高二物理电磁感应基础知识

电磁感应基础知识电磁感应基础知识 【要点梳理】【要点梳理】 要点一、要点一、电流的磁效应电流的磁效应 1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁 效应。 要点诠释要点诠释 （1）为了避免地磁场影响实验结果，实验时通电直导线应南北放置。 （2）电流磁效应的发现证实了电和磁存在必然的联系，受其影响，法国物理学家安培 提出了著名的右手螺旋定则和“分子电流”假说，英国物理学家法拉第在“磁生电”思想的 指导下，经过十年坚持不懈的努力终于找到了“磁生电”的条件。 要点二、要点二、电磁感应现象电磁感应现象 1831 年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”的条件，产生的电 流叫感应电流。 要点诠释要点诠释 （1）法拉第将引起感应电流的原因概括为五类 ①变化的电流；②变化的磁 场；③运动的恒定电流；④运动的磁场；⑤在磁场中运动的导体。 （2）电流的磁效应是由电生磁，是通过电流获得磁场的现象；电磁感应现象是磁生电 现象，两个过程是相反的。 要点三、要点三、产生感应电流的条件产生感应电流的条件 感应电流的产生条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化。也就是一是电路必须闭合， 二是穿过闭合电路的磁通量发生变化。即一闭合二变磁。 要点诠释要点诠释判断有无感应电流产生，关键是抓住两个条件 （1）电路是闭合电路； （2） 穿过电路本身的磁通量发生变化。其主要内涵体现在“变化” 二字上，电路中有没有磁通量 不是产生感应电流的条件， 如果穿过电路的磁通量很大但不变化， 那么无论有多大，也不会 产生感应电流。只有“变磁”才会产生感应电动势，如果电路再闭合，就会产生感应电流。 要点四、电流的磁效应与电磁感应现象的区别与联系要点四、电流的磁效应与电磁感应现象的区别与联系 1 1．区别．区别 “动电生磁”和“动磁生电”是两个不同的过程，要抓住过程的本质，动电生 磁是指运动电荷周围产生磁场； 动磁生电是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生 了感应电流。要从本质上来区分它们。 2 2．联系．联系二者都是反映了电流与磁场之间的关系。 要点五、磁通量要点五、磁通量Ф的计算的计算 1． 公式ФBS中的B是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，可以 理解为ФBS ⊥ 。如果磁感线和平面不垂直，S应取平面在垂直磁感线方向上的投影面积。 如图所示，线圈平面与水平方向成角，磁感线竖直向下，磁感应强度为B，线圈面 积为S。使用ФBSsin时很容易出错，多数同学分不清是谁和谁的夹角，盲目代入公 式导致错误。我们可以取垂直磁感线的有效面积SScos，ФBScos，这样就不易出 错了。 2．公式ФBS中的S是指包含磁场的那部分有效面积。如图所示，闭合回路abcd在 纸面内，匀强磁场B在圆区域内且垂直纸面，回路abcd的面积S1大于圆区域面积S2，但 穿过S1和S2的磁通量是相同的，因为有磁感线穿过的S1和S2的有效面积相同。 3．磁通量是标量，但磁通量有正负之分，其正负是这样规定的任何一个面都有正、 反两个面，若规定磁感线从正面穿入为正磁通量，则磁感线从反面穿人时磁通量为负值。 若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Ф 1 ，反向磁感线条数为Ф 2 ， 则磁通量为穿过该平面的磁感线的净条数（磁通量的代数和） ，即ФФ 1 －Ф 2 。 要点诠释要点诠释磁通量的正负既不表示大小，也不表示方向，仅是为了计算方便而引入的。 4．磁通量与线圈匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响。同理，磁通量的 变化量ФФ2－Ф 1 中。也不受线圈匝数的影响。所以，直接用公式求Ф、Ф时，不必 去考虑线圈匝数n。 要点六、磁通量变化的几种情形要点六、磁通量变化的几种情形 根据公式ФBSsin（其中为闭合回路所围面积和磁感线间的夹角）可知，有四种 情形 （1）B不变，S变，则ФB S； （2）B变化，S不变，则ФB S； （3）B变，S也变，则ФB2S1B 1S1 （但ФB S） ； （4）B不变，S不变，变化，则ФBSsin2sin1。 如图甲所示， 闭合回路的一部分导体切割磁感线， 闭合回路面积变化， 引起磁通量变化； 如图乙所示，由于磁铁插入或拔出线圈， 线圈所处的磁场变化，引起磁通量变化； 如图丙所 22 示，若回路面积从S18 m变到S218 m，磁感应强度B同时从B 1 0.1 T变到 B 2 0. 8 T，则回路中磁通量的变化为Ф Ф 2－Ф1 B 2 S－ 13. 6 W，b 若按 2 BS 11 ФB S0.8－0.118－8Wb7 Wb就错了；如图丁所示，闭合线圈abcd在匀 强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO＇转动，B不变，线圈面积不变，但B和S的夹角变 化，引起了穿过线圈的磁通量变化。 要点六、对“导体棒切割磁感线”的理解要点六、对“导体棒切割磁感线”的理解 闭合电路的一段导体做切割磁感线运动时， 闭合电路中产生感应电流。 如图甲所示，当 导体ad向右运动时，穿过abcd的磁通量发生变化，回路中产生感应电流。所以， “切割磁 感线”产生感应电流和“磁通量变化”产生感应电流在本质上是一致的。 导体切割磁感线时， 回路中一定产生感应电流吗如图乙所示， 导体框的一部分导体切 割磁感线，回路磁通量减小，线框中有感应电流；如图丙所示，虽然有两边切割了磁感线， 但回路磁通量不变化，无感应电流产生。因此回路中是否产生感应电流， 不是看有没有导体 切割磁感线，关键是看闭合回路的磁通量是否发生了变化。 要点七、电磁感应现象中的能量转化要点七、电磁感应现象中的能量转化 当在闭合电路中产生感应电流时，电流做功， 消耗了电能，根据能量守恒定律，能量不 会被创造，也不会被消灭。那么，是什么能量转化为电能呢一般有两种情况 1．导体做切割磁感线运动，在电路中产生感应电流，是该导体的机械能转化为电能。 2．如图所示，当图中R变化时，线圈a中变化的电流产生变化的磁场，从而使b中的 磁通量发生变化而在b中产生感应电流。此处电能是螺线管a转移给b的。但此处的转移并 磁场能 电能， 不像导线导电一样直接转移，而是一个间接的转移电能 实质上还是能量的转化。 转化转化 【典型例题】【典型例题】 类型一、类型一、磁通量的大小比较和计算磁通量的大小比较和计算 例 1．如图所示，线圈平面与水平方向成角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B， 线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量Ф________。 【答案】BScos 【解析】本题考查如何求磁通量，关键要分清已知条件中的面积S是否为公式ФBS 中的面积S。 方法一将面积S投影到与磁场B垂直的方向，即水平方向abcd，则SScos， 故 ФBS  BScos。 方法二 把磁场 B 分解为平行于线圈平面的分量B和垂直于线圈平面的分量B， 显然 B不穿过线圈，且S  Scos，故 ФBS  BScos。 【总结升华】直接应用公式ФBS计算时，应注意其适用条件是线圈平面