2019-2020年高考物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律、自感教案.doc

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2019-2020年高考物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律、自感教案 知識(shí)要點(diǎn)： 一、基礎(chǔ)知識(shí) 1、電磁感應(yīng)、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流I 電磁感應(yīng)是指利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。所產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。要注意理解: 1)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源。2)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電路是否閉合無(wú)關(guān), 而產(chǎn)生感應(yīng)電流必須閉合電路。3)產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩種敘述是等效的, 即閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)與穿過(guò)閉合電路中的磁通量發(fā)生變化等效。 2、電磁感應(yīng)規(guī)律 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小: 由法拉第電磁感應(yīng)定律確定。 ——當(dāng)長(zhǎng)L的導(dǎo)線，以速度，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，垂直切割磁感線，其兩端間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為。 如圖所示。設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流強(qiáng)度為I，MN間電動(dòng)勢(shì)為，則MN受向左的安培力，要保持MN以勻速向右運(yùn)動(dòng)，所施外力，當(dāng)行進(jìn)位移為S時(shí)，外力功。為所用時(shí)間。 而在時(shí)間內(nèi)，電流做功，據(jù)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，，則。 ∴，M點(diǎn)電勢(shì)高，N點(diǎn)電勢(shì)低。 此公式使用條件是方向相互垂直，如不垂直，則向垂直方向作投影。 ，電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過(guò)這個(gè)電路的磁通變化率成正比——法拉第電磁感應(yīng)定律。 如上圖中分析所用電路圖，在回路中面積變化，而回路跌磁通變化量，又知。 ∴ 如果回路是匝串聯(lián)，則。 公式一: 。注意: 1)該式普遍適用于求平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2)只與穿過(guò)電路的磁通量的變化率有關(guān), 而與磁通的產(chǎn)生、磁通的大小及變化方式、電路是否閉合、電路的結(jié)構(gòu)與材料等因素?zé)o關(guān)。公式二: 。要注意: 1)該式通常用于導(dǎo)體切割磁感線時(shí), 且導(dǎo)線與磁感線互相垂直(l^B )。2)為v與B的夾角。l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度(即l為導(dǎo)體實(shí)際長(zhǎng)度在垂直于B方向上的投影)。公式三: 。注意: 1)該公式由法拉第電磁感應(yīng)定律推出。適用于自感現(xiàn)象。2)與電流的變化率成正比。 公式中涉及到磁通量的變化量的計(jì)算, 對(duì)的計(jì)算, 一般遇到有兩種情況: 1)回路與磁場(chǎng)垂直的面積S不變, 磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化, 由, 此時(shí), 此式中的叫磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率, 若是恒定的, 即磁場(chǎng)變化是均勻的, 那么產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定電動(dòng)勢(shì)。2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B 不變, 回路與磁場(chǎng)垂直的面積發(fā)生變化, 則, 線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)就屬這種情況。 嚴(yán)格區(qū)別磁通量, 磁通量的變化量磁通量的變化率, 磁通量, 表示穿過(guò)研究平面的磁感線的條數(shù), 磁通量的變化量, 表示磁通量變化的多少, 磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢, , 大, 不一定大; 大, 也不一定大, 它們的區(qū)別類似于力學(xué)中的v, 的區(qū)別, 另外I、也有類似的區(qū)別。 公式一般用于導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度相同, 對(duì)有些導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度不相同的情況, 如何求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？如圖1所示, 一長(zhǎng)為l的導(dǎo)體桿AC繞A點(diǎn)在紙面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng), 轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)域的有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng), 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B, 求AC產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 顯然, AC各部分切割磁感線的速度不相等, , 且AC上各點(diǎn)的線速度大小與半徑成正比, 所以AC切割的速度可用其平均切割速度, 即, 故。 ——當(dāng)長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線，以其一端為軸，在垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的平面內(nèi)，以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為。 如圖所示，AO導(dǎo)線長(zhǎng)L，以O(shè)端為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，所用時(shí)間，描過(guò)面積，（認(rèn)為面積變化由0增到）則磁通變化。 在AO間產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)且用右手定則制定A端電勢(shì)高，O端電勢(shì)低。 ——面積為S的紙圈，共匝，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，以角速度勻速轉(zhuǎn)坳，其轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，則當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，線圈兩端有最大有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 如圖所示，設(shè)線框長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為d，以轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，邊垂直磁場(chǎng)方向向紙外運(yùn)動(dòng)，切割磁感線，速度為（圓運(yùn)動(dòng)半徑為寬邊d的一半）產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ，端電勢(shì)高于端電勢(shì)。 邊垂直磁場(chǎng)方向切割磁感線向紙里運(yùn)動(dòng)，同理產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)熱勢(shì)。端電勢(shì)高于端電勢(shì)。 邊，邊不切割，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，．兩端等電勢(shì)，則輸出端M．N電動(dòng)勢(shì)為。 如果線圈匝，則，M端電勢(shì)高，N端電勢(shì)低。 參照俯示圖，這位置由于線圈長(zhǎng)邊是垂直切割磁感線，所以有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值，如從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，則圓運(yùn)動(dòng)線速度，在垂直磁場(chǎng)方向的分量應(yīng)為，則此時(shí)線圈的產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值即作最大值.即作最大值方向的投影，（是線圈平面與磁場(chǎng)方向的夾角）。 當(dāng)線圈平面垂直磁場(chǎng)方向時(shí)，線速度方向與磁場(chǎng)方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。 總結(jié)：計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式： 注意：公式中字母的含義，公式的適用條件及使用圖景。 區(qū)分感應(yīng)電量與感應(yīng)電流, 回路中發(fā)生磁通變化時(shí), 由于感應(yīng)電場(chǎng)的作用使電荷發(fā)生定向移動(dòng)而形成感應(yīng)電流, 在內(nèi)遷移的電量(感應(yīng)電量)為 , 僅由回路電阻和磁通量的變化量決定, 與發(fā)生磁通變化的時(shí)間無(wú)關(guān)。因此, 當(dāng)用一磁棒先后兩次從同一處用不同速度插至線圈中同一位置時(shí), 線圈里聚積的感應(yīng)電量相等, 但快插與慢插時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流不同, 外力做功也不同。 2、自感現(xiàn)象、自感電動(dòng)勢(shì)、自感系數(shù)L 自感現(xiàn)象是指由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì)。自感系數(shù)簡(jiǎn)稱自感或電感, 它是反映線圈特性的物理量。線圈越長(zhǎng), 單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)越多, 截面積越大, 它的自感系數(shù)就越大。另外, 有鐵心的線圈的自感系數(shù)比沒(méi)有鐵心時(shí)要大得多。 自感現(xiàn)象分通電自感和斷電自感兩種, 其中斷電自感中“小燈泡在熄滅之前是否要閃亮一下”的問(wèn)題, 如圖2所示, 原來(lái)電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài), L與并聯(lián), 其電流分別為, 方向都是從左到右。在斷開(kāi)S的瞬間, 燈A中原來(lái)的從左向右的電流立即消失, 但是燈A與線圈L構(gòu)成一閉合回路, 由于L的自感作用, 其中的電流 不會(huì)立即消失, 而是在回路中逐斷減弱維持暫短的時(shí)間, 在這個(gè)時(shí)間內(nèi)燈A中有從右向左的電流通過(guò), 此時(shí)通過(guò)燈A的電流是從開(kāi)始減弱的, 如果原來(lái), 則在燈A熄滅之前要閃亮一下; 如果原來(lái), 則燈A是逐斷熄滅不再閃亮一下。原來(lái)哪一個(gè)大, 要由L的直流電阻和A的電阻的大小來(lái)決定, 如果, 如果。 分析實(shí)例： 如圖所示，此時(shí)線圈中通有右示箭頭方向的電流，它建立的電流磁場(chǎng)B用右手安培定則判定，由下向上，穿過(guò)線圈。 當(dāng)把滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，電路中電阻增大，電源電動(dòng)勢(shì)不變，則線圈中的電流變小，穿過(guò)線圈的電流磁場(chǎng)變小，磁通量變小。根據(jù)楞次定律，產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁通量變小，所以感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原電流磁場(chǎng)同向，也向上。根據(jù)右手安培定則，感應(yīng)電流與原電流同向，阻礙原電流減弱。 同理，如將滑片P向左滑動(dòng)，線圈中原電流增強(qiáng)，電流磁場(chǎng)增強(qiáng)，穿過(guò)線圈的磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電流，其磁場(chǎng)阻礙原磁通量增強(qiáng)與原磁場(chǎng)反向而自上向下穿過(guò)線圈，據(jù)右手安培定則判定感應(yīng)電流方向與原電流反向，阻礙原電流增強(qiáng)。 2、由于線圈（導(dǎo)體）本身電流的變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。 由上例分析可知：自感電動(dòng)勢(shì)總量阻礙線圈（導(dǎo)體）中原電流的變化。 3、自感電動(dòng)勢(shì)的大小跟電流變化率成正比。 L是線圈的自感系數(shù)，是線圈自身性質(zhì)，線圈越長(zhǎng)，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)越多，截面積越大，有鐵芯則線圈的自感系數(shù)L越大。單位是亨利（H）。 如是線圈的電流每秒鐘變化1A，在線圈可以產(chǎn)生1V 的自感電動(dòng)勢(shì)，則線圈的自感系數(shù)為1H。還有毫亨（mH），微亨（H）。