第四章电磁感应知识点

第四章电磁感应第一模块：电磁感应、楞次定律（先介绍右手螺旋定则）『基础知识』一、划时代的发现1、奥斯特梦圆“电生磁”奥斯特实验：在1820年4月的一次讲演中，奥斯特碰巧在南北方向的导线下面放置了一枚小磁针、当电源接通时，小磁针居然转动了（如右图）。

随后的实验证明了电流的确能使磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应。

突破：电与磁是联系的2、法拉第心系“磁生电”1831年8月29日，法拉第终于发现了电磁感应：把两个线圈绕在同一铁环上（如右图），一个线圈接入接到电源上，另一个线圈接入“电流表”，在给一个线圈通电或断电瞬间，另一个线圈也出现了电流，这种磁生电的效应终于被发现了。

物理学中把这种现象叫做电磁感应.由电磁感应产生的电流叫做感应电流.二、感应电流的产生1、N极插入、停在线圈中和抽出（S极插入、停在线圈中和抽出）有无感应电流（如图）。

磁铁动作表针摆动方向磁铁动作表针摆动方向极插入线圈偏转S极插入线圈偏转N极停在线圈中不偏转S极停在线圈中不偏转N极从线圈中抽出偏转S极从线圈中抽出偏转实验表明产生感应电流的条件与磁场的变化有关。

2、闭合回路中的一部分导体在磁场中做切割磁感应线运动时，导体中就产生感应电流。

实验表明磁场的强弱没有变化，但是导体棒切割磁感的运动是闭合的回路EFAB包围的面积在发生变化。

这种情况下线圈中同样有感应电流。

3、磁通量定义：磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量定义式：φ=BS(B与S垂直) φ=BScosθ(θ为B与S之间的夹角)单位：韦伯(Wb)物理意义：表示穿过磁场中某个面的磁感线条数磁通量虽然是标量，但有正负之分。

三、楞次定律1、S极插入线圈和抽出线圈中会有感应电流，那么他的方向会如何呢。

条形磁铁运动的情况N 极向下插入线圈N 极向上拔出线圈S极向下拔出线圈S极向上插入线圈原磁场方向（向上或向下）向下向下向上向上穿过线圈的磁通量变化情况（增加或减少）增加减少减少增加感应电流的方向（流过灵敏电流计的方向）向左向右向左向右感应电流的磁场方向（向上或向下）向上向下向上向上结论：楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化2、对楞次定律中阻碍二字的正确理解“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。

阻碍磁通量变化指：磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用)；磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用)，简称“增反减同”．3、理解楞次定律的四个层次谁阻碍谁是感应电流的磁通量阻碍原磁通量;阻碍什么阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身;如何阻碍当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即”增反减同”;结果如何阻碍不是阻止，只是延缓了磁通量变化的快慢，结果是增加的还是增加，减少的还是减少。

4、楞次定律判断感应电流的基本步骤：第一步：判断穿过线圈的元磁通量的方向第二步：判断穿过线圈的元磁通量的变化（增加还是减小）第三步：判断感应电流的磁场的方向（依据楞次定律）第四步：判断感应电流的方向（依据右手螺旋定则）5、楞次定律的推广含义：1）阻碍原磁通的变化2）阻碍（导体的）相对运动，简称“来拒去留”3) 就闭合电路的面积而言，致使电路的面积有收缩或扩张的趋势。

收缩或扩张是为了阻碍电路的面积磁通量的变化。

若穿过闭合回路的磁通量增大时，面积有收缩趋势；若穿过闭合电路的磁通量减少时，面积有增大的趋势，简称口诀：“增缩减扩”。

4）就电流而言，感应电流阻碍原电流的变化。

即原电流增大时，感应电流的方向与原电流的方向相反；原电流减少时，感应电流的方向与原电流的方向相同，简称：“增反减同”6、右手定则：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直传入掌心，大拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。

说明：右手定则是楞次定律的一种特殊情况，这种方法对于闭合回路的一部分导体切割磁感线时感应电流方向的判定非常方便。

四、法拉第电磁感应定律1、电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。

2、表达式：tnE ∆∆Φ= 3、法拉第电磁感应定律的理解 （1）tn ∆∆ϕ＝E 的两种基本形式：①当线圈面积S 不变，垂直于线圈平面的磁场B 发生变化时，t B S nE ∆∆＝；②当磁场B 不变，垂直于磁场的线圈面积S 发生变化时，tSB n E ∆∆＝。

（2）感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率t∆∆ϕ，与φ的大小及△φ的大小没有必然联系。

（3）若t ∆∆ϕ为恒定（如：面积S 不变，磁场B 均匀变化，k tB=∆∆，或磁场B 不变，面积S 均匀变化，'=∆∆k tS），则感应电动势恒定。

若t ∆∆ϕ为变化量，则感应电动势E 也为变化量，t nE ∆∆ϕ＝计算的是△t 时间内平均感应电动势，当△t→0时，tn E ∆∆ϕ＝的极限值才等于瞬时感应电动势。

3．磁通量ϕ、磁通量的变化ϕ∆、磁通量的变化率t∆∆ϕ的区分 （1）磁通量ϕ是指穿过某面积的磁感线的条数，计算式为θϕsin BS ＝，其中θ为磁场B 与线圈平面S 的夹角。

（2）磁通量的变化ϕ∆指线圈中末状态的磁通量2ϕ与初状态的磁通量1ϕ之差，12ϕϕϕ－＝∆，计算磁通量以及磁通量变化时，要注意磁通量的正负。

（3）磁通量的变化率。

磁通量的变化率t∆∆ϕ是描述磁通量变化快慢的物理量。

表示回路中平均感应电动势的大小，是t -ϕ图象上某点切线的斜率。

t∆∆ϕ与ϕ∆以及ϕ没有必然联系。

4.导体运动产生的感应电动势1)如图所示闭合线框一部分导体ab 长l,处于匀强磁场中，磁感应强度是B ，ab 以速度v 匀速切割磁感线，求产生的感应电动势 回路在时间t 内增大的面积为：ΔS=LvΔt 穿过回路的磁通量的变化为：ΔΦ=BΔS=BLvΔt 产生的感应电动势为：2)若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁)，如图1所示。

产生的感应电动势为： θ为v 与B 夹角说明：导线运动方向和磁感线平行时, E =0 导线的长度L 应为有效长度速度v 为平均值(瞬时值), E 就为平均值(瞬时值) （图1） 3）如右图所示，导体转动切割磁感线产生感应电动势，当导线在垂直磁场平面内，绕一端V 匀速转动，切割磁感线产生感应电动势。

产生的感应电动势为： V 平=（0+V ）/2=V/2=ωL/2E=BLV 平=BL 2ω/2五、 电磁感应现象的两种分类1、 感生电动势产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电荷在电场力的作用下定向t ΦE ∆∆=BLv=θsin 1BLv BLv E ==运动，产生感应电流，即导体中产生了感应电动势定义：有感应电场产生的感应电动势称为感应电动势 大小：t nE ∆∆ϕ＝感生电场方向判断：右手螺旋定则说明：英国的物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场在空间激发的感应电场叫做涡流电场，当B 增大时电场线是闭合的，其感应电场的存在与是否存在闭合回路五官 2、动生电动势产生：导线切割磁感应线时，若果磁场不变化，空间就不存在感生电场。

自由电荷不会受电场力的作用，但是自由电荷会随着导体切割磁感应线的运动而周到洛伦兹力，这种情况下产生的电动势称为动生电动势。

大小：E六、互感和自感 1、互感现象定义：当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势----互感电动势.说明：1）互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,且可发生于任何两个相互靠近的电路之间.2）互感现象可以把能量由一个线圈传到另一个线圈，变压器就是利用互感现象制成的。

2、自感现象 1） 通电自感实验如图所示，两个灯泡A 1、A 2的规格完全相同，滑动变阻器R 和线圈的L 的电阻相同。

先闭合S ，调节R 1、R ，使两灯均正常发光。

然后断R R 1SL A 1A 2BLv =开S 。

重新接通电路时可以看到，跟有铁芯的线圈L 串连的灯泡A 1却是逐渐亮起来的，最后两个灯泡都正常发光、亮度相同。

原因：当开关闭合的瞬间，流过线圈L 的电流急剧增大，穿过线圈的磁通量也急剧增加，这就会在线圈产生很大的感应电动势。

根据楞次定律，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，即对灯泡A 1的正常发光起到了“延缓”的作用，因此灯泡A 1是逐渐变亮的。

当电路中的电流稳定后，线圈中的磁通量不会再发生变化，阻碍作用消失，流过；两灯泡的电流相同，亮度相同。

2）断电自感实验如右图所示，连接电路，线圈L 的电阻小于灯泡A 的电流。

连接电路，灯泡A 正常发光。

断开电路，可以看到灯泡A 没有立即熄灭，相反，它会很亮地闪一下 。

原因：开关未断开时，流过线圈L 的电流远远大于流过灯泡A 的电流。

在开关断开的瞬间，流过线圈的L 的电流急剧减少，穿过线圈的磁通量也急剧减少，因而在线圈中产生了感应电动势，在线圈L 的灯泡A 组成的回路中产生了感应电流，这个急剧减少的感应电动势的电流远大于原来流过灯泡A 中的电流，导致灯泡Ａ不到没有熄消灭，反而更亮一下才熄灭。

3)自感电动势定义：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。

其效果表现为延缓导体中电流的变化。

大小：tILE ∆∆＝自 方向:当流过导体的电流减弱时，E 自的方向与原电流的方向相同，当流过导体的电流增强时，E 自的方向与原电流的方向相反。

4）、自感系数不同的线圈在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势不同；在电学中，用自感系数来描述线圈的这种特性。

用符号“L ”表示。

决定因素：线圈的横截面积越大、线圈越长、单位长度上的线圈匝数越多，自感系数越大；有铁芯比无铁芯时自感系数要大得多。

单位：享利，简称“享”，符号“H”。

常用的有毫享（mH ）和微享（μH）。

1H ＝103mH ＝106μH物理意义：表征线圈产生自感电动势本领的大小。

数值上等于通过线圈的电流在1s 内改变1A 时产生的自感电动势的大小。

5）启动器：基本结构如图所示，它是利用氖管内的氖气放电产生辉光的热效应和双金属片的热学特征，起着自动把电路接通或断开的作用，相当于一个自动开关。

镇流器：镇流器是一个带铁芯的线圈，自感系数很大。

在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压加在灯管两端，促使灯管里的低压汞蒸气放电，形成闭合电路；在日光灯正常工作时，利用自感现象，起着降压限流的作用。

日光灯的工作原理：电路结构如图所示，当开关接通时，由于灯管里气体受激发导电时需要比220V 高得多的电压，此时灯管并没有通电；电压加在启动器两端，当启动器两触片间的电压增加到某一数值时，启动器里的氖气放电而发出辉光，产生的热量使启动器里U 形动触片膨胀张开，跟静触片接触而把电路导通，于是镇流器的线圈和日光灯的灯丝就有电流通过，电路导通后，启动器中两触片间的电压为零，启动器里的氖气停止放电，不产生辉光，U 形动触片冷却缩回，电路自动断开。