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1、年 级高二学 科物理版 本教育科学版内容标题电磁感应现象问题归纳编稿老师张子厚【本讲教育信息】一. 教学内容：电磁感应现象问题归纳二. 学习目标：1、理解感应电流及感应电动势的产生条件。2、加深和强化对于法拉第电磁感应定律的理解。高考地位：电磁感应现象问题是近几年高考的考查热点和难点，突出考查对于产生电磁感应现象条件的理解，法拉第电磁感应定律的理解和运用是高考的必考内容，知识的综合性很强，融合了力学电学的相关知识，从出题形式上灵活多变，既可以通过选择题的形式考查对于定律内容的理解，也可以大型计算题的形式突出考查定律的应用，2008上海卷理科综合卷第6题、上海卷第10题、海南卷第1题、2006年
2、四川卷的第13题都突出了对于本知识点的考查。三. 重难点解析：1、电磁感应现象的发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流能够产生磁场电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在着联系，英国科学家法拉第坚信电与磁有密切的联系，于1831年终于取得了重大的突破，发现了利用磁场产生电流的条件。2、感应电流产生的条件：（1）部分电路的一部分导体做切割磁感线运动如图所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生。（2）磁铁在线圈中运动如图所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线路中无电流产生。（3）改变螺线管AB中的电流
3、如图所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过。结论：产生感应电流的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。说明：实验一是通过导体运动改变磁通量；实验二是磁体即磁场运动改变磁通量；实验三通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”。说明：不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。其条件可以归纳为两个：一个是电路
4、本身的属性，即电路必须是闭合电路；另一个是穿过电路本身的磁通量发生变化，其主要内涵是体现在“变化”二字上。电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量尽管很大但不变化，那么不论有多大，也不会产生感应电流。能使穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有如下几种情况：（1）磁感强度B不变，闭合电路面积S发生变化，；（2）闭合电路的面积S不变，而闭合回路在非匀强磁场中运动而位置发生变化，引起回路所在处的磁感强度的变化；（3）闭合电路的面积不变，但相对匀强磁场的位置发生变化（面积S与B的夹角改变）而引起磁通变化；（4）闭合电路的面积不变，而磁感应强度随时间t发生变化，等等。问题1. 对感应
5、电流或感应电动势产生条件的理解：例1. 如下图所示，正方形线圈在通电长直导线的磁场中运动；A向右平动，B向下平动，C绕轴转动（ad边向外），D从纸面向纸外作平动，E向上平动（E线圈有个缺口），判断线圈中有没有感应电流。 解析：在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的，对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱。A. 向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故A线圈中没有感应电流。B. 向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电动势和感应电流。C. 绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化，必产生感应电动势和感应电流。D. 离开纸面向外，线圈中磁通量减少，故情况同B、C。E. 向上平移，穿过线
6、圈的磁通量增加，故产生感应电动势，但由于线圈没有闭合回路，因此无感应电流。变式1. （2008年上海卷理科综合）6.老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是（ ）A. 磁铁插向左环，横杆发生转动B. 磁铁插向右环，横杆发生转动C. 无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动D. 无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动答案：B变式2. （2008海南卷）1、法拉第通过精心设计的一系列试验，发现了电磁感应定律，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来在下面几个典
7、型的实验设计思想中，所作的推论后来被实验否定的是A. 既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流B. 既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流C. 既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势D. 既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流答案：A3、感应电动势：（1）在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。（2）当电路闭合时，回
8、路中有感应电流；当电路断开时，没有感应电流，但感应电动势仍然存在。（3）感应电动势的大小法拉第电磁感应定律。电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。即说明：（a）若穿过线圈的磁通量发生变化，且线圈的匝数为n，则电动势表示式为（b）E的单位是伏特（V），且，证明：说明：（1）是状态量，是闭合回路在某时刻（某位置）穿过回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时，。（2）是过程量，是表示回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增加，即。常见磁通变化方式有：B不变，S变；S不变，B变；B和S都变，回路在磁场中相对位置改变（如转动等）总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会变化
9、。（3）表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率。（4）的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、三者类比。值得指出的是：很大，可能很小；很小，可能很大，可能不为零（如线圈平面转到与磁感线平行时）。当按正弦规律变化时，最大时，反之，当为零时，最大。问题2：对和的理解例2. 下列说法中正确的是（ ） A. 线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势就一定越大 B. 线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势就一定越大 C. 线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势就一定越大 D. 线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势就越大 答案：D变式3. 某闭合回
10、路的磁通量随时间t变化的图象分别如下图所示，关于回路中产生的感应电动势，下列判断正确的是（ ）A. 图甲回路中，感应电动势不断增大B. 图乙回路中，感应电动势恒定不变C. 图丙回路中，时间内的感应电动势小于时间内的感应电动势D. 图丁回路中，感应电动势先变小，再变大答案：BD4、导体运动产生的感应电动势：（1）导体垂直切割磁感线如图1所示，导体棒ab在间距为L的两导轨上以速度v垂直磁感线运动，磁场的磁感强度为B。试分析导体棒ab运动时产生的感应电动势多大？图1这属于闭合电路面积的改变引起磁通量的变化，进而导致感应电动势的产生。由法拉第电磁感应定律知，在时间t内即说明：通常用来计算瞬时感应电动势
11、的大小。（2）导体不垂直切割磁感线图2若导体不是垂直切割磁感线，即v与B有一夹角，如图2所示，此时可将导体的速度v向垂直于磁感线和平行于磁感线两个方向分解，则分速度不使导体切割磁感线，使导体切割磁感线的是分速度，从而使导体产生的感应电动势为：上式即为导体不垂直切割磁感线时，感应电动势大小的计算式。图3说明：在公式或中，L是指有效长度。在图3中，半径为r的半圆形导体垂直切割磁感线时，感应电动势，问题3. 对于公式的理解和运用：例3. （2008年上海卷第10题）如图所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势与导体棒位置x
12、关系的图像是答案：A变式4. 如下图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应为B、一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻忽略不计，试求：（1）MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流强度的平均值及通过的电荷量。（2）MN从圆环左端滑到右端的过程中，电阻R上的电流强度的最大值。解析：（1）根据法拉第电磁感应定律，回路中产生的平均感应电动势为： 由式知通过的电荷量为：（2）当导线运动到圆环的圆心处时，切割磁感线的有效长度最大，产生的感应电动势也就最大，电阻R上的电流强度也最大，此时所以由以上两式，得【
13、模拟试题】（答题时间：30分钟）1、恒定的匀强磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，线圈中能产生感应电流（ ）。 A. 线圈沿自身所在的平面做匀速运动 B. 线圈沿自身所在平面做加速运动 C. 线圈绕任意一条直径做匀速转动 D. 线圈绕任意一条直径做变速转动2、如图1所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成角，已知，回路面积为S，磁感强度为B，则通过线框的磁通量为（ ）图1 A. BSB. 4BS/5C. 3BS/5D. 3BS/43、如图2所示，若想电流计中有电流流过，则条形磁铁的运动是（ ）图2A. 向上运动B. 向右运动
14、C. 向纸外运动D. 绕N极转动4、如图3所示，一闭合矩形线框从左向右匀速地通过垂直于运动方向的匀强有界磁场，关于线框中感应电流的说法中正确的是（ ）图3 A. 线框进入磁场时感应电流为顺时针方向 B. 线框进入磁场时感应电流为逆时针方向 C. 线框出磁场时感应电流为顺时针方向 D. 从线框左边进入磁场到右边出磁场前没有感应电流5、如图4所示，下列几种运动中，可使线圈A中产生感应电流的是（ ）图4 A. ab杆向右匀速运动 B. ab杆向右匀加速运动 C. ab杆向右匀减速运动 D. ab杆由静止开始向右运动的瞬间6、如图5所示的条形磁铁的上方，放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁铁平行，则
15、线框在由N端匀速平移到S端的过程中，线框中的感应电流的情况是（ ）。图5A. 线框中始终无感应电流B. 线框中始终有感应电流C. 线框中开始有感应电流，当线框运动到磁铁上方中部时无感应电流，以后又有了感应电流D. 开始无电流，当运动到磁铁中部的上方时有感应电流，后来又没有感应电流7、如图6所示，在匀强磁场中的U形导轨上，有两根等长的平行导线ab和cd，以相同的速度v匀速向右滑动。为使ab中有感应电流产生，对开关S来说（ ）。图6 A. 打开和闭合都可以B. 应打开 C. 打开和闭合都不行D. 应闭合8、通电直导线穿过闭合线圈L，如图7所示，则（ ）图7A. 当电流I增大时，线圈L中有感应电流B. 当L左右平动时，L中有感
