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1、2010 年高二物理选修 3-2 知识点复习 知识点一：电磁感应现象 只要穿过闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流，如果电路不闭合只会产生感应电动势。 这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，是 1831 年法拉第发现的。 知识点二：感应电流的产生条件 1、回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的磁通量变化，因此研究磁通量的变化是关键， 由磁通量的广义公式中 BS sin （ 是 B 与 S 的夹角）看，磁通量的变化 可由面积的变化S 引起；可 由磁感应强度 B 的变化B 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
2、的同时变化引起。 2、闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，可以产生感应电动势，感应电流，这是初中学过 的，其本质也是闭合回路中磁通量发生变化。 3、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。 三、法拉第电磁感应定律楞次定律 电磁感应规律：感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定。 BLv 当长 L 的导线，以速度v ，在匀强
3、磁场 B 中，垂直切割磁感线，其两端间感应电动势的大小为 。 如图所示。设产生的感应电流强度为 I，MN 间电动势为 ，则 MN 受向左的安培力 F BIL ，要保持 MN 以v 匀速向右运动，所施 外 力 F F BIL ， 当 行 进 位 移 为S时 ， 外 力 功 W BILS BILvt 。t 为所用时间。 而在 t 时间内，电流做功W It ，据能量转化关系， W W ，则 It BILvt 。 BIv ，M 点电势高，N 点电势低。 此公式使用条件是 B、I、v 方向相互垂直，如不垂直，则向垂直方向作投影。, n t ，电路中感应电动势的大小跟穿过这个电路的磁通变化率成正比法拉第电
4、磁感应定律。 如 上 图 中 分 析 所 用 电 路 图 ， 在 t 回 路 中 面 积 变 化 S Lvt ， 而 回 路 跌 磁 通 变 化 量, BS BLvt ，又知 BLv 。 t,如果回路是n 匝串联，则 n t 。 公式 n / t 。注意: 1)该式普遍适用于求平均感应电动势。2) 只与穿过电路的磁通量的变化率 / t 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。公式二: Blv sin 。 要注意: 1)该式通常用于导体切割磁感线时, 且导线与磁感线互相垂直(lB )。2) 为 v 与 B 的夹角。l 为导体切割磁 感线的有效长度
5、(即 l 为导体实际长度在垂直于 B 方向上的投影)。公式三: LI / t 。注意: 1)该公式由法拉第电 磁感应定律推出。适用于自感现象。2) 与电流的变化率I / t 成正比。,t,公式 n 中涉及到磁通量的变化量 的计算, 对 的计算, 一般遇到有两种情况: 1)回路与磁场垂直的,面积 S 不变, 磁感应强度发生变化, 由 BS , 此时 n B S , 此式中的 B 叫磁感应强度的变化率, 若 B 是 ttt,1,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。2)磁感应强度 B 不变, 回路与磁场垂直的面 积发生变化, 则 BS , 线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转
6、动产生交变电动势就属这种情况。,t,严格区别磁通量 , 磁通量的变化量B 磁通量的变化率 , 磁通量 BS , 表示穿过研究平面的磁感线,21,t,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, 及 不一定大; 大, 及 也不一定大, 它们的区别类似于力学中的 v, v及a v 的区别, tttt,另外 I、 I及 I 也有类似的区别。,t 公式 Blv 一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同, 对有些导体各部分切割磁感线的速度不相同的情况, 如何求感应电动势？如图 1 所示, 一长为 l 的导体杆 AC 绕 A 点在纸面内以角速度 匀速
7、 转动, 转动的区域的有垂直纸面向里的匀强磁场, 磁感应强度为 B, 求 AC 产生的感应电 动势, 显然, AC 各部分切割磁感线的速度不相等, v A 0, vC l , 且AC 上各点的线速度,大小与半径成正比, 所以 AC 切割的速度可用其平均切割速度, 即v v A vC vC l , 222,2,故 1 Bl 2 。, 1 BL2 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,2 度 匀速转动时，其两端感应电动势为 。,如图所示，AO 导线长 L，以 O 端为轴，以 角速度匀速转动一周，所用时间t 2 ，,描过面积S L2 ，（认为面积变化由 0 增到L2
8、 ）则磁通变化 BL2 。,在 AO 间产生的感应电动势,2, BL2 1,t2 / 2 BL,且用右手定则制定 A 端电势高，O 端电势低。, m nBS 面积为 S 的纸圈，共n 匝，在匀强磁场 B 中，以角速度 匀速转坳，其转轴与磁场方 向垂直，则当线圈平面与磁场方向平行时，线圈两端有最大有感应电动势 m 。 如图所示，设线框长为 L，宽为 d，以 转到图示位置时，ab 边垂直磁场方向向纸外运动，切割磁感线，速度 d,2,为v （圆运动半径为宽边 d 的一半）产生感应电动势,d1,22, BLv BLBS ， a 端电势高于b 端电势。,1,2,cd 边垂直磁场方向切割磁感线向纸里运动，
9、同理产生感应电动热势 BS 。c 端电势高于e 端电势。,2,bc 边， ae 边不切割，不产生感应电动势， b c 两端等电势，则输出端 MN 电动势为 m BS 。 如果线圈n 匝，则 m nBS ，M 端电势高，N 端电势低。 参照俯示图，这位置由于线圈长边是垂直切割磁感线，所以有感应电动势最大值 m ，如从图示位置转过一个 角度 ，则圆运动线速度v ，在垂直磁场方向的分量应为v cos ，则此时线圈的产生感应电动势的瞬时值即作最大 值 m .cos .即作最大值方向的投影， nBS cos （ 是线圈平面与磁场方向的夹角）。 当线圈平面垂直磁场方向时，线速度方向与磁场方向平行，不切割磁
10、感线，感应电动势为零。 总结：计算感应电动势公式： BLv 如v是即时速度，则为即时感应电动势。 如v是平均速度，则为平均感应电动势。, n ,t,t是一段时间，为这段时间内的平均感应电动势。 t o，为即时感应电动势。,2, 1 BL2, nBS cos （ 是线圈平面与磁场方向的夹角）。 m nBS线圈平面与磁场平行时有感应电动势最大值, nBS cos瞬时值公式，是线圈平面与磁场方向夹角,注意：公式中字母的含义，公式的适用条件及使用图景。 区分感应电量与感应电流, 回路中发生磁通变化时, 由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应 电流, 在t 内迁移的电量(感应电量)为,n,3,t
11、 ,RRtR,n,q It t , 仅由回路电阻和磁通量的变化量决定, 与发生磁通量变化的时间无关。因此, 当,用一磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时, 线圈里聚积的感应电量相等, 但快插与慢插时产生 的感应电动势、感应电流不同, 外力做功也不同。 楞次定律： 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 产生感应电流 建立感应电流磁场 阻碍磁通量变化。 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。 楞次定律的内容：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流为磁通量
12、变化。 楞次定律是判断感应电动势方向的定律，但它是通过感应电流方向来表述的。按照这个定律，感应电流只能采 取这样一个方向，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“原磁道”。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
13、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。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道方向相反。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 定律所反映提这样一个物理过程：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,（用安培右手螺旋定则判定）； 感阻碍 原的
14、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： 阻碍原磁通的变化（原始表述）； 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； 使线圈面积有扩大或缩小的趋势；
15、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。如图 1 所示，在 O 点悬挂一轻质导线环，拿一条形 磁铁沿导线环的轴线方向突然向环内插入，判断在插入过程中导环如何运动。若按常规方法，应先由楞次定律 判 断出环内感应电流的方向，再由安培定则确定环形电流对应的磁极，由磁极的相互作用确定导线环的运动方向。若 直接从感应电流的效果来分析：条形磁铁向环内插入过程中，环内磁通量增加，环内感应 电流的效果将阻碍磁通量的增加，由磁通量减小的方向运动。因此环将向右摆动。显然， 用第二种方法判断更简捷。 应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤： 查明原磁场的方向及磁通量的变化
16、情况； 根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向； 由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。 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 2 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。 知识点四：互感 自感 涡流 互感：由于线圈 A 中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈 B 中激发了感应电动势。这种现象叫互感。 自感现象是指由于导体本身的
