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高二物理法拉第電磁感應(yīng)定律知識(shí)點(diǎn)梳理
上學(xué)的時(shí)候，大家對(duì)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該都不陌生吧？知識(shí)點(diǎn)是知識(shí)中的最小單位，最具體的內(nèi)容，有時(shí)候也叫“考點(diǎn)”。哪些才是我們真正需要的知識(shí)點(diǎn)呢？下面是小編收集整理的高二物理法拉第電磁感應(yīng)定律知識(shí)點(diǎn)梳理，希望對(duì)大家有所幫助。
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
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(xiàn)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(xiàn)，以速度v，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，垂直切割磁感線(xiàn)，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。t為所用時(shí)間。
而在t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n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(xiàn)時(shí)，且導(dǎo)線(xiàn)與磁感線(xiàn)互相垂直(l^B)。
2)為v與B的夾角。l為導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(lèi)似于力學(xué)中的v，的區(qū)別，另外I、也有類(lèi)似的區(qū)別。
公式一般用于導(dǎo)體各部分切割磁感線(xiàn)的速度相同，對(duì)有些導(dǎo)體各部分切割磁感線(xiàn)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(xiàn)的速度不相等，，且AC上各點(diǎn)的線(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)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n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(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，線(xiàn)圈兩端有最大有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
如圖所示，設(shè)線(xiàn)框長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為d，以轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，ab邊垂直磁場(chǎng)方向向紙外運(yùn)動(dòng)，切割磁感線(xiàn)，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)，a端電勢(shì)高于b端電勢(shì)。
cd邊垂直磁場(chǎng)方向切割磁感線(xiàn)向紙里運(yùn)動(dòng)，同理產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)熱勢(shì)。c端電勢(shì)高于e端電勢(shì)。
bc邊，ae邊不切割，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，bc兩端等電勢(shì)，則輸出端M.N電動(dòng)勢(shì)為。
如果線(xiàn)圈n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(xiàn)圈長(zhǎng)邊是垂直切割磁感線(xiàn)，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(xiàn)速度，在垂直磁場(chǎng)方向的分量應(yīng)為，則此時(shí)線(xiàn)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(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向的夾角)。
當(dāng)線(xiàn)圈平面垂直磁場(chǎng)方向時(shí)，線(xiàn)速度方向與磁場(chǎng)方向平行，不切割磁感線(xiàn)，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(xiàn)圈中同一位置時(shí)，線(xiàn)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。
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(chēng)自感或電感，它是反映線(xiàn)圈特性的物理量。線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈中的電流變小，穿過(guò)線(xiàn)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(xiàn)圈中原電流增強(qiáng)，電流磁場(chǎng)增強(qiáng)，穿過(guò)線(xiàn)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(xiàn)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)。
1、由于線(xiàn)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(xiàn)圈(導(dǎo)體)中原電流的變化。
2、自感電動(dòng)勢(shì)的大小跟電流變化率成正比。
L是線(xiàn)圈的自感系數(shù)，是線(xiàn)圈自身性質(zhì)，線(xiàn)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(xiàn)圈的自感系數(shù)L越大。單位是亨利(H)。
如是線(xiàn)圈的電流每秒鐘變化1A，在線(xiàn)圈可以產(chǎn)生1V的自感電動(dòng)勢(shì)，則線(xiàn)圈的自感系數(shù)為1H。還有毫亨(mH)，微亨(H)。
法拉第電磁感應(yīng)定律概念
有了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，大家開(kāi)始研究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)到底怎么計(jì)算？法拉第對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)并得到了結(jié)論。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律確定，電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通變化率成正比。公式：E=-n(dΦ)/(dt)。對(duì)動(dòng)生的情況還可用公式E=BLV來(lái)計(jì)算。
電動(dòng)勢(shì)的方向可以通過(guò)楞次定律來(lái)判定。楞次定律指出：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙原磁通的變化。對(duì)于動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)我們也可用右手定則來(lái)判斷感應(yīng)電流的方向，也就找出了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。請(qǐng)同學(xué)們牢記：楞次定律的核心在”阻礙”二字上。
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小計(jì)算公式
（1）E=nxΔΦ/Δt（普適公式）{法拉第電磁感應(yīng)定律，E：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)，n：感應(yīng)線(xiàn)圈匝數(shù)，ΔΦ，Δt磁通量的變化率}
（2）E=BLVsinA(切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng))E=BLV中的v和L不可以和磁感線(xiàn)平行，但可以不和磁感線(xiàn)垂直，其中sinA為v或L與磁感線(xiàn)的夾角。{L:有效長(zhǎng)度(m)}
�。�3）Em=nBSω（交流發(fā)電機(jī)最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）{Em:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值}
�。�4）E=B(L^2)ω/2（導(dǎo)體一端固定以ω旋轉(zhuǎn)切割）其中ω：角速度(rad/s)，V:速度(m/s)
磁通量的定義
Φ=BS
Φ：磁通量(Wb)，B:勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)，S:正對(duì)面積(m2)
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)極可利用感應(yīng)電流方向判定：電源內(nèi)部的電流方向：由負(fù)極流向正極。
電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一，它顯示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化，對(duì)其本質(zhì)的深入研究所揭示的電、磁場(chǎng)之間的聯(lián)系，對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立具有重大意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電技術(shù)以及電磁測(cè)量等方面都有廣泛的應(yīng)用。
電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)的關(guān)系
電磁感應(yīng)現(xiàn)象不應(yīng)與靜電感應(yīng)混淆。電磁感應(yīng)將電動(dòng)勢(shì)與通過(guò)電路的磁通量聯(lián)系起來(lái)，而靜電感應(yīng)則是使用另一帶電荷的物體使物體產(chǎn)生電荷的方法。
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