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高三下册物理 电磁感应(一) 逐字稿-3,980字

  师:同学们,今天我们讲解高三二轮复习电磁感应的相关内容。电磁感应综合了电磁学、力与运动、能量等诸多内容,综合性很强。这节课要求大家掌握五点内容:一是产生感应电流的条件;二是判断感应电流的方向;三是求解感应电动势及感应电流的大小;四是分析电磁感应中的动力学问题;五是分析电磁感应中的能量问题。本节课我们先学习前三点内容。

  首先,来看产生感应现象的条件。以某品牌无线充电手机的原理图为例,无线充电底座上放置手机就能充电。关于无线充电,下列说法正确的是什么呢?要解决这个实际问题,需掌握手机接收线圈部分的工作原理,它利用的不是电流的磁效应,而是电磁感应现象。要判断 BCD 选项能否选,就得从电磁感应的相关规律,也就是磁通量这个概念入手。

  先看电磁感应现象的相关内容,再回头解决这道题。教材上有几个基本图形,甲乙两图中线圈上下或左右移动,特别是乙图左右移动时在切割磁感线,但甲和乙在磁场中运动的线圈,穿过它的磁通量并没有改变,所以甲和乙线圈中没有感应电流,根本原因就是穿过线圈的磁通量没有发生变化。而丙图中线圈绕垂直于磁场的轴转动,穿过线圈的磁通量时刻发生改变,同学们通过以前学习知道,这样就会产生交变电流,即产生感应电流,基本原理就是磁通量发生了改变。

  下面这个插图是研究产生感应电流现象的基本实验。a 线圈通过学生电源、电键和滑动变阻器构成一个回路,目的是产生磁场;b 螺线管和灵敏电流计构成一个回路,用于判断 b 线圈中是否产生感应电流。在这个实验中,闭合开关时,指针会发生偏转,原因是 b 线圈在电键断开时磁通量为 0,没有磁场,闭合后 a 中有磁场,b 中的磁通量增大,发生了变化,所以有感应电流。但若电键闭合,滑动变阻器不移动,a 中有电流也有磁场,穿过 b 螺线管的磁通量有但不变,此时指针不偏转,原理就是 b 中有磁通量但不变化,因此没有感应电流。当闭合开关移动滑动变阻器时,改变了 a 螺线管中的电流,从而改变了穿过 b 螺线管的磁通量,指针又会偏转。

  新课教学时,通过这几个典型例子,让同学们总结出产生感应电流的条件:一是回路要闭合;二是穿过闭合回路的磁通量一定要发生变化。掌握这个原理后,再看刚才那道题,答案就清晰了。b 选项说把它接到直流电源上对手机充电,这是不行的,因为磁通量不变,多个选项也不能选,不是所有手机都能无线充电,一定要手机上带有接收线圈,所以正确答案是 c 选项,后面会讲到频率相同的问题。

  第二点,复习楞次定律,其目的是通过楞次定律判断感应电流的方向。通过一道例题来复习:如图所示,有一个竖直向上的匀强磁场,一个闭合的金属线框 abcd 从右侧静止释放摆到左侧最高点的过程中,线框中的感应电流方向是什么?要解决这道题,需知道楞次定律的基本内容:感应电流产生的磁场要阻碍原来引起原线圈中磁通量的变化。

  分析这道题,初始位置闭合线圈中有竖直向上的磁场,往下摆动过程中,磁通量逐渐减小,所以感应电流产生的磁场要与原磁场方向相同,即向上,再用安培定则判断电流方向为 DCbad。到了竖直位置,再向左摆时,线圈中磁通量增大,感应电流产生的磁场方向要和原磁场方向相反,即向下,用安培定则判断电流方向还是 DCbad。由于这是立体图,同学们理解吃力,我们可以换成平面图分析。

  先看初始位置的俯视图,从上往下看线框,对应的字母 abcd,原磁场方向是点出来的,下摆过程中,可认为面积变小,根据楞次定律,感应电流产生的磁场方向要和原磁场方向相同,所以对线圈来说,产生的感应电流是逆时针,即方向为 DCbad。从最低点向左摆的过程中,看清楚俯视图中字母 abcd 的相对位置,磁场方向也是点出来的,但此过程中磁通量增大,根据楞次定律,感应电流产生的磁场方向要和原磁场方向相反,所以回路中产生的感应电流是顺时针,从字母线框表达形式来看,还是 DCbad。所以遇到这种题型,立体图复杂时,可转换为平面图。

  通过这道题,总结出运用楞次定律判断感应电流的步骤:第一步,明确研究的闭合回路;然后分析两点,一是穿过该回路原磁场的方向,二是穿过该回路中磁通量的变化情况。明确这两点后,根据楞次定律判断感应电流产生的磁场方向。具体来说,如果穿过回路磁通量增大,为阻碍增大,感应电流产生的磁场方向和原磁场方向相反;如果穿过回路磁通量减小,为阻碍减小,感应电流产生的磁场方向和原磁场方向一致。知道感应电流产生的磁场方向后,再通过安培定则(又叫右手螺旋定则)就可知道感应电流的方向。当导体切割磁感线,闭合回路中磁通量发生变化时,导体中的感应电流方向也可用右手定则判断。

  这里简单复习一下前面学过的内容。安培定则,又叫右手螺旋定则,用于判断电流产生磁场时电流方向与磁场方向的关系;左手定则用于判断通电导体或运动电荷进入磁场中受到安培力或洛伦兹力的方向;而右手定则用于导体棒切割磁感线时判断感应电流方向、切割方向与磁场三者的关系,要注意三者的区别。

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