物理选修32第四章电磁感应知识点汇总.docx
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物理选修32第四章电磁感应知识点汇总
物理选修3--2第四章电磁感应知识点汇总
(训练版)
知识点一、电磁感应现象
1、电磁感应现象与感应电流.
(1)利用磁场产生电流的现象,叫做电磁感应现象。
(2)由电磁感应现象产生的电流,叫做感应电流。
物理模型
上下移动导线AB,不产生感应电流
左右移动导线AB,产生感应电流
原因:
闭合回路磁感线通过面积发生变化
不管是N级还是S级向下插入,都会产生感应电流,
抽出也会产生,唯独磁铁停止在线圈力不会产生
原因闭合电路磁场B发生变化。
开关闭合、开关断开、开关闭合,迅速滑动变阻器,只要线圈A中电流发生变化,线圈B就有感应电流。
知识点二、产生感应电流的条件
1、产生感应电流的条件:
闭合电路中磁通量发生变化。
2、产生感应电流的常见情况.
(1)线圈在磁场中转动。
(法拉第电动机)
(2)闭合电路一部分导线运动(切割磁感线)。
(3)磁场强度B变化或有效面积S变化。
(比如有电流产生的磁场,电流大小变化或者开关断开)
3、对“磁通量变化”需注意的两点.
(1)磁通量有正负之分,求磁通量时要按代数和(标量计算法则)的方法求总的磁通量(穿过平面的磁感线的净条数)。
(2)“运动不一定切割,切割不一定生电”。
导体切割磁感线,不是在导体中产生感应电流的充要条件,归根结底还要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。
知识点三、感应电流的方向
1、楞次定律.
(1)内容:
感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(2)“阻碍”的含义.
从阻碍磁通量的变化理解为:
当磁通量增大时,会阻碍磁通量增大,当磁通量减小时,会阻碍磁通量减小。
从阻碍相对运动理解为:
阻碍相对运动是“阻碍”的又一种体现,表现在“近斥远吸,来拒去留”。
(3)“阻碍”的作用.
楞次定律中的“阻碍”作用,正是能的转化和守恒定律的反映,在克服这种阻碍的过程中,其他形式的能转化成电能。
(4)“阻碍”的形式.
①.阻碍原磁通量的变化,即“增反减同”。
②.阻碍相对运动,即“来拒去留”。
③.使线圈面积有扩大或缩小的趋势,即“增缩减扩”。
④.阻碍原电流的变化(自感现象),即“增反减同”。
(5)适用范围:
一切电磁感应现象.
(6)使用楞次定律的步骤:
①明确(引起感应电流的)原磁场的方向.
②明确穿过闭合电路的磁通量的变化情况,是增加还是减少
③根据楞次定律确定感应电流的磁场方向.
④利用安培定则(右手)确定感应电流的方向.
2、右手定则.
(1)内容:
伸开右手,让拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线垂直(或倾斜)从手心进入,拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向。
(2)作用:
判断感应电流的方向与磁感线方向、导体运动方向间的关系。
(3)适用范围:
导体切割磁感线。
(4)研究对象:
回路中的一部分导体。
(5)右手定则与楞次定律的区别.
右手定则只适用于导体切割磁感线的情况,不适合导体不运动,磁场或者面积变化的情况;若导体不动,回路中磁通量变化,应该用楞次定律判断感应电流方向;若是回路中一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流,用右手定则判断较为简单,用楞次定律进行判定也可以,但较为麻烦。
3、“三定则”
比较项目
右手定则
左手定则
安培定则
基本现象
部分导体切割磁感线
磁场对运动电荷、电流的作用力
运动电荷、电流产生磁场
作用
判断磁场B、速度v、感应电流I方向关系
判断磁场B、电流I、磁场力F方向
电流与其产生的磁场间的方向关系
图例
因果关系
因动而电
因电而动
电流→磁场
应用实例
发电机
电动机
电磁铁
推论:
两平行的同向电流间有相互吸引的磁场力;两平行的反向电流间有相互排斥的磁场力。
安培定则判断磁场方向,然后左手定则判断导线受力。
知识点四、法拉第电磁感应定律.
1、法拉第电磁感应定律.
(1)内容:
电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。
发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源,在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势。
(即:
由负到正)
(2)公式:
(单匝线圈)或(n匝线圈).
对表达式的理解:
1本式是确定感应电动势的普遍规律,适用于所有电路,此时电路不一定闭合。
②在中(ΔΦ取绝对值,此公式只计算感应电动势E的大小,E的方向根据楞次定律或右手定则判断),E的大小是由匝数及磁通量的变化率(即磁通量变化的快慢)决定的,与Φ或ΔΦ之间无大小上的必然联系(类比学习:
关系类似于a、v和Δv的关系)。
③当Δt较长时,求出的是平均感应电动势;当Δt趋于零时,求出的是瞬时感应电动势。
2、E=BLv的推导过程.
如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度是B,ab以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势?
推导:
回路在时间t内增大的面积为:
ΔS=L(vΔt).
穿过回路的磁通量的变化为:
ΔΦ=B·ΔS=BLv·Δt.
产生的感应电动势为:
(v是相对于磁场的速度).
此时磁感线方向和运动方向垂直。
3、E=BLv的四个特性.
(1)相互垂直性.
公式E=BLv是在一定得条件下得出的,除了磁场是匀强磁场外,还需要B、L、v三者相互垂直,实际问题中当它们不相互垂直时,应取垂直的分量进行计算。
若B、L、v三个物理量中有其中的两个物理量方向相互平行,感应电动势为零。
(2)L的有效性.
公式E=BLv是磁感应强度B的方向与直导线L及运动方向v两两垂直的情形下,导体棒中产生的感应电动势。
L是直导线的有效长度,即导线两端点在v、B所决定平面的垂线方向上的长度。
实际上这个性质是“相互垂直线”的一个延伸,在此是分解L,事实上,我们也可以分解v或者B,让B、L、v三者相互垂直,只有这样才能直接应用公式E=BLv。
E=BL(vsinθ)或E=Bv(Lsinθ)E=B·2R·v
有效长度——直导线(或弯曲导线)在垂直速度方向上的投影长度.
(3)瞬时对应性.
对于E=BLv,若v为瞬时速度,则E为瞬时感应电动势;若v是平均速度,则E为平均感应电动势。
(4)v的相对性.
公式E=BLv中的v指导体相对磁场的速度,并不是对地的速度。
只有在磁场静止,导体棒运动的情况下,导体相对磁场的速度才跟导体相对地的速度相等。
4、公式和E=BLvsinθ的区别和联系.
(1)两公式比较.
E=BLvsinθ
区
别
研究对象
整个闭合电路
回路中做切割磁感线运动的那部分导体
适用范围
各种电磁感应现象
只适用于导体切割磁感线运动的情况
计算结果
一般情况下,求得的是Δt内的平均感应电动势
一般情况下,求得的是某一时刻的瞬时感应电动势
适用情形
常用于磁感应强度B变化所产生的电磁感应现象(磁场变化型)
常用于导体切割磁感线所产生的电磁感应现象(切割型)
联系
E=Blvsinθ是由在一定条件下推导出来的,该公式可看作法拉第电磁感应定律的一个推论或者特殊应用。
(2)两个公式的选用.
①求解导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题时,两个公式都可以用。
②求解某一过程(或某一段时间)内的感应电动势、平均电流、通过导体横截面的电荷量(q=IΔt)等问题,应选用.
③求解某一位置(或某一时刻)的感应电动势,计算瞬时电流、电功率及某段时间内的电功、电热等问题,应选用E=BLvsinθ。
小结:
感应电动势的大小计算公式
1)E=BLV(垂直平动切割,动生电动势)
2)(普适公式)ε∝(法拉第电磁感应定律)
3)E=nBSωsin(ωt+Φ);Em=nBSω(线圈转动切割)
4)E=BL2ω/2(直导体绕一端转动切割)
感应电量的计算
N
感应电量
知识点五、电磁感应规律的应用.
1、法拉第电机.
(1)电机模型.
(2)原理:
应用导体棒在磁场中切割磁感线而产生感应电动势。
.
①铜盘可以看作由无数根长度等于铜盘半径的导体棒组成,导体棒在转动过程中要切割磁感线。
②大小:
(其中L为棒的长度,ω为角速度)
③方向:
在内电路中,感应电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极,跟内电路的电流方向一致。
产生感应电动势的那部分电路就是电源,用右手定则或楞次定律所判断出的感应电动势的方向,就是电源内部的电流方向。
2、电磁感应中的电路问题.
(1)解决与电路相联系的电磁感应问题的基本步骤和方法:
①明确哪部分导体或电路产生感应电动势,该导体或电路就是电源,其他部分是外电路。
②用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小,用楞次定律确定感应电动势的方向。
③画出等效电路图。
分清内外电路,画出等效电路图是解决此类问题的关键。
④运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解。
(2).在电磁感应中对电源的理解
①电源的正、负极可用右手定则或楞次定律判定,电源中电流从负极流向正极。
②电源电动势的大小可由E=BLv或求得。
(3).对电磁感应电路的理解
①在电磁感应电路中,相当于电源的部分把其他形式的能转化为电能。
②电源两端的电压为路端电压,而不是感应电动势。
(考虑电源内阻)
3、电磁感应中的能量转换.
电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程。
电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用,因此要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功。
此过程中,其他形式的能转化为电能。
“外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。
当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能。
同理,安培力做功的过程是电能 转化为其他形式的能的过程。
安培力做多少功,就有多少电能 转化为其他形式的能。
4、电磁感应中的电容问题.
在电路中含有电容器的情况下,导体切割磁感线产生感应电动势,使电容器充电或放电。
因此,搞清电容器两极板间的电压及极板上电荷量的多少、正负和如何变化是解题的关键。
知识点六、自感现象及其应用.
1、自感现象.
(1)自感现象与自感电动势的定义:
当导体中的电流发生变化时,导体本身就产生感应电动势,这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。
这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫做自感现象。
这种现象中产生的感应电动势,叫做自感电动势。
(2)自感现象的原理:
当导体线圈中的电流发生变化时,电流产生的磁场也随之发生变化。
由法拉第电磁感应定律可知,线圈自身会产生阻碍自身电流变化的自感电动势。
(3)自感电动势的作用.
自感电动势阻碍自身电流的变化,“阻碍”不是“阻止”。
“阻碍”电流变化实质是使电流不发生“突变”,使其变化过程有所延慢。
但它不能使过程停止,更不能使过程反向.
(4)自感现象的三个要点:
①要点一:
自感线圈产生感应电动势的原因。
是通过线圈本身的电流变化引起穿过自身的磁通量变化。
②要点二:
自感电流的方向。
自感电流总是阻碍线圈中原电流的变化,当自感电流是由原电流的增强引起时(如通电瞬间),自感电流的方向与原电流方向相反;当自感电流时由原电流的减少引起时(如断电瞬间),自感电流的方向与原电流方向相同。
③要点三:
对自感系数的理解。
自感系数L的单位是
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