《电磁感应》北京高考命题分析如下表
从上面表格中可以发现,电磁感应部分是高频考点,因此同学们在学习时候一定要夯实基础。
一、电磁感应现象
1.产生感应电流的条件
⑴穿过闭合电路的磁通量发生变化。
⑵闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,电路中有感应电流产生。
2.感应电动势产生的条件
穿过电路的磁通量发生变化(无论电路是否闭合)。
由磁场变化引起的感应电动势叫做感生电动势,其本质是变化的磁场在空间激发出电场;由导体切割磁感线产生的感应电动势叫做动生电动势。
3.磁通量和磁通量变化
如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,其面积为S,则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量,用Φ表示,即Φ=BS。Φ是标量,但是有方向(分进、出该面两种方向)。单位为韦伯,符号为Wb。可以认为磁通量就是穿过某个面积的磁感线条数。
在匀强磁场的磁感线垂直于平面的情况下,B=Φ/S,所以磁感应强度又叫磁通密度。
当匀强磁场的磁感应强度B与平面S的夹角为α时,磁通量Φ=BSsinα(α是B与S的夹角)。
ΔΦ=Φ2-Φ1。初、末状态的磁通量方向相反时,计算时应将初、末状态磁通量的大小相加。
二、感应电流的方向
1.楞次定律
感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
楞次定律的表述中关键有两个磁场:感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)。它们的关系是前者“阻碍”后者的“变化”。“阻碍”不等于“反向”;“阻碍”也不是“阻止”。
根据楞次定律判断感应电流方向的步骤为:
⑴确定原磁场方向;⑵判定原磁场如何变化(增大还是减小);⑶确定感应电流的磁场方向(增反减同);⑷根据安培定则判定感应电流的方向。
如果感应电流是由相对运动引起的,那么感应电流引起的结果一定是“阻碍相对运动”的。
如果磁通量变化是由自身电流变化引起的,那么它引起的结果一定是“阻碍自身电流变化”的,这就是自感现象。
2.右手定则。
对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况,右手定则和楞次定律的结论是完全一致的,这时,用右手定则更方便一些。
自感现象的应用:日光灯。(了解一下即可)
自感现象的防止:定值电阻的双线绕法。两个线圈的电流大小相同,方向相反,产生的磁场也必然等大反向,因此穿过线圈的总磁通量始终为零。
三、感应电动势的产生
1.法拉第电磁感应定律
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,。(用于感生电动势的计算)
在导线垂直切割磁感线产生感应电动势的情况下,E=Blv。(用于动生电动势)
自感电动势,L叫自感系数,简称自感或电感。L与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯有关。
2.转动产生的感应电动势
⑴线圈的转动轴与磁感线垂直。矩形线圈的长、宽分别为L1、L2,所围面积为S,向右的匀强磁场的磁感应强度为B,线圈绕轴以角速度ω匀速转动。在图示位置,线圈的ab、cd两边切割磁感线,产生的感应电动势相加E=BSω。如果线圈由n匝导线绕制而成,则E=nBSω。若从图示位置开始计时,感应电动势的瞬时值为e=nBSωcosωt。该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关(但是轴必须与B垂直)。这就是交流发电机发出的交变电流的瞬时电动势公式。
⑵转动轴与磁感线平行。如图,磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外,长L的金属棒Oa以O为轴在该平面内以角速度ω逆时针匀速转动。求金属棒中的感应电动势。在应用感应电动势的公式时,必须注意其中的速度v应该指导线上各点的平均速度,在本题中应该是金属棒中点的速度,因此有。
四、电磁感应的综合应用(后续将本部分做成专题此处不展开)
1.电磁感应和恒定电流知识结合
2.电磁感应和牛顿运动定律知识结合
3.电磁感应和动量知识结合
4.电磁感应和能量守恒知识结合
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