《2020高考物理 月刊專版 專題09 交變電流和電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)專題解讀》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020高考物理 月刊專版 專題09 交變電流和電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)專題解讀（11頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、交變電流和電磁感應(yīng) 知識網(wǎng)絡(luò)：一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。以上表述是充分必要條件。不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。當閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。這個表述是充分條件，不是必要的。在導體做切割磁感線運動時用它判定比較方便。2.感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件。感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件是：穿過電路的磁通量發(fā)生變化。這里不要求閉合。無論電路閉合與否，只要磁通量變化了，就一定有感應(yīng)電動勢

2、產(chǎn)生。這好比一個電源：不論外電路是否閉合，電動勢總是存在的。但只有當外電路閉合時，電路中才會有電流。二、楞次定律1楞次定律感應(yīng)電流總具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。楞次定律解決的是感應(yīng)電流的方向問題。它關(guān)系到兩個磁場：感應(yīng)電流的磁場（新產(chǎn)生的磁場）和引起感應(yīng)電流的磁場（原來就有的磁場）。前者和后者的關(guān)系不是“同向”或“反向”的簡單關(guān)系，而是前者“阻礙”后者“變化”的關(guān)系。2對“阻礙”意義的理解：（1）阻礙原磁場的變化?！白璧K”不是阻止，而是“延緩”，感應(yīng)電流的磁場不會阻止原磁場的變化，只能使原磁場的變化被延緩或者說被遲滯了，原磁場的變化趨勢不會改變，不會發(fā)生

3、逆轉(zhuǎn)（2）阻礙的是原磁場的變化，而不是原磁場本身，如果原磁場不變化，即使它再強，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流（3）阻礙不是相反當原磁通減小時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場同向，以阻礙其減??；當磁體遠離導體運動時，導體運動將和磁體運動同向，以阻礙其相對運動（4）由于“阻礙”，為了維持原磁場的變化，必須有外力克服這一“阻礙”而做功，從而導致其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能因此楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)3楞次定律的具體應(yīng)用（1）從“阻礙磁通量變化”的角度來看，由磁通量計算式=BSsin可知，磁通量變化=2-1有多種形式，主要有：S、不變，B改變，這時=BSsinB、不變，S改變，這時=SBsinB、S不變

4、，改變，這時=BS（sin2-sin1）當B、S、中有兩個或三個一起變化時，就要分別計算1、2，再求2-1了。（2）從“阻礙相對運動”的角度來看，楞次定律的這個結(jié)論可以用能量守恒來解釋：既然有感應(yīng)電流產(chǎn)生，就有其它能轉(zhuǎn)化為電能。又由于是由相對運動引起的，所以只能是機械能減少轉(zhuǎn)化為電能，表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是“阻礙”相對運動。（3）從“阻礙自身電流變化”的角度來看，就是自感現(xiàn)象。在應(yīng)用楞次定律時一定要注意：“阻礙”不等于“反向”；“阻礙”不是“阻止”。4右手定則。對一部分導線在磁場中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況，右手定則和楞次定律的結(jié)論是完全一致的。這時，用右手定則更方便一些。5楞次定律的應(yīng)用步驟楞次

5、定律的應(yīng)用應(yīng)該嚴格按以下四步進行：確定原磁場方向；判定原磁場如何變化（增大還是減?。?；確定感應(yīng)電流的磁場方向（增反減同）；根據(jù)安培定則判定感應(yīng)電流的方向。6解法指導：（1）楞次定律中的因果關(guān)聯(lián)楞次定律所揭示的電磁感應(yīng)過程中有兩個最基本的因果聯(lián)系，一是感應(yīng)磁場與原磁場磁通量變化之間的阻礙與被阻礙的關(guān)系，二是感應(yīng)電流與感應(yīng)磁場間的產(chǎn)生和被產(chǎn)生的關(guān)系.抓住“阻礙”和“產(chǎn)生”這兩個因果關(guān)聯(lián)點是應(yīng)用楞次定律解決物理問題的關(guān)鍵.（2）運用楞次定律處理問題的思路（a）判斷感應(yīng)電流方向類問題的思路運用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的基本思路可歸結(jié)為：“一原、二感、三電流”，即為：明確原磁場：弄清原磁場的方向及磁通量

6、的變化情況.確定感應(yīng)磁場：即根據(jù)楞次定律中的阻礙原則，結(jié)合原磁場磁通量變化情況，確定出感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的方向.判定電流方向：即根據(jù)感應(yīng)磁場的方向，運用安培定則判斷出感應(yīng)電流方向.（b）判斷閉合電路（或電路中可動部分導體）相對運動類問題的分析策略在電磁感應(yīng)問題中，有一類綜合性較強的分析判斷類問題，主要講的是磁場中的閉合電路在一定條件下產(chǎn)生了感應(yīng)電流，而此電流又處于磁場中，受到安培力作用，從而使閉合電路或電路中可動部分的導體發(fā)生了運動.（如例2）對其運動趨勢的分析判斷可有兩種思路方法：常規(guī)法：據(jù)原磁場（B原方向及情況）確定感應(yīng)磁場（B感方向）判斷感應(yīng)電流（I感方向）導體受力及運動趨勢.效果法

7、由楞次定律可知，感應(yīng)電流的“效果”總是阻礙引起感應(yīng)電流的“原因”，深刻理解“阻礙”的含義.據(jù)阻礙原則，可直接對運動趨勢作出判斷，更簡捷、迅速.【例1】（1996年全國）一平面線圈用細桿懸于P點，開始時細桿處于水平位置，釋放后讓它在如圖所示的勻強磁場中運動，已知線圈平面始終與紙面垂直，當線圈第一次通過解題方法與技巧：線圈第一次經(jīng)過位置時，穿過線圈的磁通量增加，由楞次定律，線圈中感應(yīng)電流的磁場方向向左，根據(jù)安培定則，順著磁場看去，感應(yīng)電流的方向為逆時針方向.當線圈第一次通過位置時，穿過線圈的磁通量減小，可判斷出感應(yīng)電流為順時針方向，故選項B正確.圈平行但不接觸，則當開關(guān)S閉和瞬間，線圈B中的感應(yīng)電

8、流的情況是：（ ）這時就要抓住主要部分。由于所有向里的磁感線都從A的內(nèi)部穿過，所以A的內(nèi)部向里的磁感線較密， A的外部向外的磁感線較稀。這樣B一半的面積中磁感線是向里且較密，另一半面積中磁感線是向外且較稀。主要是以向里的磁感線為主，即當開關(guān)S閉和時，線圈B中的磁通量由零變?yōu)橄蚶?，故該瞬間磁通量增加，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場應(yīng)向外，因此線圈B有沿逆時針的感應(yīng)電流。答案為C?！纠?】 如圖所示，閉合導體環(huán)固定。條形磁鐵S極向下以初速度v0沿過導體環(huán)圓心的豎直線下落的過程中，導體環(huán)中的感應(yīng)電流方向如何？解：從“阻礙磁通量變化”來看，原磁場方向向上，先增后減，感應(yīng)電流磁場方向先下后上，感應(yīng)電流方向先順時

9、針后逆時針。從“阻礙相對運動”來看，先排斥后吸引，把條形磁鐵等效為螺線管，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，也有同樣的結(jié)論。增大，通過cd的電流方向向下，cd向右移動，B正確；同理可得C不正確，D正確。選B、D【例7】 如圖所示，當磁鐵繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動時，矩形導線框（不考慮重力）將如何運動？解：本題分析方法很多，最簡單的方法是：從“阻礙相對運動”的角度來看，導線框一定會跟著條形磁鐵同方向轉(zhuǎn)動起來。如果不計摩擦阻力，最終導線框?qū)⒑痛盆F轉(zhuǎn)動速度相同；如果考慮摩擦阻力導線框的轉(zhuǎn)速總比條形磁鐵轉(zhuǎn)速小些。a b【例8】 如圖所示，水平面上有兩根平行導軌，上面放兩根金屬棒a、b。當條形磁鐵如

10、圖向下移動時（不到達導軌平面），a、b將如何移動？解：若按常規(guī)用“阻礙磁通量變化”判斷，則要根據(jù)下端磁極的極性分別進行討論，比較繁瑣。而且在判定a、b所受磁場力時。應(yīng)該以磁極對它們的磁場力為主，不能以a、b間的磁場力為主（因為它們是受合磁場的作用）。如果主注意到：磁鐵向下插，通過閉合回路的磁通量增大，由=BS可知磁通量有增大的趨勢，因此S的相應(yīng)變化應(yīng)該使磁通量有減解：閉合瞬間，由于電感線圈對電流增大的阻礙作用，a將慢慢亮起來，b立即變亮。這時L的作用相當于一個大電阻；穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光，a的功率大，較亮。這時L的作用相當于一只普通的電阻（就是該線圈的內(nèi)阻）；斷開瞬間，由于電感線圈對電流減小的

11、阻礙作用，通過a的電流將逐漸減小，a漸漸變暗到熄滅，而abRL組成同一個閉合回路，所以b燈也將逐漸變暗到熄滅，而且開始還會閃亮一下（因為原來有IaIb），并且通過b的電流方向與原來的電流方向相反。這時L相當于一個電源?！纠?2】如圖所示，用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點，虛線左邊有勻強磁場，右邊沒有磁場。金屬環(huán)的擺動會很快停下來。試解釋這一現(xiàn)象。若整個空間都有向外的勻強磁場，會有這種現(xiàn)象嗎？解：只有左邊有勻強磁場，金屬環(huán)在穿越磁場邊界時，由于磁通量發(fā)生變化，環(huán)內(nèi)一定會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，根據(jù)楞次定律將會阻礙相對運動，所以擺動會很快停下來，這就是電磁阻尼現(xiàn)象。當然也可以用能量守恒來解釋：既然有電流產(chǎn)生

12、，就一定有一部分機械能向電能轉(zhuǎn)化，最后電流通過導體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。若空間都有勻強磁場，穿過金屬環(huán)的磁通量反而不變化了，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此也就不會阻礙相對運動，擺動就不會很快停下來。三、電磁感應(yīng)在實際生活中的應(yīng)用例析【例13】如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延時繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B的兩端接在一起，構(gòu)成一個閉合電路。在拉開開關(guān)S的時候,彈簧k并不能立即將銜鐵D拉起，從而使觸頭C（連接工作電路）立即離開，過一段時間后觸頭C才能離開；延時繼電器就是這樣得名的。試說明這種繼電器的工作原理。解析：當拉開開關(guān)S時使線圈A中電流變小并消失時，鐵芯中的磁通量發(fā)生了變化（減

13、?。?，從而在線圈B中激起感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場要阻礙原磁場的減小，這樣，就使鐵芯中磁場減弱得慢些，因此彈簧K不能立即將銜鐵拉起?！纠?4】如圖所示是家庭用的“漏電保護器“的關(guān)鍵部分的原理圖，其中P是一個變壓器鐵芯，入戶的兩根電線”（火線和零線）采用雙線繞法，繞在鐵芯的一側(cè)作為原線圈，然后再接入戶內(nèi)的用電器。Q是一個脫扣開關(guān)的控制部分（脫扣開關(guān)本身沒有畫出，它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上，開關(guān)斷開時，用戶的供電被切斷），Q接在鐵芯另一側(cè)副線圈的兩端a、b之間，當a、b間沒有電壓時，Q使得脫扣開關(guān)閉合，當a、b間有電壓時，脫扣開關(guān)即斷開，使用戶斷電。（1）用戶正常用電時，a、b之

14、間有沒有電壓？（2）如果某人站在地面上，手誤觸火線而觸電，脫扣開關(guān)是否會斷開？為什么？解析：（1） 用戶正常用電時，a、b之間沒有電壓，因為雙線繞成的初級線圈兩根導線中的電流總是大小相等而方向相反的，穿過鐵芯的磁通量總為0，副線圈中不會有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。（2）人站在地面上手誤觸火線，電流通過火線和人體而流向大地，不通過零線，這樣變壓器的鐵芯中就會有磁通量的變化，從而次級產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，脫扣開關(guān)就會斷開?！纠?5】在有線電話網(wǎng)中，電話機是通過兩條導線和電信局的交換機傳送和接收電信號。如果不采取措施，發(fā)話者的音頻信號必會傳到自己的受話器中，使自己聽到自己的講話聲音，這就是“側(cè)音”。較大的側(cè)音會影響

15、接聽對方的講話，故必須減小或消除。如圖所示是一電話機的消“側(cè)音”電路與交換機的連接示意圖。圖中的兩個變壓器是完全相同的，a、b、c、d、e、f六個線圈的匝數(shù)相同。打電話時，對著話筒發(fā)話，把放大后的音頻電壓加到變壓器的線圈a，從線圈c和b輸出大小相等但隨聲頻變化的電壓，c兩端的電壓產(chǎn)生的電流IL通過線圈e和兩導線L、電信局的交換機構(gòu)成回路，再通過交換機傳到對方電話機,對方就聽到發(fā)話者的聲音。同時由于線圈e中有電流通過，在線圈f中也會有電壓輸出，放大后在自己的電話機的受話器上發(fā)出自己的講話聲，這就是上面講的“側(cè)音”。為了消除這個側(cè)音，可以把線圈b的電壓加在線圈d上，并通過R調(diào)節(jié)d中的電流Id。那么為達到消側(cè)音的目的，1應(yīng)與（ ）相接；4應(yīng)與（ ）相接，并使Id( )IL(填“小于”、“大于”、或“等于”)。對方講話時，音頻電壓通過交換機和兩條導線L加到本機，那么通過R的電流為多少？