2010屆高三物理第一輪復(fù)習(xí)全套教學(xué)案第九章電磁感應(yīng)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)：第1單元電磁感應(yīng)楞次定律一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。以上表述是充分必要條件。不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個(gè)條件，就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。這個(gè)表述是充分條件，不是必要的。在導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)用它判定比較方便。2.感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的條件。感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的條件是：穿過電路的磁通量發(fā)生變化。這里不要求閉合。無論電路閉合與否，只要磁通量變化了，就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生。這好比一個(gè)電源：不論外電路是否閉合，電動(dòng)勢總是存在的。但只有當(dāng)外電路閉合時(shí)，電路中才會(huì)有電流。二、右手定則伸開右手，使大拇指與四指在同一個(gè)平面內(nèi)，并跟四指垂直，讓磁感線穿過手心，使大拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。三、楞次定律1楞次定律感應(yīng)電流總具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。(阻礙原磁場增加時(shí)，反抗,原磁場減小時(shí)，補(bǔ)充)2對“阻礙”意義的理解：R（1）阻礙原磁場的變化?！白璧K”不是阻止，而是“延緩”（2）阻礙的是原磁場的變化，而不是原磁場本身，如果原磁場不變化，即使它再強(qiáng)，也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流（3）阻礙不是相反當(dāng)原磁通減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場同向，以阻礙其減?。划?dāng)磁體遠(yuǎn)離導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)將和磁體運(yùn)動(dòng)同向，以阻礙其相對運(yùn)動(dòng)（4）由于“阻礙”，為了維持原磁場變化，必須有外力克服這一“阻礙”而做功，從而導(dǎo)致其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能因此楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)3楞次定律的具體應(yīng)用從“阻礙相對運(yùn)動(dòng)”的角度來看，楞次定律的這個(gè)結(jié)論可以用能量守恒來解釋：既然有感應(yīng)電流產(chǎn)生，就有其它能轉(zhuǎn)化為電能。又由于是由相對運(yùn)動(dòng)引起的，所以只能是機(jī)械能減少轉(zhuǎn)化為電能，表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是“阻礙”相對運(yùn)動(dòng)。4運(yùn)用楞次定律處理問題兩種思路方法：常規(guī)法：據(jù)原磁場（B原方向及情況）楞次定律確定感應(yīng)磁場（B感方向）安培定則判斷感應(yīng)電流（I感方向）左手定則導(dǎo)體受力及運(yùn)動(dòng)趨勢.效果法由楞次定律可知，感應(yīng)電流的“效果”總是阻礙引起感應(yīng)電流的“原因”，深刻理解“阻礙”的含義.據(jù)阻礙原則，可直接對運(yùn)動(dòng)趨勢作出判斷.例題舉例【例1】一平面線圈用細(xì)桿懸于P點(diǎn)，開始時(shí)細(xì)桿處于水平位置，釋放后讓它在如圖所示的勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，已知線圈平面始終與紙面垂直，當(dāng)線圈第一次通過位置和位置時(shí)，順著磁場的方向看去，線圈中的感應(yīng)電流的方向分別為B位置位置（A）逆時(shí)針方向逆時(shí)針方向（B）逆時(shí)針方向順時(shí)針方向（C）順時(shí)針方向順時(shí)針方向（D）順時(shí)針方向逆時(shí)針方向【例2】如圖所示，有兩個(gè)同心導(dǎo)體圓環(huán)。內(nèi)環(huán)中通有順時(shí)針方向的電流，外環(huán)中原來無電流。當(dāng)內(nèi)環(huán)中電流逐漸增大時(shí)，外環(huán)中有無感應(yīng)電流？方向如何？解：由于磁感線是閉合曲線，內(nèi)環(huán)內(nèi)部向里的磁感線條數(shù)和內(nèi)環(huán)外向外的所有磁感線條數(shù)相等，所以外環(huán)所圍面積內(nèi)（應(yīng)該包括內(nèi)環(huán)內(nèi)的面積，而不只是環(huán)形區(qū)域的面積）的總磁通向里、增大，所以外環(huán)中感應(yīng)電流磁場的方向?yàn)橄蛲猓砂才喽▌t，外環(huán)中感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?！纠?】如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)固定。條形磁鐵S極向下以初速度v0沿過導(dǎo)體環(huán)圓心的豎直線下落的過程中，導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電流方向如何？解：從“阻礙磁通量變化”來看，原磁場方向向上，先增后減，感應(yīng)電流磁場方向先下后上，感應(yīng)電流方向先順時(shí)針后逆時(shí)針。從“阻礙相對運(yùn)動(dòng)”來看，先排斥后吸引，把條形磁鐵等效為螺線管，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，也有同樣的結(jié)論?！纠?】如圖所示，O1O2是矩形導(dǎo)線框abcd的對稱軸，其左方有勻強(qiáng)磁場。以下哪些adbcO1O2NSv0情況下abcd中有感應(yīng)電流產(chǎn)生？方向如何？A.將abcd向紙外平移B.將abcd向右平移C.將abcd以ab為軸轉(zhuǎn)動(dòng)60D.將abcd以cd為軸轉(zhuǎn)動(dòng)60解：A、C兩種情況下穿過abcd的磁通量沒有發(fā)生變化，無感應(yīng)電流產(chǎn)生。B、D兩種情況下原磁通向外，減少，感應(yīng)電流磁場向外，感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcd?！纠?】如圖所示裝置中，cd桿原來靜止。當(dāng)ab桿做如下那些運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿將向右移動(dòng)（B、D）A.向右勻速運(yùn)動(dòng)B.向右加速運(yùn)動(dòng)C.向左加速運(yùn)動(dòng)D.向左減速運(yùn)動(dòng)【例6】如圖當(dāng)磁鐵繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，矩形導(dǎo)線框（不考慮重力）將如何運(yùn)動(dòng)？解：本題分析方法很多，最簡單的方法是：從“阻礙相對運(yùn)動(dòng)”的角度來看，導(dǎo)線框一定會(huì)跟著條形磁鐵同方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。如果不計(jì)摩擦阻力，最終導(dǎo)線框?qū)⒑痛盆F轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同；如果考慮摩擦阻力導(dǎo)線框的轉(zhuǎn)速總比條形磁鐵轉(zhuǎn)速小些。【例7】如圖所示，水平面上有兩根平行導(dǎo)軌，上面放兩根金屬棒a、b。當(dāng)條形磁鐵如圖向下移動(dòng)時(shí)（不到達(dá)導(dǎo)軌平面），a、b將如何移動(dòng)？解：若按常規(guī)用“阻礙磁通量變化”判斷，則要根據(jù)下端磁極的極性分別進(jìn)行討論，比較繁瑣。而且在判定a、b所受磁場力時(shí)。應(yīng)該以磁極對它們的磁場力為主，不能以a、b間的磁場力為主（因?yàn)樗鼈兪鞘芎洗艌龅淖饔茫Ｈ绻髯⒁獾剑捍盆F向下插，通過閉合回路的磁通量增大，由=BS可知磁通量有增大的趨勢，因此S的相應(yīng)變化應(yīng)該使磁通量有減小的趨勢，所以a、b將互相靠近?！纠?】如圖所示，在條形磁鐵從圖示位置繞O1O2軸轉(zhuǎn)動(dòng)90的過程中，放在導(dǎo)軌右端附近的金屬棒ab將如何移動(dòng)？解：無論條形磁鐵的哪個(gè)極為N極，也無論是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)還是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)90過程中，穿過閉合電路的磁通量總是增大的（條形磁鐵內(nèi)、外的磁感線條數(shù)相同但方向相反，在線框所圍面積內(nèi)的總磁通量和磁鐵內(nèi)部的磁感線方向相同且增大。而該位置閉合電路所圍面積越大，總磁通量越小，所以為阻礙磁通量增大金屬棒ab將向右移動(dòng)?！纠?】如圖所示，用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點(diǎn)，虛線左邊有勻強(qiáng)磁場，右邊沒有磁場。金屬環(huán)的擺動(dòng)會(huì)很快停下來。試解釋這一現(xiàn)象。若整個(gè)空間都有向外的勻強(qiáng)磁場，會(huì)有這種現(xiàn)象嗎？解：只有左邊有勻強(qiáng)磁場，金屬環(huán)在穿越磁場邊界時(shí)，由于磁通量發(fā)生變化，環(huán)內(nèi)一定會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，根據(jù)楞次定律將會(huì)阻礙相對運(yùn)動(dòng)，所以擺動(dòng)會(huì)很快停下來，這就是電磁阻尼現(xiàn)象。當(dāng)然也可以用能量守恒來解釋：既然有電流產(chǎn)生，就一定有一部分機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，最后電流通過導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。若空間都有勻強(qiáng)磁cadbL2L1O1O2abO1aO2bOB場，穿過金屬環(huán)的磁通量反而不變化了，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此也就不會(huì)阻礙相對運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)就不會(huì)很快停下來。四、電磁感應(yīng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用例析【例10】如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延時(shí)繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B的兩端接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合電路。在拉開開關(guān)S的時(shí)候,彈簧k并不能立即將銜鐵D拉起，從而使觸頭C（連接工作電路）立即離開，過一段時(shí)間后觸頭C才能離開；延時(shí)繼電器就是這樣得名的。試說明這種繼電器的工作原理。解析：當(dāng)拉開開關(guān)S時(shí)使線圈A中電流變小并消失時(shí)，鐵芯中的磁通量發(fā)生了變化（減?。?，從而在線圈B中激起感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場要阻礙原磁場的減小，這樣，就使鐵芯中磁場減弱得慢些，因此彈簧K不能立即將銜鐵拉起?！纠?1】如圖是家庭用的“漏電保護(hù)器“的關(guān)鍵部分的原理圖，其中P是變壓器鐵芯，入戶的兩根電線”（火線和零線）采用雙線繞法，繞在鐵芯一側(cè)作為原線圈，然后再接入戶內(nèi)的用電器。Q是一個(gè)脫扣開關(guān)的控制部分（脫扣開關(guān)本身沒有畫出，它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上，開關(guān)斷開時(shí)，用戶供電被切斷），Q接在鐵芯另一側(cè)副線圈的兩端a、b之間，當(dāng)a、b間沒有電壓時(shí)，Q使得脫扣開關(guān)閉合，當(dāng)a、b間有電壓時(shí)，脫扣開關(guān)即斷開，使用戶斷電。（1）用戶正常用電時(shí)，a、b之間有沒有電壓？（2）如果某人站在地面上，手誤觸火線而觸電，脫扣開關(guān)是否會(huì)斷開？為什么？解析：（1）用戶正常用電時(shí)，a、b之間沒有電壓，因?yàn)殡p線繞成的初級線圈兩根導(dǎo)線中的電流總是大小相等而方向相反的，穿過鐵芯的磁通量總為0，副線圈中不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生。（2）人站在地面上手誤觸火線，電流通過火線和人體而流向大地，不通過零線，這樣變壓器的鐵芯中就會(huì)有磁通量的變化，從而次級產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，脫扣開關(guān)就會(huì)斷開。第2單元法拉第電磁感應(yīng)定律自感一區(qū)分物理量1、磁通量穿過某一面積的磁感線的條數(shù)2、磁通量的變化量213、磁通量的變化率t單位時(shí)間內(nèi)的磁通量的變化二法拉第電磁感應(yīng)定律電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。tnEABSkDCQabP1、反映磁通量變化的快慢2、電動(dòng)勢的平均值3、的產(chǎn)生方式：改變B，改變S，、改變B和S的夾角三、推論把AB向右移動(dòng)一段距離，AB長L，速度v，勻強(qiáng)磁場B當(dāng)BL，Lv，Bv時(shí)有BLvEttBLvtSBtE推廣：已知：B，L，求：E？2222122BLELtBtLBtSBtE例題舉例：【例1】如圖所示，長L1寬L2的矩形線圈電阻為R，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場邊緣，線圈與磁感線垂直。求：將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場的過程中，拉力F大小；拉力的功率P；拉力做的功W；線圈中產(chǎn)生的電熱Q；通過線圈某一截面的電荷量q。解：vRvLBFBILFREIvBLE22222,22222vRvLBFvPvRvLLBFLW12221vWQRtREtIq與v無關(guān)注意電熱Q和電荷q的區(qū)別，其中Rq與速度無關(guān)?。ㄟ@個(gè)結(jié)論以后經(jīng)常會(huì)遇到）?！纠?】如圖，豎直放置的U形導(dǎo)軌寬為L，上端串有電阻R（其余導(dǎo)體部分的電阻都忽略不計(jì)）。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向外。金屬棒ab的質(zhì)量為m，與導(dǎo)軌接觸良好，不計(jì)摩擦。從靜止釋放后ab保持水平而下滑。試求ab下滑的最大速度vm解：釋放瞬間ab只受重力，開始向下加速運(yùn)動(dòng)。隨著速度的增大，感應(yīng)電動(dòng)勢E、感應(yīng)電流I、安培力F都隨之增大，加速度隨之減小。當(dāng)F增大到F=mg時(shí)，加速度變?yōu)榱?，這時(shí)ab達(dá)到最大速度。由mgRvLBFm22，可得22LBmgRvm【例3】如圖所示，U形導(dǎo)線框固定在水平面上，右端放有質(zhì)量為m的金屬棒ab，ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，它們圍成的矩形邊長分別為L1、L2，回路的總電阻為R。從t=0時(shí)刻起，在豎直向上方向加一個(gè)隨時(shí)間均勻變化的勻強(qiáng)磁場B=kt，（k0）那么在t為多大時(shí)，金屬棒開始移動(dòng)？解：由tE=kL1L2可知，回路中感應(yīng)電動(dòng)勢是恒定的，電流大小也是恒定的，但由FL1L2BvRabmLbaBL1L2RAB（電動(dòng)勢的平均值和瞬時(shí)值）于安培力F=BILB=ktt，隨時(shí)間的增大，安培力將隨之增大。當(dāng)安培力增大到等于最大靜摩擦力時(shí)，ab將開始向左移動(dòng)。這時(shí)有：2212211,LLkmgRtmgRLkLLkt【例4】如圖所示，水平面上固定有平行導(dǎo)軌，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向豎直向下。同種合金做的導(dǎo)體棒ab、cd橫截面積之比為21，長度和導(dǎo)軌的寬均為L，ab的質(zhì)量為m，電阻為r，開始時(shí)ab、cd都垂直于導(dǎo)軌靜止，不計(jì)摩擦。給ab一個(gè)向右的瞬時(shí)沖量I，在以后的運(yùn)動(dòng)中，cd的最大速度vm、最大加速度am、產(chǎn)生的電熱各是多少？解：給ab沖量后，ab獲得速度向右運(yùn)動(dòng)，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，cd受安培力作用而加速，ab受安培力而減速；當(dāng)兩者速度相等時(shí)，都開始做勻速運(yùn)動(dòng)。所以開始時(shí)cd的加速度最大，最終cd的速度最大。全過程系統(tǒng)動(dòng)能的損失都轉(zhuǎn)化為電能，電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。由于ab、cd橫截面積之比為21，所以電阻之比為12，根據(jù)Q=I2RtR，所以cd上產(chǎn)生的電熱應(yīng)該是回路中產(chǎn)生的全部電熱的2/3。又根據(jù)已知得ab的初速度為v1=I/m，因此有：2/,2,1mFaBLIFrrEIBLvEm，解得rmILBam22232。最后的共同速度為vm=2I/3m，系統(tǒng)動(dòng)能損失為EK=I2/6m，其中cd上產(chǎn)生電熱Q=I2/9m【例5】如圖所示，空間存在垂直于紙面的均勻磁場，在半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)部及外部，磁場方向相反，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B。一半徑為b，電阻為R的圓形導(dǎo)線環(huán)放置在紙面內(nèi)，其圓心與圓形區(qū)域的中心重合。當(dāng)內(nèi)、外磁場同時(shí)由B均勻地減小到零的過程中，通過導(dǎo)線截面的電量q_。解析：由題意知：122220Bba()，21222Bba，由qRqBbaR，222【例6】如圖所示是一種測量通電螺線管中磁場的裝置，把一個(gè)很小的測量線圈A放在待測處，線圈與測量電量的沖擊電流計(jì)G串聯(lián)，當(dāng)用雙刀雙擲開關(guān)S使螺線管的電流反向時(shí)，測量線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而引起電荷的遷移，由表G測出電量Q，就可以算出線圈所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。已知測量線圈共有N匝，直徑為d，它和表G串聯(lián)電路的總電阻為R，則被測處的磁感強(qiáng)度B為多大？解析：當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)S使螺線管的電流反向時(shí)，測量線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得：tdBNtNE2)2/(2由歐姆定律得：REtQI由上述二式可得：2.2NdQRB四、自感現(xiàn)象Badbc1、自感由于導(dǎo)體本身的電流變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫自感電動(dòng)勢。電流I變化時(shí)，自感電動(dòng)勢阻礙電流的變化（當(dāng)I增加，自感電動(dòng)勢反抗I的增加，當(dāng)I減小，自感電動(dòng)勢補(bǔ)充I的減?。?、原因?qū)w本身的電流變化，引起磁通量的變化3、自感電動(dòng)勢和自感系數(shù)tILE反映電流變化的快慢自感系數(shù)L決定于線圈的自身（長度、截面積、匝數(shù)、鐵芯）自感電動(dòng)勢由L和I的變化率共同決定單位：亨利1H103mH1mH103H自感現(xiàn)象只有在通過電路電流發(fā)生變化才會(huì)產(chǎn)生在判斷電路性質(zhì)時(shí)，一般分析方法是：當(dāng)流過線圈L的電流突然增大瞬間，我們可以把L看成一個(gè)阻值很大的電阻；當(dāng)流經(jīng)L的電流突然減小的瞬間，我們可以把L看作一個(gè)電源，它提供一個(gè)跟原電流同向的電流圖2電路中，當(dāng)S斷開時(shí)，我們只看到A燈閃亮了一下后熄滅，那么S斷開時(shí)圖1電路中就沒有自感電流？能否看到明顯的自感現(xiàn)象，不僅僅取決于自感電動(dòng)勢的大小，還取決于電路的結(jié)構(gòu)在圖2電路中，我們預(yù)先在電路設(shè)計(jì)時(shí)取線圈的阻值遠(yuǎn)小于燈A的阻值，