高二物理选修3《电磁感应》ppt

开始【知识要点】•一、磁通量•二、感应电动势和感应电流的发生条件•三、感应电流的方向:右手定则右手定则及楞次定律及楞次定律•四、感应电流的大小:法拉第电磁感应定律•5、典型例题退出下一张上一张【练习】一、磁通量1.在匀强磁场中，磁感应强度与垂直磁场方向的面积S的乘积叫磁通量，简称磁通，在数值上等于穿过面积的磁感应线的条数.计算公式=BSsina，为回路平面与磁场方向之间的夹角.如用公式=BS，则B一定与S相垂直，或者说S是回路平面在垂直于B方向上的投影面积.2.由B=/S，可知：磁感应强度B等于穿过单位面积的磁通量，因此磁感应强度又叫磁通密度.上一张下一张3.磁通量是标量，为了计算方便，有时可规定，但有方向，叠加时遵循代数和法则，即要考虑到相反磁场抵消后的磁通量.4.磁通量的单位：韦(Wb).则有：1T=1Wb/m２=1N/Am=1Vs/m２.上一张下一张例题例1、在同一平面有四根彼此绝缘的通电直导线，如图，四导线中电流i4=i3＞i2＞i1，要使O点磁场增强，则应切断哪一根导线中的电流？A切断i1B切断i2C切断i3D切断i4上一张下一张(D)例2、如图所示，ａ、ｂ、ｃ三个闭合线圈放在同一平面内，当ａ线圈中有电流Ｉ通过时，它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，下列说法正确的是Ａ．Φa＜Φb＜ΦcＢ．Φa＞Φb＞ΦcＣ．Φa＜Φc＜ΦbＤ．Φa＞Φc＞Φb(B)二、感应电动势和感应电流的发生条件•1．感应电流产生的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流．•其中“磁通量的变化”可能是：•①导体所围面积的变化；•②磁场与导体相对位置的变化；•③磁场本身强弱的变化。若电路不闭合，就不会产生感应电流，但电路中仍有感应电动势．下一张上一张①导体所围面积的变化下一张上一张感应电动势下一张上一张②磁场与导体相对位置的变化③磁场本身强弱的变化flash1.下列关于电磁感应的说法中正确的是()A.只要导线做切割磁感线的运动，导线中就产生感应电流B.只要闭合金属线圈在磁场中运动，线圈中就产生感应电流C.闭合金属线圈放在磁场中，只要磁感应强度发生变化，线圈中就产生感应电流D.闭合金属线圈放在磁场中，只要线圈中磁通量发生变化，线圈就产生感应电流DFLASH上一张下一张【练习】2、如图12-1-4所示，线圈abcd垂直于有界匀强磁场，且其有一半在磁场中，另一半在磁场外，则下列哪种情况可产生感应电流：()A.以ab边为轴转过60°B.以cd边为轴转过60°C.以ab边为轴转过1800的过程中，一直有感应电流D.以cd边为轴转过1800的过程中，一直有感应电流A上一张下一张【解析】是否有感应电流，是看磁通量是否发生变化，线圈abcd以ab边为轴转动的前60°的过程中，线圈中的磁通量是减少的，故有感应电流，此后，线圈的cd边转出磁场，在cd边不在磁场中时线圈转动则无磁通量发生变化，所以不会有感应电流；同理以cd边为轴转动的前60°过程中，线圈中磁通量不变，所以无感应电流，此后线圈的ab边进入磁场，而ab边在磁场中，且线圈再转动时，线圈的磁通量减少，故有感应电流.综上所述，答案为A项.下一张上一张三、感应电流的方向:右手定则及楞次定律•1.用右手定则确定感应电流的方向(1)大拇指的方向是导体相对磁场的切割磁感线的运动方向，即有可能是导体运动而磁场未动，也可能是导体未动而磁场运动．(2)四指表示电流方向，对切割磁感线的导体而言也就是感应电动势的方向，切割磁感线的导体相当于电源，在电源内部电流从电势低的负极流向电势高的正极．(3)右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者的相互垂直关系．右手定则与楞次定律是统一的．一般说来在磁场中导体现割磁感线运动产生的感应电流，用右手定则较为方便．但要注意以下几点：上一张下一张•2．楞次定律:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．楞次定律的作用是确定感应电流的方向．楞次定律的核心是“阻碍变化”，其含义可从以下几方面来理解．(1)把引起感应电流的磁场叫原磁场，那么阻碍变化就是感应电流的磁场阻碍原磁场的变化．(2)原磁场的变化可以是增强的，也可以是减弱的．当原磁场增强时，感应电流产生与原磁场方向相反的磁场以阻碍原磁场的增强，可称之为“来者拒”；当原磁场减弱时，感应电流产生与原磁场方向相同的磁场以阻碍原磁场的减弱，可称之为“去者留”．(3)“阻碍变化”并不是阻止，原磁场的变化阻而不止，只是延绥了变化的过程．上一张下一张①确定原磁场(磁通量)的方向；②根据给定的条件确定原磁场的变化是增强还是减弱；③用“阻碍变化”确定感应电流的磁场(磁通量)方向；④用安培定则确定感应电流的方向．应用楞次定律判断感应电流方向可分为四个步骤：上一张下一张用楞次定律确定感应电流的方向上一张下一张【练习】1.矩形线圈abcd位于通电直导线附近，且开始时与导线同一平面，如图12-2-1所示，线圈的两条边与导线平行，要使线圈中产生顺时针方向电流，可以()DEA.线圈不动，增大导线中的电流B.线圈向上平动C.ad边与导线重合，绕导线转过一个小角度D.以bc边为轴转过一个小角度E.以ab边为轴转过一个小角度上一张下一张2.如图12-2-2，线框abcd在匀强磁场中沿金属框架向右匀速运动，则()A.线框中有感应电流B.线框中无感应电流C.f点电势高于c点电势D.a、d两点电势相同AD上一张下一张3.闭合的金属线框放在匀强磁场中，线框所在平面与磁场方向垂直，如使线圈有扩张的趋势，应()A.使磁场增强B.使磁场减弱C.线框在磁场中平动D.线框在磁场中绕其一边转动BD上一张下一张【例1】如图12-2-4所示，一水平放置的矩形线圈abcd，在细长的磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外,ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ到位置Ⅲ，这三个位置都靠的很近，在这个过程中，线圈中感应电流是：()图12-2-4A.沿abcd流动B.沿dcba流动C.由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流动；由Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流动D.由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流动；由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流动A上一张下一张【解析】本题是使用楞次定律的分步骤的练习，确定线圈周围的磁场分布，分别确定线圈从上到下的过程有中有无磁通，以及磁通的方向，再确定其磁通的增与减，利用“增反减同”来判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.上一张下一张【例2】如图12-2-5所示，光滑的导体MN水平放置，两根导体棒平行放在导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从上方下落(未达导轨平面)的过程中，导体P、Q的运动情况是()A.将互相靠拢B.将互相远离C.将均保持静止D.因条件不足，无法确定A上一张下一张【解析】方法一：设磁铁下端为N极，其下落过程中，线圈中的原磁通可确定，其增加的趋势也可确定，即可由“增反减同”的原理判断出感应电流在回路中央间的磁场方向应当竖直向上，线圈中感应电流也就可知，根据左手定则再判断P、Q所受安培力的方向，则应当向中央靠扰.方法二：根据楞次定律的第二种表述，感应电流的效果，总是要反抗产生感应电流的原因，本题的“原因”；就是回路中磁通增加，则线圈面积减小，以阻止其增加.另外，此题还可以由第二种表述迅速判断出磁体下落时的加速度应当小于g.上一张下一张【例3】如图12-2-6所示，金属方框放在匀强磁场中，将它从磁场中匀速拉出，下列说法中正确性的是：()A.向左或向右拉出，其感应电流的方向相反B.不管从什么方向拉出，框中感应电流的方向总是沿顺时针方向流动的C.不管从什么方向拉出，框中感应电流的方向总是沿逆时针方向流动的D.在此过程中，感应电流的方向无法判断B上一张下一张【解析】此题可用几种方法判断，可以用右手定则来确定，线圈整体在磁场中做平行切割磁感线时，无感应电流，但有感应电动势.当其某一边出磁场时其对边则以切割磁感线的形式出现，用右手定则可一一判定两种情况下框中的感应电流方向是相同的.用楞次定律也可以，判断通过线圈中的磁通以及其方向，再判断磁通是否发生了变化，得以判断线圈中是否有感应电流以及感应电流的方向.上一张下一张【例4】如图12-2-8所示，一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下落，空气阻力不计，则圆环的运动过程中，下列说法正确的是()图12-2-8A.在磁铁的正上方时，圆环的加速度小于g，在下方时大于gB.圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时也小于gC.圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时等于gD.圆环在磁铁的上方时，加速度大于g，在下方时小于gB上一张下一张【解析】此题易错选A、C，原因是在判断磁场力的作用时缺乏对条形磁铁的磁感线的空间分布的了解.此题可用方法很多.可用标准的解题步骤，先判断通过线圈的原磁通的方向，再确定原磁通的变化(是增是减)，利用“增反减同”的原理判断感应电流的磁通的方向，最后判断感应电流的方向，这作为第一步；其次明确感应电流与磁铁之间的相互作用力；但如用楞次定律的另一种表述，感应电流总是阻碍导体间的相对运动，其意思是总是阻碍导体间的距离变化，因此圆环在磁铁的上方下落时，磁场总是阻碍圆环下落，即a＜g；而下落到磁铁的下方时，由于圆环与磁铁的距离增大，磁场力要阻碍它向下运动，因此a＜g.综上所述，本题答案为B.一般地，凡是由于外界因素而先使导体运动，进而产生感应电流的，都可用“导体间相对运动”来判定.上一张下一张例5.如图所示，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90°的过程中，放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动？O1aO2b解：无论条形磁铁的哪个极为N极，也无论是顺时针转动还是逆时针转动，在转动90°过程中，穿过闭合电路的磁通量总是增大的（条形磁铁内、外的磁感线条数相同但方向相反，在线框所围面积内的总磁通量和磁铁内部的磁感线方向相同且增大。而该位置闭合电路所围面积越大，总磁通量越小，所以为阻碍磁通量增大金属棒ab将向右移动。上一张下一张例6.如图所示，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？OB解：只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时（无论是进入还是穿出），由于磁通量发生变化，环内一定有感应电流产生。根据楞次定律，感应电流将会阻碍相对运动，所以摆动会很快停下来，这就是电磁阻尼现象。还可以用能量守恒来解释：有电流产生，就一定有机械能向电能转化，摆的机械能将不断减小。若空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量不变化，无感应电流，不会阻碍相对运动，摆动就不会很快停下来。上一张下一张1.线圈在长直导线电流的磁场中，做如图12-1-1的运动：A向右平动；B向下平动；C绕轴转动(边bc向外)；D从纸面向纸外做平动，E向上平动(边bc上有个缺口)；则线圈中有感应电流的是()图12-1-1BCD2.如图12-1-2所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成α角，已知sinα=4/5,回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为()A.BSB.4BS/5C.3BS/5D.3BS/4B3.关于磁通量，下列说法中正确的是()A.磁通量是反映磁场强弱和方向的物理量B.穿过某个面积的磁感线的条数越多，则磁通量越大C.穿过某一面积的磁通量等于面积S与该处的磁感应强度B的乘积D.若穿插过某一面积的磁通量为0，则该处的磁感应强度B也一定为0B四、法拉第电磁感应定律要点·疑点·考点典型例题上一张下一张一、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．这就是法拉第电磁感应定律．•公式的含义：•(1)感应电动势的大小与磁通量的大小无关，只与磁通量的变化率(即磁通量的变化快慢)有关．•(2)感应电动势的产生与磁通量发生变化的原因无关．即磁通量的变化可能是△Φ＝△BSsinθ，或者是△Φ＝B△Ssinθ，或者是△Φ＝BS(sinθ1-sinθ2)，只要△Φ≠0，就有感应电动势．(式中θ是线圈平面与磁场方向间的夹角)ε