浙江省严州中学新安江校区高考物理 法拉第电磁感应定律 自感 涡流复习课件.ppt

,2014高三物理新课标,严州中学新校区,44法拉第电磁感应定律,一、法拉第电磁感应定律,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，即,对于n匝线圈有,（平均值）,1、感应电流的电场线是封闭曲线，静电场的电场线是不封闭的，这一点和静电场不同。,2、在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，由法拉第电磁感应定律可推导出感应电动势大小的表达式是：e=blvsin（是b与v之间的夹角）。（瞬时值）,二、转动产生的感应电动势,转动轴与磁感线平行,如图，磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直于纸面向外，长l的金属棒oa以o为轴在该平面内以角速度逆时针匀速转动。求金属棒中的感应电动势。在应用感应电动势的公式时，必须注意其中的速度v应该指导线上各点的平均速度，在本题中应该是金属棒中点的速度，因此有,线圈的转动轴与磁感线垂直,实际上，这就是交流发电机发出的交流电的瞬时电动势公式。,a,b,c,d,b,如图，矩形线圈的长、宽分别为l1、l2，所围面积为s，向右的匀强磁场的磁感应强度为b，线圈绕图示的轴以角速度匀速转动。线圈的ab、cd两边切割磁感线，产生的感应电动势相加可得e=bs。如果线圈由n匝导线绕制而成，则e=nbs。从图示位置开始计时，则感应电动势的瞬时值为e=nbscost。该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关（但是轴必须与b垂直）。,(2)撤去中间的金属棒mn，将右面的半圆环ol2o以oo为轴向上翻转90，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为，求l1的功率。,例、半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为b=0.2t，磁场方向垂直纸面向里。半径为b的金属圆环与磁场同心放置，磁场与环面垂直，其中a=0.4m，b=0.6m金属环上分别接有灯l1、l2，两灯的电阻均为rl=2。一金属棒mn与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计。(1)若棒以v05m/s的速度在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径oo的瞬时(如图所示)mn中的电动势和流过灯l1的电流。,(1)i1=0.4a向下,(2)p1=1.2810-2w,例、如图所示，有一夹角为的金属角架，角架所围区域内存在匀强磁场中，磁场的磁感强度为b，方向与角架所在平面垂直，一段直导线ab，从角顶c贴着角架以速度v向右匀速运动，求：(1)t时刻角架的瞬时感应电动势；(2)t时间内角架的平均感应电动势？,(1)t时刻的瞬时感应电动势为：eblvbv2tant,(2)t时间内平均感应电动势为：,例、如图所示，abcd区域里有一匀强磁场，现有一竖直的圆环使它匀速下落，在下落过程中，它的左半部通过水平方向的磁场o是圆环的圆心，ab是圆环竖直直径的两个端点，那么,a当a与d重合时，环中电流最大b当o与d重合时，环中电流最大c当o与d重合时，环中电流最小d当b与d重合时，环中电流最大,点拨：曲线在垂直于磁感线和线圈速度所确定的方向上投影线的长度是有效切割长度参考答案：b,例、如图所示，长l1宽l2的矩形线圈电阻为r，处于磁感应强度为b的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，拉力的大小f；拉力的功率p；拉力做的功w；线圈中产生的电热q；通过线圈某一截面的电荷量q,f,l1,l2,b,v,与v无关,例、如图所示，竖直放置的u形导轨宽为l，上端串有电阻r（其余导体部分的电阻都忽略不计）。磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒ab的质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后ab保持水平而下滑。试求ab下滑的最大速度vm,例、如图所示，u形导线框固定在水平面上，右端放有质量为m的金属棒ab，ab与导轨间的动摩擦因数为，它们围成的矩形边长分别为l1、l2，回路的总电阻为r。从t=0时刻起，在竖直向上方向加一个随时间均匀变化的匀强磁场b=kt，（k0）那么在t为多大时，金属棒开始移动？,例、如图所示，长为l、电阻r0.3、质量m0.1kg的金属棒cd垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是l，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有r0.5的电阻，量程为03.0a的电流表串接在一条导轨上，量程为01.0v的电压表接在电阻r的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面现以向右恒定外力f使金属棒右移当金属棒以v2m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一个电表未满偏问：(1)此满偏的电表是什么表？说明理由：(2)拉动金属棒的外力f多大？(3)此时撤去外力f，金属棒将逐渐慢下来，最终停止在导轨上求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中通过电阻r的电量,物理选修3-3,物理选修3-5,法拉第电磁感应定律的应用（一）,电磁感应中的电路问题,例1、圆环水平、半径为a、总电阻为2r；磁场竖直向下、磁感强度为b；导体棒mn长为2a、电阻为r、粗细均匀、与圆环始终保持良好的电接触；当金属棒以恒定的速度v向右移动经过环心o时，求：（1）棒上电流的大小和方向及棒两端的电压umn（2）在圆环和金属棒上消耗的总的热功率。,利用e=blv求电动势，右手定则判断方向,分析电路画等效电路图,例2、线圈50匝、横截面积20cm2、电阻为1；已知电阻r=99；磁场竖直向下，磁感应强度以100t/s的变化度均匀减小。在这一过程中通过电阻r的电流多大小和方向？,利用楞次定律判断方向,画等效电路图利用闭合欧姆定律求电流,基本方法：1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。2、画等效电路。3、运用闭合电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等公式联立求解。,例、如图所示，在磁感强度为b的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架，oc为一能绕o在框架上滑动的导体棒，oc之间连一个电阻r，导体框架与导体电阻均不计，若要使oc能以角速度匀速转动，则外力做功的功率是,c,abcd,例、如图所示，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v20cm/s通过磁场区域，在运动过程中，线框中有一边始终与磁场区域的边界平行，取它刚进入磁场的时刻t0，在下列图线中，正确反映感应电流强度随时间变化规律的是,c,一、感应电动势1概念：在_中产生的电动势。(1)感生电动势：由于磁场的变化而激发出感生电场，由感生电场而产生的感应电动势。(2)动生电动势：由于导体在磁场中运动而产生的感应电动势。2条件：无论电路是否闭合，只要穿过电路的_发生变化，电路中就一定有感应电动势。3方向：产生感应电动势的那部分导体就相当于电源导体的电阻相当于_，其中电流方向由低电势指向高电势。,电磁感应现象,磁通量,电源内阻,闭合电路欧姆,二、法拉第电磁感应定律1法拉第电磁感应定律(1)定律内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的_成正比。(2)公式：_.(n为线圈的匝数)2导体切割磁感线产生的感应电动势(1)运动方向和磁感线不垂直e_；为导线运动方向跟_方向的夹角。(2)运动方向和磁感线方向垂直：e_。,磁通量的变化率,blvsin,磁感线,blv,1互感现象：两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的_会在另一个线圈中产生_的现象。互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，_就是利用互感现象制成的。2自感现象：由于通过导体自身的_而产生的电磁感应现象。,磁场,感应电动势,变压器,电流,发生变化,三、自感和涡流,3自感电动势(1)定义：在_中产生的感应电动势(2)表达式：_.(3)自感系数l相关因素：与线圈的_、形状、_以及是否有铁芯有关单位：亨利(h)，1mh_,1h106h.,自感现象,大小,圈数,103h,4涡流当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生_，这种电流像水的旋涡所以叫涡流。(1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，_的方向总是_导体的运动。,感应电流,安培力,阻碍,(2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生_使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来。交流感应电动机就是利用_的原理工作的。(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了_的推广应用。,感应电流,电磁驱动,楞次定律,1一闭合线圈，放在随时间均匀变化的磁场中，线圈平面和磁场方向垂直，若想使线圈中感应电流减小为原来的一半，下述哪些方法是可行的()a使线圈匝数增加一倍b使线圈面积减小一半c使线圈匝数减少一半d使磁感应强度的变化率减小一半,d,导体切割磁感线产生感应电动势的分析与计算,如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路虚线mn右侧有磁感应强度为b的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右匀速进入磁场，直径cd始终与mn垂直从d点到达边界开始到c点进入磁场为止，下列结论正确的是(),acd,自感现象的理解和应用,如图所示，a、b灯分别标有“36v,40w”和“36v,25w”，闭合开关，调节r，能使a、b都正常发光断开开关后重做实验，开关闭合后看到的现象是什么？稳定后哪只灯较亮？再断开开关，又将看到什么现象？,闭合瞬间，b立即变亮，a将慢慢亮起来，稳定后两灯都正常发光，a较亮断开瞬间，a渐渐变暗到熄灭，b灯也将逐渐变暗到熄灭，而且开始还会闪亮一下,规律小结通电自感和断电自感的比较,abc,3如图所示，l是自感系数很大电阻很小的线圈，若合上或断开开关s1和s2时，可能发生的情况是：as1闭合的瞬间，l1灯逐渐亮起来b再合上s2稳定后，l2灯是暗的c断开s1的瞬间，l1灯立即熄灭，l2灯亮一下再熄灭d断开s1瞬间，l2灯和l1灯过一会儿才熄灭,例、将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是()a感应电动势的大小与线圈的匝数无关b穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大c穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大d感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同,c,一、磁场变化引起的感应电动势的计算,变式题：有一面积为s=100cm2的金属环如图甲所示，电阻为r=0.1，环中磁场变化规律如图乙所示，且磁场方向垂直环面向里。在t1到t2时间内：(1)环中感应电流的方向如何？(2)通过金属环的电荷量为多少？,(1)逆时针方向(2)0.01c,二、导体运动引起的感应电动势的计算,闭合或不闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体两端将产生感应电动势如果电路闭合，电路中形成感应电流切割磁感线运动的那部分导体相当于电路中的电源常见的情景有以下几种：1公式e=blv中(要求bl、bv、lv，即b、l、v三者两两垂直)，式中的l应该取与b、v均垂直的有效长度(即导体的有效切割长度)。图中的有效长度均为ab的长度。,2公式e=blv中，若速度v为相对于磁场的平均速度，则e为平均电动势；若v为相对于磁场的瞬时速度，则e为瞬时电动势。3在平行导轨上的两杆切割磁感线运动中，若两杆同向运动，则e=bl(v1v2)；若两杆反向运动，则e=bl(v1v2)。4当导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时，导体上各点的线速度不同，应取导体上线速度方向相同部分中点位置的速度(导体的平均速度)，代入e=blv计算瞬时电动势,例、磁场在xoy平面内的分布如图所示，磁感应强度的大小均为b0，方向垂直于xoy平面，相邻区域的磁场方向相反，每个同向磁场区域的宽度均为l0，在xoy平面内放置一由n匝线圈串联而成的矩形导线框abcd，线框的bc边平行于x轴。bc=l0，ab=l，线圈总电阻为r，线框始终保持静止。当整个磁场以速度v沿x轴正方向匀速运动时，求：(1)线框中产生的电动势大小和导线中的电流大小；(2)线框所受安培力的大小和方向。,变式题：金属圆环内、外直径分别为d和d，匀强磁场b垂直圆环平面，圆环绕通过圆心o且与圆环垂直的轴以角速度逆时针转动，求内外边缘之间的电势差u.,变式题：如图所示，eof和eof为空间一匀强磁场的边界，其中eoeo，fofo，且eoof；oo为eof的角平分线，o、o间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里。一边长为l的正方形导线框沿oo方向匀速通过磁场，t=0时刻恰好位于图示位置规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则如图所示的感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是(),b,三、自感现象的理解及应用,1通电自感与断电自感现象对比,2.自感电动势的作用是阻碍电流的变化，但自感电动势只是延缓了过程的进行，不能使过程停止，更不能使过程反向3自感线圈中的电流增大时，电流增大得越来越慢；电流减小时，减小得越来越慢发生自感现象的瞬间，线圈中电流的大小和方向不变，即电流不发生“突变”4自感现象问题处理技巧(1)通电自感：通电瞬间自感线圈处相当于断路；(2)断电自感：断电时自感线圈处相当于电源；(3)电流稳定时，自感线圈就是导体,例、在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡l1和l2分别串联一个带铁芯的电感线圈l和一个滑动变阻器r，闭合开关s后，调整r，使l1和l2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为i，然后，断开s，若t时刻再闭合s，则在t前后的一小段时间内，正确反映流过l1的电流i1、流过l2的电流i2随时间t变化的图象是图中的(),b,变式题：某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈l、小灯泡a、开关s和电池组e，用导线将它们连接成如图所示的电路检查电路后，闭合开关s，小灯泡发光；再断开开关s，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()a电源的内阻较大b小灯泡电阻偏大c线圈电阻偏大d线圈的自感系数较大,c,甲乙丙丁,磁通量变化过程中产生的感应电动势,1.穿过某一闭合