高三物理035.doc

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期数： 0511 WLG3 035
学科：物理 年级：高三 编稿老师：王晔
审稿老师：张凤莲

[同步教学信息]

复 习 篇

高三物理总复习“电磁感应”
【本章高考考试说明】
主干知识点在高考中的级别要求预测：
1．电磁感应现象．感应电流的方向，右手定则．法拉第电磁感应定律．楞次定律．
2．自感现象．
3．日光灯
Ⅱ
ⅠⅠ
1．导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于L垂直于B、V的情况．
2．在电磁感应现象里，不要求判断内电路中各点电势的高低．
对高考考生知识能力转化的要求：
1．会计算磁通量，磁通量的变化量，磁通量的变化率
2．会用楞次定律和右手定则分析感应电动势和感应电流的方向，会分析自感现象
【本章单元安排】
第一单元 电磁感应现象、楞次定律
第二单元 　法拉第电磁感应定律、自感
第一单元 电磁感应现象、楞次定律
【本单元知识要点】
一、电磁感应现象
1．产生感应电流的条件：
不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生．
2．引起磁通量变化的常见情况：
（1）闭合回路的部分导线做切割磁感线运动，导致Φ变
（2）线圈在磁场中转动，导致Φ变
（3）磁感强度B变化，导致Φ变
1．一均匀的扁条形磁铁与一圆形线圈在同一平面内，磁线的中央与圆心O 重合，为了在磁铁运动时，在线圈中得到方向如图所示的感应电流I，磁铁的运动方式应该是（　A　）
A．N极向纸内，S极向纸外，
使磁铁绕O点转动
B．N极向纸外，S极向纸内，
使磁铁绕O点转动
C．使磁铁沿垂直于线圈的方向向纸外平动
D．使磁铁沿垂直于线圈的方向向纸内平动
E．使磁铁在线圈平面内绕O点顺时针方向转动
F．使磁铁在线圈平面内绕O点逆时针方向转动
N
O
S
　　3．产生感应电动势的条件：
　　无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电流，产生感应电动势的那部分导体相当于电源
　　电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，线路中就有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流．
　　二．楞次定律
　　1．内容：感应电流具有这样的方向，就是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．运用楞次定律判定感应电流方向的步骤
（1）明确原磁场的方向
（2）判明穿过闭合回路的原磁场的磁通量是增加还是减少
（3）根据阻碍原则判定感应电流磁场的方向，当穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向和原磁场方向相反，当穿过闭合回路的磁通量减小时，感应电流的磁场方向和原磁场方向相同．
（4）利用安培定则，判定感应电流的方向
（5）右手定则：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体的运动方向，其余四指指的方向就是感应电流的方向．
　注意：①左手定则仅在导体切割磁感线时使用，应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直．
②导体的运动方向与磁场方向不垂直时，拇指应指向切割磁感线的分速度方向．若形成闭合回硌，四指指向感应电流方向；若未形成闭合回路，四指指向高电势．
2．正确理解楞次定律的是（D）
A．感应电流的磁场总是跟原磁场的方向相同
B．感应电流的磁场总是跟原磁场的方向相反
C．感应电流的磁场总是要阻止引起感应电流的磁通量变化
D．感应电流总要阻碍导体跟磁场间的相对运动
③“因电而动”用左手定则．“因动而电”用右手定则．导体切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的一个特例．用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是对导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流方向的判定用右手定则更为简便．
3．楞次定律中“阻碍”的含义
感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化这句话中“阻碍”不是说感应电流的磁场方向总是和原磁场方向相反．而是
（1）阻碍原磁场磁通量的变化或原磁场的变化
（2）阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”
（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势
（4）阻碍原电流的变化
用楞次定律判断感应电流方向可用三个步骤：
   ①分析磁通量是增加还是减少，由楞次定律确定感应电流的磁场跟原来磁场方向是相反还是相同；
   ②分析原来的磁场方向，确定感应电流磁场的具体方向；
   ③用安培定则由感应电流的磁场方向确定感应电流的方向．
三．安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的综合使用
基本现象
使用定则定律
运动的电荷、电流产生磁场
安培定则
磁场对运动电荷、电流的作用力
左手定则
电磁感应
部分导体切割磁感线运动
右手定则
闭合回路磁通量变化
楞次定律
1．如右图
2．左手定则和右手定则的区别
“因电而动”——用左手
“因动而电”——用右手
3．图中,均表示闭合
电路中的一部分导
体ab在磁场中做
切割磁感线运动
的情景,其中能产
生由a向b的感
应电流的有（AC）
A　　　　　　B　　　　　　　C　　　　　　　　D

4．如图所示，水平放置的矩形线圈abcd，在细长条形磁铁附近竖直下落，保持bc边始终在纸外，ad边始终在纸内，由图中位置Ⅰ经位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在此过程中，线圈中的感应电流（　A　　）
    A．始终沿abcd方向
    B．始终沿dcba方向
    C．由Ⅰ到Ⅱ沿abcd方向，Ⅱ到Ⅲ沿dcba方向
    D．由Ⅰ到Ⅱ沿dcba方向，Ⅱ到Ⅲ沿abcd方向
【本单元实际应用】
【磁悬浮列车】
Q
P
5．2001年11月2日，我国第一条磁悬浮列车的导轨在上海浦东安装．如图所示是磁悬浮的原理．图中P是柱形磁铁，Q是用高温超导材料制成的超导圆环．将超导圆环Q水平放在磁铁P上．它就能在磁力的作用下悬浮在磁铁P的上方．下列叙述正确的是（　B　）
A．Q放入磁场的过程中，将产生感应电流．稳定后，感应电流消失
B．Q放入磁场的过程中，将产生感应电流．稳定后，感应电流仍存在
C．如果P的N极朝上，Q中感应电流的方向如图所示
D．如果P的S极朝上，Q中感应电流的方向与图中所示的方向相反
【延时开关】
　　6．如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下， C线路接通．当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则（　B　）
①由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
②由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
③如果断开B线圈的电键S2，无延时作用
④如果断开B线圈的电键S2，延时将变长
【磁带录音机】
7．如图所示，磁带录音机既可用作录音，也可用作放音，其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b，不论是录音或放音过程，磁带或磁隙软铁会存在磁化现象．下面对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的描述，正确的是（　A　）
Ａ．放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应
Ｂ．录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应
Ｃ．放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用
Ｄ．录音和放音的主要原理都是电磁感应
【卫星悬绳发电】
8．“卫星悬绳发电”是人类为寻找卫星的新型电力能源供应系统而进行的试验，假设在实验中，用飞机拖着一根很长的金属线（其下端悬挂一个金属球，以保证金属线总是呈竖直状态）在高空环绕地球飞行，且每次飞经我国上空时都是由北飞向东南方向，那么它利用的是运动导线切割（地磁）磁感线产生电动势的原理，金属线相当于发电机的绕组，该发电机产生方向不变的直流电，且金属线的飞机一端为正极．请考虑问题：
据报道，1992年7月，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验取得了部分成功．航天飞机在地球赤道上空离地面约300km处由东向西飞行，相对地面速率大约6．5×103m/s，从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根长20km、电阴为800的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动．假定这一范围内的地磁场是均匀的，磁感应强度为4×10－5T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同，根据理论设计，通过电离层（由等离子体组成）的作用，悬绳可产生约3A的感应电流，试求：（1）金属悬绳中产生的感应电动势；（2）悬绳两端的电压；
（3）航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能（已知地球半径为6400km）．
解析：（1）因悬绳 的长度远小于航天飞机作匀速周围运动的半径，故可以认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同，这样 V
（2）悬绳两端的电压 U = E－Ir = 2800V
（3）航天飞机绕行一周所需要的时间
在这段时间内悬绳输出的电能J．
第二单元 法拉第电磁感应定律、自感
【本单元知识要点】
一、感应电动势
1．在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势．
2．产生感应电动势的那部分导体就相当于电源．
3．产生条件:只要穿过回路所围面积的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势产生．
二、法拉第电磁感应定律
1．法拉第电磁感应定律的内容
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．
2．法拉第电磁感应定律的数学表达式：（1）　

（2）当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势为
　　3．感应电动势的方向：跟感应电流方向一致，电流流出的一端相当于电源的正极，电流流入端相当于电源的负极．

9．正方形abcd边长为20cm，θ＝30°，B＝0．2T，现将cd边向右一拉，经0．1s，ab边也着地，求该过程产生的感应电动势．
φ1＝BSsinθ＝BL2sin30°
φ2＝0
Δφ＝φ1－φ2＝BL2sin30°

a
b
c
d
θ
B
三．几种常见的感应电动势
1．导体棒平动问题
O
B
Δθ
A
　　导体棒平动产生的感应电动势，其中B、l、v两两垂直
2．导体棒转动问题
如图，垂直纸面向里的匀强磁场磁感应强度为B，导体棒AO在纸面内，其长度为l
（1）导体棒AO以角速度绕端点O转动
Δθ＝Δt　　　ΔS＝Δθl2/2　　　Δφ＝BΔS

（2） 导体棒AO以角速度绕端点中点转动 ＝0
10．带有四根辐条的金属环绕oo′以ω旋转，匀强
磁场方向平行oo′，磁感应强度为B，每根辐条
长为l，电阻为r，外接电阻为R，求：
①K断开时AB间的电压为_____________
②K闭合时AB间的电压为_____________
③K闭合后，为保持ω一定，需要外力的力
矩为_______________
① ②
③
K
O
O′
（3） 导体棒AO以角速度绕端点导体棒上任意点转动
3．线圈在磁场中转动问题
矩形线圈abcd，以角速度ω绕轴OO/在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，边长ab＝l，bc＝l/，讨论线圈在转动过程产生的感应电动势的情况．

ω
ω
a
b
c
d
a
d
θ
ω
θ

（1）第一个图中，线圈转至其平面和磁场方向平行，此时，ab边和cd边速度方向和磁场方向垂直，则
（2）第二图中，线圈转至其平面和磁场方向成θ角，此时，ab边和cd边速度方向和磁场方向成（90o－θ），则
（3）第三图中，线圈转至其平面和磁场方向成垂直时，ab边和cd边速度方向和磁场方向平行，则ε＝0
R1
R2
K
A
B
L
（4）第四图中，线圈转至其平面和磁场方向成θ角，此时，ab边和cd边速度方向和磁场垂直方向成θ，则同理可得，＝BωSsin
综上分析，当线圈平面和磁场平行时，线圈产生得感应电动势最大，当线圈平面和磁场方向垂直时，线圈产生得感应电动势最小，为零，若线圈有N匝，则线圈产生得感应电动势的通式为：＝NBωS．其中，面积S为平行于磁场方向上的投影面积，也叫有效面积．公式：ε＝NBωS适用任何形状线圈且和轴的位置无关，
四．自感
1．自感现象
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．如图所示，合上开关K，调节变阻器R1的电阻，使同样规格的两个灯泡A、B一样亮，再调节变阻器R2使A、B正常发光，断开K，然后合上K；发现B灯立即正常发光，A灯缓慢发光．
实验现象的解释
K
B
A
L
在接通电路的瞬间，通过线圈L的电流突然增大，则穿过线圈L的磁通量也突然增大，因此线圈L会产生感应电动势，这个感应电动势的方向和原来电流方向相反，阻碍线圈中电流的增大，所以通过A中的电流只能逐渐增大，灯泡A只能逐渐亮起来．
如图所示，合上开关K，使灯泡A、B正常发光，断开K，B灯立刻熄灭，A灯过一会熄灭．如果RL<RA，则断开K，A灯瞬间特别亮，比原来更亮一下再熄灭．
实验现象的解释
在电路断开的瞬间，通过线圈L的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也突然减少，因而在线圈中产生感应电动势，虽然电源已断开，但线圈和灯泡组成了闭合电路，线圈相当于电源，对灯泡A供电，使灯泡A亮一会再熄灭，如果线圈电阻比灯泡A的电阻小得多，线圈L的自感系数较大，线圈L的自感电动势较大，则灯A比原来更亮一下再熄灭．
2．自感电动势
（1）在自感现象中产生的电动势叫做自感电动势；
（2）
（3）L:叫自感系数；单位：亨利（H） 1H＝103mH＝106H
因素：和单位长度匝数、截面积、长度、有无铁芯有关．
（4）自感电动势方向：和电流变化方向相反
11．用密度为D，电阻率为ρ的导线做正方形线框．线框平面在竖直平面内从高处自由落下，初速度为零，有一沿水平方向的匀强磁场区域，在竖直方向其宽度与线框边长相等，如图所示，磁感强度的大小为B,方向与线框平面垂直，若要通过磁场区域时的速度恒定，试求线框下落时的高度h(不计空气阻力)．
解析：设线框的边长为L，线框导线的截面积为S，则线框的质量为　　m＝4LSD　　　　　　　　　　　　　　
线框的电阻为：R＝4Lρ/S
若线框从h高度落下，其下边进入磁场时速度为：v＝　
若线框以此速度通过磁场，则线框中感应电动势为：ε＝BLv　　　　　　　　　　　　　　
感应电流：I＝ε/R＝BLv/R　　　　　　　　　　　　
线框通过磁场时所受的安培力方向向上，大小为：F＝BLI＝B2L2v/R　
由于通过磁场时速度恒定，则F＝mg，即：(B2L2S)/4Lρ＝4DLSg
所以得：h＝128D2ρ2g/B4
12．如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0．5 T，并且以=0．1 T/s在变化，水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽0．5 m的导轨上放一电阻R0=0．1 Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量M=0．2 kg的重物，轨道左端连接的电阻R=0．4 Ω，图中的l=0．8 m，求至少经过多长时间才能吊起重物．
解析：本题的命题意图是考查理解能力、推理能力及分析综合能力，属B级要求．本题的解题方法如下：
由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势：E= ①
由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流I＝ ②
由于安培力方向向左，应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向（由上往下看）．再根据楞次定律可知磁场增加，在t时磁感应强度为：B′＝（B＋·t） ③
此时安培力为F安=B′Ilab ④
由受力分析可知F安=mg ⑤
由①②③④⑤式并代入数据：t=495 s
【本单元实际应用】
【电磁驱动】
13．蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动．现将蹄形磁铁逆时针转动（从上往下看），则矩形线圈中产生感应电流的情况和运动情况为（　BC　）
N　　 　S
a d
b c
ω
A．线圈将逆时针转，转向与磁铁同
B．线圈将逆时针转，转速比磁铁小
C．线圈转动中，感应电流方向不断变化
D．线圈转动中，感应电流方向始终是a→b
【电磁流量计】
14．电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）．为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c，流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电液体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（　A　）
A． B．
C． D．
解析：

【高频焊接】
　15．右图是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈是通高频交流电的线圈，自圈是待焊接的工件，其中有一个缺口叫焊缝．焊接时接口两端接触在一起，当外圈中有交流电通过时，零件中会产生感应电流，使焊接口处金属熔化焊接起来．
(1)试分析说明，焊接的快慢与交流电的频率有什么关系？
(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口处被熔化而零件的其他部分并不很热？
解析：(1)外圈中交流电的频率越高，零件中的磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流越大，所以电流热功率也越大，焊接越快．
(2) 零件中各处电流相等，但接口处电阻大，电流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，所以接口处已被熔化而零件其他部分并不很热．