高三物理一輪復習專題法拉第電磁感應定律知識點總結

1、課題：電磁感應類型：復習課第 1 課電磁感應現(xiàn)象愣次定律一、電磁感應1電磁感應現(xiàn)象只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，閉合回路中就有電流產(chǎn)生，這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應。產(chǎn)生的電流叫做感應電流2產(chǎn)生感應電流的條件：只要閉合回路中磁通量發(fā)生變化即0，閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生3. 磁通量變化的常見情況(改變的方式)：線圈所圍面積發(fā)生變化，閉合電路中的部分導線做切割磁感線運動導致變化;其實質也是 B 不變而 S增大或減小線圈在磁場中轉動導致變化。線圈面積與磁感應強度二者之間夾角發(fā)生變化。如勻強磁場中轉動的矩形線圈就是典型。B 隨 t(或位置)變化,磁感應強度是時間的函數(shù)；或閉合回路變化導

2、致變化(改變的結果):磁通量改變的最直接的結果是產(chǎn)生感應電動勢,若線圈或線框是閉合的.則在線圈或線框中產(chǎn)生感應電流，因此產(chǎn)生感應電流的條件就是：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化4.產(chǎn)生感應電動勢的條件:無論回路是否閉合,只要穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中就有感應電動勢產(chǎn)生,產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于電源.電磁感應現(xiàn)象的實質是產(chǎn)生感應電動勢,如果回路閉合,則有感應電流,如果回路不閉合，則只能出現(xiàn)感應電動勢，而不會形成持續(xù)的電流我們看變化是看回路中的磁通量變化，而不是看回路外面的磁通量變化二、感應電流方向的判定1.右手定則:伸開右手，使拇指跟其余的四指垂直且與手掌都在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿

3、過手心，手掌所在平面跟磁感線和導線所在平面垂直，大拇指指向導線運動的方向, 四指所指的方向即為感應電流方向(電源).用右手定則時應注意：主要用于閉合回路的一部分導體做切割磁感線運動時，產(chǎn)生的感應電動勢與感應電流的方向判定，右手定則僅在導體切割磁感線時使用，應用時要注意磁場方向、運動方向、感應電流方向三者互相垂直當導體的運動方向與磁場方向不垂直時，拇指應指向切割磁感線的分速度方向若形成閉合回路，四指指向感應電流方向；若未形成閉合回路，四指指向高電勢“因電而動”用左手定則“因動而電”用右手定則應用時要特別注意：四指指向是電源內(nèi)部電流的方向(負正)因而也是電勢升高的方向；即：四指指向正極。導體切割磁

4、感線產(chǎn)生感應電流是磁通量發(fā)生變化引起感應電流的特例，所以判定電流方向的右手定則也是楞次定律的一個特例用右手定則能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是對導體在磁場中切割磁感線而產(chǎn)生感應電流方向的判定用右手定則更為簡便2.楞次定律(1)楞次定律(判斷感應電流方向)：感應電流具有這樣的方向，感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化(感應電流的) 磁場 (總是)阻礙(引起感應電流的磁通量的) 變化原因產(chǎn)生結果；結果阻礙原因。(定語)主語(狀語) 謂語(補語)賓語(2)對“阻礙”的理解注意“阻礙”不是阻止，這里是阻而未止。阻礙磁通量變化指： 磁通量增加時，阻礙增加(感應電流的磁場和原磁場方向相反

5、，起抵消作用)；磁通量減少時，阻礙減少(感應電流的磁場和原磁場方向一致，起補償作用)，簡稱“增反減同”(3)楞次定律另一種表達：感應電流的效果總是要阻礙(或反抗)產(chǎn)生感應電流的原因. (F 安方向就起到阻礙的效果作用)即由電磁感應現(xiàn)象而引起的一些受力、相對運動、磁場變化等都有阻礙原磁通量變化的趨勢。阻礙原磁通量的變化或原磁場的變化；阻礙相對運動，可理解為“來拒去留”；使線圈面積有擴大或縮小的趨勢；有時應用這些推論解題 比用楞次定律本身更方便阻礙原電流的變化楞次定律磁通量的變化表述：感應電流具有這樣的方向，就是感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。能量守恒表述：I 感的磁場效果總要反

6、抗產(chǎn)生感應電流的原因從磁通量變化的角度：感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。從導體和磁場的相對運動：導體和磁體發(fā)生相對運動時,感應電流的磁場總是阻礙相對運動。從感應電流的磁場和原磁場： 感應電流的磁場總是阻礙原磁場的變化。(增反、減同)楞次定律的特例右手定則楞次定律的多種表述、應用中常見的兩種情況：一磁場不變,導體回路相對磁場運動；二導體回路不動, 磁場發(fā)生變化。磁通量的變化與相對運動具有等效性：相當于導體回路與磁場接近，相當于導體回路與磁場遠離。(4)楞次定律判定感應電流方向的一般步驟 基本思路可歸結為：“一原、二感、三電流”，明確閉合回路中引起感應電流的原磁場方向如何；確定原

7、磁場穿過閉合回路中的磁通量如何變化(是增還是減)根據(jù)楞次定律確定感應電流磁場的方向再利用安培定則，根據(jù)感應電流磁場的方向來確定感應電流方向注意：楞次定律是普遍規(guī)律，適用于一切電磁感應現(xiàn)象“總要”指無一例外當原磁場的磁通量增加時,感應電流的磁場與原磁場反向；當原磁場的磁通量減小時感應電流的磁場與原磁場方向相同要分清產(chǎn)生感應電流的“原磁場”與感應電流的磁場楞次定律實質是能的轉化與守恒定律的一種具體表現(xiàn)形式判斷閉合電路（或電路中可動部分導體）相對運動類問題的分析策略在電磁感應問題中，有一類綜合性較強的分析判斷類問題，主要講的是磁場中的閉合電路在一定條件下產(chǎn)生了感應電流，而此電流又處于磁場中，受到安培

8、力作用，從而使閉合電路或電路中可動部分的導體發(fā)生了運動.對其運動趨勢的分析判斷可有兩種思路方法：常規(guī)法：據(jù)原磁場(B 原方向及情況) ¾楞¾次¾定¾律¾®確定感應磁場(B 感方向) ¾安¾培¾定¾則¾®判斷感應電流(I 感方向) ¾左¾手¾定¾則¾®導體受力及運動趨勢.效果法：由楞次定律可知，感應電流的“效果”總是阻礙引起感應電流的“原因”，深刻理解“阻礙”的含義.據(jù)"阻礙"原則，可直接對運動趨勢

9、作出判斷，更簡捷、迅速. (如F 安方向阻礙相對運動或阻礙相對運動的趨勢)B 感和 I 感的方向判定：楞次定律(右手) 深刻理解“阻礙”兩字的含義(I 感的 B 是阻礙產(chǎn)生I 感的原因)B 原方向?；B 原?變化(原方向是增還是減)；I 感方向?才能阻礙變化；再由 I 感方向確定 B 感方向。楞次定律的理解與應用理解楞次定律要注意四個層次:誰阻礙誰?是感應電流的磁通量阻礙原磁通量;阻礙什么?阻礙的是磁通量的變化而不是磁通量本身;如何阻礙?當磁通量增加時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相反,當磁通量減小時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同,即”增反減同”;結果如何?阻礙不是阻止,只是延緩了磁通

10、量變化的快慢,結果是增加的還是增加,減少的還是減少.另外 “阻礙”表示了能量的轉化關系,正因為存在阻礙作用,才能將其它形式的能量轉化為電能; 感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的相對運動.電磁感應現(xiàn)象中的動態(tài)分析：就是分析導體的受力和運動情況之間的動態(tài)關系。一般可歸納為：導體組成的閉合電路中磁通量發(fā)生變化Þ導體中產(chǎn)生感應電流Þ導體受安培力作用Þ 導體所受合力隨之變化Þ導體的加速度變化Þ其速度隨之變化Þ感應電流也隨之變化周而復始地循環(huán)，最后加速度小致零(速度將達到最大)導體將以此最大速度做勻速直線運動導體受力運動產(chǎn)生E 感I 感通電導線

11、受 F 安F 合外力變化a 變化v 變化E 感變化周而復始地循環(huán)?！白璧K”和“變化”的含義原因產(chǎn)生結果；結果阻礙原因。感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，而不是阻礙引起感應電流的磁場。因此，不能認為感應電流的磁場的方向和引起感應電流的磁場方向相反。磁通量變化產(chǎn)生感應電流阻礙 產(chǎn)生感應電流的磁場散第 2 課法拉第電磁感應定律、自感一、法拉第電磁感應定律(1)定律內(nèi)容：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比發(fā)生電磁感應現(xiàn)象的這部分電路就相當于電源，在電源的內(nèi)部電流的方向是從低電勢流向高電勢。(即：由負到正)表達式： E = n Df = n DB ´

12、 s = n B ´ Ds =?(普適公式) Df (法拉第電磁感應定 DtDtDtDt律)感應電動勢取決于磁通量變化的快慢B/t (即磁通量變化率)和線圈匝數(shù) nB/t 是磁場變化率(2)另一種特殊情況：回路中的一部分導體做切割磁感線運動時, 且導體運動方向跟磁場方向垂直。 E=BLv (垂直平動切割) L 是導線的有效切割長度 (v 為磁場與導體的相對切割速度)(B 不動而導體動；導體不動而B 運動)E= nBSsin(t+)； EmnBS(線圈與 B的軸勻速轉動切割) n 是線圈匝數(shù) E = Blv = Bl wl = 1 Bwl 2 (直導體繞一端轉動切割)22*自感 E=

13、n Df = L DIE µ DI(電流變化快慢)(自感)自DtDt自Dt二、感應電量的計算感應電量 q = IDt = E × Dt = n Df × Dt = n Df RRDtR如圖所示，磁鐵快插與慢插兩情況通過電阻 R 的電量一樣，但兩情況下電流做功及做功功率不一樣三.自感現(xiàn)象1.自感現(xiàn)象：由于導體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象2.自感電動勢：自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫自感電動勢自感電動勢大小： E = L DiDtL 為自感系數(shù)，aL 跟線圈的形狀、長短、匝數(shù)等因素有關系線圈越粗，越長、單位長度上的匝數(shù)越密,橫截面積越大,它的自感系數(shù)越大,另外有

14、鐵芯的線圈自感系數(shù)大大增加b自感系數(shù)的單位是亨利，國際符號是 L，1 亨=103 毫亨=106 微亨3.關于自感現(xiàn)象的說明如圖所示，當合上開關后又斷開開關瞬間，電燈 L 為什么會更亮，當合上開關后， 由于線圈的電阻比燈泡的電阻小，因而過線圈的電流 I2 較過燈泡的電流 I1 大，當開關斷開后，過線圈的電流將由 I2 變小，從而線圈會產(chǎn)生一個自感電動勢，于是電流由 cbad 流動，此電流雖然比 I2 小但比 I1 還要大因而燈泡會更亮假若線圈的電阻比燈泡的電阻大，則 I2I1，那么開關斷開后瞬間燈泡是不會更亮的開關斷開后線圈是電源，因而 C 點電勢最高，d 點電勢最低過線圈電流方向與開關閉合時一

15、樣，不過開關閉合時，J 點電勢高于 C 點電勢，當斷開開關后瞬 間則相反，C 點電勢高于 J 點電勢過燈泡的電流方向與開關閉合時的電流方向相反，a、b 兩點電勢，開關閉合時 UaUb，開關斷開后瞬間 UaUb4.鎮(zhèn)流器 是一個帶鐵芯的線圈，起動時產(chǎn)生瞬間高電壓點燃日光燈，目光燈發(fā)光以后，線圈中的自感電動勢阻礙電流變化，正常發(fā)光后起著降壓限流作用，保證日光燈正常工作線圈作用：起動時產(chǎn)生瞬間高電壓，正常發(fā)光后起著降壓限流作用。5.日光燈的工作原理當日光燈接通電源后，電源把電壓加在啟動器的兩極之間，氖氣放電發(fā)出輝光輝光產(chǎn)生的熱量使 U 形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接觸而把電路接通電路接通后，氖氣停止放

16、電，U 形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路斷開在電路突然中斷的瞬間，由于鎮(zhèn)流器中電流急劇減小，會產(chǎn)生很高的自感電動勢， 方向與原來電壓的方向相同，這個自感電動勢與電源電壓加在一起，形成一個瞬間高壓，加在燈管兩端， 使燈管中的氣體開始放電，于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光第 3 課專題:電磁感應與力學綜合又分為兩種情況：一、與運動學與動力學結合的題目（電磁感應力學問題中，要抓好受力情況和運動情況的動態(tài)分析），(1)動力學與運動學結合的動態(tài)分析，思考方法是：導體受力運動產(chǎn)生 E 感I 感通電導線受 F 安F 合外力變化a 變化v 變化E 感變化周而復始地循環(huán)。循環(huán)結束時，a=0，導體達到穩(wěn)定狀

17、態(tài)抓住 a=0 時，速度 v 達最大值的特點.例：如圖所示，足夠長的光滑導軌上有一質量為 m，長為 L，電阻為 R 的金屬棒ab，由靜止沿導軌運動，則 ab 的最大速度為多少（導軌電阻不計，導軌與水平面間夾角為，磁感應強度 B 與斜面垂直）金屬棒 ab 的運動過程就是上述我們談到的變化過程，當 ab 達到最大速度時：BlLmgsinI= E /RE =BLv由得：v=mgRsin/B2L2。(2)電磁感應與力學綜合方法：從運動和力的關系著手，運用牛頓第二定律基本思路:受力分析運動分析變化趨向確定運動過程和最終的穩(wěn)定狀態(tài)由牛頓第二定律列方程求解導體運動 v電磁感應感應電動勢 EF 安起阻礙作用安

18、培力 F磁場對電流的作用感應電流 I歐姆定律閉合電路阻礙)注意安培力的特點：純力學問題中只有重力、彈力、摩擦力，電磁感應中多一個安培力，安培力隨速度變化，部分彈力及相應的摩擦力也隨之而變，導致物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，在分析問題時要注意上述聯(lián)系電磁感應中的動力學問題解題關鍵：在于通過運動狀態(tài)的分析來尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等，基本思路方法是： 確定電源（E，r）I = E R + r感應電流F=BIL運動導體所受的安培力臨界狀態(tài)v 與 a 方向關系a 變化情況運動狀態(tài)的分析F=ma合外力用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向.求回路中電流強度.分

19、析研究導體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向）.列動力學方程或平衡方程求解.ab 沿導軌下滑過程中受四個力作用，即重力 mg，支持力 FN 、摩擦力 Ff 和安培力 F 安， 如圖所示，ab 由靜止開始下滑后，將是 v ­® E ­® I ­® F安 ­® a ¯（ ­ 為增大符號），所以這是個變加速過程，當加速度減到 a=0 時，其速度即增到最大 v=vm，此時必將處于平衡狀態(tài)，以后將以 vm勻速下滑 vm= mg (sinq- mcosq)R B 2 L2(1)電磁感應定律與能量轉化

20、在物理學研究的問題中，能量是一個非常重要的課題，能量守恒是自然界的一個普遍的、重要的規(guī)律 在電磁感應現(xiàn)象時，由磁生電并不是創(chuàng)造了電能，而只是機械能轉化為電能而已，在力學中：功是能量轉化的量度那么在機械能轉化為電能的電磁感應現(xiàn)象時，是什么力在做功呢？ 是安培力在做功。在電學中，安培力做正功(電勢差 U)將電能Þ機械能(如電動機)，安培力做負功(電動勢 E)將機械能Þ電能，必須明確在發(fā)生電磁感應現(xiàn)象時，是安培力做功導致能量的轉化功能關系：電磁感應現(xiàn)象的實質是不同形式能量的轉化過程。因此從功和能的觀點入手，分析清楚電磁感應過程中能量轉化關系，往往是解決電磁感應問題的關健，也是處理

21、此類題目的捷徑之一。導體切割磁感線或閉合回路中磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應電流，機械能或其他形式能量便轉化為電能，具有感應電流的導體在磁場中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉化為機械能或電阻的內(nèi)能，因此，電磁感應過程總是伴隨著能量轉化，用能量轉化觀點研究電磁感應問題常是導體的穩(wěn)定運動（勻速直線運動或勻速轉動），對應的受力特點是合外力為零，能量轉化過程常常是機械能轉化為內(nèi)能，解決電磁感應能量轉化問題的基本方法是:用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向.畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率表達式.分析導體機械能的變化，用能量守恒關系得到機械功率的改變與回路中電功率的改

22、變所滿足的方程.(2)電磁感應與動量、能量的綜合方法：(1)從受力角度著手，運用牛頓運動定律及運動學公式變化過程是：導體受力做切割 B 運動Þ產(chǎn)生 E 感 ÞI 感(出現(xiàn)與外力方向相反的安培力體現(xiàn)阻礙效果) Þ導線做 a的變加速直線運動(運動過程中 v 變，E 感=BLv 也變，F(xiàn) 安=BlL 亦變) Þ當 F 安=F 外時，a=0，此時物體就達到最大速度導線受力做切割磁力線運動,從而產(chǎn)生感應電動勢,繼而產(chǎn)生感應電流,這樣就出現(xiàn)與外力方向相反的安培力作用,于是導線做加速度越來越小的變加速直線運動,運動過程中速度v 變,電動勢BLv 也變,安培力BIL 亦

23、變,當安培力與外力大小相等時,加速度為零,此時物體就達到最大速度(2)從動量角度著手，運用動量定理或動量守恒定律應用動量定理可以由動量變化來求解變力的沖量，如在非勻變速運動問題應用動量定理可以解決牛頓運動定律不易解答的問題在相互平行的水平軌道間的雙棒做切割磁感線運動時，由于這兩根導體棒所受的安培力等大反向， 合外力為零，若不受其他外力，兩導體棒的總動量守恒解決此類問題往往要應用動量守恒定律(3)從能量轉化和守恒著手，運用動能定律或能量守恒定律基本思路：受力分析弄清哪些力做功，正功還是負功明確有哪些形式的能量參與轉化，哪增哪減由動能定理或能量守恒定律列方程求解電能內(nèi)能（焦耳熱）能量轉化特點：其它

24、能（如：機械能） ¾安¾培¾力¾做¾負功¾®¾電¾流¾做¾功¾®(3)電磁感應與電路 綜合分析要將電磁感應、電路的知識，甚至和力學知識綜合起來應用。在電磁感應中切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應電動勢，該導體或回路就相當于電源，將它們接上電容器，便可使電容器充電；將它們接上電阻等用電器，便可對用電器供電，在回路中形成電流，因此電磁感應問題又往往跟電路問題聯(lián)系起來，解決這類問題，一方面要考慮電磁學中的有關規(guī)律：如右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應定律等；

25、 另一方面又要考慮電路中的有關規(guī)律：如歐姆定律，串并聯(lián)電路的性質等。解決電磁感應與電路綜合問題的基本思路是：(1)確定電源明確哪部分相當于電源(產(chǎn)生感應電流或感應電動勢的那部分電路)就相當于電源，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路利用法拉第電磁感應定律Þ E 大小，利用楞次定律Þ E 的正負極 (及 I 感方向)需要強調的是：在電源內(nèi)部電流是由負極流向正極的，在外部從正極流向外電路，并由負極流入電源如無感應電流，則可以假設電流如果存在時的流向(2)分析電路結構，畫出等效電路圖(3)利用電路規(guī)律求解主要閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路性質特點、電功、電熱的公式求解未知物理量(

26、4)圖象問題電磁感應中常涉及磁感應強度 B、 磁通量、 感應電動勢 E 或 e 和 感應電流 I 隨時間 t 變化的圖線，即Bt 圖線、 一t 圖線、e 一 t 圖線和 I 一t 圖線。對于切割產(chǎn)生應電動勢和感應電流的情況，還常涉及感應電動勢 E 和感應電流 I 隨位移 X 變化的圖線，即 eX圖線和 IX 圖線。這些圖象問題大體上可分為兩類：由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象，或由給定的有關圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量，不管是何種類型，電磁感應中的圖象常需利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應定律等規(guī)律分析解決感應電流的方向和感應電流的大小。電磁感應現(xiàn)象中圖像問題的分析，要抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應電動勢（電流）大小是否恒定.用楞次定律判斷出感應電動勢（或電流）的方向，從而確定其正負，以及在坐標中的范圍.棒平動切割 B 時達到的最大速度問題；及電路中產(chǎn)生的熱量 Q；