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1、 . . . . 电磁感应期末复习专题高2015届班 一、知识结构：二、难点提示：1产生感应电流的条件感应电流产生的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化。以上表述是充分必要条件。不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。这个表述是充分条件，不是必要的。在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。2感应电动势产生的条件感应电动势产生的条件是：穿过电路的磁通量发生变化。这里不要求闭合。无论电路闭合与否，只要磁
2、通量变化了，就一定有感应电动势产生。这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的。但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流。3关于磁通量变化在匀强磁场中，磁通量=BSsin（是B与S的夹角），磁通量的变化=2-1有多种形式，主要有：S、不变，B改变，这时=BSsinB、不变，S改变，这时=SBsinB、S不变，改变，这时=BS(sin2-sin1)当B、S、中有两个或三个一起变化时，就要分别计算1、2，再求2-1了。在非匀强磁场中，磁通量变化比较复杂。有几种情况需要特别注意：abcacbMNS如下图，矩形线圈沿abc在条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化？如果线圈M沿条形磁铁
3、轴线向右移动，穿过该线圈的磁通量如何变化？abc（穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大）如下图，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面。当a中的电流增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间哪一个变化更大？（b、c线圈所围面积的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大。由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大。）bc如下图，虚线圆a有垂直于纸面向里的匀强磁场，虚线圆a
4、外是无磁场空间。环外有两个同心导线圈b、c，与虚线圆a在同一平面。当虚线圆a中的磁通量增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间哪一个变化更大？（与的情况不同，b、c线圈所围面积都只有向里的磁通量，且大小相同。因此穿过它们的磁通量和磁通量变化都始终是相同的。）4楞次定律感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。楞次定律解决的是感应电流的方向问题。它关系到两个磁场：感应电流的磁场（新产生的磁场）和引起感应电流的磁场（原来就有的磁场）。前者和后者的关系不是“同向”或“反向”的简单关系，而是前者“阻碍”后者“变化”的关系。在应用楞次定律时一定要注意：“阻碍
5、”不等于“反向”；“阻碍”不是“阻止”。从“阻碍磁通量变化”的角度来看，无论什么原因，只要使穿过电路的磁通量发生了变化，就一定有感应电动势产生。 从“阻碍相对运动”的角度来看，楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释：既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。又由于感应电流是由相对运动引起的，所以只能是机械能转化为电能，因此机械能减少。磁场力对物体做负功，是阻力，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。从“阻碍自身电流变化”的角度来看，就是自感现象。220V自感现象的应用和防止。应用：日光灯电路图与原理：灯管、镇流器和启动器的作用。防止：定值电阻的双线绕法。5右手定则对一部分导线在磁场中切割磁感线产生
6、感应电流的情况，右手定则和楞次定律的结论是完全一致的。这时，用右手定则更方便一些。6楞次定律的应用楞次定律的应用应该严格按以下四步进行：确定原磁场方向；判定原磁场如何变化（增大还是减小）；确定感应电流的磁场方向（增反减同）；根据安培定则判定感应电流的方向。7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，在国际单位制中可以证明其中的k=1，所以有。对于n匝线圈有。（平均值）Blvabcd将均匀电阻丝做成的边长为l的正方形线圈abcd从匀强磁场中向右匀速拉出过程，仅ab边上有感应电动势E=Blv，ab边相当于电源，另3边相当于外电路。ab边两端的电压为3Blv
7、/4，另3边每边两端的电压均为Blv/4。将均匀电阻丝做成的边长为l的正方形线圈abcd放在匀强磁场中，当磁感应强度均匀减小时，回路中有感应电动势产生，大小为E=l2(B/t)。感应电流的电场线是封闭曲线，静电场的电场线是不封闭的，这一点和静电场不同。在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，由法拉第电磁感应定律可推导出感应电动势大小的表达式是：E=BLvsin（是B与v之间的夹角）。（瞬时值）8转动产生的感应电动势a db cL1L2Bo av转动轴与磁感线平行。如图，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外，长L的金属棒oa以o为轴在该平面以角速度逆时针匀速转动。求金属棒中的感应电动势。在
8、应用感应电动势的公式时，必须注意其中的速度v应该指导线上各点的平均速度，在此题中应该是金属棒中点的速度，因此有。线圈的转动轴与磁感线垂直。如图，矩形线圈的长、宽分别为L1、L2，所围面积为S，向右的匀强磁场的磁感应强度为B，线圈绕图示的轴以角速度匀速转动。线圈的ab、cd两边切割磁感线，产生的感应电动势相加可得E=BS。如果线圈由n匝导线绕制而成，则E=nBS。从图示位置开始计时，则感应电动势的瞬时值为e=nBScost。该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关（但是轴必须与B垂直）。实际上，这就是交流发电机发出的交流电的瞬时电动势公式三、典型例题分析： 电磁感应现象，楞次定律例1如下图，有两
9、个同心导体圆环。环有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？答案：外环中感应电流方向为逆时针NSv0M例2.如下图，闭合导体环固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？感应电流先顺时针后逆时针c a d bL2 L1例3 如下图装置中，cd杆原来静止。当ab杆做如下那些运动时，cd杆将向右移动？A.向右匀速运动 B.向右加速运动C.向左加速运动 D.向左减速运动 B、Da b例4如下图，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b。当条形磁铁如图向下移动时（不到达导轨平面），a、b将如何移动？
10、a、b将互相靠近OB例5 如下图，用丝线将一个闭合金属环悬于O点，虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来。试解释这一现象。若整个空间都有垂直于纸面向外的匀强磁场，会有这种现象吗？法拉第电磁感应定律FL1L2Bv例1如下图，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，拉力F大小；拉力的功率P；拉力做的功W；线圈中产生的电热Q；通过线圈某一截面的电荷量q。分析与解答这是一道基本练习题，要注意要注意所用的边长究竟是L1还是L2 ，还应该思考一下所求的各物理量与速度v之间有什么关
11、系。与v无关特别要注意电热Q和电荷q的区别，其中与速度无关！（这个结论以后经常会遇到）。例2如图各情况中，电阻R=0.l，运动导线的长度都为l=0.05m，作匀速运动的速度都为v=10ms除电阻R外，其余各部分电阻均不计匀强磁场的磁感强度B=0.3T试计算各情况过每个电阻R的电流大小和方向（a）0；（b）3A，从左向右；（C）1.5A，从上向下；（d）1A，从下向上。baBL1L2例3如下图，U形导线框固定在水平面上，右端放有质量为m的金属棒ab，ab与导轨间的动摩擦因数为，它们围成的矩形边长分别为L1、L2，回路的总电阻为R。从t=0时刻起，在竖直向上方向加一个随时间均匀变化的匀强磁场B=k
12、t，（k0）那么在t为多大时，金属棒开始移动？电磁感应中的力学问题这类问题覆盖面广，题型也多种多样；但解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等，基本思路是：F=BIL界状态v与a方向关系运动状态的分析a变化情况F=ma合外力运动导体所受的安培力感应电流确定电源（E，r）例1如下图，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角为，在整个导轨平面都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B，在导轨的 AC端连接一个阻值为 R的电阻，一根质量为m、垂直于导轨放置的金属棒ab，从静止开始沿导轨
13、下滑，求此过程中ab棒的最大速度。已知ab与导轨间的动摩擦因数为，导轨和金属棒的电阻都不计。分析与解答ab沿导轨下滑过程中受四个力作用，即重力mg，支持力FN 、摩擦力Ff和安培力F安，如下图，ab由静止开始下滑后，将是（为增大符号），所以这是个变加速过程，当加速度减到a=0时，其速度即增到最大v=vm，此时必将处于平衡状态，以后将以vm匀速下滑ab下滑时因切割磁感线，要产生感应电动势，根据电磁感应定律：E=BLv，闭合电路ACba中将产生感应电流，根据闭合电路欧姆定律：I=E/R，据右手定则可判定感应电流方向为aAC ba，再据左手定则判断它受的安培力F安方向如图示，其大小为：F安=BIL
14、。取平行和垂直导轨的两个方向对ab所受的力进行正交分解，应有： FN = mgcos， Ff= mgcos，可得。以ab为研究对象，根据牛顿第二定律应有：mgsinmgcos-=ma，ab做加速度减小的变加速运动，当a=0时速度达最大，因此，ab达到vm时应有：mgsinmgcos-=0，由式可解得。注意：（1）电磁感应中的动态分析，是处理电磁感应问题的关键，要学会从动态分析的过程中来选择是从动力学方面，还是从能量、动量方面来解决问题。（2）在分析运动导体的受力时，常画出平面示意图和物体受力图。例2如下图，水平面上有两根平行的光滑导轨MN、PQ，相距L=1m，在M和P之间接有R=2的定值电阻，金属棒ab的质量m=0.5kg，垂直放在导轨上，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感强度为B=0.5T，其它电阻不计。（1）若金属棒ab在F力作用下，以a=4m/s2的加速度向右从静止开始作匀加速直线运动，求第10s末拉力F的大小。（2）在图中，画出力F的大小随时间变化的图线。分析与解答（1）设导体棒所受的安培力为由牛二得 E，由安培力公式得=BIL，
