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1、电磁感应专题1、关于电磁感应的几个基本问题（1）电磁感应现象利用磁场产生电流（或电动势）的现象，叫电磁感应现象。所产生的电流叫感应电流，所产生的电动势叫感应电动势。所谓电磁感应现象，实际上是指由于磁的某种变化而引起电的产生的现象，磁场变化，将在周围空间激起电场；如周围空间中有导体存在，一般导体中将激起感应电动势；如导体构成闭合回路，则回路程还将产生感应电流。（2）发生电磁感应现象，产生感应电流的条件：发生电磁感应现象，产生感应电流的条件通常有如下两种表述。当穿过线圈的磁通量发生变化时就将发生电磁感应现象，线圈里产生感应电动势。如线圈闭合，则线圈子里就将产生感应电流。当导体在磁场中做切割磁感线的
2、运动时就将发生电磁感应现象，导体里产生感应电动势，如做切割感线运动的导体是某闭合电路的一部分，则电路里就将产生感应电流。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。应指出的是：闭合电路的一部分做切割磁感线运动时，穿过闭合电路的磁通量也将发生变化。所以上述两个条件从根本上还应归结磁通量的变化。但如果矩形线圈 abcd 在匀强磁场 B 中以速度 v 平动时，尽管线圈的 bc 和 ad 边都在做切割磁感线运动，但由于穿过线圈的磁通量没有变，所以线圈回路中没有感应电流。（3）发生电磁感应现象的两种基本方式及其理论解释导体在磁场中做切割磁感线的相对运动而发生电磁感应现象：当导体在磁场中做切割磁感线的相对运动时
3、，就将在导体中激起感应电动势。这种发生电磁感应现象的方式可以用运动电荷在磁场中受到洛仑兹力的作用来解释。磁场变化使穿过磁场中闭合回路的磁通量改变而发生电磁感应现象：当磁场的强弱改变而使穿过磁场中的闭合回路程的磁通量发生变化时，就将在闭合回路程里激起感应电流。这种发生电磁感应现象的方式可以用麦克斯韦的电磁场理论来解释。（4）引起磁通量变化的常见情况（1）线圈在磁场中转动；（2）线圈在磁场中面积发生变化；（3）线圈中磁感应强度发生变化；（4）通电线圈中电流发生变化。2、感应电流方向的判断（1）右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运
4、动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向。四指指向还可以理解为：感应电动势的方向、该部分导体的高电势处。用右手定则时应注意：主要用于闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时，产生的感应电动势与感应电流的方向判定。右手定则仅在导体切割磁感线时使用，应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直当导体的运动方向与磁场方向不垂直时，拇指应指向切割磁感线的分速度方向若形成闭合回路，四指指向感应电流方向；若未形成闭合回路，四指指向高电势“因电而动”用左手定则 “因动而电” 用右手定则应用时要特别注意：四指指向是电源内部电流的方向(负正)因而也是电势升高的方向；即：四指指向正极。（2）楞次定律(判
5、断感应电流方向 )楞次定律的内容：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化(感应电流的) 磁场( 总是)阻碍(引起感应电流的磁通量的)变化(定语)主语(状语)谓语(补语)宾语对楞次定律中阻碍二字的正确理解“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。阻碍磁通量变化指：磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用) ；磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用) ，简称“增反减同”理解楞次定律要注意四个层次:谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量;阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身;如何阻碍?当磁通量增加时，感应电流
6、的磁场方向与原磁场方向相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即”增反减同”;结果如何?阻碍不是阻止，只是延缓了磁通量变化的快慢，结果是增加的还是增加，减少的还是减少。（3）楞次定律的应用步骤“一原、二感、三电流”明确引起感应电流的原磁场在被感应的回路上的方向；搞清原磁场穿过被感应的回路中的磁通量增减情况；根据楞次定律确定感应电流的磁场的方向；运用安培定则判断出感生电流的方向。（4）楞次定律的灵活运用，楞次定律的拓展楞次定律的广义表述：感应电流的效果总是反抗（或阻碍）引起感应电流的原因。主要有四种表现形式：1、当闭合回路中磁通量变化而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍原磁
7、通量的变化。2、当线圈和磁场发生相对运动而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍二者之间的相对运动（来拒去留） 。在一些由于某种相对运动而引起感应电流的电磁感应现象中，如运用楞次定律从“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量变化”出发来判断感应电流方向，往往会比较困难，对于这样的问题，在运用楞次定律时，一般可以灵活处理，考虑到原磁场的磁通量变化又是由相对运动而引起的，于是可以从“ 感应电流的磁场阻碍相对运动”出发来判断。3、当线圈面积发生变化而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍回路面积的变化。4、当线圈中自身电流发生变化而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍原电流的变化（自感
8、现象） 。5、几种定则、定律的适用范围法拉第电磁感应定律：在电磁感应现象中，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。公式： ，其中 n 为线圈的匝数。tnE法拉第电磁感应定律的理解（1） 的两种基本形式：当线圈面积 S 不变，垂直于线圈平面的磁场 B 发生变化时，t；当磁场 B 不变，垂直于磁场的线圈面积 S 发生变化时， 。tBSnE tSnE（2）感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率 ，与 的大小及 的大小没有必然t联系。（3）若 为恒定（如：面积 S 不变，磁场 B 均匀变化， ，或磁场 B 不变，面积 S 均匀变t ktB化， ） ，则感应电动势恒定。若
9、 为变化量，则感应电动势 E 也为变化量， 计算的ktSt tnE是 t 时间内平均感应电动势，当t0 时， 的极限值才等于瞬时感应电动势。tnE5磁通量 、磁通量的变化 、磁通量的变化率t（1）磁通量 是指穿过某面积的磁感线的条数，计算式为 ，其中 为磁场 B 与线圈平sinBS面 S 的夹角。（2）磁通量的变化 指线圈中末状态的磁通量 与初状态的磁通量 之差， ，计算2112磁通量以及磁通量变化时，要注意磁通量的正负。（3）磁通量的变化率。磁通量的变化率 是描述磁通量变化快慢的物理量。表示回路中平均感应t电动势的大小，是 图象上某点切线的斜率。 与 以及 没有必然联系。tt6、对公式 E
10、=Blv 的研究（1）公式的推导取长度为 1 的导体棒 ab ，强度垂直于磁场方向放在磁感强度为 B 的匀强磁场中，当棒以速度 v 做垂直切割磁感线运动时，棒中自由电子就将受到洛仑兹力 fb=evB 的作用，这将使的 a、 b 两端分别积累起正、负电荷而在棒中形成电场，于是自由电子除受 fb 作用外又将受到电场力 fc=eE，开始 a、 b 两端积累的电荷少，电场弱，f c 小，棒两端积累的电荷继续增加，直至电场力与洛仑兹力平衡：f c=fB。由于fB 移动电荷，使得做切割磁感线运动的 ab 棒形成一个感应电源，在其外电路开路的状态下，电动势（感应电动势）与路端电压相等，即 E=Uab=El，
11、于是由，便可得 E = lvBevBflUefab（2）与公式 E = 的比较。t当把法拉第电磁感应定律 E = 中的 理解为切割导体在 时间内“扫过的磁通量”时，就可用ttE = 直接推导出。因此公式 E = lvB 实际上可以理解为法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线而发t生电磁感应现象这种特殊情况下的推论。一般地说，公式 E = lvB 只能用于计算导体切割磁感线时产生的感应电动势。公式E = 则可以用来计算所有电磁感应现象中产生的感应电动势；但公式 E = 只能用于计算在t t时间内的平均感应电动势，而公式 E = lvB 则既可以用来计算某段时间内的平均感应电动势，又可t以用来计算某个
12、时刻的瞬时感应电动势，只要把公式中的 v 分别以某段时间内的平均速度或某个时刻的瞬时速度代入即可。（3）适用条件除了磁场必须是匀强的外，磁感强度 B、切割速度 v、导体棒长度 l 三者中任意两个都应垂直的，即 这三个关系必须是同时成立的。如有不垂直的情况，应通过正交分解取其垂直分Bv,l量代入。（4）公式中 l 的意义公式 E = lvB 中 l 的意义应理解为导体的有效切割长度。所谓导体的有效切割长度，指的是切割导体两端点的连线在同时垂直于 v 和 B 的方向上的投影的长度。（5）公式中 v 的意义对于公式 E = lvB 中的 v，首先应理解为导体与磁场间的相对速度，所以即使导体不动因则磁
13、场运动，也能使导体切割磁感线而产生感应电动势；其次，还应注意到 v 应该是垂直切割速度；另外，还应注意到在“旋转切割 ”这类问题中，导体棒上各部分的切割速度不同，此时的 v 则应理解为导体棒上各部分切割速度的平均值，在数值上一般等于旋转导体棒中点的切割速度。5、自感现象1自感现象（1）当闭合回路的导体中的电流发生变化时，导体本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。通电自感和断电自感 R1SLA12LABS在课本中介绍通电过程产生的自感演示实验中（如图所示） ，先闭合 S，调节 R1、R，使两灯均正常发光。然
14、后断开 S。重新接通电路时可以看到，跟有铁芯的线圈 L 串连的灯泡 A1 却是逐渐亮起来的，“逐渐”并不是一个缓慢的长过程， “逐渐”的时间实际是很短的，只是相对同时变化而言。介绍断电过程产生的自感演示实验中（如图所示） ，接通电路，灯泡 A 正常发光。断开电路，可以看到灯泡 A 没有立即熄灭，相反，它会很亮地闪一下 。这里很亮地闪一下是有条件的，即 S 接通时，流过线圈中的电流要大于流过灯泡中的电流，因为 S 断开时，灯泡和线圈组成的回路中的电流，是以线圈中的原电流为初始电流，再减小到零的。（2）实质：由于回路中流过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。（3）电流变化特点：由于感应电流
15、总是阻碍线圈中自身电流的增大或减小，故其本身的电流的增大或减小总表现为一种“延缓”效应。即电流变化的同时产生影响导体中电流变化的因素，此瞬时电流不会发生突变，而是较慢地达到那种变化。2、自感电动势（1）概念：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。其效果表现为延缓导体中电流的变化。（2）大小： tILE自（3）方向:当流过导体的电流减弱时， E 自 的方向与原电流的方向相同，当流过导体的电流增强时，E 自 的方向与原电流的方向相反。3、自感系数（1）不同的线圈在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势不同；在电学中，用自感系数来描述线圈的这种特性。用符号“L”表示。（2）决定因素：线圈的横
16、截面积越大、线圈越长、单位长度上的线圈匝数越多，自感系数越大；有铁芯比无铁芯时自感系数要大得多。（3）单位：享利，简称“享”，符号“H”。常用的有毫享（mH）和微享（H） 。1H10 3mH10 6H（4）物理意义：表征线圈产生自感电动势本领的大小。数值上等于通过线圈的电流在 1s 内改变1A 时产生的自感电动势的大小。4、自感现象的应用和防止（1）应用：如日光灯电路中的镇流器，无线电设备中和电容器一起组成的振荡电路等。利用自感现象，可以适当地增大自感系数。（2）危害及防止：在自感系数很大而电流又很强的电路中，切断电路的瞬时，会因产生很高的自感电动势而出现电弧，从而危及工作人员和设备的安全，此时可用特制的安全开关。制作精密电阻时，采用双线绕法，防止自感现象的发生、减小因自感而造成的误差。也可以通过阻断形成自感所必需的通路或设法减小自感系数来减少自
