选择性必修第二册 二、电磁感应-【步步高·考前三个月】2025年高考物理复习讲义课件（苏京）（word教案）

二、电磁感应 图2.1-1　研究感应电流方向的实验记录 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。 图2.1-8　右手定则 右手定则：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。 图2.2-2　计算导线切割磁感线时的感应电动势 ΔΦ=BΔS=Blv·Δt E= 得E=Blv 图2.2-3　导线运动方向不与磁感应垂直时的情况 E=Blvsin θ 图2-2 如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一根水平放置的金属棒ab以某一水平速度抛出，金属棒在运动过程中始终保持水平。不计空气阻力，分析金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小和方向。 金属棒ab竖直方向的分速度与磁感线平行，不产生感应电动势；水平方向的分速度切割磁感线，产生感应电动势，感应电动势大小为E=Blv0，B、l、v0均不变，则感应电动势大小保持不变。产生的感应电流方向为从a到b，保持不变。 图2.2-8 一长为l的导体棒在磁感应强度为B的匀强磁场中绕其一端以角速度ω在垂直于磁场的平面内匀速转动，ab两端产生的感应电动势为。 图2-7 规定导体环中电流的正方向如图甲所示，磁场向上为正方向，导体环中感应电流随时间变化的图像如图所示。 图2-10 MN和PQ是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计。金属杆ab与导轨垂直而且始终与导轨接触良好，金属杆具有一定质量和电阻。开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合。若从S闭合开始计时，请画出金属杆的速度随时间变化的可能图像。 图2-9 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd边长为l，其中ab边是电阻为R的均匀电阻丝，其余三边是电阻可忽略的铜导线，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。现有一段长短、粗细、材料均与ab边相同的电阻丝PQ架在线框上，并以恒定速度v从ad边滑向bc边。PQ在滑动过程中与导线框接触良好。当PQ滑过的距离时，通过aP段电阻丝的电流是多大？ 当PQ滑过的距离时，PQ产生的感应电动势大小为E=Blv 整个电路的总电阻为R总=R+=R 则通过PQ的电流为I== aP段、bP段电阻丝的电阻之比为1∶2， 则电流之比为2∶1，故通过aP段电阻丝的电流大小为IaP=I=。 图2-11 图中的A是一个边长为l的正方形导线框，其电阻为R。线框以恒定速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场区域，磁感应强度为B。如果以x轴的正方向作为安培力的正方向，线框在图示位置的时刻开始计时。 线框所受的安培力随时间变化的图像，如图。 图2.3-1　电子感应加速器 (1)麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。 如果感应电动势是由感生电场产生的，它也叫作感生电动势。 (2)电子感应加速器原理 从图甲中可以看到，磁场方向由下向上，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动，为使电子加速，真空室中产生的感生电场应沿顺时针方向。根据楞次定律，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁线圈中的电流应该由小变大。 图2.3-2　导体中产生涡流　图2.3-3　真空冶炼炉　　图2.3-4　电磁炉加热食物 图2.3-5　用硅钢片做变压器的铁芯　图2.3-6　探雷 图2.3-10　铝框的运动　电磁驱动 　　　图2.3-13　　　　　图2.3-14　电磁阻尼 图2.4-1　开关闭合时观察灯泡的发光情况 (R=RL，L自感系数较大) A2灯立即变亮，A1灯逐渐变亮，最后一样亮 图2.4-3　开关断开时观察灯泡的亮度 (RL<RA，L自感系数很大) 灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭 1.磁通量　电磁感应现象 (1)磁通量：Φ=BS(B⊥S)，适用于匀强磁场且磁场与平面垂直。 ①若磁场与平面不垂直，Φ=BScos θ，式中Scos θ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积。 ②磁通量有正、负，但磁通量不是矢量而是标量，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。 (2)产生感应电流的条件：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。 2.感应电流方向的判断——楞次定律 (1)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。 (2)感应电流方向的判断 ①楞次定律：线圈面积不变，磁感应强度发生变化的情形，往往用楞次定律。 ②右手定则：导体棒切割磁感线的情形往往用右手定则。 (3)楞次定律中“阻碍”的主要表现形式 ①阻碍原磁通量的变化——“增反减同”； ②阻碍物体间的相对运动——“来拒去留”； ③使线圈面积有扩大或缩小的趋势(在单向磁场中)——“增缩减扩”； ④阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。 3.感应电动势大小的计算——法拉第电磁感应定律 (1)法拉第电磁感应定律：E=n (2)导体棒垂直切割磁感线 ①平动切割：E=Blv ②以导体棒一端为圆心，在垂直匀强磁场平面内转动切割：E=Bl2ω 4.电磁感应中电荷量的求解方法 (1)q=It(电流恒定)。 (2)q=n 其中ΔΦ的求解有三种情况 ①只有S变化，ΔΦ=B·ΔS； ②只有B变化，ΔΦ=ΔB·S； ③B和S都变化，ΔΦ=Φ2-Φ1。 (3)q=，由安培力的冲量BLΔt=mv1-mv2，而Δt=q，故有q=。 5.电磁感应中的电路问题 (1)电磁感应中电路问题的一般解题流程 (2)注意事项 电源两端的电压不是电动势，也不是内电压，而是外电压。 6.解决电磁感应图像问题的“三点关注” (1)关注初始时刻，如初始时刻感应电流是否为零，是正方向还是负方向。 (2)关注变化过程，看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图像变化相对应。 (3)关注大小、方向的变化趋势，看图线斜率的大小、图线的曲直是否和物理过程对应。 7.电磁感应中的动力学和能量问题 (1)电磁感应中动力学问题的分析方法 ①分析导体棒的受力，画出受力示意图(注意将立体图转化为平面图)。 ②注意动态变化过程分析 (2)能量转化及焦耳热的求法 ①能量转化关系 ②焦耳热的三种求法 a.焦耳定律：Q=I2Rt，适用于电流、电阻不变的情况。 b.功能关系：Q=W克安，W克安表示克服安培力做的功，电流变或不变都适用。 c.能量转化：Q=ΔE其他，ΔE其他表示其他能的减少量，电流变或不变都适用。 8.动量定理、动量守恒定律在电磁感应中的应用 (1)单杆运动问题 已知量(其中B、L、m已知) 待求量 关系式(以导体棒 减速为例) v1、v2 q -BLΔt=mv2-mv1，q=Δt v1、v2、R总 x -=mv2-mv1，x=Δt F其他为恒力，v1、v2、q Δt -BLΔt+F其他Δt=mv2-mv1， q=Δt F其他为恒力，v1、v2、R总、x(或Δt) Δt(或x) -+F其他·Δt=mv2-mv1，x=Δt (2)双杆运动问题 ①等间距导轨上的双杆问题 a.双杆所受外力的合力为零时，若只需求末速度，可用动量守恒定律分析。 b.若需求电荷量、位移、时间等，则需要利用动量定理分析。 ②不等距导轨上的双杆问题 由于合外力不为零，不等距导轨上的双杆问题需用动量定理分析。 常见的双杆模型： 题型一(等距、有初速度、光滑、平行) 题型二(不等距、有初速度、光滑、平行) 题型三(等距、恒力、光滑、平行) 示意图 导体棒长度L1=L2 导体棒长度L1=2L2，两棒只在各自的轨道上运动 导体棒长度L1=L2 图像观点 力学观点 棒1做加速度减小的减速运动，棒2做加速度减小的加速运动；稳定时，两棒以相等的速度匀速运动 棒1做加速度减小的减速运动，棒2做加速度减小的加速运动；稳定时，两棒的加速度均为零，速度之比为1∶2 开始时，两棒做变加速运动；稳定时，两棒以相同的加速度做匀加速运动 动量观点 两棒组成的系统动量守恒 两棒组成的系统动量不守恒 对单棒可以用动量定理 两棒组成的系统动量不守恒 对单棒可以用动量定理 能量观点 系统动能的减少量等于产生的焦耳热 系统动能的减少量等于产生的焦耳热 拉力做的功一部分转化为双棒的动能，一部分转化为内能(焦耳热)：W=Q+Ek1+Ek2 (3)杆+电容器模型 基本模型 规律 无外力，电容器充电 (导轨光滑，电阻阻值为R，导体棒电阻不计，电容器电容为C) 无外力，电容器放电 (导轨光滑，电源电动势为E，内阻不计，导体棒电阻不计，电容器电容为C) 电路特点 导体棒相当于电源，电容器被充电 电容器放电，相当于电源；导体棒受安培力而运动 电流的特点 安培力为阻力，棒减速，E减小，有I=，电容器被充电，UC变大，当BLv=UC时，I=0，F安=0，棒做匀速运动 电容器放电时，导体棒在安培力作用下开始运动，同时阻碍放电，导致电流减小，直至电流为零，此时UC=BLvm 运动特点及 最终特征 棒先做加速度减小的减速运动，最终做匀速运动，此时I=0，但电容器带电荷量不为零 棒先做加速度减小的加速运动，最终做匀速运动，此时I=0 最终速度 电容器充的电荷量：q=CU 最终电容器两端电压：U=BLv 对棒应用动量定理： mv0-mv=BL·Δt=BLq v= 电容器初始电荷量：q0=CE 放电结束时电荷量：q=CU=CBLvm 电容器释放的电荷量：Δq=q0-q=CE-CBLvm 对棒应用动量定理： mvm=BL·Δt=BLΔq vm= v-t图像 学科网（北京）股份有限公司 $$