電磁感應(yīng)總結(jié)
電磁感應(yīng)是高中物理的重要內(nèi)容之一,也是高考的??键c(diǎn)。電磁感應(yīng)涉及到磁場、電流、電動(dòng)勢、能量轉(zhuǎn)化等多方面的知識,需要掌握一些基本概念、定律和方法。
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象和條件
電磁感應(yīng)現(xiàn)象:利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng),產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。
產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件:穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化,即ΔΦ≠0。
產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的條件:無論回路是否閉合,只要穿過線圈平面的磁通量發(fā)生變化,線路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于一個(gè)電源。
產(chǎn)生磁通量變化的方法有三種:
改變導(dǎo)體和磁場間相對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(如導(dǎo)體切割磁力線);
改變磁場強(qiáng)度(如移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)永久磁鐵);
改變線圈面積(如改變線圈形態(tài)或角度)。
楞次定律是指感應(yīng)電流或感應(yīng)電動(dòng)勢的方向總是阻礙產(chǎn)生它的磁通量的變化。
楞次定律是法拉第電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)和前提,也是能量守恒定律在電磁學(xué)中的體現(xiàn)。
楞次定律可以用以下幾個(gè)口訣來記憶:
增反減同:原磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相反;原磁通量減少時(shí),感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相同。
來拒去留:導(dǎo)體棒切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流產(chǎn)生安培力阻礙導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)體棒靠近磁鐵時(shí),安培力排斥導(dǎo)體棒;導(dǎo)體棒遠(yuǎn)離磁鐵時(shí),安培力吸引導(dǎo)體棒。
增縮減擴(kuò):線框圍住的面積改變時(shí),感應(yīng)電流使線框運(yùn)動(dòng)改變有效面積。面積增大時(shí),感應(yīng)電流使線框收縮;面積減小時(shí),感應(yīng)電流使線框擴(kuò)張。
法拉第定律是指閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢等于穿過該回路平面內(nèi)部 的變化率。
其中E是感應(yīng)電動(dòng)勢(單位為伏特),Φ是穿過回路平面內(nèi)部 (單位為韋伯),t是時(shí)間(單位為秒)。
電磁感應(yīng)過程中,總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和守恒。例如:
當(dāng)導(dǎo)體切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體所受安培力做功,使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能;
當(dāng)感應(yīng)電流通過電阻時(shí),電阻發(fā)熱,使電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;
當(dāng)感應(yīng)電流在磁場中受到安培力時(shí),安培力做功,使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
在穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下(如勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻速圓周運(yùn)動(dòng)),合外力為零,機(jī)械功率等于電功率。
在非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下(如加速或減速運(yùn)動(dòng)),合外力不為零,機(jī)械功率不等于電功率。此時(shí)要考慮機(jī)械能或動(dòng)量的變化。
自感現(xiàn)象: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。
自感現(xiàn)象的特點(diǎn):
自感現(xiàn)象只發(fā)生在變化的電流中;
自感現(xiàn)象只產(chǎn)生自感電動(dòng)勢,并不產(chǎn)生自感電流;
自感現(xiàn)象總是阻礙原來的電流變化。
自感系數(shù):定義為單位時(shí)間內(nèi)穿過回路平面內(nèi)部 的變化率與回路中通過的比值。
單位:亨利(H)
物理意義:表示回路對穿過其平面內(nèi)部 的變化產(chǎn)生自感反應(yīng)的強(qiáng)弱程度。
二、楞次定律與法拉第定律