第四章：电磁感应

本章的主要内容是实验探究，通过亲身实验，理解法拉第是如何发现电磁感应现象的，进而通过实验探究产生感应电流的条件、感应电流的方向及大小，通过实验认识自感现象，并分析其原因援在深刻认识实验现象的基础上，总结相关的物理规律，并结合实际情况灵活应用。

知识构建：

新知归纳：

●电流的磁效应：

把一根导线平行地放在磁场上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，就好像磁针受到磁铁的作用一样。这说明不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应。

●电流磁效应现象：

磁铁对通电导线的作用，磁铁会对通电导线产生力的作用，使导体棒偏转。电流和电流间的相互作用，有相互平行而且距离较近的两条导线，当导线中分别通以方向相同和方向相反的电流时，观察到发生的现象是：同向电流相吸，异向电流相斥。

●电磁感应发现的意义：

①电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。

②电磁感应的发现使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电器化时代。

③电磁感应现象的发现，推动了经济和社会的发展，也体现了自然规律的和谐的对称美。

●对电磁感应的理解:

电和磁有着必然的联系，电能生磁，磁也一定能够生电，但磁生电是有条件的，只有变化的磁场或相对位置的变化才能产生感应电流，磁生电表现为磁场的“变化”和“运动”。

引起电流的原因概括为五类：

1变化的电流。

2变化的磁场。

3运动的恒定电流。

4运动的磁场。

5在磁场中运动的导体。

●磁通量：

闭合电路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫磁通量，即Φ，θ为磁感线与线圈平面的夹角。

对磁通量Φ的说明：

虽然闭合电路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫磁通量，但是当磁场与闭合电路的面积不垂直时，磁感应强度也有垂直闭合电路的分量磁感应强度垂直闭合电路面积的分量。

●产生感应电流的条件：

一是电路闭合。

二是磁通量变化。

●楞次定律：

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。

●楞次定律的理解：

1感应电流的磁场不一定与原磁场方向相反，只是在原磁场的磁通量增大时两者才相反；在磁通量减小时，两者是同样。

2“阻碍”并不是“阻止”如原磁通量要增加，感应电流的磁场只能“阻碍”其增加，而不能阻止其增加，即原磁通量还是要增加。

③定律本身并没有直接给定感应电流的方向，只是给定感应电流的磁场与原磁场间存在“阻碍”关系，要注意区分这两个磁场及其间的相互关系。

●应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：

①明确所研究的闭合回路。

②判断原磁场方向。

3判断闭合回路内原磁场的磁通量变化。

④依据楞次定律判断感应电流的磁场方向。

利用安培定则（右手螺旋定则）根据感应电流的磁场方向，判断出感应电流方向。

●右手定则：

内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在一个平面内让磁感线从手心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。

●楞次定律与右手定则的关系：

导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判断感应电流方向的右手定则也是楞次定律的特例援能用右手定则判断的，一定也能用楞次定律判断，只是不少情况下不如右手定则来得方便简单援反过来，用楞次定律能判断的，并不是用右手定则都能判断出来。

注意适用范围：

①楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况，右手定则只适用于一段导体在磁场中切割磁感线运动的情况，导体不动时不能用。

②注意研究对象：楞次定律研究的是整个闭合电路，右手定则研究的是闭合电路的一部分即一段导体做切割磁感线运动。

●感应电动势：

在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。

●法拉第电磁感应定律：

内容：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感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，与磁通量和磁通量的变化量没有关系。

公式：

●反电动势：

定义：电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这个电动势总要削弱电源电动势的作用，我们把这个电动势称为反电动势。

●电磁感应规律的应用：

感生电动势的产生由感应电场使导体产生的电动势叫感生电动势，感生电动势在电路中的作用就是充当电源，其电路就是内电路，当它与外电路连接后就会对外电路供电变化的磁场在闭合导体所在空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势，由此可见，感生电场就相当于电源内部的所谓的非静电力，对电荷产生力的作用。

●感生电场的应用：

电子感应加速器是应用感生电场对电子的作用来加速电子的一种装置，主要用于核反应研究。

●互感和自感：

互感现象：两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫做互感现象。

●对互感的三点理解：

①、互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。

②、互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路援变压器就是利用互感现象制成的。

③、在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要求设法减小电路间的互感。

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，叫做自感现象。

互感现象是一种常见的电磁感应现象，不仅仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间，由于是一种电磁感应现象，所以可以用安培定则、楞次定律去分析。

自感电流的方向可用楞次定律判断，当导体中电流增加时，自感电流的方向与原来的方向相反；当电流减小时，自感电流的方向与原来电流的方向相同，在分析自感现象时，除了要定性分析通电和断电自感现象外，还应半定量地分析电路中的电流变化，分析时主要抓住通过自感线圈的电流不能突变这一特点，其次是要注意电路结构在稳定和不稳定时的变化。

●涡流：

把块状的金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内组成闭合回路，很像水的漩涡，因此叫做涡流。整块金属电阻很小，所以涡流常常很大。

●涡流的热效应：

线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场，导体可以看做是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这些线圈中产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流，由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热，这就是涡流的热效应。

●电磁阻尼和电磁驱动：

电磁阻尼：导体与磁场相对运动时，感应电流受到的安培力总是阻碍它们的相对运动，利用安培力阻碍导体与磁场间的相对运动就是电磁阻尼，磁电式仪表的指针能够很快停下，就是利用了电磁阻尼。

电磁驱动：导体与磁场相对运动时，感应电流受到的安培力总是阻碍它们的相对运动，应该知道安培力阻碍磁场与导体的相对运动的方式是多种多样的，当磁场以某种方式运动时导体中的安培力为阻碍导体与磁场间的相对运动使导体跟着磁场动起来（跟着转动），这就是电磁驱动。

●电磁驱动与磁悬浮列车：

磁悬浮列车是利用超导体产生抗磁作用使列车向上浮起而离开轨道，利用周期性地变换磁极方向产生运动的磁场，从而使车获得推动力，磁悬浮列车是目前世界上技术最先进、已经投入使用阶段的新型列车，具有的优点有：

①速度高。

②安全、平衡、舒适。

③列车与轨道间冲击小，寿命长，节能。

④基本上无噪音和空气污染。

●扩展阅读：

电磁感应现象的应用：动圈式话筒的原理

在剧场里，为了使观众能听清演员的声音，常常需要把声音放大，放大声音的装置主要包括话筒、扩音器和扬声器三部分，如左下图。

话筒是把声音转变为电信号的装置，如上图是动圈式话筒的构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号）援感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。下载本文