2023届高考物理一轮复习讲义：专题11：电磁感应

专题十一：电磁感应 一、电磁感应现象 1831年8月，法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。 变化的电流 变化的磁场 法拉第把产生感应电流的情形概括为5 类： 运动的恒定电流 （这些现象正式定名为电磁感应） 运动的磁铁 在磁场中运动的导体 法拉第发现：①电磁感应是一种非恒定的暂态效应； ②在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比； ③感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路没有感应电流， 感应电动势依然存在。 电磁感应现象：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生的现象。 情景 结论 只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流存在。 ★产生感应电流的条件：磁通量发生变化，且存在闭合导体回路。 磁通量、磁通量的变化量与磁通量的变化率 磁通量（韦伯提出） 磁通量的变化量 磁通量的变化率 物理意义 某时刻穿过某一面积的磁感线的条数 （表示磁场分布情况的物理量） 某一段时间内穿过某一面积的磁通量的变化多少 穿过某一面积的磁通量的变化快慢 大小 Φ＝B·S有效 (适用于匀强磁场) S有效——与B垂直且在磁场内的面积 ★正、负号——表示磁感线穿过面积的方式 Φ＝B·Scosθ △Φ＝Φ末－Φ初 △Φ＝B末S末－B初S初 若B不变，△Φ＝B·△S； 若S不变，△Φ＝△B·S； (与Φ、△Φ、△t无关) 若B不变，； 若S不变， 单位 韦伯Wb，Wb＝1T·m2＝1V·s Wb Wb/s 匀强磁场 【例1】如图，半径为r的圆形匀强磁场B，单匝线圈a边缘恰好与磁场重合，半径为2r匝数为10的线圈b的圆心与磁场圆心重合。则穿过a、b两线圈的磁通量分别为 、 ；若将线圈a绕任意直径翻转90°，则穿过线圈a的磁通量变化量为 ，若将线圈b绕任意直径翻转180°，则穿过线圈b的磁通量变化量为 。 【例2】矩形线圈abcd，ab边长为L1，bc边长为L2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO’轴以ω的角速度匀速转动，从图示位置开始计时，线圈转过θ(θ＜90°)此时的磁通量为 ，此过程所用的时间为 ，磁通量的变化量为 ，磁通量的平均变化率为 。 ★判断磁通量是否变化的方法：①根据公式Φ＝BS有效；②根据穿过平面的磁感线的条数。 非匀强磁场 条形磁铁 通电导线 【例】在北纬30°的一水平桌面上，如图沿着磁针所指的南北方向平放一个电阻为R的矩形线圈abcd，ab边长为L1，bc边长为L2。现突然将线圈翻转180°，使ab与dc互换位置，可设法测得导线中流过的电量Q1，然后将线圈以bc边为轴转动，使之突然竖直，这次测得导线中流过的电量为Q2，绕cd边转动至竖直过程，通过导线的电荷量为 ；绕ad边转动至竖直过程，通过导线的电荷量为 。 二、楞次定律——判断感应电流的方向（适用于一切电磁感应现象） 内容：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。 （感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因） 对“阻碍”的理解： ①因果关系：磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果； ②能量本质：感应电流沿着楞次定律所述的方向是能量守恒定律的必然结果； (克服“阻碍”过程中把其他形式的能转化为电能，转化的过程中总能量守恒) ③谁阻碍谁？——感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化 为何阻碍？——(原)磁场的磁通量发生了变化 阻碍什么？——阻碍的磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身 如何阻碍？——“增反减同”当原磁场磁通量增大时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反； 当原磁场磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同。 结果如何？——阻碍并非阻止，只是延缓了磁通量的变化，变化将继续进行最终结果不受影响。　　　　　　　　　　 ★楞次定律、右手定则、安培定则、左手定则的比较 楞次定律 右手定则 左手定则 安培定则 适用 判断回路中磁通量变化时产生的感应电流方向 判断导体切割磁感线时产生的感应电流方向 判断通电导线在磁场中所受的安培力方向 判断电流周围的