电磁感应 知识点总结.docx
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电磁感应知识点总结
第16章:
电磁感应
一、知识网络
二、重、难点知识归纳
1.法拉第电磁感应定律
(1).产生感应电流的条件:
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:
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).引起某一回路磁通量变化的原因
a磁感强度的变化
b线圈面积的变化
c线圈平面的法线方向与磁场方向夹角的变化
(4).电磁感应现象中能的转化
感应电流做功,消耗了电能。
消耗的电能是从其它形式的能转化而来的。
在转化和转移中能的总量是保持不变的。
(5).法拉第电磁感应定律:
a决定感应电动势大小因素:
穿过这个闭合电路中的磁通量的变化快慢
b注意区分磁通量中,磁通量的变化量,磁通量的变化率的不同
—磁通量,—磁通量的变化量,
c定律内容:
感应电动势大小决定于磁通量的变化率的大小,与穿过这一电路磁通量的变化率成正比。
(6)在匀强磁场中,磁通量的变化ΔΦ=Φt-Φo有多种形式,主要有:
①S、α不变,B改变,这时ΔΦ=ΔB∙Ssinα
②B、α不变,S改变,这时ΔΦ=ΔS∙Bsinα
③B、S不变,α改变,这时ΔΦ=BS(sinα2-sinα1)
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:
①如图16-1所示,矩形线圈沿a→b→c在条形磁铁附近移动,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。
图16-2
②如图16-2所示,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在同一平面内。
当a中的电流增大时,b、c线圈所围面积内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。
图16-3
③如图16-3所示,虚线圆a内有垂直于纸面向里的匀强磁场,虚线圆a外是无磁场空间。
环外有两个同心导线圈b、c,与虚线圆a在同一平面内。
当虚线圆a中的磁通量增大时,与②的情况不同,b、c线圈所围面积内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。
(7)感应电动势大小的计算式:
注:
a、若闭合电路是一个匝的线圈,线圈中的总电动势可看作是一个线圈感应电动势的n倍。
E是时间内的平均感应电动势
(6)几种题型
①线圈面积S不变,磁感应强度均匀变化:
②磁感强度不变,线圈面积均匀变化:
③B、S均不变,线圈绕过线圈平面内的某一轴转动时,计算式为:
2.导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算式
(1).公式:
(2).题型:
a若导体变速切割磁感线,公式中的电动势是该时刻的瞬时感应电动势。
b若导体不是垂直切割磁感线运动,v与B有一夹角,如右图16-4:
图16-4
c若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时,导体上各点的线速度不同,不能用计算,而应根据法拉第电磁感应定律变成“感应电动势大小等于直线导体在单位时间内切割磁感线的条数”来计算,如下图16-5:
从图示位置开始计时,经过时间,导体位置由oa转到oa1,转过的角度,则导体扫过的面积
切割的磁感线条数(即磁通量的变化量)
图16-5
单位时间内切割的磁感线条数为:
,单位时间内切割的磁感线条数(即为磁通量的变化率)等于感应电动势的大小:
即:
计算时各量单位:
d.转动产生的感应电动势
图16-6
①转动轴与磁感线平行。
如图16-6,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为轴在该平面内以角速度ω逆时针匀速转动。
求金属棒中的感应电动势。
在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,在本题中应该是金属棒中点的速度,因此有。
②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16-7示的轴以角速度ω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=BSω。
如果线圈由n匝导线绕制而成,则E=nBSω。
从图16-8示位置开始计时,则感应电动势的瞬时值为e=nBSωcosωt。
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。
3.楞次定律
(1)、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。
(2)、楞次定律的应用
对阻碍的理解:
(1)顺口溜“你增我反,你减我同”
(2)顺口溜“你退我进,你进我退”即阻碍相对运动的意思。
图16-8
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)。
“你增我反”的意思是如果磁通量增加,则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相反。
“你减我同”的意思是如果磁通量减小,则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相同。
在应用楞次定律时一定要注意:
“阻碍”不等于“反向”;“阻碍”不是“阻止”。
a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。
b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。
c从“阻碍自身电流变化”的角度来看,就是自感现象。
自感现象中产生的自感电动势总是阻碍自身电流的变化。
(3)、应用楞次定律判定感应电流的方向的步骤:
a、判定穿过闭合电路的原磁场的方向.
b、判定穿过闭合电路的磁通量的变化.
c、根据楞次定律判定感应电流的磁场方向.
d、利用右手螺旋定则判定感应电流的方向.
4、自感现象
(1)自感现象是指由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。
由于线圈(导体)本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。
在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。
自感电动势总量阻碍线圈(导体)中原电流的变化。
(2)自感系数简称自感或电感,它是反映线圈特性的物理量。
线圈越长,单位长度上的匝数越多,截面积越大,它的自感系数就越大。
另外,有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。
自感现象分通电自感和断电自感两种。
(3)、自感电动势的大小跟电流变化率成正比。
L是线圈的自感系数,是线圈自身性质,线圈越长,单位长度上的匝数越多,截面积越大,有铁芯则线圈的自感系数L越大。
单位是亨利(H)。
如是线圈的电流每秒钟变化1A,在线圈可以产生1V的自感电动势,则线圈的自感系数为1H。
还有毫亨(mH),微亨(H)。
5、日光灯
日光灯由灯管、启动器和镇流器组成;启动器起了把电路自动接通或断开的作用;镇流器利用自感现象起了限流降压的作用。
三、典型例题
例1、下列说法正确的是()
A、只要导体相对磁场运动,导体中就一定会有感应电流产生
B、只要闭合电路在磁场中做切割磁感线运动以,就一定会产生感应电流
C、只要穿过闭合回路的磁通量不为零就一定会产生感应电流
D、只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,就一定会产生感应电流
解析:
产生感应电流有两个条件:
一是电路要闭合,二是闭合电路的磁通量要发生变化。
对于A,如果导体没有构成回路,就不会产生电流。
对于B如果闭合电路在匀强磁场中,磁通量没有发生改变,也不会有电流产生。
对于C,如果磁通量没有发生变化,回路中就没有电流。
答案:
D
点拨:
此题是一个基础记忆题。
考查的是对于产生感应电流的条件的记忆。
小试身手
1.1、下述用电器中,利用了电磁感应现象的是()
A、直流电动机B、变压器C、日光灯镇流器D、磁电式电流表
1.2、如图16-9所示,a、b是平行金属导轨,匀强磁场垂直导轨平面,c、d是分别串有电压表和电流表金属棒,它们与导轨接触良好,当c、d以相同速度向右运动时,下列正确的是()
A.两表均有读数
B.两表均无读数
C.电流表有读数,电压表无读数
图16-9
D.电流表无读数,电压表有读数
1.3、1、下列关于磁通量的说法中正确的有:
()
A、磁通量不仅有大小还有方向,所以磁通量是矢量;
B、在匀强磁场中,a线圈的面积比线圈b的面积大,则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大;
C、磁通量大磁感应强度不一定大;
D、把某线圈放在磁场中的M、N两点,若放在M处的磁通量较在N处的大,则M处的磁感强度一定比N大。
例2、如图16-10所示,有两个同心导体圆环。
内环中通有顺时针方向的电流,外环中原来无电流。
当内环中电流逐渐增大时,外环中有无感应电流?
方向如何?
图16-10
解析,由于磁感线是闭合曲线,内环内部向里的磁感线条数和内环外部向外的所有磁感线条数相等,所以外环所围面积内(这里指包括内环圆面积在内的总面积,而不只是环形区域的面积)的总磁通向里、增大,所以外环中感应电流磁场的方向为向外,由安培定则,外环中感应电流方向为逆时针。
点拨:
此题是一个理解题。
考查的是电磁感应现象中磁通量变化的理解。
小试身手
2.1、.如图16-11所示,有一闭合线圈放在匀强磁场中,线圈轴线和磁场方向成300角,磁场磁感应强度随时间均匀变化.若所用导线规格不变,用下述方法中哪一种可使线圈中感应电流增加一倍?
()
图16-11
A.线圈匝数增加一倍
B.线圈面积增加一倍
C.线圈半径增加一倍
D.改变线圈的轴线方向
2.2、一矩形线圈在匀强磁场中向右作加速运动,如图16-12所示,下列说法正确的是()
A.线圈中无感应电流,有感应电动势
图16-12
B.线圈中有感应电流,也有感应电动势
C.线圈中无感应电流,无感应电动势
D.a、b、c、d各点电势的关系是:
Ua=Ub,Uc=Ud,Ua>Ud
例3、甲、乙两个完全相同的带电粒子,以相同的动能在匀强磁场中运动.甲从B1区域运动到B2区域,且B2>B1;乙在匀强磁场中做匀速圆周运动,且在Δt时间内,该磁场的磁感应强度从B1增大为B2,如图16-13所示.则当磁场为B2时,甲、乙二粒子动能的变化情况为 ().
A.都保持不变
B.甲不变,乙增大
图16-13
C.甲不变,乙减小
D.甲增大,乙不变
E.甲减小,乙不变
解析:
由于本题所提供的两种情境,都是B2>B1,研究的也是同一种粒子的运动.对此,可能有人根据“洛仑兹力”不做功,而断定答案“A”正确.
其实,正确答案应该是“B”.这是因为:
甲粒子从B1区域进入B2区域,唯一变化的是,根据f=qvB,粒子受到的洛仑兹力发生了变化.由于洛仑兹力不做功,故v大小不变,因而由R=mv/Bq,知其回转半径发生了变化,其动能不会发生变化.乙粒子则不然,由于磁场从B1变化到B2,根据麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场将产生电场,结合楞次定律可知,电场
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