電磁感應(yīng)（選修二第二章，總結(jié)筆記）
（1）實驗：探究感應(yīng)電流的方向
【實驗原理】
①由電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系，找出感應(yīng)電流的方向。
②通過實驗，觀察分析原磁場方向和磁通量的變化，記錄感應(yīng)電流的方向，然后歸納出感應(yīng)電流的方向與原磁場方向、原磁通量變化之間的關(guān)系。
【實驗器材】
條形磁體，螺線管，靈敏電流計，導(dǎo)線若干，干電池，滑動變阻器，開關(guān)，電池盒
【進行實驗】
①探究電流表指針偏轉(zhuǎn)方向和電流方向之間的關(guān)系。
實驗電路如下圖甲、乙所示：
②探究條形磁體插入或拔出線圈時感應(yīng)電流的方向
按下圖連接電路，明確螺線管的繞線方向。按照控制變量的方法分別進行N極(S極)向下插入線圈和N極(S極)向下時抽出線圈的實驗。
觀察并記錄磁場方向、電流方向、磁通量大小變化情況，并將結(jié)果填入表格。
根據(jù)上表記錄，得到下述結(jié)果：
甲、乙兩種情況下，磁通量都增加，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反，阻礙磁通量的增加；丙、丁兩種情況下，磁通量都減少，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，阻礙磁通量的減少。
實驗結(jié)論：感應(yīng)電流具有這樣的方向，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。
【注意事項】
①確定電流方向與電流表指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系時，要用試觸法并注意減小電流強度，防止電流過大或通電時間過長損壞電流表。
②電流表選用零刻度在中間的靈敏電流計。
③實驗前設(shè)計好表格，并明確線圈的繞線方向。
④按照控制變量的思想進行實驗。
⑤進行一種操作后，等電流計指針回零后再進行下一步操作。
（2）楞次定律
內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，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。
從能量角度理解楞次定律：感應(yīng)電流沿著楞次定律所述的方向，是能量守恒定律的必然結(jié)果，當(dāng)磁極插入線圈或從線圈內(nèi)抽出時，推力或拉力做功，使機械能轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能。
楞次定律反映了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的因果關(guān)系，磁通量發(fā)生變化是原因，產(chǎn)生感應(yīng)電流是結(jié)果。
【對“阻礙”的理解】
從磁通量變化的角度看：感應(yīng)電流的效果是阻礙磁通量的變化。
從相對運動的角度看：感應(yīng)電流的效果是阻礙相對運動。
【應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟】
①明確所研究的閉合回路，判斷原磁場方向。
②判斷閉合回路內(nèi)原磁場的磁通量變化。
③依據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場方向。
④利用右手螺旋定則(安培定則)判斷感應(yīng)電流的方向。
【右手定則】
伸開右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使拇指指向?qū)Ь€運動的方向，這時四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。
右手定則適用范圍：閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流方向的判斷。
右手定則反映了磁場方向、導(dǎo)體運動方向和感應(yīng)電流方向三者之間的關(guān)系：大拇指所指的方向是導(dǎo)體相對磁場切割磁感線的運動方向，既可以是導(dǎo)體運動而磁場未動，也可以是導(dǎo)體未動而磁場運動，還可以是兩者以不同速度同時運動；四指指向電流方向，切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源。
【楞次定律與右手定則的比較】
（1）電磁感應(yīng)定律
感應(yīng)電動勢：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫作感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源。
【法拉第電磁感應(yīng)定律】
內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。
公式：，其中n為線圈的匝數(shù)。
單位：在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯(Wb)，感應(yīng)電動勢的單位是伏(V)。
感應(yīng)電動勢的大小E由磁通量變化的快慢，即磁通量變化率決定，與磁通量
、磁通量的變化量
無關(guān)。
【磁通量、磁通量的變化量及磁通量的變化率的比較】
導(dǎo)線垂直于磁場方向運動，、
、
兩兩垂直時，如下圖所示，
。
導(dǎo)線的運動方向與導(dǎo)線本身垂直，但與磁感線方向夾角為θ時，如上圖所示，。
若導(dǎo)線是彎折的，或與
不垂直時，
中的l應(yīng)為導(dǎo)線在與v垂直的方向上的投影長度，即有效切割長度。
圖4甲中的有效切割長度為：；
圖4乙中的有效切割長度為：；
圖4丙中的有效切割長度為：沿的方向運動時，
；沿
的方向運動時，L=R。
導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體棒所受安培力的方向與導(dǎo)體棒運動方向相反，導(dǎo)體棒克服安培力做功，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。
【導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的電動勢】
如下圖所示，導(dǎo)體棒在磁場中繞A點在紙面內(nèi)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，磁感應(yīng)強度為B，則AC在切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為
【與
的比較】
區(qū)別：研究的是整個閉合回路，適用于計算各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象中Δt內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢；
研究的是閉合回路的一部分，即做切割磁感線運動的導(dǎo)體，只適用于計算導(dǎo)體做切割磁感線運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，可以是平均感應(yīng)電動勢，也可以是瞬時感應(yīng)電動勢。
聯(lián)系：是由
在一定條件下推導(dǎo)出來的，該公式可看成法拉第電磁感應(yīng)定律的一個推論。
3.渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動
（1）電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
麥克斯韋認(rèn)為：磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場，這種電場叫作感生電場。
感生電動勢：由感生電場產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢。
變化的磁場周圍產(chǎn)生感生電場，與閉合電路是否存在無關(guān)。如果在變化的磁場中放一個閉合電路，自由電荷在感生電場的作用下發(fā)生定向移動。
感生電場可用電場線形象描述．感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的，而靜電場的電場線不閉合。
感生電場的方向根據(jù)楞次定律用右手螺旋定則判斷，感生電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律計算。
電子感應(yīng)加速器：是利用感生電場使電子加速的設(shè)備，當(dāng)電磁鐵線圈中電流的大小、方向發(fā)生變化時，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。
（2）渦流
渦流：當(dāng)線圈中的電流隨時間變化時，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，用圖表示這樣的感應(yīng)電流，就像水中的旋渦，所以把它叫作渦電流，簡稱渦流。
渦流大小的決定因素：磁場變化越快(越大)，導(dǎo)體的橫截面積S越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大。
【產(chǎn)生渦流的兩種情況】
①塊狀金屬放在變化的磁場中；②塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。
【產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化】
①金屬塊在變化的磁場中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
②金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
【渦流的應(yīng)用與防止】
應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門等。
防止：為了減小電動機、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的硅鋼做材料，而且用相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。
（3）電磁阻尼
當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。
（4）電磁驅(qū)動
若磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動。
【電磁阻尼和電磁驅(qū)動的比較】
（1）互感現(xiàn)象
互感和互感電動勢：兩個相互靠近但導(dǎo)線不相連的線圈，當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象叫作互感，這種感應(yīng)電動勢叫作互感電動勢。
一個線圈中電流變化越快(電流的變化率越大)，另一個線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。
應(yīng)用：利用互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈，如變壓器、收音機的磁性天線都是利用互感現(xiàn)象制成的。
危害：互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間。在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作。例如在電路板的刻制時就要設(shè)法減小電路間的互感現(xiàn)象。
（2）自感現(xiàn)象
當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它產(chǎn)生的變化的磁場不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，同樣也在線圈本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱為自感。由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫作自感電動勢。
自感現(xiàn)象也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，也符合楞次定律，可表述為自感電動勢總要阻礙引起自感電動勢的原電流的變化。
當(dāng)線圈中的電流增大時，自感電動勢的方向與原電流的方向相反，阻礙電流的增大，使電流從零逐漸增大到穩(wěn)定值，但不能阻止電流的增大。
電流穩(wěn)定時自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體(若直流電阻為零，相當(dāng)于導(dǎo)線)。
（3）自感系數(shù)
自感電動勢：，其中是電流的變化率；L是自感系數(shù)，簡稱自感或電感．單位：亨利，符號：H。
自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、匝數(shù)，以及是否有鐵芯等因素有關(guān)。
自感系數(shù)簡稱自感或電感，不同的線圈，在電流變化率相同的條件下，產(chǎn)生的自感電動勢不同，電學(xué)中用自感系數(shù)來表示線圈的這種特性。
線圈的長度越長，面積越大，單位長度上匝數(shù)越多，線圈的自感系數(shù)就越大。線圈中有鐵芯時比無鐵芯時自感系數(shù)大。
（4）磁場的能量
線圈中電流從無到有時，磁場從無到有，電源把能量輸送給磁場，儲存在磁場中。
線圈中電流減小時，磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。
本章思維導(dǎo)圖
