2019-2020年高考物理知識要點總結(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律、自感教案.doc

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2019-2020年高考物理知識要點總結(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律、自感教案 知識要點： 一、基礎(chǔ)知識 1、電磁感應(yīng)、感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流I 電磁感應(yīng)是指利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。所產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢。所產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。要注意理解: 1)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源。2)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢與電路是否閉合無關(guān), 而產(chǎn)生感應(yīng)電流必須閉合電路。3)產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩種敘述是等效的, 即閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動與穿過閉合電路中的磁通量發(fā)生變化等效。 2、電磁感應(yīng)規(guī)律 感應(yīng)電動勢的大小: 由法拉第電磁感應(yīng)定律確定。 ——當(dāng)長L的導(dǎo)線，以速度，在勻強磁場B中，垂直切割磁感線，其兩端間感應(yīng)電動勢的大小為。 如圖所示。設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流強度為I，MN間電動勢為，則MN受向左的安培力，要保持MN以勻速向右運動，所施外力，當(dāng)行進位移為S時，外力功。為所用時間。 而在時間內(nèi)，電流做功，據(jù)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，，則。 ∴，M點電勢高，N點電勢低。 此公式使用條件是方向相互垂直，如不垂直，則向垂直方向作投影。 ，電路中感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這個電路的磁通變化率成正比——法拉第電磁感應(yīng)定律。 如上圖中分析所用電路圖，在回路中面積變化，而回路跌磁通變化量，又知。 ∴ 如果回路是匝串聯(lián)，則。 公式一: 。注意: 1)該式普遍適用于求平均感應(yīng)電動勢。2)只與穿過電路的磁通量的變化率有關(guān), 而與磁通的產(chǎn)生、磁通的大小及變化方式、電路是否閉合、電路的結(jié)構(gòu)與材料等因素?zé)o關(guān)。公式二: 。要注意: 1)該式通常用于導(dǎo)體切割磁感線時, 且導(dǎo)線與磁感線互相垂直(l^B )。2)為v與B的夾角。l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度(即l為導(dǎo)體實際長度在垂直于B方向上的投影)。公式三: 。注意: 1)該公式由法拉第電磁感應(yīng)定律推出。適用于自感現(xiàn)象。2)與電流的變化率成正比。 公式中涉及到磁通量的變化量的計算, 對的計算, 一般遇到有兩種情況: 1)回路與磁場垂直的面積S不變, 磁感應(yīng)強度發(fā)生變化, 由, 此時, 此式中的叫磁感應(yīng)強度的變化率, 若是恒定的, 即磁場變化是均勻的, 那么產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定電動勢。2)磁感應(yīng)強度B 不變, 回路與磁場垂直的面積發(fā)生變化, 則, 線圈繞垂直于勻強磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電動勢就屬這種情況。 嚴(yán)格區(qū)別磁通量, 磁通量的變化量磁通量的變化率, 磁通量, 表示穿過研究平面的磁感線的條數(shù), 磁通量的變化量, 表示磁通量變化的多少, 磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢, , 大, 不一定大; 大, 也不一定大, 它們的區(qū)別類似于力學(xué)中的v, 的區(qū)別, 另外I、也有類似的區(qū)別。 公式一般用于導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度相同, 對有些導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度不相同的情況, 如何求感應(yīng)電動勢？如圖1所示, 一長為l的導(dǎo)體桿AC繞A點在紙面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動, 轉(zhuǎn)動的區(qū)域的有垂直紙面向里的勻強磁場, 磁感應(yīng)強度為B, 求AC產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢, 顯然, AC各部分切割磁感線的速度不相等, , 且AC上各點的線速度大小與半徑成正比, 所以AC切割的速度可用其平均切割速度, 即, 故。 ——當(dāng)長為L的導(dǎo)線，以其一端為軸，在垂直勻強磁場B的平面內(nèi)，以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，其兩端感應(yīng)電動勢為。 如圖所示，AO導(dǎo)線長L，以O(shè)端為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動一周，所用時間，描過面積，（認(rèn)為面積變化由0增到）則磁通變化。 在AO間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢且用右手定則制定A端電勢高，O端電勢低。 ——面積為S的紙圈，共匝，在勻強磁場B中，以角速度勻速轉(zhuǎn)坳，其轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，則當(dāng)線圈平面與磁場方向平行時，線圈兩端有最大有感應(yīng)電動勢。 如圖所示，設(shè)線框長為L，寬為d，以轉(zhuǎn)到圖示位置時，邊垂直磁場方向向紙外運動，切割磁感線，速度為（圓運動半徑為寬邊d的一半）產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ，端電勢高于端電勢。 邊垂直磁場方向切割磁感線向紙里運動，同理產(chǎn)生感應(yīng)電動熱勢。端電勢高于端電勢。 邊，邊不切割，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，．兩端等電勢，則輸出端M．N電動勢為。 如果線圈匝，則，M端電勢高，N端電勢低。 參照俯示圖，這位置由于線圈長邊是垂直切割磁感線，所以有感應(yīng)電動勢最大值，如從圖示位置轉(zhuǎn)過一個角度，則圓運動線速度，在垂直磁場方向的分量應(yīng)為，則此時線圈的產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的瞬時值即作最大值.即作最大值方向的投影，（是線圈平面與磁場方向的夾角）。 當(dāng)線圈平面垂直磁場方向時，線速度方向與磁場方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電動勢為零。 總結(jié)：計算感應(yīng)電動勢公式： 注意：公式中字母的含義，公式的適用條件及使用圖景。 區(qū)分感應(yīng)電量與感應(yīng)電流, 回路中發(fā)生磁通變化時, 由于感應(yīng)電場的作用使電荷發(fā)生定向移動而形成感應(yīng)電流, 在內(nèi)遷移的電量(感應(yīng)電量)為 , 僅由回路電阻和磁通量的變化量決定, 與發(fā)生磁通變化的時間無關(guān)。因此, 當(dāng)用一磁棒先后兩次從同一處用不同速度插至線圈中同一位置時, 線圈里聚積的感應(yīng)電量相等, 但快插與慢插時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流不同, 外力做功也不同。 2、自感現(xiàn)象、自感電動勢、自感系數(shù)L 自感現(xiàn)象是指由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢。自感系數(shù)簡稱自感或電感, 它是反映線圈特性的物理量。線圈越長, 單位長度上的匝數(shù)越多, 截面積越大, 它的自感系數(shù)就越大。另外, 有鐵心的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵心時要大得多。 自感現(xiàn)象分通電自感和斷電自感兩種, 其中斷電自感中“小燈泡在熄滅之前是否要閃亮一下”的問題, 如圖2所示, 原來電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài), L與并聯(lián), 其電流分別為, 方向都是從左到右。在斷開S的瞬間, 燈A中原來的從左向右的電流立即消失, 但是燈A與線圈L構(gòu)成一閉合回路, 由于L的自感作用, 其中的電流 不會立即消失, 而是在回路中逐斷減弱維持暫短的時間, 在這個時間內(nèi)燈A中有從右向左的電流通過, 此時通過燈A的電流是從開始減弱的, 如果原來, 則在燈A熄滅之前要閃亮一下; 如果原來, 則燈A是逐斷熄滅不再閃亮一下。原來哪一個大, 要由L的直流電阻和A的電阻的大小來決定, 如果, 如果。 分析實例： 如圖所示，此時線圈中通有右示箭頭方向的電流，它建立的電流磁場B用右手安培定則判定，由下向上，穿過線圈。 當(dāng)把滑動變阻器的滑片P向右滑動時，電路中電阻增大，電源電動勢不變，則線圈中的電流變小，穿過線圈的電流磁場變小，磁通量變小。根據(jù)楞次定律，產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁通量變小，所以感應(yīng)電流磁場方向與原電流磁場同向，也向上。根據(jù)右手安培定則，感應(yīng)電流與原電流同向，阻礙原電流減弱。 同理，如將滑片P向左滑動，線圈中原電流增強，電流磁場增強，穿過線圈的磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電流，其磁場阻礙原磁通量增強與原磁場反向而自上向下穿過線圈，據(jù)右手安培定則判定感應(yīng)電流方向與原電流反向，阻礙原電流增強。 2、由于線圈（導(dǎo)體）本身電流的變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢叫自感電動勢。 由上例分析可知：自感電動勢總量阻礙線圈（導(dǎo)體）中原電流的變化。 3、自感電動勢的大小跟電流變化率成正比。 L是線圈的自感系數(shù)，是線圈自身性質(zhì)，線圈越長，單位長度上的匝數(shù)越多，截面積越大，有鐵芯則線圈的自感系數(shù)L越大。單位是亨利（H）。 如是線圈的電流每秒鐘變化1A，在線圈可以產(chǎn)生1V 的自感電動勢，則線圈的自感系數(shù)為1H。還有毫亨（mH），微亨（H）。