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1、高2010级高三物理专题复习资料专题四 电磁感应一、疑难辨析（一）概述电磁感应这部分内容是物理学科的重点内容之一，近年来高考对本章内容命题率较高的是感应电流的产生条件、方向，几乎是年年考，其他如电磁感应现象与磁场、电路、力学、热学等知识联系的综合题以及感应电流（或感应电动势）的图像问题也在近几年高考中交替出现。该部分知识与其他学科知识相互渗透也是命题的趋势，同时将该部分知识同生产、生活实际、高科技相结合，注重对学生分析能力、解决实际问题的能力。试题题型全面，以选择题、解答题都可呈现，尤其是解答题困难较大，涉及知识点多，综合能力强，从而增加试题的区分度。（二）建议1. 磁通量(是标量，有正负是为
2、了便于计算)（1）它是判断是否产生电磁感应、感应电动势大小的计算、感应电流通过导体截面的电量的计算等等的基础，所以必须清楚磁通量的概念及其变化。（2）由它的物理意义“表示穿过某一面积的磁感线条数”来理解它是标量。（3）其定义式最好记为：F =BS 或 F = BS能强化理解B与S的“垂直关系”，即S应为“垂直面积”“有效面积”。（4）引起磁通量变化的主要原因： B的变化； S的变化（切割情形。这是引起电磁感应中的力学问题、动量问题、能量问题的主要原因）2. 楞次定律（判断感应电动势、感应电流方向的规律）（1）定律中所说的“引起感应电流的磁通量的变化”，就是指的原磁场的磁通量的变化。(2) 定律
3、中所说的“阻碍”并非“阻止”。 原磁场的磁通量变与不变、以及如何变，不受感应电流的磁场的限制。当原磁场的磁通量发生变化时，感应电流的磁场不会阻止（也阻止不了）原磁场的磁通量的变化（变化趋势不会改变增加的还是继续增加，减少的还是继续减少），只能是阻碍原磁场的磁通量的变化使原磁场的磁通量的变化“慢一点”，即对原磁场的磁通量的变化仅起“缓冲”作用。要弄清楚“谁阻碍”、“阻碍谁”、“怎样阻碍”（感应电流的磁场起“打暴不平”的作用如果原磁场增强或原磁通量增加，则感应电流的磁场方向就与原磁场方向相反；如果原磁场增强或原磁通量减少，则感应电流的磁场方向就与原磁场方向相同，即“增反减同”）。（3）熟知定律有三
4、种具体表述形式（各有用处）：感应电流的磁场总是阻碍原磁场或原磁通量的变化（用处：确定感应电流的方向）；感应电流所受原磁场的安培力总是阻碍相对运动（用处：很快确定安培力的方向）；感应电流总是阻碍原电流的变化（用处：分析自感现象）(4)运用楞次定律的步骤：确定原磁场的方向确定原磁场或原磁通量的变化情况（增加？减少？不变？）由楞次定律和安培定则确定感应电流的方向。3. 法拉第电磁感应定律（计算电动势大小的规律）(1)对E=F/t的理解：E与F/t 代表的含义不同。 E代表电动势（电路领域）， F/t代表磁通量的变化率（磁场领域），它们只是在数值上相等。F只能以绝对值代入E=F/t式中。由E=F/t求
5、出的只能是平均感应电动势。（2）E的常见表达式有三种：通式：E = nF/t = nB/t S = nBS/t平动切割式：E = BLV （ V只能是相对于磁场的垂直切割速度，即垂直切割相对速度，不一定是对地的速度）转动切割式：E = BwL24.线圈自感：分析线圈自感现象，抓住三点就行：线圈中的电流不突变，包括其大小和方向均不突变；纯电阻元件如灯泡、定值电阻的电流可以突变；接通的瞬间，线圈相当于断开的开关；断开的瞬间，线圈相当于电源；电流稳定后，线圈相当于一根导线或一个定值电阻（线圈有电阻时）。二、解决本专题的基本思维方式首先明确本专题有以下五类典型问题和两类典型模型，然后分类给出解决其基本
6、思维方式。1.五类问题： 电磁感应中的电路问题 电磁感应中的动力学问题（力和运动、动量、能量） 电磁感应中的能量问题 电磁感应中的图像问题 电磁感应与实际生活相联系问题2.两类模型： 线圈模型 单棒模型 双棒模型（一）电磁感应中的电路问题：这个问题与力学无关，它是电磁感应与电路的知识联系，是发电与用电之间的联系，联系桥梁是闭合电路欧姆定律。（1）分析要点:切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈是发电部分，是电源和内电路，找出电动势和内阻，闭合回路的其余部分是外电路，弄清外电路的总电阻。电磁感应只能负责产生电源的电动势和计算方法，管不了电路的其它物理量的计算。所以，内电路的内阻、内电压、内电阻的
7、热功率、内热，外电路的路端电压、外电阻、功率、电热，闭合电路中的电流，这些都只能依赖于电路（欧姆定律、串并联电路特点、分配原理）来分析和计算。（2）解决这类问题的基本思维方法和步骤是：根据法拉第电磁感应定律求感应电动势，根据楞次定律确定感应电流的方向；找准等效电源、画出等效电路图；根据电路的知识求电路的有关物理量（一般先由欧姆定律求出电流，后计算其它物理量）。（二）电磁感应中的力学问题：这个问题与电磁学问题（发电）、电学问题（用电电路）、力学问题（力和运动、动量、能量）都有关。是高中物理主要规律、重要规律“用武之处”。电磁感应中的力学问题，具体表现为电磁感应中的力和运动问题、动量问题、能量问题
8、。引起电磁感应现象的主要原因有二：一是磁场变化，二是导体切割磁感线。其中第二种是涉及到电磁感应中的力学问题中最普遍、最典型的情形，而且在历年高考中常考，既是高考的重点，也是学生的难点，所以电磁感应专题，应着重解决这个问题。解此类型问题的一般思路是：先解决电磁学问题（发电），再解决电学问题（电路）后解决力学问题（力和运动、动量、能量）。即先由法拉第电磁感应定律求感应电动势，然后根据闭合电路欧姆定律求感应电流，求出安培力，再往后就是按力学问题的处理方法，如进行受力情况分析、运动情况分析、动量观点分析、能量观点分析等。1.电磁感应中的力和运动问题：电磁感应中，通过导体中的感应电流受到原磁场的安培力作
9、用，从而影响导体棒或线圈的受力情况和运动情况，导致电磁感应问题与力和运动问题联系在一起。（1）分析思路：导体相对运动 电磁感应 感应电动势 阻 碍 电路 闭合安培力 导体在原磁场中 感应电流（2）解决这类问题的基本思维方法和步骤是：根据法拉第电磁感应定律求感应电动势，根据楞次定律确定安培力（或感应电流）的方向；找准等效电源、画出等效电路图；根据欧姆定律求感应电流；求安培力的大小和方向；分析导体的受力情况和运动情况；根据牛顿第二定律列动力学方程或力的平衡条件列力的平衡方程。2.电磁感应中的动量问题： 分析要点：在单棒因切割磁感线而只受到安培力时，无论安培力是恒力还是变力，由动量定理得，其中安培力
10、.由此常用于求电磁感应中的电量：双棒在两根平行的轨道上做切割磁感线运动的情况，因两根导体棒所受安培力等大反向，如果其他力的合力为零，则对这两根导体棒组成的系统，外力之和为零，两棒的总动量守恒。3.电磁感应中的能量问题：电磁感应总是伴随能量的转化和守恒过程，所以，要善于从功和能的角度去分析电磁感应相关问题。（1）分析要点：楞次定律和法拉第电磁感应定律是能的转化和守恒定律在电磁感应现象中的反映。要维持感应电流的存在，必然要克服安培力做功，即由其它形式的能转化为电能。产生的感应电流通过用电器、导体棒等，电能又转化为其它形式的能（如机械能、内能等）。安培力对导体做负功（即外力克服安培力做功）的过程，是
11、将机械能转化为电能；安培力对导体做正功的过程，是将电能转化为机械能。因常涉及变加速运动过程，所以，对导体棒或线圈较多运用动能定理列方程，对系统较多运用能量转化和守恒定律列方程。（2）解决这类问题的基本思维方法和步骤是：根据法拉第电磁感应定律求感应电动势，根据楞次定律确定安培力（或感应电流）的方向； 找准等效电源、画出等效电路图； 根据欧姆定律求感应电流；求回路中电阻消耗的电功或电功率的表达式；分析系统中能的转化情况和导体的机械能的变化情况；根据能的转化和守恒定律列出能量守恒方程。（三）电磁感应中的图像问题：（1）分析要点：定性或定量地表示出所研究问题的函数关系在图象中E、I、B等物理量的方向是
12、通过正负值来反映画图象时要注意横、纵坐标的单位长度各代表多少（2）技巧：选择电磁感应方面的图像时，往往对图像采用部分图线否定法（线圈或导体刚进入时、刚离开时的电流有无、方向、大小变化情况、全部进入后运动中的电流有无去部分否定图线分段）易正确选出答案。（3）注意：判断出的实际方向与文中规定的正方向的关系；熟悉楞次定律和安培定则（即右手螺旋定则）三、高考热点题型分析与总结导体切割磁感线是电磁感应中的力学问题中最普遍、最典型的情形。而导体切割磁感线又常见于导体棒在导轨上切割磁感线，这就是本专题高考热点题型电磁感应中的导轨类题型，下面对此做分析与总结。（一）单棒问题1.阻尼式单棒：(1)电路特点: 导
13、体棒相当于电源。(2)安培力的特点:安培力为阻力，并随速度减小而减小。(3)加速度特点:加速度随速度减小而减小(4)运动特点: a减小的减速运动(5)最终状态: 静止(6)三个规律:能量关系： 动量关系： 瞬时加速度：2.电动式单棒（1）电路特点：导体为电动边，运动后产生反电动势（等效于电机）。（2）安培力的特点：安培力为运动动力，并随速度减小而减小。（3）加速度特点：加速度随速度增大而减小（4）运动特点：a减小的加速运动（5）最终特征：匀速运动（6）两个极值：最大加速度：v=0时,E反=0,电流、加速度最大最大速度：稳定时，速度最大，电流最小（7）稳定后的能量转化规律：（8）起动过程中的三个
14、规律：动量关系：能量关系：瞬时加速度：3.发电式单棒(1)电路特点: 导体棒相当于电源，当速度为v时，电动势EBlv（2）安培力的特点:安培力为阻力，并随速度增大而增大（3）加速度特点:加速度随速度增大而减小（4）运动特点: a减小的加速运动（5）最终特征: 匀速运动（6）两个极值:v=0时,有最大加速度： a=0时,有最大速度：瞬时加速度：4.电容放电式单棒（1）电路特点：电容器放电，电容器相当于电源；导体棒受安培力而运动。（2）电流特点：电容器放电时，导体棒在安培力作用下开始运动，同时产生阻碍放电的反电动势，导致电流减小，直至电流为零，此时UC=Blv（3）运动特点：a渐小的加速运动，最终做匀速运动。（4）最终特征：匀速运动但此时电容器带电量不为零（5）最大速度vm 的计算：电容器充电量：放电结束时电量：电容器放电电量：对杆应用动量定理：所以（6）达最大速度过程中的两个关系：安培力对导体棒的冲量：安培力对导体棒做的功：易错点：认为电容器最终带电量为零5.电
