电磁感应复习课.docx
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电磁感应复习课
电磁感应(复习课)
知识点总结:
(一)、电磁感应现象
1、利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象,所产生的电动势称为感应电动势,所
产生的电流称为感应电流。
2、产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化。
3、初中物理中的另一种说法:
闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动时,导
体中会产生感应电流,也可以概括为上面讲的条件。
4、电磁感应现象的实质是产生感应电动势,电路闭合才有感应电流,若电路不闭合,
虽没有电流,但感应电动势可依然存在。
5.产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
(二)、楞次定律
1、感应电流具有这样的方向,感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,
该规律叫做楞次定律。
2、应用楞次定律判断感应电流的方向,首先要明确原磁场的方向;其次要明确穿过闭
合电路的磁通量是增加的还是减少的;然后根据楞次定律确定感应电流的磁场方向;
最后利用安培定则来确定感应电流的方向。
3、从导体和磁场的相对运动来看,感应电流总要阻碍它们之间的相对运动,因此楞次
定律是能量守恒定律的必然结果。
4、判断导体切割磁感线所产生的感应电流的方向时,右手定则与楞次定律是等效的,
而右手定则比楞次定律更方便,但前者只适宜于导体切割磁感线的情况,而后者是
普遍适用的规律。
(三)求感应电动势的大小有两种方法:
即法拉第电磁感应定律E=△Φ/△t;
切割法:
E=BLv
1、应用法拉第电磁感应定律E=△Φ/△t,应注意以下几点:
(1)要严格区分磁通量Φ磁通量的变化量△Φ,磁通量的变化率△Φ/△t;
(2)如是由磁场变化引起时,则用S△B来计算;如有回路面积变化引起时,则用
B△S来计算。
(3)由E=△Φ/△t算出的通常是时间△t内的平均感应电动势,一般并不等于初态与
末态电动势的平均值。
(4)当线圈有n匝时,E=n△Φ/△t。
2、用公式E=BLv求电动势时,应注意以下几点:
(1)此公式一般用于匀强磁场(或导体所在位置的各点的B相同),导体各部分切割磁
感线速度相同的情况,
(2)若导体各部分切割磁感线的速度不同,可取其平均速度,求电动势。
(3)公式中的L指有效切割长度,即垂直于B、垂直于v的直线部分长度。
(4)若切割速度v不变,S为恒定值;若切割速度为即时速度,则E为瞬时电动势。
(5)当v与导线虽垂直但与B有夹角θ时E=BLvsinθ。
(6)E=n△Φ/△t与E=BLvsinθ是一致的,前者是一般规律,后者是法拉第电磁感应
定律在导体切割磁感线时的具体表达式。
(四)法拉第电磁感应定律的应用
在用法拉第电磁感应定律求得感应电动势后,一般可将产生感应电动势的导体或线
圈看作电源(须特别注意等效电源的电动势方向),它的电阻即为电源的内阻,问题便
演化为普通的全电路,据此再相应求出通过回路的电流、电量等物理量。
(五)自感现象
1、所谓自感现象,就是指由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象。
2、自感电动势的方向:
自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化(同样遵循楞次定
律)。
当原来电流在增大时,自感电动势与原来电流方向相反,当原来电流在减小
时,自感电动势与原来电流方向相同,另外,“阻碍”不是“阻止”,电流还是在
变化的。
3、自感电动势的大小与线圈中的电流强度的变化率成正比。
4、线圈的自感系数与线圈的形状、长短、匝数、截面积及有无铁芯有关,由线圈本
身性质所决定,与线圈中电流的大小、方向、有无均无关。
5、自感系数上在国际单位制中的单位是亨,国际符号为H。
复习内容
一.感应电流的产生条件
1.电磁感应:
利用磁场产生电流的现象叫电磁感应;产生的电流叫感应电流。
2.产生条件:
不管是闭合回路的一部分导体做切割磁感线的运动,还是闭合回路中的磁场发生变化,穿过闭合回路的磁感线条数都发生变化,回路中就有感应电流产生—闭合回路中的磁通量发生变化
电磁感应现象的分析及其产生条件
2.关于电磁感应,以下说法中正确的有()
A、只要闭合电路的一部分导体在磁场中运动,导体中就一定产生感应电流
B、只要有磁感线穿过闭合电路,电路中就会产生感应电流
C、放在磁场中的闭合线圈,只要磁场发生变化,线圈中就会有感应电流
D、只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电流
磁通量及其有关计算
1如图所示,两个同心圆形线圈a、b在同一平面内,其半径大小关系为ra 间的大小关系为() A、 B、 C、 D、条件不足,无法判断 二.判断感应电流方向 1.右手定则: 当导体在磁场中切割磁感线的运动时,其产生的感应电流的方向可用右手定则判定。 伸出右手,磁感线垂直穿过掌心,大拇指指向为导体的运动方向,四指指向为感应电流的方向 2.楞次定律: 感应电流的方向总阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化. 原磁场增强,则“我”不让你增强;“我”要削弱你,所以“我”的磁场与你相反 原磁场减弱,则“我”不让你减弱;“我”要增强你,所以“我”的磁场与你相同 1、如图所示,闭合圆线圈处于匀强磁场B中,当磁场的磁感应强度突然由B增至2B时,问线圈中感应电流的方向。 3.步骤 (1)先判断原磁场的方向 (2)判断闭合回路的磁通量的变化情况 (3)判断感应磁场的方向 (4)由感应磁场方向判断感应电流的方向 2、如图所示,让磁铁匀速插入线圈,试分析其中的能量转化情况。 3如图所示,当导线MN中通以向右方向电流的瞬间,则cd中电流的方向(B) A.由C向d B.由d向C C.无电流产生 D.AB两情况都有可能 4.如图所示,在水平的平行光滑金属导轨上放两根金属棒,当磁铁竖直向下穿向两根金属棒的中央时: () A.两金属棒向中间靠拢 B.两金属棒向两边分开 C.两金属棒将不动 D、两棒的运动情况与磁极的性质有关 三、法拉第电磁感应定律 (1)定律内容: 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.ε=nΔφ/Δt (2)另一种特殊情况: 回路中的一部分导体做切割磁感线运动时,其感应电动势ε=BLvsinθ (3)定律的几种表示式ε=nΔφ/Δt,ε=BLvsinθ,ε=ΔB/Δt·S (4)几点说明: ①这里的变化率应该同变化量区别开,变化量大变化率不一定大,主要是看变化量跟时间比值的大小.即变化率的大小. ②ε=nΔφ/Δt是定律的表达式,在B不变而面积发生变化时推导出ε=BLvsinθ,当B、l、v三者不垂直或其中的二者不垂直时,乘sinθ即是找出垂直的分量.公式ε=ΔB/Δt·S是在面积不变的情况下磁感应强度发生变化而推出的公式. Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt三个概念的区别 磁通量Ф=BScosθ,表示穿过这一平面的磁感线条数;磁通量的变化量△Ф=Ф2-Ф1表示磁通量变化的多少;磁通量的变化率ΔФ/Δt表示磁通量变化的快慢.Ф大,ΔФ及ΔФ/ΔT不一定大,ΔФ/ΔT大,Ф及ΔФ也不一定大.它们的区别类似于力学中的v.ΔV及a=ΔV/△t的区别. 1.下列说法正确的是() 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越大 2.如图所示,水平放置的平行金属导轨,相距L=0.5m,左端接一电阻R=0.20Ω,磁感应强度B=0.40T的匀强磁场方向垂直导轨平面,导体棒ab垂直导轨放在导轨上,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,当ab棒以V=4.0m/s的速度水平向右滑动时, 求: (1)ab棒中感应电动势的大小 (2)回路中感应电流的大小 4.如图1—37—2所示,n=50匝的圆形线圈M,它的两端点a、b与内阻很大的电压表相连,线圈中磁通量的变化规律如图1—37—3所示,则ab两点的电势高低与电压表的读数为 图1—37—2图1—37—3 A.φa>φb,20V B.φa>φb,10V C.φa<φb,20V D.φa<φb,10V 5.单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,转轴垂直于磁场.若线圈所围面积里磁通量随时间变化规律如图1—37—1所示,则 图1—37—1 A.线圈中0时刻感应电动势最大 B.线圈中D时刻感应电动势为零 C.线圈中D时刻感应电动势最大 D.线圈中0至D时间内平均感应电动势为0.4V 四、自感现象 一、自感现象和自感电动势 当导体中电流发生变化时,导体自身产生的电磁感应现象,叫自感现象,在自感现象中产生的电动势叫自感电动势.自感电动势的表达式为: E=LΔIΔt(不要求定量计算),L叫自感系数,自感系数的单位是亨利(H). 自感系数由线圈自身条件决定,线圈直径大、长度长、单位长度匝数多,自感系数大;若线圈中有铁芯,自感系数会更大. 二、自感现象的一般性和特殊性 一般性: 自感电动势阻碍磁通量变化. 特殊性: 阻碍发生自感现象的导体自身电流的变化,即当它所在支路电流增大,自感电动势即与原电流方向相反,反之相同. 三、自感现象的应用和防止 图12-3-1 应用: 日光灯 电路图: 如图12-3-1所示: 原理: 当开关闭合后,电源电压加在启动器的两极之间,使氖泡发出辉光,产生的热量使U形动触片膨胀,接通电路.此时有电流过镇流器和灯丝,这时启动器停止放电,U形动触片冷却收缩,电路断开,镇流器线圈产生很高的自感电动势,电动势的方向与原电压的方向相同,因而形成一瞬间高压,加在灯管两端,使灯管中的气体放电,从而灯管成为电流通路,使日光灯发光.正常发光后,镇流器起到降压限流的作用,保证日光灯正常工作. 图12-3-2 防止: 定值电阻的双线绕法如图12-3-2所示,双线并绕制成定值电阻器,以排除自感电动势的影响. 典型例题分析: 分析自感现象时,除了要定性分析通电和断电时的自感现象外,还应半定量地分析电路中的电流变化,分析时主要抓住通过自感线圈的电流不能突变这一特点,其次是注意电路结构在稳定和不稳定时的变化.要明确自感电动势总是阻碍电流的变化.线圈中电流增大时,自感电动势(电流)方向与原电流方向相反,阻碍电流的增大;线圈中电流减小时,自感电动势(电流)方向与原电流方向相同,阻碍电流的减小.正是这种阻碍作用,使线圈中的电流只能从原来的值逐渐变化,不能发生突变. 例1.图12-3-3中灯LA、LB完全相同,带铁芯的线圈L的电阻可忽略,则() 图12-3-3 A.S闭合瞬间,LA、LB同时发光,接着LA变暗,LB变亮 B.S闭合瞬间,LA不亮,LB立即亮 C.S闭合瞬间,LA、LB都不立即亮 D.稳定后再断开S瞬间,LB灯熄灭,LA灯亮并比开始时LB更亮 解析: 在S闭合瞬间,L支路中的电流从无到有发生“变化”,因此在L中产生自感电动势阻碍电流增加,由于自感系数较大,对电流的阻碍作用强,所以S接通的极短时间内L中电流几乎为零,L并没有起到“短路”作用.LA灯中有电流流过,LA、LB灯同时亮.由于L中电流从无到有很快稳定,感应电动势消失,上述那种电流的阻碍不存在,它对LA灯的短路作用形成,LA灯熄灭.由于电路电阻变小,LB便更亮,故A正确.答案: A 点评: 分析自感现象,关键是分清电流的变化,确定自感电动势的方向及怎样阻碍电流的变化. 例2.下列关于自感现象的论述中,正确的是() A.线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比 B.当导体中电流减小时,自感电流的方向与原电流方向相反 C.当导体中电流增大时,自感电流的方向与原电流方向相同 D.穿过线圈的磁通量变化和线圈中电流的变化成正比 解析: 线圈的自感系数是由线圈本身性质决定的,与线圈长度、单位长度的匝数、线圈的横截面积、铁芯……有关,而与线圈内电流无关,A错.自感电流方向总是阻碍线圈中电流的变化,即原电流增大,自感电流与原电流方向相反,线圈中电流减小,自感电流的方向与原电流方向相同,B、C错.根据E=L△I/△t和E=n△Φ/△t比较可知ΔΦ∝ΔI,则D对.答案: D 例3.如图12-3-4所示的电路中,A1、A2为完全相同的灯泡,线圈L的电阻忽略不计.下列说法中正确的是() A.合上开关K接通电路时,A2先亮A1后亮,最后一样亮 B.合上开关K接通电路时,A1和A2始终一样亮 C.断开开关K切断电路时,A2立即熄灭,A1过一会儿才熄灭 D.断开开关K切断电路时,A1、A2同时立即熄灭 图12-3-4 解析: 接通时,由于线圈的自感作用,A1支路相当于断路,电流增大得慢,A1后亮;稳定后,线圈的作用消失,又相当于短路,A1、A2并联,亮度一样;断开开关,都过一会儿才熄灭.答案: A 例4.如图12-3-5所示,多匝线圈L的电阻和电池内阻都忽略不计,两个电阻的阻值都是R,电键S原来打开,电流I0=E/2R,今合上电键将一电阻短路,于是线圈有自感电动势产生,此电动势() 图12-3-5 A.有阻碍电流的作用,最后电流由I0减到零 B.有阻碍电流的作用,最后电流总小于I0 C.有阻碍电流增大的作用,因而电流I0保持不变 D.有阻碍电流增大的作用,但最后电流还是增大到2I0 解析: 根据电磁感应定律,自感电动势是阻碍电流增大的,到最终电路达到稳定时电流I=E/R=2I0,D对.答案: D. 例5.如图12-3-7所示,L是电感足够大的线圈,其直流电阻可忽略不计,D1和D2是两个相同的灯泡.若将开关S闭合,待灯泡亮度稳定后,再断开开关S,则() 图12-3-7 A.S闭合时,D2先亮,然后D1再亮 B.S闭合时,D1很亮,D2逐渐亮,最后D1和D2一样亮 C.S断开时,D2立即熄灭,D1会更亮一下才熄灭 D.S断开时,D1立即熄灭,D2会更亮一下再熄灭 解析: S闭合时,电路中电流增大,线圈中电流瞬时为零.D1、D2立即亮且一样亮,当电路稳定时,线圈L不再产生自感电动势,将D1短路,D1熄灭,D2变得更亮.当S断开时,D2立即熄灭;线圈产生自感电动势使D1闪一下再熄灭. 例6.如图12-3-8所示电路中,S是闭合的,此时流过L的电流为i1,流过灯A的电流为i2,且i1 图12-3-8 图12-3-9 解析: 断开S前,灯中电流的方向向右,断开S后,由于自感现象,灯泡中电流从i1减小至0,方向与原方向相反.答案: D 例7.如图12-3-10所示,A、B、C是三只相同的白炽灯泡,其额定电压稍大于电源的电动势,L是一个自身电阻可忽略不计的电感线圈,E是电源电动势.(电源内阻忽略不计)电键S原来闭合,现在突然断开,若在此过程中灯泡都不会被烧坏,则关于电灯的说法正确的是() 图12-3-10 A.A灯变亮,B灯变亮,最后A、B灯一样亮 B.B灯的亮度始终保持不变 C.C灯闪亮一下而后逐渐恢复原来的亮度 D.C灯变暗一下而后逐渐恢复原来的亮度 解析: 开始时线圈将A短路,B、C电压均为电源电压.断开S时A、B串联,A立即亮,B变暗,线圈中原来电流为B、C原来电流之和;断开瞬间C中电流突然增大,然后逐渐减小到原值.答案: C 例8.如图12-3-11所示的电路,L是自感线圈,R是一个灯泡,以下判断中正确的是…() 图12-3-11 A.开关S接通和断开的瞬间,电流方向都是a→R→b B.接通S瞬间电流由a→R→b,断开瞬间电流由b→R→a C.S接通瞬间电流由a→R→b,断开瞬间无电流 D.S接通瞬间和断开瞬间灯泡中均无电流通过 解析: 接通时电源对灯泡供电,断开瞬间是线圈对灯泡供电,B正确.答案: B 例9.如图12-3-12所示,电源电动势E=6V,内阻不计,A、B两灯都标有“6V0.3A”字样,电阻R和线圈L的直流电阻RL均为20Ω.试分析在电键S闭合和断开极短时间内流过A和B两灯的电流变化情况. 解析: A灯和B灯的电阻为Ra=Rb=U/I=20Ω.S刚闭合时,由于L中电流不能突变,只能由零逐渐增大到稳定值,因此L中电流为零,相当于断路,此时A灯与R并联后再与B灯串联,不难算出此时流过A灯和B灯电流分别为IA0=0.1A和IB0=0.2A.电路稳定后,A和B两灯分别与R和L并联后再串联,也不难算出此时流过A、B两灯的电流IA=IB=0.15A. 当S断开时,A灯中电流立即从0.15A变为零,同时由于发生自感现象,使L中电流不能发生突变,因此B灯电流从向右流过的0.15A立即变为向左流过0.15A,然后逐渐减小为零. 例10.如图12-3-13所示电路中,已知E=20V,R1=20Ω,R2=10Ω,L是纯电感线圈,电源内阻不计,则S闭合稳定后打开S的瞬间,L两端的电压为多大? 哪端电势高? 图12-3-13 解析: S闭合时,流过L的电流I= = A=2A.打开S瞬间,R2和R1与L串联,开始瞬间,L中电流应为I,所以L两端电压为I(R1+R2)=60V,经分析可知b端电势高.(断开后L为电源,b为正极)答案: U=60Vb端电势高 例11.在下列四个日光灯的接线图中,S为起辉器,L为镇流器,图12-3-6中正确的是() 图12-3-6 解析: 日光灯电路的接法是: 启动器与灯管并联,镇流器与灯管串联.答案: A。 例12.某日光灯接通电源后,灯管两端一直发红光,但灯管就是不亮,可能的原因是() A.电源电压过低B.镇流器损坏 C.启动器内的电容击穿D.启动器动静触片烧结不能分离 析: 从日光灯电路可知,当启动器的动静触片不能分离时,启动器将日光灯管短路,有较大的电流一直通过日光灯管的灯丝,电流通过灯丝发热使灯丝发红. 答案: D 例13.在日光灯电路中,镇流器的作用是 (1)___________________, (2)_________________. 答案: (1)在灯管点燃前给灯管提供一个瞬时高压使之启动 (2)在灯管点燃后又分电源部分电压,使灯管正常工作 10.电焊机正常工作,输出电压不超过36V,对人体而言是安全电压,根本不会使空气电离导电.工人师傅是怎样操作产生电弧的? 说明其道理. 答案: 利用变化的电流流过电感较大的线圈产生较高的自感电动势而使空气电离产生电弧的. 板书设计 什么是: 磁生电 闭合回路 产生感应电流的条件 磁通量发生变化 理解 楞次定律 利用步骤 电磁感应如何判断电流的方向 右手定则 感应电动势的大小 解释自感现象
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