高中物理：电磁感应

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正文：

高中物理：电磁感应

电动机变压器感应电流产生的条件科技应用

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电磁感应是指因磁通量变化产生感应电动势的现象。 电磁灶是应用电磁感应

电磁感应现象的发现，乃是电磁学领域中最伟大的成就之一。它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上有重大意义。电磁感应现象的发现，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明，电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。 　　若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb ，Δt为发生变化所用时间，单位为s.ε 为产生的感应电动势，单位为V。

编辑本段基本概念

磁通量

设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S。(1)定义：在匀强磁场中，磁感应强B与垂直磁场方向的面积S的乘积，叫做穿过这 电磁感应

个面的磁通量。 　　(2)公式：Φ=BS 　　当平面与磁场方向不垂直时： 　　Φ=BS⊥=BScosθ(θ为两个平面的二面角) 　　(3)物理意义 　　穿过某个面的磁感线条数表示穿过这个面的磁通量。 　　(4)单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb。 　　1Wb=1T·1m2=1V·s。

电磁感应现象

(1)电磁感应现象：闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动。 　　(2)感应电流：在电磁感应现象中产生的电流。 　　(3)产生电磁感应现象的条件： 　　①两种不同表述 　　a.闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动 　　b.穿过闭合电路的磁场发生变化 　　②两种表述的比较和统一 　　a.两种情况产生感应电流的根本原因不同 　　闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动时，是导体中的自由电子随导体一起运动，受到的洛伦兹力的一个分力使自由电子发生定向移动形成电流，这种情况产生的电流有时称为动生电流。 　　穿过闭合电路的磁场发生变化时，根据电磁场理论，变化的磁场周围产生电场，电场使导体中的自由电子定向移动形成电流，这种情况产生的电流有时称为感应电流。 　　b.两种表述的统一 　　两种表述可统一为穿过闭合电路的磁通量发生变化。 　　③产生电磁感应现象的条件 　　不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。 　　条件：a.闭合电路;b.做切割磁感线运动。

电磁感应现象中能量的转化

能的转化守恒定律是自然界普遍规律，同样也适用于电磁感应现象。

感应电动势

(1)定义：在电磁感应现象中产生的电动势，叫做感应电动势。从低电势位置指向高电势位置。(2)产生感应电动势的条件：穿过回路的磁通量发生变化。 　　(3)物理意义：感应电动势是反映电磁感应现象本质的物理量。 电磁感应式

(4)方向规定：内电路中的感应电流方向，为感应电动势方向。 　　5、反电动势：在电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这个感应电动势总要削弱电源电动势的的作用，这个电动势称为反电动势。

编辑本段涉及知识范围

电磁感应部分涉及两个方面的知识： 　　一是电磁感应现象的规律。电磁感应研究的是其他形式能转化为电能的特点 电磁感应灯

和规律，其核心是法拉第电磁感应定律和楞次定律。 　　楞次定律表述为：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。即要想获得感应电流(电能)必须克服感应电流产生的安培力做功，需外界做功，将其他形式的能转化为电能。法拉第电磁感应定律是反映外界做功能力的，磁通量的变化率越大，感应电动势越大，外界做功的能力也越大。 　　二是电路及力学知识。主要讨论电能在电路中传输、分配，并通过用电器转化成其他形式能的特点规律。在实际应用中常常用到电路的三个规律(欧姆定律、电阻定律和焦耳定律)和力学中的牛顿定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理和能量守恒定律等概念。

编辑本段计算公式

1.[感应电动势的大小计算公式] 　　1)E=nΔΦ/Δt(普适公式){法拉第电磁感应定律，E：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，ΔΦ/Δt:磁通量的变化率}。 　　2)E=BLVsinA(切割磁感线运动) E=BLV中的v和L不可以和磁感线平行，但可以不和磁感线垂直，其中sinA为v或L与磁感线的夹角。{L:有效长度(m)} 　　3)Em=nBSω(交流发电机最大的感应电动势){Em:感应电动势峰值}。 手持式电磁感应

4)E=B(L^2)ω/2(导体一端固定以ω旋转切割){ω:角速度(rad/s)，V:速度(m/s)，(L^2)指的是L的平方}。 　　2.磁通量Φ=BS {Φ:磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m2)} 计算公式△Φ=Φ1-Φ2 ，△Φ=B△S=BLV△t。 　　3.感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向：由负极流向正极}。 　　4.自感电动势E自=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt{L:自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大)，ΔI:变化电流，?t:所用时间，ΔI/Δt:自感电流变化率(变化的快慢)}。 　　△特别注意 Φ， △Φ ，△Φ/△t无必然联系，E与电阻无关 E=n△Φ/△t 。 电动势的单位是伏V ，磁通量的单位是韦伯Wb ，时间单位是秒s。

编辑本段重要实验

在一个空心纸筒上绕上一组和电流计联接的导体线圈，当磁棒插进线圈的过程中，电流 电磁感应

计的指针发生了偏转，而在磁棒从线圈内抽出的过程中，电流计的指针则发生反方向的偏转，磁棒插进或抽出线圈的速度越快，电流计偏转的角度越大.但是当磁棒不动时，电流计的指针不会偏转。 　　对于线圈来说，运动的磁棒意味着它周围的磁场发生了变化，从而使线圈感生出电流.法拉第终于实现了他多年的梦想——用磁的运动产生电! 奥斯特和法拉第的发现，深刻地揭示了一组极其美妙的物理对称性：运动的电产生磁，运动的磁产生电。 　　不仅磁棒与线圈的相对运动可以使线圈出现感应电流，一个线圈中的电流发生了变化，也可以使另一个线圈出现感应电流。 　　将线圈通过开关k与电源连接起来，在开关k合上或断开的过程中，线圈2就会出现感应电流. 如果将与线圈1连接的直流电源改成交变电源，即给线圈1提供交变电流，也引起线圈出现感应电流. 这同样是因为，线圈1的电流变化导致线圈2周围的磁场发生了变化。

编辑本段发现者

1820年H.C.奥斯特发现电流磁效应后，许多物理学家便试图寻找它的逆效应， 迈克尔·法拉第

提出了磁能否产生电，磁能否对电作用的问题，1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在测量地磁强度时，偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。1824年，阿喇戈根据这个现象做了铜盘实验，发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转，但磁针的旋转与铜盘不同步，稍滞后。电磁阻尼和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象，但由于没有直接表现为感应电流，当时未能予以说明。 　　1831年8月，M.法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈 ，其一为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转;切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为 5 类 ：变化的电流 ， 变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体，并把这些现象正式定名为电磁感应。进而，法拉第发现，在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比，他由此认识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路没有感应电流，感应电动势依然存在。 　　后来，给出了确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。并按产生原因的不同，把感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种，前者起源于洛伦兹力，后者起源于变化磁场产生的有旋电场。

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