电磁感应定律综合应用.ppt

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1、法拉第电磁感应定律,一.电磁感应现象-产生感应电流的条件,1.闭合电路的一部分导体做切割磁力线运动时,有感应电流产生.,2.闭合电路中的磁通量发生变化时,有感应电流产生.,二.感应电动势的大小,1.法拉第电磁感应定律,a.如果磁感应强度B不变,磁通量的变化是由于闭合 电路的面积发生变化而引起的,则有E=nBS/t,b.如果闭合电路的面积不变,磁通量的变化是由于磁 感应强度B发生变化而引起的,则有E=n S B/t,c.如果磁通量的变化是由于磁感应强度B和闭合电路的面积共同 发生变化而引起的,则有E=n(BS)/t,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。-E=n/t,2

2、.切割磁力线运动时-,a.导体平动时,E=Bl vsin 为B和v 之间的夹角,若B、v、l 三者两两垂直，则 E=Bl v,b.导体棒以端点为轴,在垂直于磁感应线的匀强磁场 中匀速转动,E=1/2 Bl 2,c.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的任意轴匀速转动时,E=nBSsin.为线圈平面和中性面之间的夹角.,注意:,1.、/t 的区别:,变化的物理量达到最大时,其对时间的变化率等于0,2.E=n/t 和E=Bl vsin的区别和联系：,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.,1:关于线圈中产生的感应电动势，下列叙述中正确的是()A.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大。B.穿过线圈的磁通

3、量增量越大，感应电动势越大。C.磁通量减少得越快，感应电动势越大。D.磁通量为0 时，感应电动势也为0。E.线圈中磁通量变化越大，感应电动势一定越大F.线圈中磁通量变化越快，感应电动势越大G.线圈放在磁感强度越强的地方，产生的感应电 动势一定越大,C F,解:E=n/t,I=E/R,q=I t=n/R,D,例1、用同样材料和规格的导线做成的圆环a和b，它们的半径之比ra：rb2：1，连接两圆环部分的两根直导线的电阻不计，均匀变化的磁场具有理想的边界如图所示，磁感应强度以恒定的变化率减少.那么当a环置于磁场中与b环置于磁场中两种情况下，A、B两点电势差之比U1/U2为.,解:设小圆电阻为R,则大

4、圆电阻为2R,小圆面积为S,大圆面积为4S.分别画出等效电路如图:,E=/t=S B/tS,由闭合电路欧姆定律 对上图 U1=E 1/3,对下图 U2=2E 2/3,U1/U2=E 1/2E 2=4S/2S=2,2：1,2 有一边长为l、匝数为n、电阻为R的正方形闭合线框，处于磁感应强度为B匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，若将线框在磁场中翻转180，求在这个过程中通过导线横截面的电量。,解：将线框转过180，则穿过线框的磁通量的 变化量大小是,=2BS=2Bl 2,这个过程中产生的感应电动势为,E=n/t,感应电流 I=E/R,所以电量 q=I t=n/R=2nBl 2/R,例2.如图示，

5、匀强磁场竖直下，一根直导线ab在水平桌面上，以匀速率v向右垂直磁感应线滑入匀强磁场中，做切割磁感应线运动，不考虑空气阻力，直导线ab在下落过程中产生的感应电动势将会：()A.逐渐增大 B.逐渐减小 C.为0 D.保持不变,解：E=Bl vt sin=Bl vx,ab做平抛运动，水平速度保持不变，感应电动势保持不变。,D,3 如图，一圆环与外切正方形线框均由相同的绝缘导线制成，并各自形成闭合回路，匀强磁场布满整个方形线框，当磁场均匀变化时，线框和圆环中的感应电动势之比是多大？感应电流之比等于多少？,解：设正方形边长为2a，则圆环半径为a，,两者面积之比为 S1/S2=4a2/a2=4/,电阻之比

6、为 R1/R2=8a/2 a=4/,E=/t=SB/t S,E1/E2=S1/S2=4a2/a2=4/,1将一条形磁铁插入螺线管线圈,第一次插入用0.2秒，第二次插入用0.4秒，并且两次起始和终了位置相同，则（）,A.第一次磁通量变化比第二次大 B.第一次磁通量变化比第二次快C.第一次产生的感应电动势比第二次大 D.若断开电键S，两次均无感应电流,B C D,两次线圈中磁通量之比为，感应电动势之比为，电流强度之比为，通过线圈的电量之比为，线圈放出的热量之比为。,解：相同。1/2=1:1,1:1,E=n/t 1/t E 1/E2=t2/t1=2：1,2:1,I=E/R E I1/I2=E1/E2

7、=2：1,2:1,q=I t=Et/R=n/R q1/q2=1：1,1:1,Q=I2 R t E 2 t Q1/Q2=2：1,2:1,2矩形形线框abcd绕OO轴在磁感强度为0.2T的匀强磁场中以2 rs 的转速匀速转动，已知ab=20cm，bd=40cm，匝数为100匝，当线框从如图示位置开始转过90，则线圈中磁通量的变化量等于多少？磁通量平均变化率为多少？线圈中产生的平均感应电动势为多少？,解：,转过90时，线圈中磁通量的变化量=BS-0=0.016Wb.,周期为 T=1/2=0.5s,t=1/4 T=0.125s,/t=0.016/0.125=0.128 Wbs，,E=n/t=12.8V

8、,例3.单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示,则线圈中 AO时刻感应电动势最大BD时刻感应电动势为零CD时刻感应电动势最大DO至D时间内平均感生 电动势为0.4V,A B D,例4.如图所示，线圈内有理想边界的磁场，当磁场均匀增加时，有一带电粒子静止于平行板(两板水平放置)电容器中间，则此粒子带 _ 电，若线圈的匝数为n，平行板电容器的板间距离为d，粒子的质量为m，带电量为q，则磁感应强度的变化率 为。(设线圈的面积为S),解：分析粒子的受力情况如图：,由平衡条件得 qE=qU/d=mg,由楞次定律，上板带正电，E向下,粒子带 负电,

9、由法拉第电磁感应定律U=n/t=nS B/t,B/t=U/nS=mgd/nqS,负,mgdnqS,电磁感应和电路规律的综合应用,1.产生感应电动势的导体相当于一个电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻。,2.电源内部电流的方向是从负极流向正极，即从低电势流向高电势。,3.产生感应电动势的导体跟用电器连接，可以对用电器供电，由闭合电路欧姆定律求解各种问题.,4.产生感应电动势的导体跟电容器连接，可对电容器充电，稳定后，电容器相当于断路，其所带电量可用公式Q=CU来计算,5.解决电磁感应中的电路问题，必须按题意画出等效电路，其余问题为电路分析和闭合电路欧姆定律

10、的应用。,电磁感应和力学规律的综合应用,电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，解决这类电磁感应中的力学问题，不仅要应用电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左右手定则、安培力的计算公式等，还要应用力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律、机械能守恒定律等。要将电磁学和力学的知识综合起来应用。,由于安培力和导体中的电流、运动速度均有关，所以对磁场中运动导体进行动态分析十分必要。,电磁感应中的能量转化,1.电磁感应现象的实质是不同形式能量转化的过程。产生和维持感应电流的存在的过程就是其它形式的能量转化

11、为感应电流电能的过程。,2.安培力做正功的过程是电能转化为其它形式能量的过程,安培力做多少正功,就有多少电能转化为其它形式能量,3.安培力做负功的过程是其它形式能量转化为电能的过程,克服安培力做多少功,就有多少其它形式能量转化为电能.,4.导体在达到稳定状态之前，外力移动导体所做的功，一部分用于克服安培力做功，转化为产生感应电流的电能或最后转化为焦耳热.，另一部分用于增加导体的动能。,5.导体在达到稳定状态之后，外力移动导体所做的功，全部用于克服安培力做功，转化为产生感应电流的电能并最后转化为焦耳热.,6.用能量转化和守恒的观点解决电磁感应问题,只需要从全过程考虑,不涉及电流产生过程的具体的细节,可以使计算方便,解题简便.,