物理選修32全套

物理選修32全套第1頁(yè)/共413頁(yè)目錄第四章電磁感應(yīng)

課時(shí)29劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件

課時(shí)30楞次定律

課時(shí)31法拉第電磁感應(yīng)定律

課時(shí)32電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用

課時(shí)33互感和自感渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

課時(shí)34

《電磁感應(yīng)》小結(jié)第五章交變電流

課時(shí)35交變電流

課時(shí)36描述交變電流的物理量

課時(shí)37電感和電容對(duì)交變電流的影響

課時(shí)38變壓器

課時(shí)39電能的輸送

課時(shí)40

《交變電流》小結(jié)

課時(shí)23磁感應(yīng)強(qiáng)度第六章傳感器

課時(shí)41傳感器及其工作原理

課時(shí)42傳感器的應(yīng)用(一)(二)

課時(shí)43傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

課時(shí)44

《傳感器》小結(jié)第2頁(yè)/共413頁(yè)第四章電磁感應(yīng)課時(shí)29劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件

課前導(dǎo)航

奧斯特實(shí)驗(yàn)極大地震動(dòng)了法拉第，他認(rèn)為奧斯特實(shí)驗(yàn)“猛然打開(kāi)了一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的大門(mén)，那里過(guò)去漆黑一團(tuán)，如今充滿(mǎn)了光明”．1822年，法拉第在日記里記下了“由電產(chǎn)生磁，由磁產(chǎn)生電”的大膽設(shè)想，并由此開(kāi)始了長(zhǎng)達(dá)十年的艱苦探索．

圖29－1第3頁(yè)/共413頁(yè)法拉第經(jīng)過(guò)十年的試驗(yàn)、失敗、再試驗(yàn)、再失敗，于1831年夏天又重新回到磁產(chǎn)生電流這一課題上來(lái)，終于取得了突破性的進(jìn)展．1931年8月29日，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的第一個(gè)效應(yīng)，即以一個(gè)電流產(chǎn)生另一個(gè)電流．

請(qǐng)你思考：

1．科學(xué)家對(duì)自然現(xiàn)象、自然規(guī)律的某些“信念”，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中起著重要作用嗎？

2．怎樣才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？第4頁(yè)/共413頁(yè)

基礎(chǔ)梳理基本要求1．了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的過(guò)程2．知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象和感應(yīng)電流，知道發(fā)現(xiàn)“磁生電”的意義和價(jià)值3．知道本探究實(shí)驗(yàn)所需的器材，能對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)4．會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象5．能根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律發(fā)展要求1．了解法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的艱難歷程，體會(huì)科學(xué)研究中突破思維定勢(shì)的重要性．2．能提出研究感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的新實(shí)驗(yàn)方案，如磁鐵不動(dòng)，線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)等3．經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程，體會(huì)透過(guò)各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析歸納本質(zhì)特征的思想方法第5頁(yè)/共413頁(yè)

知識(shí)精析

一、探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件的實(shí)驗(yàn)裝置圖29－2圖29－3

圖29－4第6頁(yè)/共413頁(yè)

二、操作與現(xiàn)象裝置動(dòng)作現(xiàn)象磁通量感應(yīng)電流圖29－2向左平動(dòng)表針擺動(dòng)變大有向右平動(dòng)表針擺動(dòng)變小有靜止不動(dòng)、豎直平動(dòng)表針不動(dòng)不變無(wú)圖29－3插入線(xiàn)圈中表針擺動(dòng)變大有停在線(xiàn)圈中表針不動(dòng)不變無(wú)從線(xiàn)圈中抽出表針擺動(dòng)變小有圖29－4開(kāi)關(guān)閉合瞬間表針擺動(dòng)變大有開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間表針擺動(dòng)變小有開(kāi)關(guān)閉合時(shí)滑動(dòng)變阻器不動(dòng)表針不動(dòng)不變無(wú)開(kāi)關(guān)閉合，滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)表針擺動(dòng)變大有開(kāi)關(guān)閉合，滑動(dòng)變阻器滑片向左移動(dòng)表針擺動(dòng)變小有第7頁(yè)/共413頁(yè)

三、磁通量

1．定義在磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與某面在垂直于磁場(chǎng)方向上的投影面積S的乘積，叫做穿過(guò)這個(gè)面的磁通量．磁通量可以理解為穿過(guò)這個(gè)面的磁感線(xiàn)條數(shù)．

2．公式在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)平面與磁場(chǎng)垂直時(shí)有：Φ＝B·S．如果磁場(chǎng)的方向與平面不垂直，求磁通量時(shí)就不能再用公式Φ＝BS了，而應(yīng)該求出該平面在垂直于磁場(chǎng)方向上的投影面積S⊥，此時(shí)磁通量Φ＝BS⊥．若磁場(chǎng)方向與平面間的夾角為θ，則S⊥＝Ssinθ，即Φ＝BSsinθ．

(1)磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)之分：當(dāng)有方向相反的磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B和B′)穿過(guò)同一個(gè)平面(與磁場(chǎng)方向垂直的面積為S)時(shí)，按照磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，B和B′合矢量的大第8頁(yè)/共413頁(yè)小為|B－B′|，穿過(guò)平面的磁通量為|B－B′|·S＝|BS－B′S|＝|Φ－Φ′|．磁通量的意義可以用磁感線(xiàn)的條數(shù)形象地說(shuō)明，因此穿過(guò)平面的磁通量|Φ－Φ′|，可以理解為與相反方向穿過(guò)平面的磁感線(xiàn)相抵消之后剩余的磁感線(xiàn)條數(shù)．

(2)單位：韋伯(Wb),1Wb＝1T·m2．

四、磁通量的變化由公式Φ＝BSsinθ知，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量由三方面決定，即磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、線(xiàn)圈面積以及磁場(chǎng)方向與線(xiàn)圈平面的夾角．三者中只要有一個(gè)因素發(fā)生變化都將引起Φ的變化；但是如果兩個(gè)甚至三個(gè)因素同時(shí)變化，Φ則有可能不變．(想一想，這是為什么？)

五、結(jié)論產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：一是存在閉合電路，二是穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化．第9頁(yè)/共413頁(yè)

方法探究

一、判斷回路中是否有感應(yīng)電流要使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，就必須使穿過(guò)該閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，通常有以下幾種情況：

(1)閉合電路中一段直導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；

(2)條形磁鐵和線(xiàn)圈有沿軸線(xiàn)方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

(3)原、副線(xiàn)圈有沿軸線(xiàn)方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

(4)原、副線(xiàn)圈沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但原線(xiàn)圈的電流發(fā)生變化．第10頁(yè)/共413頁(yè)

例1

如圖29－5所示，設(shè)原線(xiàn)圈均與直導(dǎo)線(xiàn)共面，且bc邊平行于長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)．試判斷線(xiàn)圈在長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中做下列運(yùn)動(dòng)時(shí)，是否會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流：

A．向右平動(dòng)；B．向下平動(dòng)；C．繞通過(guò)ab、dc的中點(diǎn)所在的軸轉(zhuǎn)動(dòng)；D．以長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)；E．向上平動(dòng)(cd邊有一缺口)；F．由正方形變成圓形．圖29－5第11頁(yè)/共413頁(yè)

解析

A．向右平動(dòng)，其中磁通量不發(fā)生改變；

B．向下平動(dòng)，其中磁通量增加；

C．轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，雖磁場(chǎng)分布不變，但線(xiàn)圈的有效面積改變，故磁通量改變；

D．轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈中的磁通量不變；

E．向上平動(dòng)，雖磁通量減少，但線(xiàn)圈開(kāi)路，仍無(wú)感應(yīng)電流；

F．變形時(shí)，正對(duì)有效面積增大，磁通量增大．因此，B、C、F中有感應(yīng)電流產(chǎn)生．

答案

見(jiàn)解析第12頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練1

如圖29－6所示，各圖中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是(

)

圖29－6第13頁(yè)/共413頁(yè)

解析

選項(xiàng)A中，線(xiàn)圈沒(méi)閉合，無(wú)感應(yīng)電流；選項(xiàng)C中，導(dǎo)線(xiàn)在圓環(huán)的正上方，不論電流如何變化，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁感線(xiàn)相互抵消，磁通量恒為零，也無(wú)感應(yīng)電流；選項(xiàng)B中，磁通量增大，有感應(yīng)電流；選項(xiàng)D中，回路中的磁通量恒定，無(wú)感應(yīng)電流．故選項(xiàng)B正確．

答案

B

點(diǎn)評(píng)

對(duì)感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的闡述要嚴(yán)密：既要求電路閉合，又要求磁通量變化．第14頁(yè)/共413頁(yè)

二、關(guān)于磁通量的計(jì)算

例2

如圖29－7所示，一邊長(zhǎng)為10cm的正方形線(xiàn)圈abcd放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，平面與磁場(chǎng)方向垂直，規(guī)定此時(shí)線(xiàn)圈的磁通量為正，則：

圖29－7

(1)此時(shí)線(xiàn)圈的磁通量為_(kāi)_______．

(2)線(xiàn)圈繞ab軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)120°角時(shí)的磁通量為_(kāi)____，在這一過(guò)程中磁通量的變化量為_(kāi)____．第15頁(yè)/共413頁(yè)

解析

(1)由磁通量的定義可得：

Φ1＝B·S＝5×10－3Wb．

(2)Φ2＝B·S·cos120°＝－2.5×10－3Wb

ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝7.5×10－3Wb．

答案

(1)5×10－3Wb

(2)－2.5×10－3Wb

7.5×10－3Wb

點(diǎn)評(píng)

磁通量的變化量一般用變化的絕對(duì)值表示即可．第16頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練2

如圖29－8所示，虛線(xiàn)框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，1和2為垂直于磁場(chǎng)方向放置的兩個(gè)圓環(huán)，用Φ1和Φ2分別表示穿過(guò)兩環(huán)的磁通量，則有(

)

圖29－8

A．Φ1＞Φ2

B．Φ1＝Φ2C．Φ1＜Φ2D．無(wú)法確定

解析

磁通量還可以定義為：穿過(guò)某截面的磁感線(xiàn)的條數(shù)，故選項(xiàng)B正確．

答案

B第17頁(yè)/共413頁(yè)

互動(dòng)平臺(tái)

粗心同學(xué)與細(xì)心同學(xué)關(guān)于磁通量變化的對(duì)話(huà)

細(xì)心：有一矩形線(xiàn)圈垂直于某一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，通過(guò)矩形線(xiàn)圈的磁通量為Φ．如果將此矩形線(xiàn)圈翻轉(zhuǎn)180°，此時(shí)的磁通量也為Φ．

粗心：既然原來(lái)的磁通量為Φ，后來(lái)的磁通量也為Φ，那么磁通量的變化量為零．

細(xì)心：請(qǐng)你仔細(xì)想想，翻轉(zhuǎn)180°分成兩過(guò)程．第1個(gè)過(guò)程是由0°～90°，磁通量的變化為Φ；第2個(gè)過(guò)程是由90°～180°，磁通量的變化也為Φ．

粗心：哦，我知道了，磁通量的變化量應(yīng)為2Φ．第18頁(yè)/共413頁(yè)

粗心同學(xué)和細(xì)心同學(xué)關(guān)于感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的對(duì)話(huà)

粗心：由Φ＝BSsinθ可知，只要B、S、θ三個(gè)量發(fā)生變化，Φ就一定變，否則Φ就不變．而只要Φ改變，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流；Φ不變，就無(wú)感應(yīng)電流．

細(xì)心：Φ是矢量還是標(biāo)量？

粗心：Φ與B不同，Φ是標(biāo)量．

細(xì)心：那Φ有正負(fù)么？

粗心：哦，在判斷Φ是否變化時(shí)，還必須注意磁感線(xiàn)是如何穿過(guò)某個(gè)面的，規(guī)定磁感線(xiàn)從某方向穿過(guò)某面為正，則從反面穿過(guò)為負(fù)．

細(xì)心：那么能否說(shuō)“只要Φ變，就一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生”？

粗心：哦，不能，電路還必須是閉合的．

細(xì)心：不提醒，你總喜歡丟三落四．第19頁(yè)/共413頁(yè)

互動(dòng)訓(xùn)練

1．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)挒長(zhǎng)，一正方形線(xiàn)框abcd的邊長(zhǎng)為l，且l>L，線(xiàn)框以速度v通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，如圖所示．從線(xiàn)框的bc邊進(jìn)入磁場(chǎng)到ad邊完全離開(kāi)磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，線(xiàn)框內(nèi)沒(méi)有感應(yīng)電流的時(shí)間是(

)

A． B．

C． D．

解析

在0～時(shí)間內(nèi)，線(xiàn)圈中磁通量變化，有感應(yīng)電流；在～時(shí)間內(nèi)，線(xiàn)圈中磁通量不變，無(wú)感應(yīng)電流；在～時(shí)間內(nèi)，線(xiàn)圈中磁通量變化，有感應(yīng)電流．

答案

B第20頁(yè)/共413頁(yè)

2．如圖所示，開(kāi)始時(shí)矩形線(xiàn)框與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直，且一半在磁場(chǎng)內(nèi)，一半在磁場(chǎng)外，若要使線(xiàn)框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，下列辦法中可行的是(

)

A．將線(xiàn)框向左拉出磁場(chǎng)

B．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(小于90°)

C．以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(小于60°)

D．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(小于60°)第21頁(yè)/共413頁(yè)

解析將線(xiàn)框向左拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中，線(xiàn)框的bc部分做切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量減少，所以線(xiàn)框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流．當(dāng)線(xiàn)框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)框cd邊的右半段在做切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量發(fā)生了變化，所以線(xiàn)框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流．當(dāng)線(xiàn)框以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(小于60°)時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量減少，所以在這個(gè)過(guò)程中，線(xiàn)框中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．如果轉(zhuǎn)過(guò)的角度超過(guò)60°，bc邊將進(jìn)入無(wú)磁場(chǎng)區(qū)，那么線(xiàn)框中將不產(chǎn)生感應(yīng)電流(60°～300°)．當(dāng)線(xiàn)框以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)的角度小于60°，則穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量始終保持不變．

答案

ABC第22頁(yè)/共413頁(yè)

3．如圖所示,磁帶錄音機(jī)既可用做錄音，也可用做放音，其主要部件為可勻速行進(jìn)的磁帶a和繞有線(xiàn)圈的磁頭b，不論是錄音還是放音過(guò)程，磁帶或磁隙軟鐵會(huì)存在磁化現(xiàn)象．下面對(duì)于它們?cè)阡浺艉头乓暨^(guò)程中的主要工作原理的描述中，正確的是(

)

A．放音的主要原理是電磁感應(yīng)，錄音的主要原理是電流的磁效應(yīng)

B．錄音的主要原理是電磁感應(yīng)，放音的主要原理是電流的磁效應(yīng)

C．放音和錄音的主要原理都是磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

D．錄音和放音的主要原理都是電磁感應(yīng)第23頁(yè)/共413頁(yè)

解析

放音時(shí)，是被磁化的磁帶把磁隙軟鐵磁化，由于磁帶上的磁分布不均勻，形成變化的磁場(chǎng)，使繞在磁頭b上的線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化，從而在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流；錄音時(shí)，則是磁頭b上線(xiàn)圈的電流發(fā)生變化，從而導(dǎo)致磁隙軟內(nèi)的磁場(chǎng)發(fā)生變化，當(dāng)磁帶經(jīng)過(guò)時(shí)，對(duì)磁帶上磁的作用不同而導(dǎo)致磁帶上的磁重新分布，記錄了聲音信號(hào)，是線(xiàn)圈中電流的磁效應(yīng)．動(dòng)電生磁、動(dòng)磁生電是兩個(gè)不同的過(guò)程，要抓住過(guò)程的本質(zhì)：動(dòng)電生磁是運(yùn)動(dòng)電荷周?chē)墚a(chǎn)生磁場(chǎng)；動(dòng)磁生電是線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化而在閉合線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，要從本質(zhì)上來(lái)區(qū)分它們．

答案

A第24頁(yè)/共413頁(yè)

4．如圖所示，矩形線(xiàn)框abcd的邊長(zhǎng)分別為l1、l2，可繞它的一條對(duì)稱(chēng)軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與OO′垂直，初位置時(shí)線(xiàn)圈平面與B平行，如圖甲所示．

甲乙

(1)初位置時(shí)穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量Φ0為多少？

(2)當(dāng)線(xiàn)框沿圖甲所示方向轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)，通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量Φ2為多少？這一過(guò)程中磁通量的變化量ΔΦ1為多少？

(3)當(dāng)線(xiàn)框繞軸沿圖示方向由圖乙中的a′b′位置再轉(zhuǎn)過(guò)60°位置時(shí)，磁通量Φ3為多少？這一過(guò)程中ΔΦ2＝Φ3－Φ2為多少？第25頁(yè)/共413頁(yè)

解析

本題的關(guān)鍵是分析矩形線(xiàn)框的平面是否與B垂直，只有垂直時(shí)才能應(yīng)用Φ＝B·S，不垂直時(shí)可把面積沿與B垂直方向分解，為能清晰地觀察面積與B夾角的情況，可作出其俯視圖如題圖乙所示．

(1)當(dāng)處于題圖甲所示位置時(shí)，從俯視圖乙可看出沒(méi)有磁感線(xiàn)穿過(guò)矯形線(xiàn)框，故Φ0＝0．

(2)當(dāng)ad邊繞軸(從上往下看)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)60°到a′d′位置時(shí)，線(xiàn)框與B的夾角θ＝60°所以Φ2＝B·Ssin60°＝BS＝Bl1l2

ΔΦ1＝Φ2－Φ0＝BS＝Bl1l2．第26頁(yè)/共413頁(yè)

(3)當(dāng)線(xiàn)框由a′d′位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)60°到a″d″位置時(shí)，線(xiàn)框與B的方向成120°角．所以Φ3＝B·Ssin120°＝BS＝Bl1l2

ΔΦ2＝Φ3－Φ2＝0注意：a′d′位置和a″d″位置相比，穿過(guò)線(xiàn)框磁通量的方向沒(méi)有發(fā)生變化．

答案

(1)0

(2)Bl1l2

Bl1l2

(3)Bl1l2

0第27頁(yè)/共413頁(yè)課時(shí)30楞次定律

課前導(dǎo)航

磁鐵雖然不能吸引銅、鋁等非磁性物質(zhì)，但它可以驅(qū)動(dòng)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的銅、鋁質(zhì)圓盤(pán)．為證實(shí)這點(diǎn)，可做下面的實(shí)驗(yàn)．將一塊鋁板的中心鉆一個(gè)小孔，但不要鉆穿(找不到鋁板，用一小鋁鍋蓋代替也行)．然后用一枚大鋼針把它支撐平穩(wěn)，再用手拿一塊磁性很強(qiáng)的磁鐵，靠近鋁盤(pán)的邊緣上方迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖30－1所示，這時(shí)奇跡就會(huì)出現(xiàn)：鋁盤(pán)也隨著磁極轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了!當(dāng)你改變磁極的轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，鋁盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也隨著改變．

請(qǐng)你思考：圖30－1試解釋鋁盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理．如果磁鐵的S極向下沿著鋁盤(pán)的邊緣轉(zhuǎn)動(dòng)是否也能得出同樣的結(jié)論．第28頁(yè)/共413頁(yè)

基礎(chǔ)梳理基本要求1．通過(guò)探究初步了解決定感應(yīng)電流方向的因素2．能區(qū)別原磁場(chǎng)與感應(yīng)電流的磁場(chǎng)3．知道楞次定律是確定感應(yīng)電流方向的規(guī)律4．會(huì)用右手定則判定感應(yīng)電流的方向發(fā)展要求1．經(jīng)過(guò)對(duì)楞次定律的探究過(guò)程，了解引入中介的意義2．理解楞次定律的內(nèi)容和操作步驟，能運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向3．認(rèn)識(shí)右手定則與楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向第29頁(yè)/共413頁(yè)

知識(shí)精析

一、楞次定律

1．內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化．

2．具體含義：

(1)從磁通量變化的角度來(lái)看，感應(yīng)電流的效果總是要阻礙原來(lái)磁通量(即引起感應(yīng)電流的磁通量)的變化．

(2)從導(dǎo)體和磁體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)看，感應(yīng)電流的效果總是要阻礙它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)．總之，感應(yīng)電流的效果總是要反抗引起感應(yīng)電流的原因．第30頁(yè)/共413頁(yè)

二、對(duì)楞次定律的理解

1．定律中有兩個(gè)磁場(chǎng)——原磁場(chǎng)甲和感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)乙，兩者的關(guān)系為：甲的變化引起乙，乙阻礙甲發(fā)生變化．

2．“阻礙”不等于“阻止”，它只延滯原磁通量的變化而不是使磁通量停止變化．“阻礙”不僅有“反抗”的含義，還有“補(bǔ)償”的含義，即反抗磁通量的增加，補(bǔ)償磁通量的減少．

3．注意：定律中“引起感應(yīng)電流的磁通量”不能簡(jiǎn)單地理解為原磁通量，應(yīng)為產(chǎn)生電磁感應(yīng)回路的“總磁通量”．第31頁(yè)/共413頁(yè)

三、楞次定律的應(yīng)用的基本步驟：

1．明確原磁場(chǎng)的方向．

2．明確原磁通量的變化．

3．根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向．

4．根據(jù)右手定則確定感應(yīng)電流的方向．

四、右手定則

1．作用：判定導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向．

2．內(nèi)容：伸開(kāi)右手，使大拇指與其余四指在同一平面內(nèi)并跟四指垂直，讓磁感線(xiàn)穿入手心，使大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向．

3．與楞次定律的關(guān)系：右手定則是楞次定律得出的一個(gè)推論．第32頁(yè)/共413頁(yè)

方法探究

一、利用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向

例1

如圖30－2甲所示，閉合金屬圓環(huán)垂直于磁場(chǎng)方向放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將它從勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速拉出，以下列說(shuō)法正確的是(

)

A．向左或向右拉出時(shí)，環(huán)中的感應(yīng)電流的方向相同

B．向左或向右拉出時(shí)，環(huán)中的感應(yīng)電流的方向相反

圖30－2甲

C．向左或向右拉出時(shí)，環(huán)中的感應(yīng)電流的方向都是沿順時(shí)針?lè)较?/p>

D．向左或向右拉出時(shí)，環(huán)中的感應(yīng)電流的方向都是沿逆時(shí)針?lè)较虻?3頁(yè)/共413頁(yè)

解析解法一圓環(huán)中感應(yīng)電流的方向，取決于圓環(huán)中磁通量的變化情況．不論向左或向右將圓環(huán)拉出磁場(chǎng)，圓環(huán)中垂直紙面向里的磁通量都要減少，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相同，即都垂直紙面向里，應(yīng)用安培定則可以判斷出感應(yīng)電流沿順時(shí)針?lè)较颍夥ǘ鐖D30－2乙所示，當(dāng)閉合圓環(huán)向左從磁場(chǎng)中出來(lái)時(shí)，還在磁場(chǎng)中部分圓弧向左切割磁感線(xiàn)，由右手定則可得電流的方向沿順時(shí)針?lè)较颍畧D30－2乙第34頁(yè)/共413頁(yè)

如圖30－2丙所示，當(dāng)閉合圓環(huán)向右從磁場(chǎng)中出來(lái)時(shí)，還在磁場(chǎng)中的部分圓弧向右切割磁感線(xiàn)，由右手定則可得感應(yīng)電流的方向也沿順時(shí)針?lè)较颍?/p>

圖30－2丙

答案

AC

點(diǎn)評(píng)

楞次定律是用來(lái)確定感應(yīng)電流的方向的，然而定律中沒(méi)有直接給出感應(yīng)電流的方向，而只是提及感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，由此來(lái)確定感應(yīng)電流的方向．第35頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練1

電阻R、電容C與一線(xiàn)圈連成閉合電路，一條形磁鐵靜止于線(xiàn)圈的正上方，N極朝下，如圖30－3所示．現(xiàn)使磁鐵開(kāi)始自由下落，在N極接近線(xiàn)圈上端的過(guò)程中，流過(guò)R的電流方向和電容器極板的帶電情況分別是[2007年高考·寧夏理綜卷](

)

圖30－3

A．從a到b，上極板帶正電B．從a到b，下極板帶正電

C．從b到a，上極板帶正電D．從b到a，下極板帶正電第36頁(yè)/共413頁(yè)

解析磁鐵下落時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁感線(xiàn)方向向下，磁通量增大，故線(xiàn)圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向豎直向上．由安培定則可知流過(guò)R的電流的方向?yàn)閎→R→a，電容器的下極板帶正電．

答案

D

點(diǎn)評(píng)

①線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流方向與線(xiàn)圈的繞向有關(guān)，但無(wú)論繞向如何，線(xiàn)圈都是排斥磁鐵的．②此線(xiàn)圈相當(dāng)于一電源，電路的各種特性可根據(jù)電路規(guī)律來(lái)斷定．第37頁(yè)/共413頁(yè)

二、感應(yīng)電流受到的安培力

例2

如圖30－4甲所示，在兩根沿水平方向放置的光滑平行導(dǎo)軌上有兩根平行金屬棒MN、PQ，整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)PQ棒以vPQ向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，MN棒將(

)

圖30－4甲

A．向右運(yùn)動(dòng)

B．向左運(yùn)動(dòng)

C．若MN的質(zhì)量足夠小，最終可達(dá)到vMN＞vPQ

D．仍靜止不動(dòng)第38頁(yè)/共413頁(yè)

解析

當(dāng)PQ棒向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩棒及導(dǎo)軌組成的閉合回路中的磁通量變大，由楞次定律(或右手定則)可判定感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?俯視時(shí))，再由左手定則可知MN、PQ棒受到的安培力如圖30－4乙所示，故金屬棒MN向右運(yùn)動(dòng)．

圖30－4乙

假設(shè)金屬棒MN能加速至速度vPQ，則回路中的磁通量不再變化，感應(yīng)電流消失，故MN棒的速度只能趨近于vPQ，不可能超過(guò)vPQ．

答案

A第39頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練2

如圖30－5甲所示，水平面上放置著兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上面擱置兩根金屬棒ab和cd，它們能在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)．現(xiàn)有一條形磁鐵正豎直插入ab和cd棒之間，則ab和cd棒的運(yùn)動(dòng)情況為(

)

A．相互靠近

B．相互遠(yuǎn)離圖30－5甲

C．靜止不動(dòng)

D．a(chǎn)b和cd棒所受安培力及運(yùn)動(dòng)情況與磁鐵下端的極性有關(guān)，故無(wú)法確定它們的運(yùn)動(dòng)情況第40頁(yè)/共413頁(yè)

解析

當(dāng)磁鐵的下端分別為N極和S極時(shí)，穿過(guò)回路的磁感線(xiàn)、感應(yīng)電流方向、兩金屬棒所受的安培力分別如圖30－5乙、丙所示．故知兩金屬棒將相互靠近．

乙丙

答案

A

點(diǎn)評(píng)

①防止錯(cuò)誤的思維方式：認(rèn)為兩金屬棒中的電流平行反向，相互排斥．因?yàn)閮山饘侔糁械母袘?yīng)電流的磁場(chǎng)一定小于條形磁鐵在該區(qū)域產(chǎn)生的磁場(chǎng)．②本例中由牛頓第三定律知條形磁鐵所受的磁場(chǎng)力阻礙其向下運(yùn)動(dòng)，兩金屬棒相互靠攏，也典型地說(shuō)明了“阻礙”的物理意義．圖30－5第41頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練3

如圖30－6所示，用一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量不計(jì)的細(xì)桿與一個(gè)上弧長(zhǎng)為l0、下弧長(zhǎng)為d0的金屬線(xiàn)框的中點(diǎn)連接并懸掛于O點(diǎn)，懸點(diǎn)正下方存在一個(gè)上弧長(zhǎng)為2l0、下弧長(zhǎng)為2d0的方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且d0?L．先將線(xiàn)框拉開(kāi)到如圖所示位置，松手后讓線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)，忽略空氣阻力和摩擦．下列說(shuō)法正確的是[2006年高考·廣東物理卷](

)

圖30－6第42頁(yè)/共413頁(yè)

A．金屬線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→b→c→d→a

B．金屬線(xiàn)框離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a

C．金屬線(xiàn)框dc邊進(jìn)入磁場(chǎng)與ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)的速度大小總是相等

D．金屬線(xiàn)框最終將在磁場(chǎng)內(nèi)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

解析

解法一利用楞次定律和右手定則判斷感應(yīng)電流方向．線(xiàn)框進(jìn)入時(shí)，原磁場(chǎng)向里，磁通量增加，由楞次定律知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向外，再由安培定則知，感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a；同理，線(xiàn)框離開(kāi)時(shí)，感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→b→c→d→a，故選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤．第43頁(yè)/共413頁(yè)解法二由右手定則判斷感應(yīng)電流方向．線(xiàn)框進(jìn)入時(shí)，cd邊向左切割磁感線(xiàn)，由右手定則知，感應(yīng)電流方向?yàn)閍→d→c→b→a；離開(kāi)時(shí)，ab邊向左切割感線(xiàn)，由右手定則知，感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→a．故選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤．由能量守恒定律知，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再轉(zhuǎn)化為焦耳熱，故線(xiàn)框速度減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．線(xiàn)圈不出磁場(chǎng)，磁通量不變化，由于d0?L，所以線(xiàn)框最終做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確．

答案

D第44頁(yè)/共413頁(yè)

互動(dòng)平臺(tái)

育才老師和細(xì)心同學(xué)關(guān)于楞次定律理解的對(duì)話(huà)

細(xì)心：老師如何理解“課前導(dǎo)航”中鋁盤(pán)隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象．

育才：這一現(xiàn)象能非常典型的說(shuō)明楞次定律中“阻礙”的含義．鋁盤(pán)可以看成許多的閉合“回路”，考慮磁極正下方的回路，與磁極轉(zhuǎn)開(kāi)時(shí)，“回路”中磁通量減小而產(chǎn)生感應(yīng)電流，一方面感應(yīng)電流的磁場(chǎng)一定阻礙磁通量的減小，另一方面感應(yīng)電流受到的安培力會(huì)使“回路”跟隨磁極運(yùn)動(dòng)以“阻礙磁通量”的變化．

細(xì)心：明白了，老師！情境如圖所示，而且當(dāng)S極向下時(shí)，“回路”所處的磁場(chǎng)方向和感應(yīng)電流方向都與“N”極向下時(shí)相反，故“回路”受到安培力的方向相同，鋁盤(pán)一樣會(huì)隨磁極轉(zhuǎn)動(dòng)．第45頁(yè)/共413頁(yè)

粗心同學(xué)與細(xì)心同學(xué)關(guān)于感應(yīng)電流方向的確定方法的對(duì)話(huà)

粗心：學(xué)完楞次定律，我還是沒(méi)有明白感應(yīng)電流方向是如何判定的．

細(xì)心：楞次定律并沒(méi)有直接給出感應(yīng)電流的方向，只是給出了判定感應(yīng)電流方向的原則．首先，你能確定閉合電路原磁場(chǎng)(引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng))的方向嗎？

粗心：能．

細(xì)心：好，那你能否判斷閉合電路的磁通量是否變化以及如何變化？

粗心：當(dāng)然能，根據(jù)公式Φ＝BSsinθ就可判斷．

細(xì)心：那就好，接著你就可以根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向．

粗心：哦，如果磁通量增加，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反；若磁通量減少，則兩磁場(chǎng)的方向就相同．

細(xì)心：不錯(cuò)，到此時(shí)要判斷感應(yīng)電流的方向還不容易嗎？

粗心：讓我再仔細(xì)想想！接著只需根據(jù)安培定則，就可確定感應(yīng)電流的方向，是不是？

細(xì)心：沒(méi)錯(cuò)，你終于明白了．第46頁(yè)/共413頁(yè)

互動(dòng)訓(xùn)練

1．根據(jù)楞次定律知：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)一定是(

)

A．阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量

B．與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反

C．阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的磁通量的變化

D．與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同

解析

感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的磁通量的變化．

答案

C第47頁(yè)/共413頁(yè)

2．圖示為一種早期發(fā)電機(jī)的原理示意圖，該發(fā)電機(jī)由固定的圓形線(xiàn)圈和一對(duì)用鐵芯連接的圓柱形磁鐵構(gòu)成，兩磁極相對(duì)于線(xiàn)圈平面對(duì)稱(chēng)．在磁極繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，磁極中心在線(xiàn)圈平面上的投影沿圓弧XOY運(yùn)動(dòng)(O是線(xiàn)圈中心)，則[2009年高考·重慶理綜卷](

)

A．從X到O，電流由E經(jīng)流向F，先增大再減小

B．從X到O，電流由F經(jīng)流向E，先減小再增大

C．從O到Y(jié)，電流由F經(jīng)流向E，先減小再增大

D．從O到Y(jié)，電流由E經(jīng)流向F，先增大再減小第48頁(yè)/共413頁(yè)

解析

在磁極繞轉(zhuǎn)軸從X到O勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈平面的磁通量向上增大，根據(jù)楞次定律可知，線(xiàn)圈中產(chǎn)生瞬時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，電流由F經(jīng)流向E，又導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E感＝BLv，由導(dǎo)線(xiàn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度先增后減可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先增加后減小，則電流先增大再減小，選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤；在磁極繞轉(zhuǎn)軸從O到Y(jié)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈平面的磁通量向上減小，根據(jù)楞次定律可知，線(xiàn)圈中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，電流由E經(jīng)流向F，又導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E感＝BLv，由導(dǎo)線(xiàn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度先增后減可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先增加后減小，則電流先增大再減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確．

答案

D第49頁(yè)/共413頁(yè)

3．如圖所示，ab是一個(gè)可繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的閉合線(xiàn)圈，在滑動(dòng)變阻器R的滑片P自左向右滑動(dòng)的過(guò)程中，ab線(xiàn)圈將(

)

A．靜止不動(dòng)

B．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

C．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

D．發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因電源的正負(fù)極不明，故無(wú)法確定轉(zhuǎn)動(dòng)的方向第50頁(yè)/共413頁(yè)

解析

當(dāng)P向右滑動(dòng)時(shí)，電路中的總電阻減小，因此通過(guò)線(xiàn)圈的電流增大，電磁鐵兩磁極間的磁場(chǎng)增強(qiáng)，穿過(guò)線(xiàn)圈ab的磁通量增加，線(xiàn)圈ab中有感應(yīng)電流，線(xiàn)圈ab受磁場(chǎng)力的作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)．直接使用楞次定律中的“阻礙”，線(xiàn)圈ab中的感應(yīng)電流要阻礙原磁通量的增加，就會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)改變與磁場(chǎng)的正對(duì)面積來(lái)阻礙原磁通量的增加，只有逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)才會(huì)減小有效面積，以阻礙磁通量的增加，故選項(xiàng)B正確．

答案

B第51頁(yè)/共413頁(yè)

4．如圖所示，金屬棒ab置于水平放置的U形光滑導(dǎo)軌上，在ef右側(cè)存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下；在ef左側(cè)的無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導(dǎo)軌在同一平面內(nèi)．當(dāng)金屬棒ab在水平恒力F作用下從磁場(chǎng)左邊界ef處由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)后，圓環(huán)L有________(填“收縮”或“擴(kuò)張”)趨勢(shì)，圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流________(填“變大”、“變小”或“不變”)．[2009年高考·上海物理卷]第52頁(yè)/共413頁(yè)

解析

由于金屬棒ab在恒力F的作用下向右運(yùn)動(dòng)，則abcd回路中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，則在圓環(huán)處產(chǎn)生垂直于紙面向外的磁場(chǎng)，隨著金屬棒向右加速運(yùn)動(dòng)，圓環(huán)的磁通量將增大，依據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)將有收縮的趨勢(shì)以阻礙圓環(huán)的磁通量增大；又由于金屬棒向右運(yùn)動(dòng)的加速度減小，單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化率減小，所以在圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流不斷減小．

答案

收縮變小第53頁(yè)/共413頁(yè)課時(shí)31法拉第電磁感應(yīng)定律

課前導(dǎo)航

課本中講“不論用什么方法，只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生，這種利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象”．

請(qǐng)你思考：

1．是否一定要電路閉合才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？

2．是否一定要電路閉合才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？

3．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與哪些因素有關(guān)？第54頁(yè)/共413頁(yè)

基礎(chǔ)梳理基本要求1．了解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，知道產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源2．知道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量變化快慢有關(guān)3．理解磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量,能區(qū)別磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率三個(gè)概念4．理解法拉第電磁感應(yīng)定律，掌握表達(dá)式5．知道導(dǎo)體垂直切割磁感線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式，并能應(yīng)用于簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題6．會(huì)用法拉第電磁感應(yīng)定律解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題發(fā)展要求1．會(huì)推導(dǎo)導(dǎo)體垂直切割磁感線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式2．了解反電動(dòng)勢(shì)的概念，知道電動(dòng)機(jī)由于機(jī)械故障停轉(zhuǎn)時(shí)燒毀的原因說(shuō)明1．導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，只限于l

、B、v三者垂直的情形2．不要求計(jì)算涉及反電動(dòng)勢(shì)的問(wèn)題第55頁(yè)/共413頁(yè)

知識(shí)精析

一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1．定義：在產(chǎn)生感應(yīng)電流的閉合電路中，必定有電動(dòng)勢(shì)存在，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．

2．電動(dòng)勢(shì)是表征電源特性的物理量，因此產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源．

二、法拉第電磁感應(yīng)定律

1．內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比．

2．磁通量的變化率若t1時(shí)刻穿過(guò)閉合電路的磁通量為Φ1，t2時(shí)刻穿過(guò)閉合電路的磁通量為Φ2，則在時(shí)間Δt＝t2－t1內(nèi)，磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1，磁通量的變化率k＝．第56頁(yè)/共413頁(yè)說(shuō)明：穿過(guò)一個(gè)平面的磁通量大時(shí)，磁通量的變化量不一定大，磁通量的變化率也不一定大；磁通量的變化量大時(shí)，磁通量和磁通量的變化率不一定大；磁通量的變化率大時(shí)，磁通量和磁通量的變化量也不一定大，三者的大小關(guān)系沒(méi)有必然的聯(lián)系．

3．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小公式：E＝單位：1V＝1Wb/s．

4．產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，其本身的電阻可視為電源的內(nèi)阻，其余部分則為外電路．如果是穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且線(xiàn)圈的匝數(shù)為n，相當(dāng)于n個(gè)單匝線(xiàn)圈串聯(lián)而成的電源，則電動(dòng)勢(shì)E＝n．如果把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的這一部分導(dǎo)體與電路構(gòu)第57頁(yè)/共413頁(yè)一閉合回路，則回路中的感應(yīng)電流I＝，其中r、R分別表示內(nèi)電路、外電路中的電阻．

5．推導(dǎo)式：當(dāng)直導(dǎo)線(xiàn)垂直置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,垂直磁感線(xiàn)做平動(dòng)切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E＝BLv．

6．E＝n與E＝BLv的關(guān)系

(1)E＝BLv為法拉第電磁感應(yīng)定律的推導(dǎo)式，推導(dǎo)過(guò)程如下：①長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)線(xiàn)垂直置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以速度v做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為甲乙B(如圖31－1甲所示)；圖31－1第58頁(yè)/共413頁(yè)②假設(shè)直導(dǎo)線(xiàn)處于如圖31－1乙所示的虛擬閉合回路中，則在很短時(shí)間內(nèi)有：

③在虛擬的閉合回路中，直導(dǎo)線(xiàn)MN相當(dāng)于電源，電源的電動(dòng)勢(shì)與外電路是否存在有關(guān)，故直導(dǎo)線(xiàn)MN切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv．

(2)公式E＝BLv可求某時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而E＝n一般用于求Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只有Δt→0時(shí)，該公式才表示瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)．第59頁(yè)/共413頁(yè)

三、感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1．某導(dǎo)體做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或其所圍成面的磁通量發(fā)生變化，該導(dǎo)體上就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，與該導(dǎo)體所在的電路是否閉合無(wú)關(guān)．

2．只有在閉合回路中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．

四、反電動(dòng)勢(shì)

1．電路中的電動(dòng)機(jī)在安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而且該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總是阻礙通過(guò)其中的電流，削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用，故稱(chēng)之為反電動(dòng)勢(shì)．第60頁(yè)/共413頁(yè)

2．在含電動(dòng)機(jī)的直流電路中(如圖31－2所示)

圖31－2

(1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于反電動(dòng)勢(shì)的存在，有：

I＜(電動(dòng)機(jī)的輸出功率P輸＝UI－I2r)；

(2)當(dāng)由于電流大小或其他原因致使電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有：

I＝．第61頁(yè)/共413頁(yè)

方法探究

一、線(xiàn)圈不動(dòng)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化

例1

如圖31－3所示，用均勻?qū)Ь€(xiàn)做成的一個(gè)正方形線(xiàn)框的邊長(zhǎng)為0.2m，線(xiàn)框的一半放在與其垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)磁場(chǎng)以每0.1s增加1T的規(guī)律變化時(shí)，線(xiàn)框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多大？

圖31－3第62頁(yè)/共413頁(yè)

解析

依題意有，磁場(chǎng)的變化率為：

由法拉第電磁感應(yīng)定律，有：

答案

0.2V

點(diǎn)評(píng)

①磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，ΔΦ是因?yàn)锽的變化引起的,即ΔΦ＝ΔB·S.則計(jì)算電動(dòng)勢(shì)E時(shí),有E＝S．②公式中的面積S應(yīng)為有效面積，本題中為正方形面積的一半．第63頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練1

如圖31－4甲所示，環(huán)形線(xiàn)圈的匝數(shù)n＝100，它的兩個(gè)端點(diǎn)a和b間接有一理想電壓表，線(xiàn)圈內(nèi)磁通量的變化規(guī)律如圖31－4乙所示，則Uab＝______．

甲乙圖31－4

解析

由Φ－t圖象可知，線(xiàn)圈中的磁通量的變化率為＝0.5Wb/s故Uab＝E＝n＝50V．

答案

50V第64頁(yè)/共413頁(yè)

二、導(dǎo)體做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv．運(yùn)用此公式時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)．

(1)公式E＝BLv中的L應(yīng)理解為有效長(zhǎng)度．例如，如圖31－5所示的情形，導(dǎo)體棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，沿水平方向向右做切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不是E＝BLv，而是E＝BLvsinθ，其中Lsinθ為導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)的有效長(zhǎng)度．

圖31－5第65頁(yè)/共413頁(yè)有時(shí)公式中的速度v應(yīng)理解為有效速度，即垂直于磁感線(xiàn)方向上的分速度．如圖31－6所示的情形，速度v與磁場(chǎng)方向成θ角，可將速度v正交分解，v1為垂直于磁感線(xiàn)方向的分速度，垂直切割磁感線(xiàn)；v2為平行于磁感線(xiàn)方向的分速度，不切割磁感線(xiàn)．因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為E＝BLv1＝BLvsinθ．

圖31－6第66頁(yè)/共413頁(yè)上述兩種情況都得到公式E＝BLvsinθ，那么是不是只記住這個(gè)公式就可以了呢？其實(shí)這只是一種巧合．如果上述第二種情況中取速度v與水平方向之間的夾角為θ，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BLvcosθ．因此，同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中不要死記硬背這個(gè)公式，而應(yīng)理解好公式E＝BLv中各物理量的含義．

(2)若v表示瞬時(shí)速度，則E指瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若v表示平均速度，則E表示平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．

(3)導(dǎo)線(xiàn)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞一端旋轉(zhuǎn)垂直切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BL2ω．第67頁(yè)/共413頁(yè)

例2

如圖31－7甲所示，水平放置的金屬框架abcd的寬度l＝0.5m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)與框架平面成30°角，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，框架的電阻不計(jì)，金屬桿MN置于框架上且可以無(wú)摩擦地滑動(dòng)，桿MN的質(zhì)量m＝0.05kg，電阻R＝0.2Ω．現(xiàn)對(duì)MN施加一水平向右的拉力F，使之運(yùn)動(dòng)．問(wèn)：當(dāng)桿MN水平勻速運(yùn)動(dòng)的速度為多大時(shí)，它對(duì)框架的壓力恰好為零？此時(shí)的水平拉力F應(yīng)為多大？(取g＝10m/s2)

圖31－7甲第68頁(yè)/共413頁(yè)

解析

當(dāng)金屬桿對(duì)框架無(wú)壓力時(shí)的受力情況如圖31－7乙所示，根據(jù)平衡條件得此時(shí)的水平拉力為：

圖31－7乙

F＝mgtan30°＝0.05×10×N≈0.29N安培力大小F安＝設(shè)桿MN勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v，則：

MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLvsin30°第69頁(yè)/共413頁(yè)閉合電路中的感應(yīng)電流I＝安培力F安＝BIL聯(lián)立可得金屬桿勻速運(yùn)動(dòng)的速度為：

v＝＝m/s≈3.7m/s．

答案

3.7m/s

0.29N

點(diǎn)評(píng)桿MN的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向成30°角，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用公式E＝Blvsinθ求解，金屬桿MN和磁場(chǎng)方向垂直，求安培力用F＝BIl．第70頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練2

如圖31－8所示，矩形線(xiàn)圈abcd的匝數(shù)n＝50，ab邊的長(zhǎng)度l1＝0.4m，bc邊的長(zhǎng)度l2＝0.2m，整個(gè)線(xiàn)圈的電阻R＝2Ω．線(xiàn)圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以?xún)啥踢呏悬c(diǎn)的連線(xiàn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω＝50rad/s．求：圖31－8

(1)線(xiàn)圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)．

(2)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)．第71頁(yè)/共413頁(yè)

解析

(1)線(xiàn)圈在圖示位置時(shí)，穿過(guò)的磁通量Φ1＝Bl1l2線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，穿過(guò)的磁通量Φ2＝0線(xiàn)圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，磁通量的改變量為：

ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝Bl1l2經(jīng)歷的時(shí)間為：線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，其平均電動(dòng)勢(shì)為：第72頁(yè)/共413頁(yè)

(2)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，線(xiàn)圈的長(zhǎng)邊l1切割磁感線(xiàn)的速度為：v＝因線(xiàn)圈的兩條邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)線(xiàn)圈回路來(lái)說(shuō)是串聯(lián)的，故線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為：

E＝2nBl1v＝nBl1l2ω＝50×0.1×0.4×0.2×50V＝20V．

答案

(1)V

(2)20V第73頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練3

如圖31－9甲所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒MN置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，現(xiàn)使MN棒在垂直磁場(chǎng)平面內(nèi)繞M端逆時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)，角速度為ω．求：MN棒上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．

圖31－9甲第74頁(yè)/共413頁(yè)

解析

假設(shè)MN棒處于如圖31－9乙所示的電路中，圖31－9乙

則在Δt時(shí)間內(nèi)MN棒轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ＝ω·Δt；回路中磁通量的增加量ΔΦ＝B·L·Lθ故MN棒上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E＝＝BL2ω．

答案

BL2ω

點(diǎn)評(píng)

金屬棒在勻磁場(chǎng)中繞其一端旋轉(zhuǎn)垂直切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BL2ω．第75頁(yè)/共413頁(yè)

互動(dòng)平臺(tái)

育才老師和細(xì)心同學(xué)關(guān)于的對(duì)話(huà)

細(xì)心：是指磁通量的變化率，指的是磁通量變化的快慢，而不是磁通量變化的多少，更不是磁通量的大?。鼈冎g的關(guān)系非常類(lèi)似高一力學(xué)中速度、速度的變化及加速度()三者之間的關(guān)系．這樣理解對(duì)嗎？

育才：非常正確！學(xué)習(xí)物理就要善于將物理知識(shí)進(jìn)行類(lèi)比，這樣既能牢固掌握知識(shí)，又能學(xué)會(huì)思考問(wèn)題的方法．第76頁(yè)/共413頁(yè)

粗心同學(xué)和細(xì)心同學(xué)關(guān)于E=n與E=BLv·sin

的對(duì)話(huà)

粗心：公式E＝n和公式E＝BLv·sinθ都是計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式，兩者可以通用，沒(méi)有什么區(qū)別．

細(xì)心：你沒(méi)有理解兩者的含義，前者是求解Δt時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)，而后者是求解瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)．但兩公式又是統(tǒng)一的，公式E＝n中當(dāng)Δt→0時(shí)，則求出的E為瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)；公式E＝BLvsinθ中當(dāng)v代入平均速度時(shí)，則求出的E為平均電動(dòng)勢(shì)．

粗心：看來(lái)我還得仔細(xì)地領(lǐng)會(huì)這兩個(gè)公式的物理意義．

細(xì)心：那當(dāng)然啰！第77頁(yè)/共413頁(yè)

互動(dòng)訓(xùn)練

1．粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線(xiàn)框置于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線(xiàn)框平面，其邊界與正方形線(xiàn)框的邊平行．現(xiàn)使線(xiàn)框以同樣大小的速度沿四個(gè)不同的方向平移出磁場(chǎng)，如圖所示．則在移出過(guò)程中線(xiàn)框的一邊a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差的絕對(duì)值最大的是(

)第78頁(yè)/共413頁(yè)

解析

在四個(gè)圖中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小相等，線(xiàn)框中感應(yīng)電流的大小也相等，設(shè)電流為I，線(xiàn)框每邊的電阻為r．則在選項(xiàng)A、C、D中，ab邊均是電源的負(fù)載，故Uab＝Ir；而在選項(xiàng)B中，ab是電源，Uab為路端電壓，外電阻為3r，即Uab＝3Ir．所以選項(xiàng)B正確．

答案

B第79頁(yè)/共413頁(yè)

2．如圖甲所示，一導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心．環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直．導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，M端通過(guò)滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸．在圓心和圓環(huán)間連有電阻R．桿OM以勻角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，t＝0時(shí)恰好在圖示位置．規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向?yàn)檎?，圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻忽略不計(jì)，則桿從t＝0開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，電流隨ωt變化的圖象是[2009年高考·寧夏理綜卷](

)第80頁(yè)/共413頁(yè)第81頁(yè)/共413頁(yè)

解析

依據(jù)左手定則可知，在0～內(nèi)，電流方向由M到O，在電阻R內(nèi)則是由b到a,為負(fù)值，且大小為I＝,為一定值；在～π內(nèi)，沒(méi)有感應(yīng)電流；在π～π內(nèi)，沒(méi)有感應(yīng)電流；在π～π內(nèi)，電流的方向相反，即沿正方向；在～2π內(nèi)，沒(méi)有感應(yīng)電流．因此選項(xiàng)C正確．

答案

C第82頁(yè)/共413頁(yè)

3．如圖甲所示，一個(gè)電阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線(xiàn)圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路，線(xiàn)圈的半徑為r1．在線(xiàn)圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線(xiàn)圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線(xiàn)如圖乙所示，圖線(xiàn)與橫縱軸的截距分別為t0和B0．導(dǎo)線(xiàn)的電阻不計(jì)．求0～t1時(shí)間內(nèi)

(1)通過(guò)電阻R1上的電流大小和方向．

(2)通過(guò)電阻R1上的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量．[2009年高考·廣東物理卷]

甲乙第83頁(yè)/共413頁(yè)

解析

(1)由圖象分析可知，0～t1時(shí)間內(nèi)，由法拉第電磁感應(yīng)定律有：而S＝πr22由閉合電路歐姆定律有：I1＝聯(lián)立以上各式解得：通過(guò)電阻R1上的電流大小I1＝由楞次定律可判斷，通過(guò)電阻R1上的電流方向?yàn)閺腷到a．第84頁(yè)/共413頁(yè)

(2)通過(guò)電阻R1上的電荷量q＝I1t1＝

電阻R1上產(chǎn)生的熱量Q＝I12R1t1＝．

答案

(1)，方向由b到a通過(guò)R1

(2)第85頁(yè)/共413頁(yè)課時(shí)32電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用

課前導(dǎo)航

1831年10月28日，法拉第在一次會(huì)議上展示了他發(fā)明的圓盤(pán)發(fā)電機(jī)(如圖32－1所示)．它是利用電磁感應(yīng)的原理制成的，是人類(lèi)歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)．據(jù)說(shuō)，在法拉第表演他的圓盤(pán)發(fā)電機(jī)時(shí)，一位貴婦人問(wèn)道：“法拉第先生，這東西有什么用呢？”法拉第答道：“夫人，一個(gè)剛剛出生的嬰兒有什么用呢？”

圖32－1

請(qǐng)你思考：

1．圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的原理是什么？

2．圓盤(pán)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓與哪些因素有關(guān)？第86頁(yè)/共413頁(yè)

基礎(chǔ)梳理基本要求1．初步了解感生電場(chǎng)和感生電動(dòng)勢(shì)2．初步了解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和電磁感應(yīng)中的洛倫茲力的作用3．知道感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的兩種不同的類(lèi)型發(fā)展要求會(huì)求解與電路分析、電路計(jì)算相結(jié)合的簡(jiǎn)單電磁感應(yīng)問(wèn)題第87頁(yè)/共413頁(yè)

知識(shí)精析

一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的機(jī)制

1．因感而生英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為：磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一個(gè)環(huán)形電場(chǎng)——感生電場(chǎng)．如果此時(shí)空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在這個(gè)電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說(shuō)導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．在這種情況下，所謂的非靜電力就是這種感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用．由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為感生電動(dòng)勢(shì)，即：第88頁(yè)/共413頁(yè)

2．因動(dòng)而生如圖32－2所示，以勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)著的直導(dǎo)線(xiàn)ab作為研究對(duì)象，當(dāng)它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以速度v勻速切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子也同樣在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)．因此電子要受到洛倫茲力的作用，即F洛＝evB．在洛倫茲力的作用下，自由電子由a端向b端運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在b端就聚集了負(fù)電荷，則a端就出現(xiàn)了等量的正電荷．當(dāng)兩端的正負(fù)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電場(chǎng)作用于自由電子的電場(chǎng)力與自由電子受到的洛倫茲力相等時(shí)，電子就不運(yùn)動(dòng)而達(dá)到平衡．如果用導(dǎo)線(xiàn)將兩端連起來(lái)，就產(chǎn)生了電流，運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線(xiàn)就是電源，洛倫茲力就是不斷地把自由電子從電源的正極拉到負(fù)極,使電路里產(chǎn)生穩(wěn)定持續(xù)的電流．圖32－2

第89頁(yè)/共413頁(yè)由導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，即：

E2＝BLvsinθ．注意：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是由洛倫茲力使正(負(fù))自由電荷向正(負(fù))極聚集形成的，但洛倫茲力并非電動(dòng)勢(shì)定義中電源內(nèi)部對(duì)電荷做功的非靜電力，因?yàn)槁鍌惼澚τ肋h(yuǎn)不會(huì)做功．

3．若某一回路中同時(shí)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化和切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，則有：

E＝＝S·＋B＝S＋BLvsinθ．第90頁(yè)/共413頁(yè)

二、感應(yīng)電路分析求解電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題的關(guān)鍵是分析清楚哪是內(nèi)電路，哪是外電路．“切割”磁感線(xiàn)的導(dǎo)體和磁通量變化的線(xiàn)圈都相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于內(nèi)阻，而其余部分的電路則是外電路．解決此類(lèi)問(wèn)題的基本步驟：

(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向．

(2)畫(huà)等效電路：感應(yīng)電流的方向是電源內(nèi)部的電流方向．

(3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律，結(jié)合串、并聯(lián)電路的規(guī)律以及電功率的計(jì)算公式聯(lián)立求解．第91頁(yè)/共413頁(yè)

三、感應(yīng)電路的動(dòng)力學(xué)及能量問(wèn)題

1．受力與運(yùn)動(dòng)電磁感應(yīng)與物理學(xué)的其他知識(shí)的聯(lián)系十分廣泛，它可以和電路結(jié)合，也可以和磁場(chǎng)、力學(xué)內(nèi)容綜合，分析導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化及能量轉(zhuǎn)化情況．其基本的綜合形式為：

2．能量問(wèn)題磁通量發(fā)生變化在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程中，機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，通有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中通過(guò)安培力做功、電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或內(nèi)能，因此電磁感應(yīng)過(guò)程總是伴隨著能量的變化．第92頁(yè)/共413頁(yè)

方法探究

一、感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)

例1

一個(gè)正方形線(xiàn)圈邊長(zhǎng)a＝0.2m，共有n＝100匝．正方形所在的區(qū)域存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直線(xiàn)圈所在平面，如圖32－3甲所示．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖32－3乙所示時(shí)，電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多大？

甲乙圖32－3第93頁(yè)/共413頁(yè)

解析

從B－t圖象可知＝T/s＝10T/s，可得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E＝nS()＝100×0.04×10V＝40V．

答案

40V

點(diǎn)評(píng)

分析清楚產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原因，再根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，選擇準(zhǔn)確的公式求解．第94頁(yè)/共413頁(yè)

例2

如圖32－4所示，一個(gè)足夠長(zhǎng)的U形金屬導(dǎo)軌固定在水平面內(nèi)，兩導(dǎo)軌間的寬度L＝0.50m，一根均勻金屬棒ab橫跨在導(dǎo)軌上且接觸良好．該軌道平面處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.5T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．

圖32－4

(1)當(dāng)金屬棒以速度v＝5m/s勻速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。?/p>

(2)當(dāng)金屬棒以a＝4.0m/s2的加速度做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，求：t＝10s時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小和10s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大?。?5頁(yè)/共413頁(yè)

解析

(1)當(dāng)金屬棒勻速切割磁感線(xiàn)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為：

E＝BLv＝0.5×0.5×5V＝1.25V．

(2)當(dāng)金屬棒勻加速切割磁感線(xiàn)時(shí)，t＝10s時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

E＝BLv＝BLat＝0.5×0.5×4.0×10V＝10V

10s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

答案

(1)1.25V

(2)10V

5V第96頁(yè)/共413頁(yè)

點(diǎn)評(píng)

由于回路面積變化而引起磁通量變化，則有E＝nB．假如所研究的對(duì)象是導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其特殊表現(xiàn)形式為E＝Blv，其中B、l和v兩兩相互垂直，應(yīng)用時(shí)要注意：①l應(yīng)取其與B和v垂直的等效長(zhǎng)度；②當(dāng)v為瞬時(shí)速度時(shí)，對(duì)應(yīng)的E應(yīng)是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)v是平均速度時(shí)，對(duì)應(yīng)的E應(yīng)是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．第97頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練1

如圖32－5所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每米導(dǎo)軌的電阻r0＝0.10Ω，導(dǎo)軌的端點(diǎn)P、Q用電阻可忽略的導(dǎo)線(xiàn)相連，兩導(dǎo)軌間的距離L＝0.20m．有一隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于桌面(圖中未畫(huà)出)，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為B＝kt，比例系數(shù)k＝0.020T/s．一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦地滑動(dòng)，在滑動(dòng)過(guò)程中保持與導(dǎo)軌垂直．在t＝0時(shí)刻，金屬桿緊靠在PQ端，在外力作用下，桿以恒定的加速度由靜止開(kāi)始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?dòng)，求在t＝6.0s時(shí)金屬桿所受的安培力．

圖32－5第98頁(yè)/共413頁(yè)

解析

磁通量的變化是由磁場(chǎng)和回路面積同時(shí)變化引起的，兩種因素產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是一致的．用a表示金屬桿運(yùn)動(dòng)的加速度，在t時(shí)刻，金屬桿與初始位置的距離x＝at2，此時(shí)桿的速度v＝at，這時(shí)桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的面積S＝xL．回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝E1＋E2＝S·＋BtLv.而B(niǎo)t＝kt，則得：E＝at2·L·k＋kt·L·at＝akLt2第99頁(yè)/共413頁(yè)回路中的總電阻R＝2Lr0，回路中的感應(yīng)電流I＝，作用于桿的安培力F＝BIL解得：F＝t＝1.44×10－3N．

答案

1.44×10－3N

點(diǎn)評(píng)

若磁通量的變化是由磁場(chǎng)和回路面積同時(shí)變化引起的,則由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E＝＝B·＋S·.值得注意的是：先根據(jù)兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向確定其正負(fù)，再進(jìn)行求和．第100頁(yè)/共413頁(yè)

二、感應(yīng)電路的分析

例3

如圖32－6甲所示，在一磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向水平放置著兩根相距h＝0.1m的平行金屬導(dǎo)軌MN與PQ，導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)．在兩根導(dǎo)軌的端點(diǎn)N、Q之間連接一阻值R＝0.3Ω的電阻，導(dǎo)軌上橫放著一根長(zhǎng)L＝0.2m、每米長(zhǎng)的電阻r＝2.0Ω的金屬棒ab．金屬棒與導(dǎo)軌正交放置，交點(diǎn)為c、d．當(dāng)金屬棒以v＝4.0m/s的速度向左做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，試求：

(1)電阻R中的電流大小和方向．

(2)使金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng)的外力．

(3)金屬棒a、b兩端點(diǎn)間的電勢(shì)差．

圖32－6甲第101頁(yè)/共413頁(yè)

解析金屬棒向左做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，等效電路如圖32－6乙所示，在閉合回路中，金屬棒的cd部分相當(dāng)于電源，內(nèi)阻rcd＝hr，電動(dòng)勢(shì)Ecd＝Bhv．

圖32－6乙第102頁(yè)/共413頁(yè)

(1)根據(jù)歐姆定律可知，R中的電流I＝＝0.4A，方向?yàn)镹→Q．

(2)使棒勻速運(yùn)動(dòng)的外力與安培力是一對(duì)平衡力，方向向左，大小為：

F＝F安＝BIh＝0.5×0.4×0.1N＝0.02N．

(3)金屬棒ab兩端的電勢(shì)差Uab＝Uac＋Ucd＋Udb，由于Ucd＝IR＝Ecd－Ircd，因此也可以寫(xiě)成Uab＝Eab－Ircd＝BLv－Ircd＝0.32V．

答案

(1)0.4A

N→Q

(2)0.02N

(3)0.32V

點(diǎn)評(píng)

電勢(shì)、電壓、電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系在整個(gè)高中物理的學(xué)習(xí)中都是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)．第103頁(yè)/共413頁(yè)

變式訓(xùn)練2

如圖32－7甲所示，有一匝數(shù)n＝1500、橫截面積S＝20cm2、電阻r＝1.5Ω的螺線(xiàn)管，與螺線(xiàn)管串聯(lián)的外電阻R1＝3.5Ω，R2＝25Ω．穿過(guò)螺線(xiàn)管的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向左，大小隨時(shí)間按圖32－7乙所示的規(guī)律變化．試計(jì)算電阻R2消耗的電功率和a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)(設(shè)c點(diǎn)的電勢(shì)為零)．

圖32－7第104頁(yè)/共413頁(yè)

解析

把螺線(xiàn)管視為電源，由閉合電路的歐姆定律可求出通過(guò)螺線(xiàn)管回路的電流，從而求出R2消耗的電功率及a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)．由圖乙可知，螺線(xiàn)管中磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻增加，其變化率T/s＝2T/s，由法拉第電磁感應(yīng)定律知，螺線(xiàn)管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

E＝n＝n·S＝1500×20×10－4×2V＝6.0V

通過(guò)螺線(xiàn)管回路的電流為：

I＝A＝0.2A第105頁(yè)/共413頁(yè)

電阻R2上消耗的功率為：

P2＝I2R2＝(0.2)2×25W＝1W穿過(guò)螺線(xiàn)管的原磁場(chǎng)磁通量向左增加，螺線(xiàn)管中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向右，感應(yīng)電流從b流向a，b端的電勢(shì)高，a端的電勢(shì)低．由Uc＝0，有：

Uc－Ua＝IR1＝0.2×3.5V＝0.7V故Ua＝－0.7V

Ub－Uc＝IR2＝0.2×25V＝5V故Ub＝5V．

答案

1W－0.7V

5V

點(diǎn)評(píng)

對(duì)于電磁感應(yīng)問(wèn)題，由法拉第電磁感應(yīng)定律求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)后，就可以將電磁感應(yīng)問(wèn)題等效為電路問(wèn)題，再運(yùn)用電路的有關(guān)知識(shí)求解．第106頁(yè)/共413頁(yè)

三、感應(yīng)電荷量問(wèn)題

1．感應(yīng)電荷量(串聯(lián)回路)：

Q＝·Δt＝·Δt＝

2．感應(yīng)電荷量正比于回路磁通量的變化與