2019-2020年高三物理第一輪復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)教學(xué)案.doc

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2019-2020年高三物理第一輪復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)教學(xué)案 知識網(wǎng)絡(luò)： 單元切塊： 按照考綱的要求，本章內(nèi)容可以分成四部分，即：電磁感應(yīng) 楞次定律；法拉第電磁感應(yīng)定律、自感；電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用。其中重點(diǎn)是電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用，也是復(fù)習(xí)的難點(diǎn)。 電磁感應(yīng) 楞次定律 教學(xué)目標(biāo)： 1．理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件、磁通量； 2．能夠熟練應(yīng)用楞次定律或右手定則判斷感應(yīng)電流及感應(yīng)電動(dòng)勢的方向 教學(xué)重點(diǎn)：楞次定律的應(yīng)用 教學(xué)難點(diǎn)：楞次定律的應(yīng)用 教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)過程： 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。 以上表述是充分必要條件。不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個(gè)條件，就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。 當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。這個(gè)表述是充分條件，不是必要的。在導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)用它判定比較方便。 2.感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的條件。 感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的條件是：穿過電路的磁通量發(fā)生變化。 這里不要求閉合。無論電路閉合與否，只要磁通量變化了，就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生。這好比一個(gè)電源：不論外電路是否閉合，電動(dòng)勢總是存在的。但只有當(dāng)外電路閉合時(shí)，電路中才會有電流。 二、楞次定律 1．楞次定律 感應(yīng)電流總具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 楞次定律解決的是感應(yīng)電流的方向問題。它關(guān)系到兩個(gè)磁場：感應(yīng)電流的磁場（新產(chǎn)生的磁場）和引起感應(yīng)電流的磁場（原來就有的磁場）。前者和后者的關(guān)系不是“同向”或“反向”的簡單關(guān)系，而是前者“阻礙”后者“變化”的關(guān)系。 2．對“阻礙”意義的理解： （1）阻礙原磁場的變化?！白璧K”不是阻止，而是“延緩”，感應(yīng)電流的磁場不會阻止原磁場的變化，只能使原磁場的變化被延緩或者說被遲滯了，原磁場的變化趨勢不會改變，不會發(fā)生逆轉(zhuǎn)． （2）阻礙的是原磁場的變化，而不是原磁場本身，如果原磁場不變化，即使它再強(qiáng)，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流． （3）阻礙不是相反．當(dāng)原磁通減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場同向，以阻礙其減??；當(dāng)磁體遠(yuǎn)離導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)將和磁體運(yùn)動(dòng)同向，以阻礙其相對運(yùn)動(dòng)． （4）由于“阻礙”，為了維持原磁場的變化，必須有外力克服這一“阻礙”而做功，從而導(dǎo)致其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能．因此楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)． 3．楞次定律的具體應(yīng)用 （1）從“阻礙磁通量變化”的角度來看，由磁通量計(jì)算式Φ=BSsinα可知，磁通量變化ΔΦ=Φ2-Φ1有多種形式，主要有： ①S、α不變，B改變，這時(shí)ΔΦ=ΔB?Ssinα ②B、α不變，S改變，這時(shí)ΔΦ=ΔS?Bsinα ③B、S不變，α改變，這時(shí)ΔΦ=BS（sinα2-sinα1） 當(dāng)B、S、α中有兩個(gè)或三個(gè)一起變化時(shí)，就要分別計(jì)算Φ1、Φ2，再求Φ2-Φ1了。 （2）從“阻礙相對運(yùn)動(dòng)”的角度來看，楞次定律的這個(gè)結(jié)論可以用能量守恒來解釋：既然有感應(yīng)電流產(chǎn)生，就有其它能轉(zhuǎn)化為電能。又由于是由相對運(yùn)動(dòng)引起的，所以只能是機(jī)械能減少轉(zhuǎn)化為電能，表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是“阻礙”相對運(yùn)動(dòng)。 （3）從“阻礙自身電流變化”的角度來看，就是自感現(xiàn)象。 在應(yīng)用楞次定律時(shí)一定要注意：“阻礙”不等于“反向”；“阻礙”不是“阻止”。 4．右手定則。 對一部分導(dǎo)線在磁場中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況，右手定則和楞次定律的結(jié)論是完全一致的。這時(shí)，用右手定則更方便一些。 5．楞次定律的應(yīng)用步驟 楞次定律的應(yīng)用應(yīng)該嚴(yán)格按以下四步進(jìn)行：①確定原磁場方向；②判定原磁場如何變化（增大還是減小）；③確定感應(yīng)電流的磁場方向（增反減同）；④根據(jù)安培定則判定感應(yīng)電流的方向。 6．解法指導(dǎo)： （1）楞次定律中的因果關(guān)聯(lián) 楞次定律所揭示的電磁感應(yīng)過程中有兩個(gè)最基本的因果聯(lián)系，一是感應(yīng)磁場與原磁場磁通量變化之間的阻礙與被阻礙的關(guān)系，二是感應(yīng)電流與感應(yīng)磁場間的產(chǎn)生和被產(chǎn)生的關(guān)系.抓住“阻礙”和“產(chǎn)生”這兩個(gè)因果關(guān)聯(lián)點(diǎn)是應(yīng)用楞次定律解決物理問題的關(guān)鍵. （2）運(yùn)用楞次定律處理問題的思路 （a）判斷感應(yīng)電流方向類問題的思路 運(yùn)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的基本思路可歸結(jié)為：“一原、二感、三電流”，即為： ①明確原磁場：弄清原磁場的方向及磁通量的變化情況. ②確定感應(yīng)磁場：即根據(jù)楞次定律中的"阻礙"原則，結(jié)合原磁場磁通量變化情況，確定出感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的方向. ③判定電流方向：即根據(jù)感應(yīng)磁場的方向，運(yùn)用安培定則判斷出感應(yīng)電流方向. （b）判斷閉合電路（或電路中可動(dòng)部分導(dǎo)體）相對運(yùn)動(dòng)類問題的分析策略 在電磁感應(yīng)問題中，有一類綜合性較強(qiáng)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(yīng)電流，而此電流又處于磁場中，受到安培力作用，從而使閉合電路或電路中可動(dòng)部分的導(dǎo)體發(fā)生了運(yùn)動(dòng).（如例2）對其運(yùn)動(dòng)趨勢的分析判斷可有兩種思路方法： ①常規(guī)法： 據(jù)原磁場（B原方向及ΔΦ情況）確定感應(yīng)磁場（B感方向）判斷感應(yīng)電流（I感方向）導(dǎo)體受力及運(yùn)動(dòng)趨勢. ②效果法 由楞次定律可知，感應(yīng)電流的“效果”總是阻礙引起感應(yīng)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(yùn)動(dòng)趨勢作出判斷，更簡捷、迅速. 【例1】（1996年全國）一平面線圈用細(xì)桿懸于P點(diǎn)，開始時(shí)細(xì)桿處于水平位置，釋放后讓它在如圖所示的勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，已知線圈平面始終與紙面垂直，當(dāng)線圈第一次通過位置Ⅰ和位置Ⅱ時(shí)，順著磁場的方向看去，線圈中的感應(yīng)電流的方向分別為 位置Ⅰ 位置Ⅱ （A）逆時(shí)針方向 逆時(shí)針方向 （B）逆時(shí)針方向 順時(shí)針方向 （C）順時(shí)針方向 順時(shí)針方向 （D）順時(shí)針方向 逆時(shí)針方向 命題意圖：考查對楞次定律的理解應(yīng)用能力及邏輯推理能力. 錯(cuò)解分析：由于空間想象能力所限，部分考生無法判定線圈經(jīng)位置Ⅰ、Ⅱ時(shí)刻磁通量的變化趨勢，從而無法依據(jù)楞次定律和右手螺旋定則推理出正確選項(xiàng). 解題方法與技巧：線圈第一次經(jīng)過位置Ⅰ時(shí)，穿過線圈的磁通量增加，由楞次定律，線圈中感應(yīng)電流的磁場方向向左，根據(jù)安培定則，順著磁場看去，感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向.當(dāng)線圈第一次通過位置Ⅱ時(shí)，穿過線圈的磁通量減小，可判斷出感應(yīng)電流為順時(shí)針方向，故選項(xiàng)B正確. 【例2】如圖所示，有兩個(gè)同心導(dǎo)體圓環(huán)。內(nèi)環(huán)中通有順時(shí)針方向的電流，外環(huán)中原來無電流。當(dāng)內(nèi)環(huán)中電流逐漸增大時(shí)，外環(huán)中有無感應(yīng)電流？方向如何？ 解：由于磁感線是閉合曲線，內(nèi)環(huán)內(nèi)部向里的磁感線條數(shù)和內(nèi)環(huán)外向外的所有磁感線條數(shù)相等，所以外環(huán)所圍面積內(nèi)（應(yīng)該包括內(nèi)環(huán)內(nèi)的面積，而不只是環(huán)形區(qū)域的面積）的總磁通向里、增大，所以外環(huán)中感應(yīng)電流磁場的方向?yàn)橄蛲?，由安培定則，外環(huán)中感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針。 【例3】如圖，線圈A中接有如圖所示電源，線圈B有一半面積處在線圈A中，兩線圈平行但不接觸，則當(dāng)開關(guān)S閉和瞬間，線圈B中的感應(yīng)電流的情況是：（ ） A．無感應(yīng)電流 B．有沿順時(shí)針的感應(yīng)電流 C．有沿逆時(shí)針的感應(yīng)電流 D．無法確定 N S v0 解：當(dāng)開關(guān)S閉和瞬間，線圈A相當(dāng)于環(huán)形電流，其內(nèi)部磁感線方向向里，其外部磁感線方向向外。線圈B有一半面積處在線圈A中，則向里的磁場與向外的磁場同時(shí)增大。這時(shí)就要抓住主要部分。由于所有向里的磁感線都從A的內(nèi)部穿過，所以A的內(nèi)部向里的磁感線較密， A的外部向外的磁感線較稀。這樣B一半的面積中磁感線是向里且較密，另一半面積中磁感線是向外且較稀。主要是以向里的磁感線為主，即當(dāng)開關(guān)S閉和時(shí)，線圈B中的磁通量由零變?yōu)橄蚶?，故該瞬間磁通量增加，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場應(yīng)向外，因此線圈B有沿逆時(shí)針的感應(yīng)電流。答案為C。 【例4】 如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)固定。條形磁鐵S極向下以初速度v0沿過導(dǎo)體環(huán)圓心的豎直線下落的過程中，導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電流方向如何？ 解：從“阻礙磁通量變化”來看，原磁場方向向上，先增后減，感應(yīng)電流磁場方向先下后上，感應(yīng)電流方向先順時(shí)針后逆時(shí)針。 從“阻礙相對運(yùn)動(dòng)”來看，先排斥后吸引，把條形磁鐵等效為螺線管，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，也有同樣的結(jié)論。 a d b c O1 O2 【例5】 如圖所示，O1O2是矩形導(dǎo)線框abcd的對稱軸，其左方有勻強(qiáng)磁場。以下哪些情況下abcd中有感應(yīng)電流產(chǎn)生？方向如何？ A.將abcd 向紙外平移 B.將abcd向右平移 C.將abcd以ab為軸轉(zhuǎn)動(dòng)60 D.將abcd以cd為軸轉(zhuǎn)動(dòng)60 c a d b L2 L1 解：A、C兩種情況下穿過abcd的磁通量沒有發(fā)生變化，無感應(yīng)電流產(chǎn)生。B、D兩種情況下原磁通向外，減少，感應(yīng)電流磁場向外，感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcd。 【例6】如圖所示裝置中，cd桿原來靜止。當(dāng)ab 桿做如下那些運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿將向右移動(dòng)？ A.向右勻速運(yùn)動(dòng) B.向右加速運(yùn)動(dòng) C.向左加速運(yùn)動(dòng) D.向左減速運(yùn)動(dòng) 解：.ab 勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，ab中感應(yīng)電流恒定，L1中磁通量不變，穿過L2的磁通量不變化，L2中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，cd保持靜止，A不正確；ab向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，L2中的磁通量向下，增大，通過cd的電流方向向下，cd向右移動(dòng)，B正確；同理可得C不正確，D正確。選B、D O1 O2 【例7】 如圖所示，當(dāng)磁鐵繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，矩形導(dǎo)線框（不考慮重力）將如何運(yùn)動(dòng)？ 解：本題分析方法很多，最簡單的方法是：從“阻礙相對運(yùn)動(dòng)”的角度來看，導(dǎo)線框一定會跟著條形磁鐵同方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。如果不計(jì)摩擦阻力，最終導(dǎo)線框?qū)⒑痛盆F轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同；如果考慮摩擦阻力導(dǎo)線框的轉(zhuǎn)速總比條形磁鐵轉(zhuǎn)速小些。 a b 【例8】 如圖所示，水平面上有兩根平行導(dǎo)軌，上面放兩根金屬棒a、b。當(dāng)條形磁鐵如圖向下移動(dòng)時(shí)（不到達(dá)導(dǎo)軌平面），a、b將如何移動(dòng)？ 解：若按常規(guī)用“阻礙磁通量變化”判斷，則要根據(jù)下端磁極的極性分別進(jìn)行討論，比較繁瑣。而且在判定a、b所受磁場力時(shí)。應(yīng)該以磁極對它們的磁場力為主，不能以a、b間的磁場力為主（因?yàn)樗鼈兪鞘芎洗艌龅淖饔茫?。如果主注意到：磁鐵向下插，通過閉合回路的磁通量增大，由Φ=BS可知磁通量有增大的趨勢，因此S的相應(yīng)變化應(yīng)該使磁通量有減小的趨勢，所以a、b將互相靠近。這樣判定比較簡便。 a b 【例9】 如圖所示，絕緣水平面上有兩個(gè)離得很近的導(dǎo)體環(huán)a、b。將條形磁鐵沿它們的正中向下移動(dòng)（不到達(dá)該平面），a、b將如何移動(dòng)？ O1 a O2 b 解：根據(jù)Φ=BS，磁鐵向下移動(dòng)過程中，B增大，所以穿過每個(gè)環(huán)中的磁通量都有增大的趨勢，由于S不可改變，為阻礙增大，導(dǎo)體環(huán)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離磁鐵，所以a、b將相互遠(yuǎn)離。 【例10】如圖所示，在條形磁鐵從圖示位置繞O1O2軸轉(zhuǎn)動(dòng)90的過程中，放在導(dǎo)軌右端附近的金屬棒ab將如何移動(dòng)？ a b L R 解：無論條形磁鐵的哪個(gè)極為N極，也無論是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)還是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)90過程中，穿過閉合電路的磁通量總是增大的（條形磁鐵內(nèi)、外的磁感線條數(shù)相同但方向相反，在線框所圍面積內(nèi)的總磁通量和磁鐵內(nèi)部的磁感線方向相同且增大。而該位置閉合電路所圍面積越大，總磁通量越小，所以為阻礙磁通量增大金屬棒ab將向右移動(dòng)。 【例11】如圖所示，a、b燈分別標(biāo)有“36V 40W”和“36V 25W”，閉合電鍵調(diào)節(jié)R，能使a、b都正常發(fā)光。斷開電鍵后重做實(shí)驗(yàn)：電鍵閉合后看到的現(xiàn)象是什么？穩(wěn)定后那只燈較亮？再斷開電鍵，又將看到什么現(xiàn)象？ 解：閉合瞬間，由于電感線圈對電流增大的阻礙作用，a將慢慢亮起來，b立即變亮。這時(shí)L的作用相當(dāng)于一個(gè)大電阻；穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光，a的功率大，較亮。這時(shí)L的作用相當(dāng)于一只普通的電阻（就是該線圈的內(nèi)阻）；斷開瞬間，由于電感線圈對電流減小的阻礙作用，通過a的電流將逐漸減小，a漸漸變暗到熄滅，而abRL組成同一個(gè)閉合回路，所以b燈也將逐漸變暗到熄滅，而且開始還會閃亮一下（因?yàn)樵瓉碛蠭a>Ib），并且通過b的電流方向與原來的電流方向相反。這時(shí)L相當(dāng)于一個(gè)電源。 O B 【例12】如圖所示，用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點(diǎn)，虛線左邊有勻強(qiáng)磁場，右邊沒有磁場。金屬環(huán)的擺動(dòng)會很快停下來。試解釋這一現(xiàn)象。若整個(gè)空間都有向外的勻強(qiáng)磁場，會有這種現(xiàn)象嗎？ 解：只有左邊有勻強(qiáng)磁場，金屬環(huán)在穿越磁場邊界時(shí)，由于磁通量發(fā)生變化，環(huán)內(nèi)一定會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，根據(jù)楞次定律將會阻礙相對運(yùn)動(dòng)，所以擺動(dòng)會很快停下來，這就是電磁阻尼現(xiàn)象。當(dāng)然也可以用能量守恒來解釋：既然有電流產(chǎn)生，就一定有一部分機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，最后電流通過導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。若空間都有勻強(qiáng)磁場，穿過金屬環(huán)的磁通量反而不變化了，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此也就不會阻礙相對運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)就不會很快停下來。 三、電磁感應(yīng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用例析 A B S k D C 【例13】如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延時(shí)繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B的兩端接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合電路。在拉開開關(guān)S的時(shí)候,彈簧k并不能立即將銜鐵D拉起，從而使觸頭C（連接工作電路）立即離開，過一段時(shí)間后觸頭C才能離開；延時(shí)繼電器就是這樣得名的。試說明這種繼電器的工作原理。 Q a b P 解析：當(dāng)拉開開關(guān)S時(shí)使線圈A中電流變小并消失時(shí)，鐵芯中的磁通量發(fā)生了變化（減小），從而在線圈B中激起感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場要阻礙原磁場的減小，這樣，就使鐵芯中磁場減弱得慢些，因此彈簧K不能立即將銜鐵拉起。 【例14】如圖所示是家庭用的“漏電保護(hù)器“的關(guān)鍵部分的原理圖，其中P是一個(gè)變壓器鐵芯，入戶的兩根電線”（火線和零線）采用雙線繞法，繞在鐵芯的一側(cè)作為原線圈，然后再接入戶內(nèi)的用電器。Q是一個(gè)脫扣開關(guān)的控制部分（脫扣開關(guān)本身沒有畫出，它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上，開關(guān)斷開時(shí)，用戶的供電被切斷），Q接在鐵芯另一側(cè)副線圈的兩端a、b之間，當(dāng)a、b間沒有電壓時(shí)，Q使得脫扣開關(guān)閉合，當(dāng)a、b間有電壓時(shí)，脫扣開關(guān)即斷開，使用戶斷電。 （1）用戶正常用電時(shí)，a、b之間有沒有電壓？ （2）如果某人站在地面上，手誤觸火線而觸電，脫扣開關(guān)是否會斷開？為什么？ 解析：（1） 用戶正常用電時(shí)，a、b之間沒有電壓，因?yàn)殡p線繞成的初級線圈兩根導(dǎo)線中的電流總是大小相等而方向相反的，穿過鐵芯的磁通量總為0，副線圈中不會有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生。 （2）人站在地面上手誤觸火線，電流通過火線和人體而流向大地，不通過零線，這樣變壓器的鐵芯中就會有磁通量的變化，從而次級產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，脫扣開關(guān)就會斷開。 【例15】在有線電話網(wǎng)中，電話機(jī)是通過兩條導(dǎo)線和電信局的交換機(jī)傳送和接收電信號。如果不采取措施，發(fā)話者的音頻信號必會傳到自己的受話器中，使自己聽到自己的講話聲音，這就是“側(cè)音”。較大的側(cè)音會影響接聽對方的講話，故必須減小或消除。如圖所示是一電話機(jī)的消“側(cè)音”電路與交換機(jī)的連接示意圖。圖中的兩個(gè)變壓器是完全相同的，a、b、c、d、e、f六個(gè)線圈的匝數(shù)相同。打電話時(shí)，對著話筒發(fā)話，把放大后的音頻電壓加到變壓器的線圈a，從線圈c和b輸出大小相等但隨聲頻變化的電壓，c兩端的電壓產(chǎn)生的電流IL通過線圈e和兩導(dǎo)線L、電信局的交換機(jī)構(gòu)成回路，再通過交換機(jī)傳到對方電話機(jī),對方就聽到發(fā)話者的聲音。同時(shí)由于線圈e中有電流通過，在線圈f中也會有電壓輸出，放大后在自己的電話機(jī)的受話器上發(fā)出自己的講話聲，這就是上面講的“側(cè)音”。為了消除這個(gè)側(cè)音，可以把線圈b的電壓加在線圈d上，并通過R調(diào)節(jié)d中的電流Id。那么為達(dá)到消側(cè)音的目的，1應(yīng)與（ ）相接；4應(yīng)與（ ）相接，并使Id( )IL(填“小于”、“大于”、或“等于”)。對方講話時(shí)，音頻電壓通過交換機(jī)和兩條導(dǎo)線L加到本機(jī)，那么通過R的電流為多少？ 解析：發(fā)話時(shí)，假定某一時(shí)刻通過線圈a的電流是從上端流入，而且增大，則在線圈c和b上感應(yīng)的電壓都是上正下負(fù)，e中形成的電流在變壓器鐵芯中產(chǎn)生的磁場的磁感線是逆時(shí)針方向的；1和3，2和4相接時(shí)，b的感應(yīng)電壓在d中形成的電流在鐵芯中產(chǎn)生的磁感線是順時(shí)針的，由于e和d的匝數(shù)相同，只要調(diào)節(jié)R使e、d中的電流強(qiáng)度相等，則e和d產(chǎn)生的磁場就完全抵消，通過線圈f的磁通量始終為零，f中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢，受話器中沒有發(fā)話者的聲音，從而消除側(cè)音。對方發(fā)話時(shí)，從交換機(jī)傳來的音頻電壓加到電話機(jī)上，假設(shè)某一時(shí)刻在線圈e和c中形成的電流是從c的下端流入且增大，則b線圈的1端為負(fù)，d線圈的3端為負(fù)，感應(yīng)電壓值相同，在bdR回路中沒有電流，d中不會產(chǎn)生磁場抵消e的磁場，f中有e產(chǎn)生的磁場的磁感線通過，磁通量會發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，放大后在受話器中發(fā)出對方的聲音。 四、針對訓(xùn)練 （一）基礎(chǔ)性練習(xí) 1．1820年丹麥的物理學(xué)家　　　發(fā)現(xiàn)了電流能夠產(chǎn)生磁場；之后，英國的科學(xué)家　　　經(jīng)過十年不懈的努力終于在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并發(fā)明了世界上第一臺感應(yīng)發(fā)電機(jī)． 2．下列圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（　　　　） 　 v 　 v 　 V N S V （A） 　 （B） 　 （C） ?。―） （E） （F） 3．在某星球上的宇航員，為了確定該星球是否存在磁場，他手邊有一根表面絕緣的長導(dǎo)線和一個(gè)靈敏電流計(jì)，現(xiàn)請你指導(dǎo)他如何操作． 4．下列說法中正確的是：感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟（　　　　）有關(guān)： A．穿過閉合電路的磁通量． B．穿過閉合電路的磁通量的變化大?。? C．穿過閉合電路的磁通量的變化快慢． D．單位時(shí)間內(nèi)穿過閉合電路的磁通量的變化量． 　 　 v B B v v B v B （A） （B） （C） （D） 5．如圖所示，試根據(jù)已知條件確定導(dǎo)線中的感應(yīng)電流方向（圖中的導(dǎo)線是閉合電路中的一部分）： （二）提高性練習(xí) 6．（99全國）如圖所示，為地磁場磁感線的示意圖，在北半球地磁場的堅(jiān)直分量向下。飛機(jī)在我國上空勻逐巡航。機(jī)翼保持水平，飛行高度不變。由于地磁場的作用，金屬機(jī)翼上有電勢差。設(shè)飛行員左方機(jī)翼未端處的電勢為U1，右方機(jī)翼未端處的電勢力U2，則 A.若飛機(jī)從西往東飛，U1比U2高 B.若飛機(jī)從東往西飛，U2比U1高 C.若飛機(jī)從南往北飛，U1比U2高 D.若飛機(jī)從北往南飛，U2比U1高 7．如圖所示，在兩根平行長直導(dǎo)線中，通以同方向、同強(qiáng)度的電流，導(dǎo)線框ABCD和兩導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，導(dǎo)線框沿著與兩導(dǎo)線垂直的方向自右向左在兩導(dǎo)線間勻速運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的方向（ ） A．沿ABCD方向不變。 B．沿ADCB方向不變。 C．由ABCD方向變成ADCB方向。 D．由ADCB方向變成ABCD方向。 8．如圖所示，兩個(gè)線圈繞在同一圓筒上，A中接有電源，B中導(dǎo)線ab短路。當(dāng)把磁鐵迅速插入A線圈中時(shí)，A線圈中的電流將 （填減少，增大，不變），B線圈中的感應(yīng)電流的方向在外電路中是由 到 的；如線圈B能自由移動(dòng)，則它將向 移動(dòng)（左，右，不）。 9．如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為h的曲面滾下，沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)閉合環(huán)初速度為零，不計(jì)摩擦，則（ ） A．若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度小于h B．若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度大于h C．若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度等于h D．若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度小于h 10．一根磁化的鋼棒以速度v射入水平放置的固定的銅管內(nèi)，v的方向沿管中心軸，不計(jì)棒的重力和空氣阻力，則在入射過程中（ ） A.銅管的內(nèi)能增加 B.鋼棒的速率減小 C.鋼棒的速率不變 D.鋼棒的速率增大 11．如圖（a），圓形線圈P靜止在水平桌面上，其正上方懸掛一相同的線圈Q，P和Q共軸.Q中通有變化電流，電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖（b）所示.P所受的重力為G，桌面對P的支持力為N，則 A.t1時(shí)刻N(yùn)＞G B.t2時(shí)刻N(yùn)＞G C.t3時(shí)刻N(yùn)＜G D.t4時(shí)刻N(yùn)=G 12．如圖所示，ab是一個(gè)可繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的閉合矩形導(dǎo)線框，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P自左向右滑動(dòng)時(shí)，從紙外向紙內(nèi)看，線框ab將 A.保持靜止不動(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)，但電源極性不明，無法確定轉(zhuǎn)動(dòng)方向 參考答案 1～5略 6．AC 7．B 8．減小 b a 左 9．D 解析 若是勻強(qiáng)磁場，閉合環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)也就受不到磁場力，所以環(huán)仍保持機(jī)械能守恒，上升的高度等于h。若是非勻強(qiáng)磁場，閉合環(huán)的磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)受到磁場力作用去阻礙環(huán)與磁場間的相對運(yùn)動(dòng)，使環(huán)損失一部分機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，所以環(huán)上升的高度小于h。因此答案D正確。 10．AB 當(dāng)磁化的鋼棒射入銅管時(shí)，銅管中因磁通量增加而產(chǎn)生感應(yīng)電流，銅管與鋼棒間的磁場力會阻礙其相對運(yùn)動(dòng)，使鋼棒的機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，進(jìn)而使銅管的內(nèi)能增加。所以答案AB正確。 11．AD 12．C 教學(xué)后記 從課堂情況看，學(xué)生能夠熟練應(yīng)用楞次定律或右手定則判斷感應(yīng)電流及感應(yīng)電動(dòng)勢的方向，教學(xué)效果好，達(dá)到了復(fù)習(xí)的目的。 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 教學(xué)目標(biāo)： 1．熟練掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，及各種情況下感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算方法。 2．知道自感現(xiàn)象及其應(yīng)用，日光燈 教學(xué)重點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律 教學(xué)難點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)過程： 一、法拉第電磁感應(yīng)定律 1.法拉第電磁感應(yīng)定律 電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比，即，在國際單位制中可以證明其中的k=1，所以有。對于n匝線圈有。 在導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的情況下，由法拉第電磁感應(yīng)定律可推出感應(yīng)電動(dòng)勢的大小是：E=BLvsinα（α是B與v之間的夾角）。 【例1】如圖所示，長L1寬L2的矩形線圈電阻為R，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場邊緣，線圈與磁感線垂直。求：將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場的過程中，⑴拉力F大??； ⑵拉力的功率P； ⑶拉力做的功W； ⑷線圈中產(chǎn)生的電熱Q ；⑸通過線圈某一截面的電荷量q 。 F L1 L2 B v 解：這是一道基本練習(xí)題，要注意要注意所用的邊長究竟是L1還是L2 ，還應(yīng)該思考一下所求的各物理量與速度v之間有什么關(guān)系。 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ 與v無關(guān) R a b m L 特別要注意電熱Q和電荷q的區(qū)別，其中與速度無關(guān)?。ㄟ@個(gè)結(jié)論以后經(jīng)常會遇到）。 【例2】如圖所示，豎直放置的U形導(dǎo)軌寬為L，上端串有電阻R（其余導(dǎo)體部分的電阻都忽略不計(jì)）。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向外。金屬棒ab的質(zhì)量為m，與導(dǎo)軌接觸良好，不計(jì)摩擦。從靜止釋放后ab保持水平而下滑。試求ab下滑的最大速度vm 解：釋放瞬間ab只受重力，開始向下加速運(yùn)動(dòng)。隨著速度的增大，感應(yīng)電動(dòng)勢E、感應(yīng)電流I、安培力F都隨之增大，加速度隨之減小。當(dāng)F增大到F=mg時(shí)，加速度變?yōu)榱?，這時(shí)ab達(dá)到最大速度。 由，可得 點(diǎn)評：這道題也是一個(gè)典型的習(xí)題。要注意該過程中的功能關(guān)系：重力做功的過程是重力勢能向動(dòng)能和電能轉(zhuǎn)化的過程；安培力做功的過程是機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化的過程；合外力（重力和安培力）做功的過程是動(dòng)能增加的過程；電流做功的過程是電能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化的過程。達(dá)到穩(wěn)定速度后，重力勢能的減小全部轉(zhuǎn)化為電能，電流做功又使電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這時(shí)重力的功率等于電功率也等于熱功率。 b a B L1 L2 進(jìn)一步討論：如果在該圖上端電阻右邊安一只電鍵，讓ab下落一段距離后再閉合電鍵，那么閉合電鍵后ab的運(yùn)動(dòng)情況又將如何？（無論何時(shí)閉合電鍵，ab可能先加速后勻速，也可能先減速后勻速，但最終穩(wěn)定后的速度總是一樣的）。 【例3】 如圖所示，U形導(dǎo)線框固定在水平面上，右端放有質(zhì)量為m的金屬棒ab，ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，它們圍成的矩形邊長分別為L1、L2，回路的總電阻為R。從t=0時(shí)刻起，在豎直向上方向加一個(gè)隨時(shí)間均勻變化的勻強(qiáng)磁場B=kt，（k>0）那么在t為多大時(shí)，金屬棒開始移動(dòng)？ 解：由= kL1L2可知，回路中感應(yīng)電動(dòng)勢是恒定的，電流大小也是恒定的，但由于安培力F=BIL∝B=kt∝t，隨時(shí)間的增大，安培力將隨之增大。當(dāng)安培力增大到等于最大靜摩擦力時(shí)，ab將開始向左移動(dòng)。這時(shí)有： 2.轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 ω o a v ⑴轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁感線平行。如圖磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向外，長L的金屬棒oa以o為軸在該平面內(nèi)以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。求金屬棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢。在用導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的公式時(shí)注意其中的速度v應(yīng)該是平均速度，即金屬棒中點(diǎn)的速度。 L1 L2 B ω a d b c ⑵線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁感線垂直。如圖矩形線圈的長、寬分別為L1、L2，所圍面積為S，向右的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈繞圖示的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈的ab、cd兩邊切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相加可得E=BSω。如果線圈由n匝導(dǎo)線繞制而成，則E=nBSω。從圖示位置開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢的即時(shí)值為e=nBSωcosωt 。該結(jié)論與線圈的形狀和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的具體位置無關(guān)（但是軸必須與B垂直）。 y o x ω B a b 實(shí)際上，這就是交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電的即時(shí)電動(dòng)勢公式。 【例4】 如圖所示，xoy坐標(biāo)系y軸左側(cè)和右側(cè)分別有垂直于紙面向外、向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，一個(gè)圍成四分之一圓形的導(dǎo)體環(huán)oab，其圓心在原點(diǎn)o，半徑為R，開始時(shí)在第一象限。從t=0起繞o點(diǎn)以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。試畫出環(huán)內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢E隨時(shí)間t而變的函數(shù)圖象（以順時(shí)針電動(dòng)勢為正）。 E t o T 2T Em 解：開始的四分之一周期內(nèi)，oa、ob中的感應(yīng)電動(dòng)勢方向相同，大小應(yīng)相加；第二個(gè)四分之一周期內(nèi)穿過線圈的磁通量不變，因此感應(yīng)電動(dòng)勢為零；第三個(gè)四分之一周期內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢與第一個(gè)四分之一周期內(nèi)大小相同而方向相反；第四個(gè)四分之一周期內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢又為零。感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為Em=BR2ω，周期為T=2π/ω，圖象如右。 3.電磁感應(yīng)中的能量守恒 a b d c 只要有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電磁感應(yīng)現(xiàn)象中總伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。電磁感應(yīng)的題目往往與能量守恒的知識相結(jié)合。這種綜合是很重要的。要牢固樹立起能量守恒的思想。 【例5】 如圖所示，矩形線圈abcd質(zhì)量為m，寬為d，在豎直平面內(nèi)由靜止自由下落。其下方有如圖方向的勻強(qiáng)磁場，磁場上、下邊界水平，寬度也為d，線圈ab邊剛進(jìn)入磁場就開始做勻速運(yùn)動(dòng)，那么在線圈穿越磁場的全過程，產(chǎn)生了多少電熱？ 解：ab剛進(jìn)入磁場就做勻速運(yùn)動(dòng)，說明安培力與重力剛好平衡，在下落2d的過程中，重力勢能全部轉(zhuǎn)化為電能，電能又全部轉(zhuǎn)化為電熱，所以產(chǎn)生電熱Q =2mgd。 B a d b c 【例6】如圖所示，水平面上固定有平行導(dǎo)軌，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向豎直向下。同種合金做的導(dǎo)體棒ab、cd橫截面積之比為2∶1，長度和導(dǎo)軌的寬均為L，ab的質(zhì)量為m ，電阻為r，開始時(shí)ab、cd都垂直于導(dǎo)軌靜止，不計(jì)摩擦。給ab一個(gè)向右的瞬時(shí)沖量I，在以后的運(yùn)動(dòng)中，cd的最大速度vm、最大加速度am、產(chǎn)生的電熱各是多少？ 解：給ab沖量后，ab獲得速度向右運(yùn)動(dòng)，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，cd受安培力作用而加速，ab受安培力而減速；當(dāng)兩者速度相等時(shí)，都開始做勻速運(yùn)動(dòng)。所以開始時(shí)cd的加速度最大，最終cd的速度最大。全過程系統(tǒng)動(dòng)能的損失都轉(zhuǎn)化為電能，電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。由于ab、cd橫截面積之比為2∶1，所以電阻之比為1∶2，根據(jù)Q=I 2Rt∝R，所以cd上產(chǎn)生的電熱應(yīng)該是回路中產(chǎn)生的全部電熱的2/3。又根據(jù)已知得ab的初速度為v1=I/m，因此有： ，解得。最后的共同速度為vm=2I/3m，系統(tǒng)動(dòng)能損失為ΔEK=I 2/ 6m，其中cd上產(chǎn)生電熱Q=I 2/ 9m 二、感應(yīng)電量的計(jì)算 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。設(shè)在時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電量為，則根據(jù)電流定義式及法拉第電磁感應(yīng)定律，得： 如果閉合電路是一個(gè)單匝線圈（），則. 上式中為線圈的匝數(shù)，為磁通量的變化量，R為閉合電路的總電阻。 可見，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，在時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電量僅由線圈的匝數(shù)、磁通量的變化量和閉合電路的電阻R決定，與發(fā)生磁通量的變化量的時(shí)間無關(guān)。 因此，要快速求得通過導(dǎo)體橫截面積的電量，關(guān)鍵是正確求得磁通量的變化量。磁通量的變化量是指穿過某一面積末時(shí)刻的磁通量與穿過這一面積初時(shí)刻的磁通量之差，即。在計(jì)算時(shí)，通常只取其絕對值，如果與反向，那么與的符號相反。 線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交變電流，在一個(gè)周期內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量=0，故通過線圈的電量q=0。 穿過閉合電路磁通量變化的形式一般有下列幾種情況： （1）閉合電路的面積在垂直于磁場方向上的分量S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化時(shí)，； （2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，閉合電路的面積在垂直于磁場方向上的分量S發(fā)生變化時(shí)，； （3）磁感應(yīng)強(qiáng)度B與閉合電路的面積在垂直于磁場方向的分量S均發(fā)生變化時(shí)，。下面舉例說明： 【例7】如圖所示，閉合導(dǎo)線框的質(zhì)量可以忽略不計(jì)，將它從如圖所示的位置勻速拉出勻強(qiáng)磁場。若第一次用0.3s時(shí)間拉出，外力所做的功為，通過導(dǎo)線截面的電量為；第二次用時(shí)間拉出，外力所做的功為，通過導(dǎo)線截面的電量為，則（ ） A. B. C. D. 解析：設(shè)線框長為L1，寬為L2，第一次拉出速度為V1，第二次拉出速度為V2，則V1=3V2。勻速拉出磁場時(shí)，外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有 ， 同理 ， 故W1>W2； 又由于線框兩次拉出過程中，磁通量的變化量相等，即， 由，得： 故正確答案為選項(xiàng)C。 【例8】如圖所示，空間存在垂直于紙面的均勻磁場，在半徑為的圓形區(qū)域內(nèi)部及外部，磁場方向相反，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B。一半徑為，電阻為R的圓形導(dǎo)線環(huán)放置在紙面內(nèi)，其圓心與圓形區(qū)域的中心重合。當(dāng)內(nèi)、外磁場同時(shí)由B均勻地減小到零的過程中，通過導(dǎo)線截面的電量____________。 解析：由題意知： ， ， 由 【例9】如圖所示是一種測量通電螺線管中磁場的裝置，把一個(gè)很小的測量線圈A放在待測處，線圈與測量電量的沖擊電流計(jì)G串聯(lián)，當(dāng)用雙刀雙擲開關(guān)S使螺線管的電流反向時(shí)，測量線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而引起電荷的遷移，由表G測出電量Q，就可以算出線圈所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。已知測量線圈共有N匝，直徑為d，它和表G串聯(lián)電路的總電阻為R，則被測處的磁感強(qiáng)度B為多大？ 解析：當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)S使螺線管的電流反向時(shí)，測量線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得： 由歐姆定律得： 由上述二式可得： 【例10】一個(gè)電阻為R的長方形線圈abcd沿著磁針?biāo)傅哪媳狈较蚱椒旁诒卑肭虻囊粋€(gè)水平桌面上，ab=L1，bc=L2，如圖所示?，F(xiàn)突然將線圈翻轉(zhuǎn)1800，使ab與dc互換位置，用沖擊電流計(jì)測得導(dǎo)線中流過的電量為Q1。然后維持ad邊不動(dòng)，將線圈繞ad邊轉(zhuǎn)動(dòng)，使之突然豎直，這次測得導(dǎo)線中流過的電量為Q2，試求該處地磁場的磁感強(qiáng)度的大小。 解析：根據(jù)地磁場的特征可知，在北半球的地磁場方向是向北向下的。只要求出這個(gè)磁感強(qiáng)度的豎直分量B1和水平分量B2，就可以求出該處磁感強(qiáng)度B的大小。 當(dāng)線圈翻個(gè)身時(shí)，穿過線圈的磁通量的變化量為，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢， 所以 2B1L1L2=RQ1 當(dāng)線圈繞ad邊豎直站起來時(shí)，穿過線圈的磁通量的變化量為，所以 由此可得： 三、自感現(xiàn)象 1、自感現(xiàn)象 自感現(xiàn)象是指當(dāng)線圈自身電流發(fā)生變化時(shí)，在線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)線圈中的電流增加時(shí)，自感電流的方向與原電流方向相反；當(dāng)線圈中電流減小時(shí)，自感電流的方向與原電流的方向相同．自感電動(dòng)勢的大小與電流的變化率成正比． 自感系數(shù)L由線圈自身的性質(zhì)決定，與線圈的長短、粗細(xì)、匝數(shù)、有無鐵芯有關(guān)． 自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)的特例．一般的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中變化的原磁場是外界提供的，而自感現(xiàn)象中是靠流過線圈自身變化的電流提供一個(gè)變化的磁場．它們同屬電磁感應(yīng)，所以自感現(xiàn)象遵循所有的電磁感應(yīng)規(guī)律．自感電動(dòng)勢僅僅是減緩了原電流的變化，不會阻止原電流的變化或逆轉(zhuǎn)原電流的變化．原電流最終還是要增加到穩(wěn)定值或減小到零。 自感現(xiàn)象只有在通過電路的電流發(fā)生變化時(shí)才會產(chǎn)生．在判斷電路性質(zhì)時(shí)，一般分析方法是：當(dāng)流過線圈L的電流突然增大瞬間，我們可以把L看成一個(gè)阻值很大的電阻；當(dāng)流經(jīng)L的電流突然減小的瞬間，我們可以把L看作一個(gè)電源，它提供一個(gè)跟原電流同向的電流． 圖2電路中，當(dāng)S斷開時(shí)，我們只看到A燈閃亮了一下后熄滅，那么S斷開時(shí)圖1電路中就沒有自感電流？能否看到明顯的自感現(xiàn)象，不僅僅取決于自感電動(dòng)勢的大小，還取決于電路的結(jié)構(gòu)．在圖2電路中，我們預(yù)先在電路設(shè)計(jì)時(shí)取線圈的阻值遠(yuǎn)小于燈A的阻值，使S斷開前，并聯(lián)電路中的電流IL>>IR ，S斷開瞬間，雖然L中電流在減小，但這一電流全部流過A燈，仍比S斷開前A燈的電流大得多，且延滯了一段時(shí)間，所以我們看到A燈閃亮一下后熄滅，對圖1的電路，S斷開瞬間也有自感電流，但它比斷開前流過兩燈的電流還小，就不會出現(xiàn)閃亮一下的現(xiàn)象． 除線圈外，電路的其它部分是否存在自感現(xiàn)象？ 當(dāng)電路中的電流發(fā)生變化時(shí)，電路中每一個(gè)組成部分，甚至連導(dǎo)線，都會產(chǎn)生自感電動(dòng)勢去阻礙電流的變化，只不過是線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢比較大，其它部分產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢非常小而已。 2、自感現(xiàn)象的應(yīng)用——日光燈 （1）啟動(dòng)器：利用氖管的輝光放電，起自動(dòng)把電路接通和斷開的作用 （2）鎮(zhèn)流器：在日光燈點(diǎn)燃時(shí)，利用自感現(xiàn)象，產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，在日光燈正常發(fā)光時(shí)，，利用自感現(xiàn)象，起降壓限流作用。 3、日光燈的工作原理圖如下： 圖中A鎮(zhèn)流器，其作用是在燈開始點(diǎn)燃時(shí)起產(chǎn)生瞬時(shí)高壓的作用；在日光燈正常發(fā)光時(shí)起起降壓限流作用．B是日光燈管，它的內(nèi)壁涂有一層熒光粉，使其發(fā)出的光為柔和的白光；C是啟動(dòng)器，它是一個(gè)充有氖氣的小玻璃泡，里面裝上兩個(gè)電極，一個(gè)固定不動(dòng)的靜觸片和一個(gè)用雙金屬片制成的U形觸片組成． 【例10】如圖所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略不計(jì)，下列說法中正確的是（ ） A．合上開關(guān)S接通電路時(shí)，A2先亮A1后亮，最后一樣亮 B．合上開關(guān)S接通電路時(shí)，A1和A2始終一樣亮 C．?dāng)嚅_開關(guān)S切斷電路時(shí)，A2立即熄滅，A1過一會熄滅 D．?dāng)嚅_開關(guān)S切斷電路時(shí)，A1和A2都要過一會才熄滅 解析：S閉合接通電路時(shí)，A2支路中的電流立即達(dá)到最大，A2先亮；由于線圈的自感作用，A1支路電流增加的慢，A1后亮。A1中的電流穩(wěn)定后，線圈的阻礙作用消失，A1與A2并聯(lián)，亮度一樣，故A正確，B不正確。S斷開時(shí)，L和A1、A2組成串聯(lián)的閉合回路，A1和A2亮度一樣，由于L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻礙L中原電流的消失，使A1和A2過一會才熄滅，故D選項(xiàng)正確。所以答案為A、D 四、針對練習(xí) 1.如圖所示，矩形閉合線圈與勻強(qiáng)磁場垂直，一定產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 （ ） A．垂直于紙面運(yùn)動(dòng) B．以一條邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng) C．線圈形狀逐漸變?yōu)閳A形 D．沿與磁場垂直的方向平動(dòng) 2.閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟穿過這一閉合電路的下列哪個(gè)物理量成正比 （ ） A．磁通量 B．磁感強(qiáng)度 C．磁通量的變化率 D．磁通量的變化量 3.穿過一個(gè)單匝線圈的磁通量始終保持每秒鐘減少2Wb，則 （ ） A．線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢每秒增加2V B．線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢每秒減少2V C．線圈中無感應(yīng)電動(dòng)勢 D．線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢保持不變 4.如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T的勻強(qiáng)磁場中，有一長為0.5m的導(dǎo)體AB在金屬框架上以10m/s的速度向右滑動(dòng)，R1=R2=20Ω，其它電阻不計(jì)，則流過AB的電流是 。 5. 如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中，有一接有電容器的導(dǎo)線回路，已知C=30μF，L1=5cm，L2=8cm，磁場以510-2T/s的速率均勻增強(qiáng)，則電容器C所帶的電荷量為 C 6. 如圖所示，先后以速度v1和v2勻速把一矩形線圈拉出有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域，v1=2v2在先后兩種情況下 （ ） A．線圈中的感應(yīng)電流之比為I1∶I2=2∶1 B．線圈中的感應(yīng)電流之比為I1∶I2=1∶2 C．線圈中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2=1∶4 D．通過線圈某截面的電荷量之比q1∶q2=1∶2 7. 如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌間距為d，一端跨接電阻為R，勻強(qiáng)磁場磁感強(qiáng)度為B，方向垂直平行導(dǎo)軌平面，一根長金屬棒與導(dǎo)軌成θ角放置，棒與導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，當(dāng)棒沿垂直棒的方向以恒定速度v在導(dǎo)軌上滑行時(shí)，通過電阻的電流是 （ ） A．Bdv/(Rsinθ) B．Bdv/R C．Bdvsinθ/R D．Bdvcosθ/R 8. 如圖所示，圓環(huán)a和b的半徑之比R1∶R2=2∶1，且是粗細(xì)相同，用同樣材料的導(dǎo)線構(gòu)成，連接兩環(huán)導(dǎo)線的電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終以恒定的變化率變化，那么，當(dāng)只有a環(huán)置于磁場中與只有b環(huán)置于磁場中的兩種情況下，AB兩點(diǎn)的電勢差之比為多少？ 9. 如圖所示，金屬圓環(huán)圓心為O，半徑為L，金屬棒Oa以O(shè)點(diǎn)為軸在環(huán)上轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，與環(huán)面垂直的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電阻R接在O點(diǎn)與圓環(huán)之間，求通過R的電流大小。 10.關(guān)于線圈中的自感電動(dòng)勢的大小，下列說法正確的是（ ） A．跟通過線圈的電流大小有關(guān) B．跟線圈中的電流變化大小有關(guān) C．跟線圈中的磁通量大小有關(guān) D．跟線圈中的電流變化快慢有關(guān) 11.關(guān)于自感系數(shù)下列說法正確的是（ ） A．其它條件相同，線圈越長自感系數(shù)越大 B．其它條件相同，線圈匝數(shù)越多自感系數(shù)越大 C．其它條件相同，線圈越細(xì)自感系數(shù)越大 D．其它條件相同，有鐵芯的比沒有鐵芯的自感系數(shù)越大 12.如圖所示，L為一個(gè)自感系數(shù)很大的自感線圈，開關(guān)閉合后，小燈能正常發(fā)光，那么閉合開關(guān)和斷開開關(guān)的瞬間，能觀察到的現(xiàn)象分別是（ ）。 A．小燈逐漸變亮，小燈立即熄滅 B．小燈立即亮，小燈立即熄滅 C．小燈逐漸變亮，小燈比原來更亮一下再慢慢熄滅 D．小燈立即亮，小燈比原來更亮一下再慢慢熄滅 13. 如圖所示，電阻R和電感線圈L的值都較大，電感線圈的電阻不計(jì)，A、B是兩只完全相同的燈泡，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)　，下面能發(fā)生的情況是 A．B比A先亮，然后B熄滅 B．A比B先亮，然后A熄滅　 C．A、B一起亮，然后A熄滅 D．A、B一起亮，然后B熄滅 14. 如圖所示是一演示實(shí)驗(yàn)的電路圖。圖中L是一帶鐵芯的線圈，A是一燈泡。起初，開關(guān)處于閉合狀態(tài)，電路是接通的?，F(xiàn)將開關(guān)斷開，則在開關(guān)斷開的瞬間，通過燈泡A的電流方向是從　　　　端經(jīng)燈泡到　　　　　端。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是用來演示　　　　　現(xiàn)象的。 15. 如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢E＝6V，內(nèi)電阻不計(jì)，L1、L2兩燈均標(biāo)有“6V，0.3A”，電阻R與電感線圈的直流電阻RL阻值相等，均為20Ω．試分析：S閉合和斷開的瞬間，求L1、L2兩燈的亮度變化。 16.下列說法正確的是（ ） A．日光開始工作時(shí)，需要啟動(dòng)器 B．日光開始工作時(shí)，不需要鎮(zhèn)流器 C．日光正常工作時(shí)，需要啟動(dòng)器 D．日光正常工作時(shí)，不需要鎮(zhèn)流器 17.下列關(guān)于日光燈啟動(dòng)器的說法中正確的有（ ） A．啟動(dòng)器有氖泡和電容器并聯(lián)組成 B．沒有電容器，啟動(dòng)器無法正常工作 C．電容器擊穿后，日光燈管仍能正常發(fā)光 D．啟動(dòng)器起著自動(dòng)開關(guān)的作用 18.如圖所示，日光燈正常工作時(shí)，流過燈管的電流為I，那么對于燈絲ab上的電流，以下說法正確的( ) A．燈絲ab上的電流為I B．燈絲a端的電流為I C．燈絲b處的電流為I，其它地方的電流都比I小 D．燈絲b處最容易燒斷 接高頻電源 待焊接工件 線圈導(dǎo)線 焊縫處 19.如圖所示是高頻焊接原理示意圖。線圈中通以高頻交流電時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于焊縫處的接觸電阻很大，放出的焦耳熱很多，致使溫度升得很高，將金屬熔化，焊接在一起。我國產(chǎn)生的自行車架就是用這種方法焊接的。 試定性地說明：為什么交流電的頻率越高，焊縫處放出的熱量越大。 參考答案 1．B、C；2．B、C；3．A、C、D；4．D；5．-3.6Ns；6．C；7．A；8．2∶1 9．I=BL2ω/2R； 10．D；11．ABD；12．A；13．D；14．b；a；自感（或斷電自感） 15．當(dāng)電鍵閉合的瞬間，電感支路相當(dāng)于斷路。計(jì)算可知：I1=0.1A，I2=0.2A.即電鍵閉合的瞬間，兩燈同時(shí)亮，L2燈較L1燈更亮。穩(wěn)定后，兩燈亮度相同。電鍵斷開時(shí)，顯然L1立即熄滅，L2逐漸熄滅。 16.A；17.A、D；18.C、D； 19.解析：交流電的頻率越高，它產(chǎn)生的磁場的變化就越快，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，它產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢就越大。當(dāng)電阻相同時(shí)，感應(yīng)電流就越大，而放出的熱量與電流的平方成正比，所以交流電頻率越高，焊接處放出的熱量越大。 教學(xué)后記 感應(yīng)電動(dòng)勢的兩種計(jì)算方法是本節(jié)重點(diǎn)，熟練掌握他們的計(jì)算運(yùn)用條件，能為電磁綜合問題打下基礎(chǔ)，是學(xué)生必須掌握的內(nèi)容。自感高考要求不高，只要能分析自感產(chǎn)生的現(xiàn)象就可以了，因此，還是應(yīng)該注意方法的復(fù)習(xí)。 電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用 教學(xué)目標(biāo)： 1．熟練運(yùn)用右手定則和楞次定律判斷感應(yīng)電流及感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。 2．熟練掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，及各種情況下感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算方法。 3．掌握電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用 教學(xué)重點(diǎn)：電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用 教學(xué)難點(diǎn)：電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用 教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)過程： 一、電路問題 1、確定電源：首先判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的那一部分導(dǎo)體（電源），其次利用或求感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向。 2、分析電路結(jié)構(gòu)，畫等效電路圖 3、利用電路規(guī)律求解，主要有歐姆定律，串并聯(lián)規(guī)律等 二、圖象問題 1、定性或定量地表示出所研究問題的函數(shù)關(guān)系 2、在圖象中E、I、B等物理量的方向是通過正負(fù)值來反映 3、畫圖象時(shí)要注意橫、縱坐標(biāo)的單位長度定義或表達(dá) 【例1】如圖所示，平行導(dǎo)軌置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中（方向向里），間距為L，左端電阻為R，其余電阻不計(jì)，導(dǎo)軌右端接一電容為C的電容器?，F(xiàn)有一長2L的金屬棒ab放在導(dǎo)軌上，ab以a為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過90的過程中，通過R的電量為多少？ 解析：（1）由ab棒以a為軸旋轉(zhuǎn)到b端脫離導(dǎo)軌的過程中，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一直增大，對C不斷充電，同時(shí)又與R構(gòu)成閉合回路。ab產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值 ① 表示ab掃過的三角形的面積，即 ② 通過R的電量 ③ 由以上三式解得 ④ 在這一過程中電容器充電的總電量Q=CUm ⑤ Um為ab棒在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值。即 ⑥ 聯(lián)立⑤⑥得： （2）當(dāng)ab棒脫離導(dǎo)軌后（對R放電，通過R的電量為 Q2，所以整個(gè)過程中通過 R的總電量為： Q=Q1＋Q2= 電磁感應(yīng)中“雙桿問題”分類解析 【例2】勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0.2 T，磁場寬度L=3rn，一正方形金屬框邊長ab==1m，每邊電阻r=0.2Ω，金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過磁場區(qū)，其平面始終保持與磁感線方向垂直，如圖所示，求： （1）畫出金屬框穿過磁場區(qū)的過程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的I-t圖線 （2）畫出ab兩端電壓的U-t圖線 解析：線框進(jìn)人磁場區(qū)時(shí) E1=B l v=2 V，=2.5 A 方向沿逆時(shí)針，如圖（1）實(shí)線abcd所示，感電流持續(xù)的時(shí)間t1==0.1 s 圖（1） 線框在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)：E2=0，I2=0 無電流的持續(xù)時(shí)間：t2==0.2 s， 線框穿出磁場區(qū)時(shí)：E3= B l v=2 V，=2.5 A 圖（2） 此電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針，如圖（1）虛線abcd所示，規(guī)定電流方向逆時(shí)針為正，得I-t圖線如圖（2）所示 （2）線框進(jìn)人磁場區(qū)ab兩端電壓 U1=I1 r=2.50.2=0.5V 線框在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)；b兩端電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢 U2=B l v=2V 線框出磁場時(shí)ab兩端電壓：U3=E - I2 r=1.5V 圖（3） 由此得U-t圖線如圖（3）所示 點(diǎn)評：將線框的運(yùn)動(dòng)過程分為三個(gè)階段，第一階段ab為外電路，第二階段ab相當(dāng)于開路時(shí)的電源，第三階段ab是接上外電路的電源 三、綜合例析 電磁感應(yīng)電路的分析與計(jì)算以其覆蓋知識點(diǎn)多，綜合性強(qiáng)，思維含量高，充分體現(xiàn)考生能力和素質(zhì)等特點(diǎn)，成為歷屆高考命題的特點(diǎn). 1、命題特點(diǎn) 對電磁感應(yīng)電路的考查命題，常以學(xué)科內(nèi)綜合題目呈現(xiàn)，涉及電磁感應(yīng)定律、直流電路、功、動(dòng)能定理、能量轉(zhuǎn)化與守恒等多個(gè)知識點(diǎn)，突出考查考生理解能力、分析綜合能力，尤其從實(shí)際問題中抽象概括構(gòu)建物理模型的創(chuàng)新能力. 2、求解策略 變換物理模型，是將陌生的物理模型與熟悉的物理模型相比較，分析異同并從中挖掘其內(nèi)在聯(lián)系，從而建立起熟悉模型與未知現(xiàn)象之間相互關(guān)系的一種特殊解題方法.巧妙地運(yùn)用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復(fù)雜、陌生、抽象的問題變成簡單、熟悉、具體的題型，從而使問題大為簡化. 解決電磁感應(yīng)電路問題的關(guān)鍵就是借鑒或利用相似原型來啟發(fā)理解和變換物理模型，即把電磁感應(yīng)的問題等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路，把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分導(dǎo)體等效為內(nèi)電路.感應(yīng)電動(dòng)勢的大小相當(dāng)于電源電動(dòng)勢.其余部分相當(dāng)于外電路，并畫出等效電路圖.此時(shí)，處理問題的方法與閉合電路求解基本一致，惟一要注意的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有時(shí)導(dǎo)體兩端有電壓，但沒有電流流過，這類似電源兩端有電勢差但沒有接入電路時(shí)，電流為零. 【例3】據(jù)報(bào)道，1992年7月，美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)進(jìn)行了一項(xiàng)衛(wèi)星