电磁感应和楞次定律(老师讲义)要点.doc

(完整版)电磁感应和楞次定律(老师讲义)要点第10讲 电磁感应和楞次定律知识点睛一、电磁感应现象1。产生感应电流的条件感应电流产生的条件是: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。感应电动势产生的条件是: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.二、楞次定律1楞次定律感应电流总具有这样的方向，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.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）。前者和后者的关系不是“同向”或“反向的简单关系，而是前者“阻碍”后者“变化的关系.2对“阻碍”意义的理解:（1）阻碍原磁场的变化.“阻碍不是阻止，而是“延缓”，感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了，原磁场的变化趋势不会改变,不会发生逆转（2）阻碍的是原磁场的变化，而不是原磁场本身,如果原磁场不变化,即使它再强，也不会产生感应电流(3）阻碍不是相反当原磁通减小时，感应电流的磁场与原磁场同向，以阻碍其减小；当磁体远离导体运动时，导体运动将和磁体运动同向，以阻碍其相对运动（4）由于“阻碍”,为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其它形式的能转化为电能因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现3楞次定律的具体应用（1）从“阻碍磁通量变化”的角度来看，由磁通量计算式=BSsin可知，磁通量变化=2-1有多种形式，主要有:S、不变，B改变，这时=BSsinB、不变，S改变,这时=SBsinB、S不变，改变，这时=BS(sin2-sin1）当B、S、中有两个或三个一起变化时，就要分别计算1、2，再求21了.（2）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。又由于是由相对运动引起的,所以只能是机械能减少转化为电能，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。(3）从“阻碍自身电流变化的角度来看,就是自感现象.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”。4右手定则。对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况，右手定则和楞次定律的结论是完全一致的.这时，用右手定则更方便一些。5楞次定律的应用步骤楞次定律的应用应该严格按以下四步进行：确定原磁场方向；判定原磁场如何变化（增大还是减小)；确定感应电流的磁场方向（增反减同）；根据安培定则判定感应电流的方向。6解法指导：（1）楞次定律中的因果关联楞次定律所揭示的电磁感应过程中有两个最基本的因果联系，一是感应磁场与原磁场磁通量变化之间的阻碍与被阻碍的关系，二是感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系.抓住“阻碍”和“产生”这两个因果关联点是应用楞次定律解决物理问题的关键。（2）运用楞次定律处理问题的思路（a)判断感应电流方向类问题的思路运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为：“一原、二感、三电流”，即为：明确原磁场:弄清原磁场的方向及磁通量的变化情况.确定感应磁场：即根据楞次定律中的”阻碍原则，结合原磁场磁通量变化情况，确定出感应电流产生的感应磁场的方向。判定电流方向：即根据感应磁场的方向，运用安培定则判断出感应电流方向.（b)判断闭合电路(或电路中可动部分导体)相对运动类问题的分析策略在电磁感应问题中,有一类综合性较强的分析判断类问题，主要讲的是磁场中的闭合电路在一定条件下产生了感应电流，而此电流又处于磁场中，受到安培力作用,从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动。（如例2）对其运动趋势的分析判断可有两种思路方法：常规法：据原磁场（B原方向及情况）确定感应磁场(B感方向）判断感应电流（I感方向）导体受力及运动趋势。 效果法由楞次定律可知，感应电流的“效果总是阻碍引起感应电流的“原因，深刻理解“阻碍”的含义.据”阻碍”原则，可直接对运动趋势作出判断，更简捷、迅速。三、法拉第电磁感应定律1.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，即，在国际单位制中可以证明其中的k=1，所以有。对于n匝线圈有。在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，由法拉第电磁感应定律可推出感应电动势的大小是：E=BLvsin（是B与v之间的夹角)。2。转动产生的感应电动势o av转动轴与磁感线平行。如图磁感应强度为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逆时针匀速转动。求金属棒中的感应电动势。在用导线切割磁感线产生感应电动势的公式时注意其中的速度v应该是平均速度，即金属棒中点的速度。 L1L2Ba db c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，线圈绕图示的轴以角速度匀速转动。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=BS.如果线圈由n匝导线绕制而成，则E=nBS。从图示位置开始计时，则感应电动势的即时值为e=nBScost 。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）。yoxBab实际上,这就是交流发电机发出的交流电的即时电动势公式.四、感应电量的计算根据法拉第电磁感应定律,在电磁感应现象中，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。设在时间内通过导线截面的电量为，则根据电流定义式及法拉第电磁感应定律，得：如果闭合电路是一个单匝线圈（），则。上式中为线圈的匝数，为磁通量的变化量,R为闭合电路的总电阻。可见，在电磁感应现象中，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，在时间内通过导线截面的电量仅由线圈的匝数、磁通量的变化量和闭合电路的电阻R决定,与发生磁通量的变化量的时间无关。因此,要快速求得通过导体横截面积的电量，关键是正确求得磁通量的变化量.磁通量的变化量是指穿过某一面积末时刻的磁通量与穿过这一面积初时刻的磁通量之差，即。在计算时，通常只取其绝对值，如果与反向，那么与的符号相反.线圈在匀强磁场中转动，产生交变电流，在一个周期内穿过线圈的磁通量的变化量=0，故通过线圈的电量q=0。穿过闭合电路磁通量变化的形式一般有下列几种情况：(1)闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S不变，磁感应强度B发生变化时，；(2）磁感应强度B不变，闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S发生变化时，；(3)磁感应强度B与闭合电路的面积在垂直于磁场方向的分量S均发生变化时，.下面举例说明：例题精讲【例1】B一平面线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动,已知线圈平面始终与纸面垂直,当线圈第一次通过位置和位置时，顺着磁场的方向看去，线圈中的感应电流的方向分别为 位置 位置(A）逆时针方向 逆时针方向（B)逆时针方向 顺时针方向（C)顺时针方向 顺时针方向（D)顺时针方向 逆时针方向命题意图：考查对楞次定律的理解应用能力及逻辑推理能力.解析:解题方法与技巧：线圈第一次经过位置时，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律，线圈中感应电流的磁场方向向左，根据安培定则，顺着磁场看去,感应电流的方向为逆时针方向.当线圈第一次通过位置时，穿过线圈的磁通量减小，可判断出感应电流为顺时针方向，故选项B正确. 【例2】C如图所示,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？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向外的所有磁感线条数相等，所以外环所围面积内（应该包括内环内的面积，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.【例3】B如图,线圈A中接有如图所示电源，线圈B有一半面积处在线圈A中,两线圈平行但不接触,则当开关S闭和瞬间,线圈B中的感应电流的情况是：（ ）A无感应电流 B有沿顺时针的感应电流C有沿逆时针的感应电流 D无法确定NSv0解:当开关S闭和瞬间,线圈A相当于环形电流,其内部磁感线方向向里，其外部磁感线方向向外.线圈B有一半面积处在线圈A中，则向里的磁场与向外的磁场同时增大。这时就要抓住主要部分。由于所有向里的磁感线都从A的内部穿过，所以A的内部向里的磁感线较密， A的外部向外的磁感线较稀。这样B一半的面积中磁感线是向里且较密，另一半面积中磁感线是向外且较稀.主要是以向里的磁感线为主，即当开关S闭和时，线圈B中的磁通量由零变为向里，故该瞬间磁通量增加，则产生的感应电流的磁场应向外，因此线圈B有沿逆时针的感应电流。答案为C。a db cO1O2【例4】C: 如图所示，O1O2是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有匀强磁场。以下哪些情况下abcd中有感应电流产生？方向如何？A.将abcd 向纸外平移 B。将abcd向右平移 C.将abcd以ab为轴转动60 D.将abcd以cd为轴转动60c a d bL2 L1解析：A、C两种情况下穿过abcd的磁通量没有发生变化，无感应电流产生。B、D两种情况下原磁通向外,减少,感应电流磁场向外,感应电流方向为abcd。【例6】B:如图所示装置中，cd杆原来静止。当ab 杆做如下那些运动时，cd杆将向右移动？A.向右匀速运动 B。向右加速运动C。向左加速运动 D.向左减速运动解析:.ab 匀速运动时,ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变化，L2中无感应电流产生,cd保持静止,A不正确；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下，增大,通过cd的电流方向向下，cd向右移动,B正确；同理可得C不正确，D正确.选B、D【例7】B：如图所示，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R,处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，拉力F大小； 拉力的功率P； 拉力做的功W； 线圈中产生的电热Q ;通过线圈某一截面的电荷量q .FL1L2Bv解析：这是一道基本练习题，要注意要注意所用的边长究竟是L1还是L2 ，还应该思考一下所求的各物理量与速度v之间有什么关系。 与v无关Ra bm L特别要注意电热Q和电荷q的区别，其中与速度无关！(这个结论以后经常会遇到）。【例8】B：如图所示，竖直放置的U形导轨宽为L，上端串有电阻R（其余导体部分的电阻都忽略不计）.磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒ab的质量为m,与导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后ab保持水平而下滑。试求ab下滑的最大速度vm解析：释放瞬间ab只受重力，开始向下加速运动.随着速度的增大,感应电动势E、感应电流I、安培力F都随之增大，加速度随之减小。当F增大到F=mg时，加速度变为零，这时ab达到最大速度。 由，可得【例9】B: 如图所示，xoy坐标系y轴左侧和右侧分别有垂直于纸面向外、向里的匀强磁场，磁感应强度均为B，一个围成四分之一圆形的导体环oab,其圆心在原点o，半径为R，开始时在第一象限。从t=0起绕o点以角速度逆时针匀速转动。试画出环内感应电动势E随时间t而变的函数图象（以顺时针电动势为正）。EtoT 2TEm解析:开始的四分之一周期内,oa、ob中的感应电动势方向相同，大小应相加;第二个四分之一周期内穿过线圈的磁通量不变，因此感应电动势为零；第三个四分之一周期内感应电动势与第一个四分之一周期内大小相同而方向相反；第四个四分之一周期内感应电动势又为零.感应电动势的最大值为Em=BR2，周期为T=2/,图象如右.Ba db c【例10】A:如图所示，水平面上固定有平行导轨，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。同种合金做的导体棒ab、cd横截面积之比为21，长度和导轨的宽均为L，ab的质量为m ，电阻为r，开始时ab、cd都垂直于导轨静止，不计摩擦.给ab一个向右的瞬时冲量I，在以后的运动中,cd的最大速度vm、最大加速度am、产生的电热各是多少？解析:给ab冲量后，ab获得速度向右运动，回路中产生感应电流，cd受安培力作用而加速，ab受安培力而减速；当两者速度相等时，都开始做匀速运动。所以开始时cd的加速度最大，最终cd的速度最大。全过程系统动能的损失都转化为电能,电能又转化为内能.由于ab、cd横截面积之比为21，所以电阻之比为12，根据Q=I 2RtR，所以cd上产生的电热应该是回路中产生的全部电热的2/3。又根据已知得ab的初速度为v1=I/m，因此有： ，解得。最后的共同速度为vm=2I/3m，系统动能损失为EK=I 2/ 6m，其中cd上产生电热Q=I 2/ 9m【例11】B：如图所示,闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场.若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功为,通过导线截面的电量为;第二次用时间拉出，外力所做的功为,通过导线截面的电量为，则（ ）A。 B。 C. D。 解析：设线框长为L1，宽为L2,第一次拉出速度为V1,第二次拉出速度为V2，则V1=3V2。匀速拉出磁场时,外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有,同理 ，故W1W2；又由于线框两次拉出过程中，磁通量的变化量相等，即，由，得：故正确答案为选项C.【例12】B如图所示,空间存在垂直于纸面的均匀磁场，在半径为的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B。一半径为,电阻为R的圆形导线环放置在纸面内,其圆心与圆形区域的中心重合.当内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中，通过导线截面的电量_。解析：由题意知：，由巩固练习A Level1如图所示,为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的坚直分量向下。飞机在我国上空匀逐巡航。机翼保持水平，飞行高度不变。由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差。设飞行员左方机翼未端处的电势为U1，右方机翼未端处的电势力U2，则A。若飞机从西往东飞，U1比U2高B。若飞机从东往西飞,U2比U1高C.若飞机从南往北飞,U1比U2高D。若飞机从北往南飞，U2比U1高2如图所示，在两根平行长直导线中,通以同方向、同强度的电流，导线框ABCD和两导线在同一平面内,导线框沿着与两导线垂直的方向自右向左在两导线间匀速运动。在运动过程中,导线框中感应电流的方向（ ） A沿ABCD方向不变。B沿ADCB方向不变。 C由ABCD方向变成ADCB方向。D由ADCB方向变成ABCD方向。3如图所示，两个线圈绕在同一圆筒上，A中接有电源,B中导线ab短路。当把磁铁迅速插入A线圈中时，A线圈中的电流将 （填减少，增大,不变),B线圈中的感应电流的方向在外电路中是由 到 的;如线圈B能自由移动，则它将向 移动(左，右,不）。4如图所示，闭合金属铜环从高为h的曲面滚下，沿曲面的另一侧上升，设闭合环初速度为零，不计摩擦，则（ )A若是匀强磁场，环上升的高度小于hB若是匀强磁场，环上升的高度大于hC若是非匀强磁场，环上升的高度等于hD若是非匀强磁场,环上升的高度小于h5一根磁化的钢棒以速度v射入水平放置的固定的铜管内，v的方向沿管中心轴，不计棒的重力和空气阻力，则在入射过程中（ )A.铜管的内能增加 B.钢棒的速率减小 C.钢棒的速率不变 D.钢棒的速率增大6如图（a），圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴。Q中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图（b）所示.P所受的重力为G，桌面对P的支持力为N，则A。t1时刻NG B。t2时刻NGC.t3时刻NGD。t4时刻N=G7如图所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器的滑片P自左向右滑动时，从纸外向纸内看,线框ab将A。保持静止不动B.逆时针转动C。顺时针转动D.发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向8如图所示，线圈内有理想边界的磁场，当磁场均匀增加时,有一带电微粒静止于平行板（两板水平放置)电容器中间，则此粒子带 电，若线圈的匝数为n，平行板电容器的板间距离为d,粒子质量为m，带电量为q,则磁感应强度的变化率为 (设线圈的面积为s）9。如图所示，水平铜盘半径为r，置于磁感应强度为B，方向竖直向下的匀强磁场中，铜盘绕通过圆盘中心的竖直轴以角速度速圆周运动，铜盘的边缘及中心处分别通过滑片R1BR2与理想变压器的原线圈及R1相连，该理想变压器原副线圈的匝数比为n，变压器的副线圈与电阻为R2的负载相连,则变压器原线圈两端的电压为 ，通过负载R2的电流强度为 。10如图甲所示，在周期性变化的匀强磁场区域内有垂直于磁场的一半径为r = 1m、电阻为R = 3。14的金属圆形线框，当磁场按图乙所示规律变化时,线框中有感应电流产生。(1)在丙图中画出感应电流随时间变化的图象（以逆时针方向为正）t/s1346790B/TT2乙（2）求出线框中感应电流的有效值t/s1346790i/A丙甲答案：1AC 2B 3减小 b a 左 4D 5AB 6AD 7C8、负，mgd/nsq 9、Br2/2，0 10t/s1346790i/A321-1-2-3（1） （2）I= （A)B Level1如图所示，足够长的两条光滑水平导轨平行放置在匀强磁场中，磁场垂直于导轨所在平面，金属棒可沿导轨自由滑动，导轨一端跨接一定值电阻，其他电阻不计。现将金属ab棒沿导轨由静止向右拉，第一次保持拉力恒定，经时间后金属棒速度为，加速度为,最终金属棒以速度做匀速运动，第二次保持拉力的功率恒定,经时间后金属棒速度也为，加速度为，最终也以做匀速运动，则( )A B C DvB2如图所示，用铝板制成“”形框，将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在板上方，让整体在垂直于水平方向的匀强磁场中向左以速度匀速运动，悬线拉力为T，则：（ ）A悬线竖直，T = mg B选择合适，可使T = 0C悬线竖直，Tmg D条件不足,不能确定V0La3如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽为L的区域内，现有一个边长为L的正方形闭合线圈以速度垂直磁场边界滑过磁场后速度变为那么：（ ）A完全进入磁场时线圈的速度大于/2B.完全进入磁场时线圈的速度等于/2C完全进入磁场时线圈的速度小于/2D以上情况AB均有可能,而C是不可能的4如图所示,变压器原副线圈匝数之比为41，输入电压。，输电线电阻R = 1，有标有“25V，5W”的灯炮接入 盏才能正常发光，输入电路上保险丝允许电流应大于 A5。 如图所示，圆环a和b的半径之比R1R2=21,且是粗细相同，用同样材料的导线构成，连接两环导线的电阻不计，匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化，那么,当只有a环置于磁场中与只有b环置于磁场中的两种情况下，AB两点的电势差之比为多少？ 6。 如图所示，金属圆环圆心为O,半径为L,金属棒Oa以O点为轴在环上转动,角速度为，与环面垂直的匀强磁场磁感应强度为B，电阻R接在O点与圆环之间，求通过R的电流大小. 7。关于线圈中的自感电动势的大小，下列说法正确的是（ )A跟通过线圈的电流大小有关 B跟线圈中的电流变化大小有关C跟线圈中的磁通量大小有关 D跟线圈中的电流变化快慢有关8如图1310所示，在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在点1,现把它从1扳向2，试判断在此过程中，在电阻R上的电流方向是（ ）A先由PQ，再由QPB先由QP，再由PQC始终由QPD始终由PQ9如图13-11所示,导线框abcd与导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I,当线框由左向右匀速通过直导线时，线框中感应电流的方向是（ ）A先abcd,后dcba，再abcdB先abcd，后dcbaC始终dcbaD先dcba，后abcd，再dcbaE先dcba,后abcd10如图13-12所示,光滑导轨MN水平放置,两根导体棒平行放于导轨上，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 （ ）AP、Q互相靠拢BP、Q互相远离CP、Q均静止D因磁铁下落的极性未知,无法判断答案：1BD 2、A 3、B 4、25，1.25 521 6I=BL2/2R； 7D;8A、C9D10AC Level11820年丹麦的物理学家发现了电流能够产生磁场；之后,英国的科学家经过十年不懈的努力终于在1831年发现了电磁感应现象，并发明了世界上第一台感应发电机2下列图中能产生感应电流的是(） v v VNSV（A） （B） （C） （D） （E） （F）3下列说法中正确的是：感应电动势的大小跟(）有关：A穿过闭合电路的磁通量B穿过闭合电路的磁通量的变化大小C穿过闭合电路的磁通量的变化快慢D单位时间内穿过闭合电路的磁通量的变化量 vBBvvBvB（A） （B） （C） （D）4如图所示，试根据已知条件确定导线中的感应电流方向（图中的导线是闭合电路中的一部分）:5。如图所示，矩形闭合线圈与匀强磁场垂直，一定产生感应电流的是 （ ）A垂直于纸面运动 B以一条边为轴转动C线圈形状逐渐变为圆形 D沿与磁场垂直的方向平动6。闭合电路中产生感应电动势的大小,跟穿过这一闭合电路的下列哪个物理量成正比 （ ）A磁通量 B磁感强度C磁通量的变化率 D磁通量的变化量7。穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟减少2Wb，则 ( ）A线圈中感应电动势每秒增加2VB线圈中感应电动势每秒减少2V C线圈中无感应电动势D线圈中感应电动势保持不变 8。如图所示，在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中,有一长为0.5m的导体AB在金属框架上以10m/s的速度向右滑动，R1=R2=20，其它电阻不计,则流过AB的电流是 。9. 如图所示，在匀强磁场中，有一接有电容器的导线回路,已知C=30F,L1=5cm，L2=8cm，磁场以5102T/s的速率均匀增强，则电容器C所带的电荷量为 C 10. 如图所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界匀强磁场区域,v1=2v2在先后两种情况下 ( ）A线圈中的感应电流之比为I1I2=21B线圈中的感应电流之比为I1I2=12C线圈中产生的焦耳热之比Q1Q2=14D通过线圈某截面的电荷量之比q1q2=12答案：1、奥斯特，法拉第 2、B C F 3、C 4、略 5B、C；6B、C；7A、C、D；8D;93.6Ns;10C；15