高中物理选修3-2知识点详细汇总.pdf

电磁感应现象愣次定律一、电磁感应1．电磁感应现象只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应产生的电流叫做感应电流．2．产生感应电流的条件：闭合回路中磁通量发生变化3. 磁通量变化的常见情况( Φ改变的方式 ) ：①线圈所围面积发生变化， 闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致Φ变化 ; 其实质也是B不变而 S增大或减小②线圈在磁场中转动导致Φ 变化 线圈面积与磁感应强度二者之间夹角发生变化如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型③磁感应强度随时间( 或位置 ) 变化 , 磁感应强度是时间的函数；或闭合回路变化导致Φ变化( Φ改变的结果): 磁通量改变的最直接的结果是产生感应电动势, 若线圈或线框是闭合的. 则圈或线框中产生感应电流，因此产生感应电流的条件就是：穿过闭合回路的磁通量发生变化．4. 产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合, 只要穿过线圈的磁通量发生变化, 线圈中就有感应电动势产生, 产生感应电动势的那部分导体相当于电源. 电磁感应现象的实质是产生感应电动势, 如果回路闭合, 则有感应电流 , 如果回路不闭合， 则只能出现感应电动势，而不会形成持续的电流．我们看变化是看回路中的磁通量变化，而不是看回路外面的磁通量变化二、感应电流方向的判定1. 右手定则 : 伸开右手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指指向导线运动的方向, 四指所指的方向即为感应电流方向( 电源 ). 用右手定则时应注意：①主要用于闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时，产生的感应电动势与感应电流的方向判定，②右手定则仅在导体切割磁感线时使用，应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直．③当导体的运动方向与磁场方向不垂直时，拇指应指向切割磁感线的分速度方向．④若形成闭合回路，四指指向感应电流方向；若未形成闭合回路，四指指向高电势．⑤“因电而动”用左手定则．“因动而电”用右手定则．⑥应用时要特别注意：四指指向是电源内部电流的方向( 负→正 ) ．因而也是电势升高的方向；即：四指指向正极。

导体切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的一个特例．用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是对导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流方向的判定用右手定则更为简便．2. 楞次定律(1) 楞次定律 ( 判断感应电流方向) ：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．(感应电流的 ) 磁场 ( 总是 ) 阻碍 ( 引起感应电流的磁通量的) 变化原因产生结果；结果阻碍原因 定语 ) 主语 (状语 ) 谓语 (补语 ) 宾语(2) 对“阻碍”的理解注意 “阻碍”不是阻止，这里是阻而未止阻碍磁通量变化指：磁通量增加时，阻碍增加( 感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用) ；磁通量减少时，阻碍减少( 感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用) ，简称“增反减同” ．(3) 楞次定律另一种表达：感应电流的效果总是要阻碍．．(．或反抗．．．)．产生感应电流的原因. (F安方向就起到阻碍的效果作用)即由电磁感应现象而引起的一些受力、相对运动、磁场变化等都有阻碍原磁通量变化的趋势。

①阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化；②阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”；③使线圈面积有扩大或缩小的趋势；有时应用这些推论解题比用楞次定律本身更方便④阻碍原电流的变化．楞次定律磁通量的变化表述：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化能量守恒表述：①从磁通量变化的角度：I感的磁场效果总要反抗产生感应电流的原因②从导体和磁场的相对运动：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化③从感应电流的磁场和原磁场：导体和磁体发生相对运动时, 感应电流的磁场总是阻碍相对运动④楞次定律的特例──右手定则：感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化 增反、减同 ) 楞次定律的多种表述、应用中常见的两种情况：一磁场不变, 导体回路相对磁场运动；二导体回路不动,磁场发生变化磁通量的变化与相对运动具有等效性：Φ↑相当于导体回路与磁场接近，Φ ↓相当于导体回路与磁场远离4) 楞次定律判定感应电流方向的一般步骤基本思路可归结为： “一原、二感、三电流”，①明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何；②确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化( 是增还是减 ) ③根据楞次定律确定感应电流磁场的方向．④再利用安培定则，根据感应电流磁场的方向来确定感应电流方向．判断闭合电路（或电路中可动部分导体）相对运动类问题的分析策略在电磁感应问题中，有一类综合性较强的分析判断类问题，主要讲的是磁场中的闭合电路在一定条件下产生了感应电流，而此电流又处于磁场中，受到安培力作用，从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动 . 对其运动趋势的分析判断可有两种思路方法：①常规法： 据原磁场 (B原方向及 Δ Φ情况 )楞次定律确定感应磁场 (B感方向 )安培定则判断感应电流(I感方向)左手定则导体受力及运动趋势. ②效果法： 由楞次定律可知，感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”，深刻理解“阻碍”的含义 . 据 “阻碍 “ 原则，可直接对运动趋势作出判断，更简捷、迅速. ( 如 F安方向阻碍相对运动或阻碍相对运动的趋势)B感和 I感的方向判定 ：楞次定律 (右手 ) 深刻理解“ 阻碍 ”两字的含义 (I感的 B是阻碍产生I感的原因 ) B原方向 ?；B原?变化 ( 原方向是增还是减) ；I感方向 ?才能阻碍变化；再由I感方向确定B感方向。

楞次定律的理解与应用理解楞次定律要注意四个层次:①谁阻碍谁 ?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量; ②阻碍什么 ?阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身; ③如何阻碍 ?当磁通量增加时, 感应电流的磁场方向与原磁场方向相反, 当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同, 即”增反减同”; ④结果如何 ?阻碍不是阻止 , 只是延缓了磁通量变化的快慢, 结果是增加的还是增加, 减少的还是减少. 另外①“阻碍”表示了能量的转化关系, 正因为存在阻碍作用,才能将其它形式的能量转化为电能; ②感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的相对运动. 电磁感应现象中的动态分析：就是分析导体的受力和运动情况之间的动态关系一般可归纳为：导体组成的闭合电路中磁通量发生变化导体中产生感应电流导体受安培力作用导体所受合力随之变化导体的加速度变化其速度随之变化感应电流也随之变化周而复始地循环，最后加速度小致零( 速度将达到最大) 导体将以此最大速度做匀速直线运动“阻碍”和“变化”的含义原因产生结果；结果阻碍原因感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍引起感应电流的磁场因此，不能认为感应电流的磁场的方向和引起感应电流的磁场方向相反。

磁通量变化感应电流感应电流的磁场法拉第电磁感应定律、自感一、法拉第电磁感应定律(1) 定律内容 ：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．发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源，在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势 即：由负到正 ) ①表达式： tsBntsBntnE,=?(普适公式 ) ε∝t( 法拉第电磁感应定律) 感应电动势取决于磁通量变化的快慢 t( 即磁通量变化率) 和线圈匝数n．ΔB/Δt 是磁场变化率(2) 另一种特殊情况：回路中的一部分导体做切割磁感线运动时, 且导体运动方向跟磁场方向垂直② E=BLv( 垂直平动切割 ) (v为磁场与导体的相对切割速度．．．．．．) (B不动而导体动；导体不动而B运动 ) ③E= nBSω sin( ωt+ Φ) ； Em＝nBS ω (线圈与 B⊥的轴匀速转动切割) n是线圈匝数④E＝BL2ω/2 (直导体绕一端转动切割) ⑤*自感 tILtnE自IEt自(电流变化快慢 ) (自感 ) 二、感应电量的计算感应电量 Rnt tRnt REtIq如图所示，磁铁快插与慢插两情况通过电阻R的电量一样，但两情况下电流做功及做功功率不一样．三. 自感现象1. 自感现象 ：由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象．2. 自感电动势 ：自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势．自感电动势：E=L tI( L是自感系数） ：a．L跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系．线圈越粗，越长、匝数越密，它的自感系数越大，另外有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多．b．自感系数的单位是亨利，国际符号是L，1 亨=103毫亨 =106微亨3. 关于自感现象的说明①如图所示，当合上开关后又断开开关瞬间，电灯L 为什么会更亮，当合上开关后，由于线圈的电阻比灯泡的电阻小， 因而过线圈的电流I2较过灯泡的电流I1大，当开关断开后， 过线圈的电流将由I2变小，从而线圈会产生一个自感电动势，于是电流由c→b→a→ d 流动，此电流虽然比I2小但比 I1还要大．因而灯泡会更亮．假若线圈的电阻比灯泡的电阻大，则I2＜I1，那么开关断开后瞬间灯泡是不会更亮的．产生产生阻碍②开关断开后线圈是电源，因而C点电势最高，d 点电势最低③过线圈电流方向与开关闭合时一样，不过开关闭合时，J 点电势高于C点电势，当断开开关后瞬间则相反， C点电势高于J 点电势．④过灯泡的电流方向与开关闭合时的电流方向相反，a、b 两点电势，开关闭合时Ua＞Ub，开关断开后瞬间 Ua＜Ub．4. 镇流器是一个带铁芯的线圈，起动时产生瞬间高电压点燃日光灯，目光灯发光以后，线圈中的自感电动势阻碍电流变化，正常发光后起着降压限流作用，保证日光灯正常工作．线圈作用：起动时产生瞬间高电压，正常发光后起着降压限流作用。

电磁感应与力学综合又分为两种情况：一、与运动学与动力学结合的题目（电磁感应力学问题中，要抓好受力情况和运动情况的动态分析），(1) 动力学与运动学结合的动态分析，思考方法是：导体受力运动产生E感→ I感→通电导线受安培力→合外力变化→a 变化→v变化→ E感变化→ ,, 周而复始地循环循环结束时， a=0，导体达到稳定状态．抓住a=0 时，速度v 达最大值的特点. 例：如图所示，足够长的光滑导轨上有一质量为m ，长为 L，电阻为R 的金属棒ab，由静止沿导轨运动，则 ab 的最大速度为多少（导轨电阻不计，导轨与水平面间夹角为θ，磁感应强度B 与斜面垂直）金属棒 ab 的运动过程就是上述我们谈到的变化过程，当ab 达到最大速度时：BlL＝mgsinθ,, ① I= E /R,,, ② E =BLv,, ③由①②③得：v=mgRsinθ/B2L22) 电磁感应与力学综合方法：从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律①基本思路 : 受力分析→运动分析→变化趋向→确定运动过程和最终的稳定状态→由牛顿第二定律列方程求解．② ) 注意安培力的特点：③纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦力也随之而变，导致物体的运动状态发生变化，在分析问题时要注意上述联系．电磁感应中的动力学问题解题关键： 在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等，基本思路方法是：①用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向. ②求回路中电流强度. 导体运动 v感应电动势E感应电流 I安培力 F磁场对电流的作用电磁感应阻 碍闭 合 电 路欧 姆 定 律F=BIL临界状态v与a方向关系运动状态的分析a 变化情况F=ma合外力运动导体所受的安培力感应电流确定电源（ E，r）rREI③分析研究导体受力情况（包含安培力，用左手定则确定其方向）. ④列动力学方程或平衡方。