5电磁感应教学课件.docx

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1、电磁感应一、一周内容概述1、知道磁通量的定义，知道公式 BS 的适用条件，会用这一公式计算磁通量2、知道什么是电磁感应现象3、理解 “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 ”4、理解磁通量变化率的含义，并能与磁通量的变化量相区别5、理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式二、重点知识讲解（一）磁通量1、定义：磁感应强度B 跟平面在垂直于磁感线方向上的投影面积S 的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通用“”表示磁通量2、物理学中规定：通过垂直磁场方向单位面积上的磁感线的条数等于该处磁感应强度的数值3、磁通量计算公式 BS其中 S 是面积在垂直于磁场方向上的投

2、影4、磁通量的单位：国际单位是韦伯，符号Wb ，1 Wb 1 T 1 m25、磁通量是标量，它没有方向，但如果有方向相反的两个磁场同时穿过某一平面，如果规定其中一个磁场的磁通量为正值， 那么另一个反方向磁场穿过这个面的磁通量为负值，而穿过这个面积的磁通量是这两个磁场对这个面积磁通量的代数和说明： (1)一个平面开始与磁场垂直，当它转过180时，尽管平面还与磁场垂直，但两种情况下通过平面的磁通量是不同的，一个为正，一个为负磁通量的变化量为 2BS 而不是零 (2) 磁通量的变化 2 1(末态磁通量与初态磁通量之差)（二）电磁感应现象1、电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象说明：如

3、果电路不闭合，有电动势产生而无电流产生，此现象仍叫电磁感应现象2、感应电流：在电磁感应中产生的电流叫感应电流说明：要产生感应电流，必须同时满足两个条件：回路应闭合；穿过回路磁通量发生变化3、电磁感应现象实质是产生感应电动势，电路闭合才有感应电流4、电磁感应现象遵循“能的转化和守恒定律”由于机械运动而产生感应电流时，感应电流的电能是由外界机械能转化或外力做功而来的；无机械运动而产生感应电流，电流的电能是由产生变化的电路中的电能转化而来的感应5、感应电流产生条件的理解(1)在闭合回路中是否产生感应电流， 取决于穿过回路磁通量是否发生 “变化 ”；而不是取决于回路是 “有磁通量 ”还是 “无磁通量

4、”如图 1 所示，当条形磁铁插入线圈中静止不动时， 穿过线圈有磁通量， 但电流计 G 指针不偏转，说明回路中即使是有磁通量，也没有感应电流产生(2)产生感应电流的具体情形主要表现为两种形式： 一种形式是穿过闭合回路的磁场变化引起磁通量发生变化时， 回路中产生感应电流；另一种形式是回路相对磁场的正对面积发生变化引起磁通量变化，回路中产生感应电流图 1图 2值得注意的是： 闭合回路的部分导体做切割磁感线运动是引起回路磁通量变化的具体形式之一 但闭合回路的部分导体做切割磁感线运动时，不一定总会引起闭合回路的磁通量的变化 如图 2，矩形线框 abcd 在范围足够大的匀强磁场中在垂直磁场的平面内向右平动

5、，虽然 ad、bc 边切割磁感线，但磁场穿过回路 abcd 的磁通量没有变化，因而没有产生感应电流6、中学阶段分析磁通量变化的常见方式(1)设匀强磁场磁感应强度为B，回路在磁场内在垂直磁场的平面内投影面积为S(简称正对面积 ) ，根据公式 BS 可知：当磁感应强度 B 一定，回路中导体在磁场中方位发生变化， 导致回路在磁场中的正对面积发生改变时，磁通量变化量为： BS当回路在匀强磁场中所处的方位不变， 磁场磁感应强度发生改变时， 磁通量变化量为： SB(2)由于磁场穿过回路的磁通量与磁场通过回路的磁感线的净条数成正比， 因而无论是磁场变化还是回路相对磁场的正对面积变化， 均可以根据穿过回路磁感

6、线的净条数的变化来定性分析磁通量的变化说明：闭合电路的磁通量发生改变由4 种情况引起：闭合电路所在磁场的磁感应强度发生改变；闭合电路所围面积发生改变；闭合电路所围面积与磁场方向的夹角发生改变；以上三种因素中的两个或三个同时发生了改变（三）感应电动势定义：在电磁感应现象中产生的电动势说明：(1)理解产生感应电动势的两种情况： 一种是导体在磁场中做切割磁感线运动，由于克服电磁力作用， 而产生感应电动势；另一种是磁场变化引起闭合回路磁通量的变化，由于磁场变化产生感应电场，而产生感应电动势(2)在电磁感应现象中产生感应电动势的那部分导体就相当于电源像导体棒切割磁感线，导体棒就相当于电源；磁铁穿过螺线管

7、，螺线管就相当于电源(3)在电磁感应现象中， 电路闭合有感应电流， 电路不闭合虽没有感应电流， 但感应电动势仍然存在，感应电动势是闭合回路产生感应电流的原因（四）磁通量变化率（）1、磁通量变化率是表示磁通量变化快慢程度的物理量；它的大小等于磁通量变化量（）与发生这个变化所经历的时间（t）的比值；其国际单位为韦伯/秒（ Wb/s）；2、磁通量变化率（）的大小由磁通量变化量（）和时间（ t）共同决定，但是磁通量变化率（）与磁通量变化量 （ ）、磁通量（）均无关 磁通量变化率（）与运动学中速度变化率（）相似，我们参照下表予以类比理解速度（ v）速度变化量（ v）磁通量 磁通量变化量（ ）速度变化率（

8、）磁通量变化率（）速度（ v）大，速度变化率（）不一定大 磁通量 ( )大，磁通量变化率 （）不一定大磁通量变化量（ ）大，磁通量变化率速度变化量（ v）大，速度变化率（）不一定大（）不一定大（五）法拉第电磁感应定律1、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这就是法拉第电磁感应定律2、表达式： E说明：线圈有n 匝时， E n3、单位： E 的单位是伏特 (V) ， 的单位是韦伯 (Wb) ，t 的单位是秒 (s)4、对 E n的四点说明（1）感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量变化率与 成正比），与电路的电阻R 无关；感应电流的大小则与 / 而t(不是 E 和总

9、电阻E 与 或R 有关E（ 2）磁通量变化率 / t的大小与 的大小、 的大小没有必然的关系， 在 t 图象中， / t是图象上某点切线的斜率（ 3）公式 E n中，若 t取一段时间，则 E 为 t时间内的平均值，当磁通量的变化率不是随时间线性变化时， 平均电动势一般不等于初态与末态电动势的算术平均值，若t趋近于零，则E 为瞬时值（ 4）用 E n 所求的感应电动势为整个闭合回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势， 整个回路的感应电动势为零时，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零如图所示，正方形线圈 abcd 垂直于磁场在匀强磁场中匀速向右平动时， 0，故整个回路的感应电动势 E

10、总 0，但 ad 和 bc 边均存在感应电动势， EadEbcBlv ，对回路来说， Ead 与 Ebc 方向相反，所以 E 总 0三、典型例题讲解例 1、如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B2.0 T，方向为 x 轴的正方向， ab 40 cm，bc 30 cm， ea50 cm求通过 abcd 面、 aefd 面和 befc 面的磁通量 1、2 和 3解析：在匀强磁场中，计算磁通量的公式为BS，其中 S 为平面在垂直于磁场方向上的投影的面积为此，有些书上把计算磁通量的公式也写为BS 设 abcd 面、 aefd 面和befc面的面积分别为S1、 S2 和 S3，则1 BS1 2.00.40.

11、3Wb 0.24 Wb由图可知， aefd 面与 B 不垂直，因此不能用2 BS2 计算 2由于它在垂直于磁场方向的投影面积等于S1，所以， 2 BS1 0.24 Wb 由图还可知，befc 面与磁场方向平行，因此也不能用3 BS3 来计算3，此时 30点评：计算磁通量的大小关键是正确寻找垂直于磁场方向的平面的投影面积要知道了 S 然后依照公式 BS 计算方可S，只例 2、如图所示，矩形回路 abcd 位于长直导线附近，两者在同一平面内，长直导线中通有恒定电流 I，下列情况中能使回路中产生感应电流的是（ ）A导线中电流增大B矩形框向右平动C矩形框向下平动D矩形框以bc 边为轴转动解析：电磁感应

12、现象能否产生的关键，是穿过回路的磁通量是否发生变化，如果磁通量发生了变化，回路中就有感应电流或感应电动势产生因此，判断电磁感应问题，就是对照电磁感应现象产生的条件，分析和研究回路的磁通量是否变化的问题闭合回路中有无感应电流，其根本在于有无磁通量的变化而磁通量是否变化，其关键是弄清原磁场磁感线的分布A 中， I 增大引起直导线周围磁场增强，使回路中磁通量增加，必有感应电流B 中，因为离直导线越远，磁感线的分布越稀疏，矩形框向右平动，磁通量变少，回路中产生感应电流C 中，线框向下平动时，穿过回路的磁通量不变，回路中无电流D 中，线框绕 bc 边转动时穿过它的磁通量在变化在图示位置时穿过回路的磁通量

13、最大，转过 90时，穿过的磁通量为零故必有感应电流答案： ABD点评：判断一个回路中有无感应电流的方法是：首先明确原磁场磁感线的分布（包括疏密及方向），然后看穿过闭合回路的磁通量是否变化，即可判定感应电流的有无例 3、圆形线圈处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场的方向垂直于线圈平面，线圈半径为 r ，电阻为 R，若用时间 t把线圈从磁场中拉出来和原地使线圈翻转 180，则通过线圈导线截面的电量分别为 _和_解析：本题先按法拉第电磁感应定律的应用程序求平均电动势，再用闭合电路欧姆定律求平均电流，最后应用qt求电量应用法拉第电磁感应定律的程序：（ 1）确定研究对象确定产生感应电动势的回路（ 2）

14、弄清回路中磁通量的变化 ，以及发生 用的时间 t（ 3）应用定律求电动势注意线圈的匝数匀速拉出时： qttt原地翻转 180时，磁通量变化 BS 2 ，qtt点评：（ 1）计算电量必须用平均感应电流和平均感应电动势平均感应电动势一般用法拉第电磁感应定律求（2）若线圈分正、反两面，开始磁感线从正面穿入，磁通量为正， 则 1 2；翻转 180时，磁感线从反面穿入，则磁通量为负，2 B2 ，翻转 180时磁通量的变化量 2 1 B2 B 2 2B 2例 4、如图所示，三角形金属导轨持与 OF 垂直，以速度 v 匀速从属制成，则下列判断正确的是（EOF 上放有一金属杆AB ，在外力作用下，使AB 保O

15、 点开始右移，设导轨与金属棒均为粗细相同的同种金）A电路中的感应电流大小不变B电路中的感应电动势大小不变C电路中的感应电动势逐渐增大D电路中的感应电流减小解析：本题属于导体切割B 线产生感应电动势的题目，应用E BLvsin 求电动势求感应电动势的程序为：（1）确定运动的导体是否切割磁感线，若不切割，则E0；若切割磁感线，则 E0此步在计算前一定要先判断，不要盲目代入题中数据计算，否则会出现错误（2）在切割磁感线的情况下，确定垂直于B 的导线的有效长度 L，确定 v 是否垂直 L 和 v 与 B 之间的夹角公式E BLvsin 的适用条件为L B、 v L （3）应用公式计算E导体棒从 O 开

16、始到如图位置所经历的时间设为t，设 EOF ，则导体棒切割磁感线的有效长度L OBtanvttan，故 E Bl v Bvtv tan Bv2 tan t即电路中电动势与时间成正比，C 答案正确；电路中电流强度I 而 L OAB 的周长 OB AB OA vt vttan vt/cos vt(1 tan )所以 I恒量，所以A 答案正确点评：解答此题的关键是求出导体棒切割磁感线的有效长度L 及三角形的周长，此题的新颖之处是切割磁感线的导体棒的有效长度是随时间变化的在线测试一、选择题1、关于感应电流，下列说法中正确的有（）A只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生B穿过螺线管的磁通量发

17、生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生C线框不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也没有感应电流D只要电路的一部分做切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流2、矩形闭合线圈平面跟磁感线方向平行，如图所示，下列哪种情况下线圈中有感应电流（ ）A线圈绕 ab 轴转动B线圈垂直纸面向外平动C线圈沿 ab 轴下移D线圈绕 cd 轴转动3、如图所示， 两同心圆环 A 和 B处在同一平面内， B 的半径小于A 的半径，一条形磁铁的轴线与圆环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量A 与 B 的大小关系是（）A BB BAAC BD无法比较A4、有一个面积很小的圆环，设这个圆环所在位置的磁感应强度为B，穿过圆

18、环的磁通量为 则下列判断中正确的是（）A如果 0，则 B0B如果 0，则 B0C如果 B 0，则 0D如果 B 0，则 05、具有金属外壳的人造地球卫星，在环绕地球运动时（）A如沿地球的经线绕地球运动，则在通过地球两极上空时，它表面将会产生感应电流B如沿地球赤道上空某一轨道运动，它表面将不会产生感应电流C如此卫星在地球同步轨道上运动，它表面不会产生感应电流D如卫星表面产生了感应电流，则它的机械能将减小，轨道半径减小，环绕速率也减小6、以下说法中，正确的是（）A线圈中的磁通量越大时，感应电动势越大B线圈中的磁通量变化越大时，感应电动势也越大C线圈中的磁通量变化越快时，感应电动势越大D线圈中磁通量

19、为零时，磁通量的变化也为零7、当线圈中的磁通量发生变化时，则（）A线圈中一定有感应电流B线圈中一定有感应电动势C感应电动势的大小与线圈的电阻无关D如有感应电流，其大小与线圈的电阻有关8、A 是闭合导体中的一部分，判断下面各图中哪个图中有感应电流（）ABCD9、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，线圈所围面积内的磁通量随时间的变化规律如图所示，则（）A O时刻线圈中感应电动势最大B D时刻线圈中感应电动势最大C D时刻线圈中感应电动势为零D O至 D时间内线圈中平均电动势为0. 4 V10、如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒 ab 以水平初速度抛出，设运动的整个

20、过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将（ ）v0A越来越大B越来越小C保持不变D无法确定11、如图所示， 半径为 r 的金属环绕通过其直径的轴OO以角速度 做匀速转动， 匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，在转过 30角的过程中，环中产生的平均电动势为（）A 2B r 2B 2Br 2C 3B r 2D 3Br 2重 做提 示B 卷二、综合题12、匀强磁场的磁感应强度 B 0. 8 T ，矩形线圈 abcd 的面积 S 0. 5 m2 ，共 10 匝开始时， B 与 S 垂直，且线圈有一半在磁场中，如图所示，求：（ 1）当线圈

21、绕 ab 边转过 60角时，线圈的磁通量以及此过程中磁通量的改变量（ 2）当线圈绕 dc 边转 60角时，求此时线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量第 1 题答案错误 ! 正确答案为 C第 2 题答案错误 ! 正确答案为 A第 3 题答案错误 ! 正确答案为 C第 4 题答案错误 ! 正确答案为 BC第 5 题答案错误 ! 正确答案为 ABC第 6 题答案错误 ! 正确答案为 C第 7 题答案错误 ! 正确答案为 BCD第 8 题答案错误 ! 正确答案为 AC第 9 题答案错误 ! 正确答案为 ACD第 10 题答案错误 ! 正确答案为 C第 11 题答案错误 ! 正确答案为 C提示：1、

22、要产生感应电流必须同时满足两个条件，即（1）电路闭合；（ 2）穿过电路的磁通量要发生改变 A 项中磁通量不一定变化， B、 D项中电路不一定闭合， C 项中电路不闭合，但可产生感应电动势，故 A、 B、 D项皆错2、A 项磁通量变化， B 项磁通量始终为零， C项磁通量始终为零， D项磁通量始终为零3、设磁体内部的磁感线条数为 ，全部穿过 A、B 两圆环，方向向上， 磁通量为正；磁体外部空间穿过 A、 B 两圆环的磁感线条数分别为 1 和 2 ，方向向下，磁通量为负，则穿过 A 环的磁通量为 A 1 ，穿过 B 环的磁通量为 B 2，因为 1 2，所以 A B，即穿过 B 环的磁通量较大，选项

23、 C正确4、穿过圆环的磁通量，不仅与磁感应强度有关，也与圆环所放的位置有关B0时，若圆环面与磁场平行，则 0；反之， 0 时， B 不一定为零若 B 0 时，无论怎样放置圆环，其 必为零若 0 时，肯定此处 B 不为零5、A 项有磁通量变化； B、C项都有磁通量， 但磁通量没变化； D项中有感应电流时，其机械能不一定减小再说，轨道半径若减小时，其环线速率应增大6、感应电动势E 的大小与 、均无关，由决定7、当磁通量变化时，一定产生感应电动势；若电路再闭合才有感应电流；感应电动势由决定，感应电流由感应电动势E 和电路总电阻共同决定8、B、D 图不切割磁感线9、E，而恰是 t 图线的切线斜率，故切

24、线斜率值越大，感应电动势越大图中D 时刻 最大，最小等于零； O时刻 为零，而最大； O至 D时刻的感应电动势EV 0. 4 V 10、由于导体棒在磁场中做平抛运动，导体棒在水平方向上以v0 做匀速运动 v0 正是切割磁感线的有效速度，故根据E BLv BLv0，知 E 是不变的11、题目图示位置时， 0；转过 30后 2 BSsin30 B r 2 2，转过 30所用时间t ，由 E nB r21 1 B r 2/ /6 3B r 212 答案：（1） 0. 2 Wb， 0（ 2） 0， 0. 2 Wb提示：（1）当线圈由图示位置绕ab 转过 60时， BS BScos60 0. 8 0.

25、50. 2 Wb，（此时的S 正好全部处在磁场中）在此过程中S 没变，穿过线圈的磁感线条数没变，故磁通量变化量 0（ 2）当线圈绕 dc 边转 60角时， BS ，此时有磁场穿过的S 0，所以 0不转时 1BS 0.2 Wb ，转动后， 2 0， 2 1 0.2 Wb，故磁通量改变了 0.2 Wb高考解析1.（09 年安徽卷）如图甲所示，一个电阻为 R，面积为 S 的矩形导线框 abcd，水平旋转在匀强磁场中， 磁场的磁感应强度为 B，方向与 ad 边垂直并与线框平面成 45角，o、o分别是 ab 和 cd 边的中点 .现将线框右半边 obco绕 oo逆时针 90到图乙所示位置 .在这一过程中

26、，导线中通过的电荷量是（ ）A.B.C.D. 0答案： A解析：对线框的右半边（obco）未旋转时整个回路的磁通量线框的右半边（ obco）旋转 90后，穿进跟穿出的磁通量相等，如图整个回路的磁通量.对.根据公式.选 A.2.（ 09 年山卷）如图所示，一导线弯成半径为a 的半圆形闭合回路.虚线 MN 右侧有磁感应强度为 B 的匀强磁场 .方向垂直于回路所在的平面.回路以速度 v 向右匀速进入磁场，直径 CD 始络与 MN 垂直 .从 D 点到达边界开始到是（）C 点进入磁场为止，下列结论正确的A感应电流方向不变BCD 段直线始终不受安培力C感应电动势最大值E BavD感应电动势平均值答案： ACD解析：在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大， 根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变， A 正确 .根据左手定则可以判断， 受安培力向下， B 不正确 .当半圆闭合回路进入磁场一半时，即这时等效长度最大为 a，这时感应电动势最大 E=Bav， C 正确 .感应电动势平均值，D 正确 .