发布时间 : 星期一 文章2014年高考物理考点总结与热门题型预测系列 - 电磁感应与交变电流更新完毕开始阅读59624ac4bceb19e8b8f6baf2
课时十四、电磁感应和交变电流
一、楞次定律
1．感应电流的产生条件及方向的判断 （1）产生感应电流的条件
穿过闭合回路的磁通量发生变化（理解法拉利电磁感应定义）． （2）感应电流方向的判断 ①楞次定律两种表述方式:
表述一：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化． 表述二：感应电流的作用效果总是要反抗引起感应电流的原因．
楞次定律是判断感应电流方向的一般规律．当磁通量的变化引起感应电流时，可用“楞次定律表述一”来判断其方向．
应用楞次定律的关键是正确区分涉及的两个磁场：一是引起感应电流的磁场；二是感应电流产生的磁场．理解两个磁场的阻碍关系——“阻碍”的是原磁场磁通量的变化．从能量转化的角度看，发生电磁感应现象的过程就是其他形式的能转化为电能的过程，而这一过程总要伴随外力克服安培力做功．
“阻碍”的含义可推广为三种表达方式：阻碍原磁通量的变化(增反减同)；阻碍导体的相对运动(来拒去留)；阻碍原电流的变化(自感现象)．
②右手定则：当导体做切割磁感线运动时，用右手定则判断导体中电流的方向比较方便．
注意右手定则与左手定则的区别，抓住“因果关系”：“因动而电”，用右手定则；“因电而动”，用左手定则．还可以用“左因右果”或“左力右电”来记忆，即电流是原因、受力运动是结果的用左手定则；反之，运动是原因、产生电流是结果的用右手定则． 2．正确理解法拉第电磁感应定律
ΔΦ
（1）电路中感应电动势的大小跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比，即E＝n．此公式计算的
Δt是Δt时间内的平均感应电动势．
（2）当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算式为：E＝BLvsin θ，式中的θ为B与v正方向的夹角．若v是瞬时速度，则算出的是瞬时感应电动势；若v为平均速度，则算出的是平均感应电动势． （3）通过过电路电量：Q?n??/R，电路总磁通量变化与电路总电阻比值 （3）磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别 （4）另外两种常见的感应电动势
①长为L的导体棒沿垂直于磁场的方向放在磁感应强度为B的匀强磁场中，且以ω匀速转动，导体棒产生的感应电动势为：
当以中点为转轴时，E＝0(以中点平分的两段导体产生的感应电动势的代数和为零)； 11
当以端点为转轴时，E＝BωL2(平均速度取中点位置的线速度，即ωL)；
22
1
当以任意点为转轴时，E＝Bω(L12－L22)(不同的两段导体产生的感应电动势的代数和)．
2
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②面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕线圈平面内的垂直于磁场方向的轴匀速转动，矩形线圈产生的感应电动势为： 线圈平面与磁感线平行时，E＝BSω； 线圈平面与磁感线垂直时，E＝0；
线圈平面与磁感线的夹角为θ时，E＝BSωcos θ． (4)理解法拉第电磁感应定律的本质
法拉第电磁感应定律是能的转化和守恒定律在电磁学中的一个具体应用，它遵循能量守恒定律。闭合电路中电能的产生必须以消耗一定量的其他形式的能量为代价，譬如：线圈在磁场中转动产生电磁感应现象，实质上是机械能转化为电能的过程；变压器是利用电磁感应现象实现了电能的转移。运用能量的观点来解题是解决物理问题的重要方法，也是解决电磁感应问题的有效途径。
安培力做功（功率）等于电路消耗电热（功率）。必须注意：回路中没有电源的情况下。 3. 电磁感应与力和运动学综合应用
电磁感应中由于导体切割磁感线产生了感应电动势，因此导体相当于电源。整个回路便形成了闭合电路，由电学知识可求出各部分的电学量，而导体因有电流而受到安培力的作用，从而可以与运动学、牛顿运动定律、动量定理、能量守恒等知识相联系。电磁感应与电路的综合应用是高考中非常重要的考点。 分析思路：
（1）根据电路运动状态，找出线路磁通量变化率
ΔΦΔΦ
，确定感应电动势E=变化； ΔtΔt
B2L2V （2）根据某个初始状态推出安培力F安?，建立线圈合力与加速度、速度的等式F它?F安?ma；
R （3）由速度V变化会导致安培力F安与加速度a变化，a变化又反过来导致V变化和F安变化，根据V、F安、a三者之间的循环牵制反馈关系得出相关结论；
（4）根据（3）中的V、F安、a动态关系，找到某种平衡态 几种常见模型： （1）导棒运动模型
单棒：E=BLV
双棒：同向运动切割磁感线，电路中两个棒上的电动势相减E=BLV1-BLV2，双棒反向运动切割磁感线。电路中电动势等于两个棒上的电动势相加E=BLV1+BLV2 （2）线框运动模型
单向磁场:区分两点之间为路端电压还是感应电动势
双向复合磁场：线框两边分别位于反向磁场中运动，与线框进出单向磁场时对比，电动势是2倍，电功率为4倍，线框的安培力为4倍。 （3）特殊模型：运用镜像原理分析
二、交变电流与输电
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1.交变电流规律
产生原理：矩形线圈在匀强磁场中绕与磁场垂直的轴匀速转动。
变化规律：e＝NBSωsinωt=Emsinωt；i＝Imsinωt；(中性面位置开始计时)， ．．．最大值Em＝NBSω
求某段时间内通过导线横截面的电荷量Q＝IΔt=εΔt/R＝ΔΦ/R 四值：交变电流的四值即最大值、有效值、平均值和瞬时值。 最大值：交变电流在一个周期内能达到的最大数值称为最大值或峰值，在研究电容器是否被击穿时，要用到最大值；
有效值：是根据电流的热效应来定义的，在计算电路中的能量转换如电热、电功、电功率或确定交流电压表、交流电流表的读数和保险丝的熔断电流时，要用有效值； 平均值：在计算电荷量时，要用平均值；
瞬时值：交变电流在某一时刻的数值称为瞬时值，不同时刻，瞬时值的大小和方向一般不同，计算电路中与某一时刻有关的问题时要用交变电流的瞬时值．
常识：我国用的交变电流，周期是0.02s，频率是50Hz，电流方向每秒改变100次。 瞬时表达式：e＝e=2202sin100πt=311sin100πt=311sin314t 线圈作用是“通直流，阻交流；通低频，阻高频”． 电容的作用是“通交流、隔直流；通高频、阻低频”． 2.变压器和远距离输电
原理思路.变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中ΔΦ/Δt相等；当遇到“”型变压器时有 ΔΦ1/Δt=ΔΦ2/Δt+ΔΦ3/Δt,适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于恒定电流。 变压器两个基本公式：① U1?n1 ②P入=P出，
U2n2 输出电压由输入电压决定；输入功率由输出功率决定；输入电流由输出电流决定。 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
远距离输电：一定要画出远距离输电的示意图来，包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1/ n2、n2/，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。 功率之间的关系是：P1=P1/，P2=P2/，P1/=Pr=P2。 电压之间的关系是：
U1n1U2n2?,?,U1??Ur?U2。 ?U2?n2?U1?n1 电流之间的关系是：
?II1n1n??,2?2,I1??Ir?I2.求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。
?n2I1?n1I2- 3 -
输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。
?2U1 分析和计算时都必须用Pr?Ir,Ur?Irr，而不能用Pr?。
r2rP1?L1， 特别重要的是要会分析输电线上的功率损失Pr????????U??SU1?2S?1?2 3.带有电动机的用电线路：注意恒定电流中提到的电机线路欧姆定律的运用
考题预测
2.如图所示，金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上，在ef右侧存在有界匀强磁场B，磁场方向垂直导轨平面向下，在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导轨在同一平面内。当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后（ ） A．圆环内产生变大的感应电流，圆环有收缩的趋势 B．圆环内产生变大的感应电流，圆环有扩张的趋势 C．圆环内产生变小的感应电流，圆环有收缩的趋势 D．圆环内产生变小的感应电流，圆环有扩张的趋势 3.如图甲所示，螺线管内有一平行于轴线的磁场，规定图中示方向为磁感应强度B的正方向，螺线管与U型导线框cdef
箭头所相连，导
线框cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导线框cdef在同一平面内，当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时，下列选项中正确的是（ ） A．在t1时刻，金属圆环L内的磁通量最大 B．在t2时刻，金属圆环L内的磁通量最大
C．在t1~ t2时间内，金属圆环L内有逆时针方向的感应电流 D．在t1~ t2时间内，金属圆环L有收缩的趋势
4.如图所示的装置中，cd杆原来静止，当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动( ) A．向右匀速运动 B．向右减速运动 C．向左加速运动 D．向左减速运动
5.如图所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面的、电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以v、3v速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两过程中（ ） A．导体框中产生的感应电流方向相同 B．导体框中产生的焦耳热相同 C．导体框ab边两端电势差相同
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