电磁感应总结
电磁感应是高中物理的重要内容之一,也是高考的常考点。电磁感应涉及到磁场、电流、电动势、能量转化等多方面的知识,需要掌握一些基本概念、定律和方法。
一、电磁感应现象和条件
电磁感应现象:利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流。
产生感应电流的条件:穿过闭合回路的磁通量发生变化,即ΔΦ≠0。
产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈平面的磁通量发生变化,线路中就有感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于一个电源。
产生磁通量变化的方法有三种:
改变导体和磁场间相对运动状态(如导体切割磁力线);
改变磁场强度(如移动或旋转永久磁铁);
改变线圈面积(如改变线圈形态或角度)。
楞次定律是指感应电流或感应电动势的方向总是阻碍产生它的磁通量的变化。
楞次定律是法拉第电磁感应定律的基础和前提,也是能量守恒定律在电磁学中的体现。
楞次定律可以用以下几个口诀来记忆:
增反减同:原磁通量增加时,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反;原磁通量减少时,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。
来拒去留:导体棒切割磁力线运动时,感应电流产生安培力阻碍导体棒运动。导体棒靠近磁铁时,安培力排斥导体棒;导体棒远离磁铁时,安培力吸引导体棒。
增缩减扩:线框围住的面积改变时,感应电流使线框运动改变有效面积。面积增大时,感应电流使线框收缩;面积减小时,感应电流使线框扩张。
法拉第定律是指闭合回路中产生的感应电动势等于穿过该回路平面内部 的变化率。
其中E是感应电动势(单位为伏特),Φ是穿过回路平面内部 (单位为韦伯),t是时间(单位为秒)。
电磁感应过程中,总是伴随着能量的转化和守恒。例如:
当导体切割磁力线运动时,导体所受安培力做功,使机械能转化为电能;
当感应电流通过电阻时,电阻发热,使电能转化为内能;
当感应电流在磁场中受到安培力时,安培力做功,使电能转化为机械能。
在稳定运动状态下(如匀速直线运动或匀速圆周运动),合外力为零,机械功率等于电功率。
在非稳定运动状态下(如加速或减速运动),合外力不为零,机械功率不等于电功率。此时要考虑机械能或动量的变化。
自感现象:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。
自感现象的特点:
自感现象只发生在变化的电流中;
自感现象只产生自感电动势,并不产生自感电流;
自感现象总是阻碍原来的电流变化。
自感系数:定义为单位时间内穿过回路平面内部 的变化率与回路中通过的比值。
单位:亨利(H)
物理意义:表示回路对穿过其平面内部 的变化产生自感反应的强弱程度。
二、楞次定律与法拉第定律