高中物理 18 电磁感应、楞次定律、法拉第定律

电磁感应现象

定义：穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电动势和感应电流的现象。例如，当条形磁铁插入或拔出闭合线圈时，线圈中会产生感应电流，电流表指针会发生偏转。

产生条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化，这里的磁通量变化可以是由磁场强度的变化、回路面积的变化或者两者同时变化引起的。

内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

理解：楞次定律是判断感应电流方向的重要依据。当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，以阻碍磁通量的增加；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，以阻碍磁通量的减少。

应用步骤：

1. 明确原磁场的方向。

2. 判断穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少。

3. 根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。

4. 再由安培定则确定感应电流的方向。

内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

公式：\(E = n\frac{\Delta\varPhi}{\Delta t}\)，其中\(E\)表示感应电动势，\(n\)为线圈匝数，\(\frac{\Delta\varPhi}{\Delta t}\)表示磁通量的变化率。

理解：磁通量变化率越大，感应电动势越大。当磁通量变化量相同时，变化所用时间越短，即变化率越大，产生的感应电动势也就越大。

导体棒切割磁感线：当导体棒在匀强磁场中做切割磁感线运动时，感应电动势\(E = BLv\sin\theta\)，其中\(B\)为磁感应强度，\(L\)为导体棒在磁场中的有效长度，\(v\)为导体棒的运动速度，\(\theta\)为导体棒的运动方向与磁感线方向的夹角。

线圈在磁场中转动：以矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动为例，产生的感应电动势是周期性变化的，其表达式为\(E = NBS\omega\sin\omega t\)，其中\(N\)为线圈匝数，\(B\)为磁感应强度，\(S\)为线圈面积，\(\omega\)为线圈转动的角速度。

发电机：利用电磁感应原理将机械能转化为电能。发电机通常由定子和转子组成，转子在磁场中转动，使穿过定子线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电动势和感应电流。

变压器：用于改变交流电压。它由原线圈、副线圈和铁芯组成，当原线圈中通有交变电流时，会在铁芯中产生交变磁场，从而使副线圈中的磁通量发生变化，产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律和匝数关系，可以实现电压的变换。

电磁感应、楞次定律和法拉第电磁感应定律是高中物理电磁学的重要内容，它们不仅揭示了磁与电之间的相互转化关系，而且在现代科技和日常生活中有着广泛的应用。