受力方向.此法较为繁琐。若根据楞次定律的另一种表述感应电流的效果，总是反抗产生感应电流的原因，本题中的“原因”是磁铁靠近（过线圈后“远离”），从而可以判断。例3 图中为地磁场磁感线的示意图，在南半球地磁场的竖直分量向上，飞机在南半球上空匀速飞行，机翼保持水平，飞机高度不变，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U1，右方机翼末端处的电势为U2（ ）A. 若飞机从西往东飞，U1比U2高B. 若飞机从东往西飞，U2比U1高C. 若飞机从南往北飞，U1比U2高D. 若飞机从北往南飞，U
14、2比U1高解析：在地球南半球，地磁场在竖直方向上的分量是向上的，飞机在空中水平飞行时，飞行员的右手掌向下，大姆指向前（飞行方向），则其余四指指向了飞行员的右侧，就是感应电流的方向，而右手定则判断的是电源内部的电流方向，故飞行员右侧的电势总比左侧高，与飞行员和飞行方向无关。故选项B、D正确。点评：这是一道典型用右手定则来判断感应电流方向的试题。试题的难度不大，但是若不确定飞机在南半球上空任何方向平向飞行时总是右侧的电势高，则可能得出B、C或A、D两答案。另外必须明确的是楞次定律和右手定则均是判断电源内部的电流方向，在电源内部，电流是从电势低的方向流向电势高的方向。例4 如图所示，用一种新材料制成
15、一闭合线圈，当它浸入液氮中时，会成为超导体，这时手拿一永磁体，使任一磁极向下，放在线圈的正上方，永磁体便处于悬浮状态，这种现象称为超导体磁悬浮，可以用电磁感应及有关知识来解释这一现象。解析：当磁体放到线圈上方的过程中。穿过线圈的磁通量由无到有发生变化。于是超导线圈中产生感应电流，由于超导线圈中电阻几乎为零，产生的感应电流极大，相应的感应磁场也极大；由楞次定律可知感应电流的磁场相当于永磁体，与上方磁极的极性相同，永磁体将受到较大的向上的斥力，当永磁体重力与其受到磁场力相平衡时，永滋体处于悬浮状态。例5 在光滑水平面上固定一个通电线圈，如图所示，一铝块正由左向右滑动穿过线圈，那么下面正确的判断是（ ） A. 接近线圈时做加速运动，离开时做减速运动 B. 接近和离开线圈时都做减速运动 C. 一直在做匀速运动 D. 在线圈中运动时是匀速的解析：把铝块看成由无数多片横向的铝片叠成，每一铝片又由可看成若干闭合铝片框组成；如图，当它接近或离开通电线圈时，由于穿过每个铝片框的磁通量发生变化，所以在每个闭合的铝片框内都要产生感应电流。产生感应电流的原因是它接近或离开通电线圈，产生感应电流的效果是要阻碍它接近或离开通电线圈，所以在它
