电磁感应定律的应用

1、电磁感应定律的应用1湖南师大附中高二物理备课组一一, 二种感应电动势二种感应电动势1,感生电动势感生电动势,感生电场感生电场 根据麦克斯韦的电磁理论根据麦克斯韦的电磁理论,变化的磁变化的磁场会在空间激发一种电场场会在空间激发一种电场-感生电场感生电场.闭合电路中的自由电荷在闭合电路中的自由电荷在感生电场力感生电场力(非非静电力静电力)的作用下做定向运动的作用下做定向运动,产生感应产生感应电流电流,导体中就有了感应电动势导体中就有了感应电动势(感生电感生电动势动势)感生电场的方向就是感应电流的感生电场的方向就是感应电流的方向方向.感生电场是一种不同中静电场的电感生电场是一种不同中静电场的电场场.

2、应用应用:电子感应加速器电子感应加速器二二.动生电动势动生电动势 导体切割磁感线时导体切割磁感线时,导体中的运动的自导体中的运动的自由电荷就会受到洛仑兹力由电荷就会受到洛仑兹力(非静电力非静电力)的的作用作用,作定向移动作定向移动,导体的两端就会出现正导体的两端就会出现正负电荷的聚集负电荷的聚集,导体两端的电势不相等导体两端的电势不相等,导导体就相当于电源体就相当于电源. 导体在运动过程中导体在运动过程中,电路中有电电路中有电流流,导体就会受到安培力的作用导体就会受到安培力的作用,安安培力做负功培力做负功.将其他能转化为电能将其他能转化为电能.三,电磁感应定律的应用1.电磁感应中的电路问题:在

3、电磁感应中在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生变切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势化的回路将产生感应电动势,该导体或回路相当于该导体或回路相当于电源电源.因此因此,电磁感应问题往往与电路问题联系在一电磁感应问题往往与电路问题联系在一起起.解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是是:(1)用法拉第电磁感应定律和愣次定律用法拉第电磁感应定律和愣次定律确定确定感应电动势的大小和方向感应电动势的大小和方向.(2)画等效电路画等效电路.(3)运用运用全电路欧姆定律全电路欧姆定律,串并联电路性质串并联电路性质,电电功率等公式联立求解功率等

4、公式联立求解.解题要点：解题要点： 电磁感应问题往往跟电路问题联系在一电磁感应问题往往跟电路问题联系在一起。产生感应电动势的导体相当于起。产生感应电动势的导体相当于电源电源，将它们接上电阻等用电器，便可对其供电；将它们接上电阻等用电器，便可对其供电；接上电容器，便可使其充电。解决这类问接上电容器，便可使其充电。解决这类问题，不仅要运用题，不仅要运用电磁感应中的规律电磁感应中的规律，如右，如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等，还要应用等，还要应用电场、电路中的电场、电路中的相关知识，相关知识，如电容公式、欧姆定律、电功率公式、串、如电容公式、欧姆定律、电

5、功率公式、串、并联电路性质等。关键是把电磁感应的问并联电路性质等。关键是把电磁感应的问题等效转换成稳恒电路问题来处理。一般题等效转换成稳恒电路问题来处理。一般可按以下三个步骤进行。可按以下三个步骤进行。 第一步：第一步：确定内电路确定内电路。切割磁感线的导体或。切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，其电磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，其电阻相当于电源的内电阻。用右手定则或楞次定律阻相当于电源的内电阻。用右手定则或楞次定律判断电流方向。若在一个电路中有几个部分产生判断电流方向。若在一个电路中有几个部分产生感应电动势且又相互联系，则可等效成电源的串、感应电动势且又相互联系，

6、则可等效成电源的串、并联。并联。 第二步：第二步：分析外电路分析外电路。明确外电路各用电器、。明确外电路各用电器、电表、电容器的串并联关系，画等效电路图。电表、电容器的串并联关系，画等效电路图。 第三步：第三步：立方程求解立方程求解。综合运用法拉第电磁。综合运用法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律等规律，列出方程感应定律、闭合电路欧姆定律等规律，列出方程求解。求解。解题步骤解题步骤 1.把总电阻为把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半的均匀电阻丝焊接成一半径为径为a的圆环，水平固定在竖直向下，磁感的圆环，水平固定在竖直向下，磁感应强度为应强度为B的匀强磁场中，如图所示，一长的匀强磁场中，如图所示

7、，一长度为度为2a，电阻等于，电阻等于R，粗细均匀的金属棒，粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触。当金属棒以恒定速度接触。当金属棒以恒定速度v向右移动经过向右移动经过环心环心O时，求：时，求：（1）流过棒的电流的大小、）流过棒的电流的大小、 方向及棒两端的电压方向及棒两端的电压UMN。（2）在圆环和金属棒上消）在圆环和金属棒上消 耗的总热功率。耗的总热功率。解答解答BavvaBE22 此时，圆环的两部分构成并此时，圆环的两部分构成并联连接，且联连接，且 ，RRR右左金属棒经过环心时，棒中产生的感应电动势为：金属棒经过环心时，棒中产生的感应

8、电动势为： （1 1）棒棒MN右移时，切割磁感线，产生感应电动右移时，切割磁感线，产生感应电动 势，棒势，棒MN相当于电源，内电阻为相当于电源，内电阻为R。其等效电路如。其等效电路如 图所示。棒两端的电压为路端电压。图所示。棒两端的电压为路端电压。 故并联部分的电阻为：故并联部分的电阻为： 。2RR并由闭合电路欧姆定律得流过金属棒的电流为：由闭合电路欧姆定律得流过金属棒的电流为：RBavRERREI3432并 由右手定则可判断出金属棒上的电流方向由由右手定则可判断出金属棒上的电流方向由NM 棒两端的电压：棒两端的电压： BavRIIRU322MN并（2）圆环和金属棒上消耗的总功率等于电路中感）

9、圆环和金属棒上消耗的总功率等于电路中感应电流的电功率，即：应电流的电功率，即： RvaBIEP38222 2. 在绝缘光滑水平面上，有一个边长为在绝缘光滑水平面上，有一个边长为L的单匝的单匝正方形线框正方形线框abcd，在外力的作用下以恒定的速率，在外力的作用下以恒定的速率v 向右运动进入磁感应强度为向右运动进入磁感应强度为B的有界匀强磁场区域。的有界匀强磁场区域。线框被全部拉入磁场的过程中线框平面保持与磁线框被全部拉入磁场的过程中线框平面保持与磁场方向垂直，线框的场方向垂直，线框的ab边始终平行于磁场的边界。边始终平行于磁场的边界。已知线框的四个边的电阻值相等，均为已知线框的四个边的电阻值相

10、等，均为R。求：。求：1）在在ab边刚进入磁场区域时，线框内的电流大小；边刚进入磁场区域时，线框内的电流大小； 2）在）在ab边刚进入磁场区域时，边刚进入磁场区域时，和和ab边刚离开磁场区域时，边刚离开磁场区域时，ab边两端的电压边两端的电压 3）在线框被拉入磁场的整个过程）在线框被拉入磁场的整个过程中，线框中电流产生的热量？流经线框的电量？。中，线框中电流产生的热量？流经线框的电量？。dBabcv（1）ab边切割磁感线产生的感应电动势为边切割磁感线产生的感应电动势为BLvE 所以通过线框的电流为所以通过线框的电流为RBLvREI44 （2）ab两端的电压为路端电压两端的电压为路端电压 RIU

11、ab3 所以所以43/BLvUab （3）线框被拉入磁场的整个过程所用时间）线框被拉入磁场的整个过程所用时间v/Lt 线框中电流产生的热量线框中电流产生的热量RvLBtRIQ44322 解答解答3,M,N是水平放置的长平行金属板两板间有垂直于是水平放置的长平行金属板两板间有垂直于纸面磁感应强度大小为纸面磁感应强度大小为B=0.25T的匀强磁场的匀强磁场,两板间两板间距距d=0.4m,在在M,N板间右侧部分有两根无阻导线板间右侧部分有两根无阻导线P,Q与阻值为与阻值为0.3的电阻相连。已知的电阻相连。已知MP和和QN间距离间距离相等且等于相等且等于PQ间距离的一半间距离的一半,一根总电阻为一根总

12、电阻为r=0.2均匀金属棒均匀金属棒ab在右侧部分紧贴在右侧部分紧贴M,N和和P,Q无摩擦滑无摩擦滑动动,忽略一切接触电阻忽略一切接触电阻,现有重力不计的带正电荷现有重力不计的带正电荷q=1.6109C的轻质小球以的轻质小球以v0=7m/s的水平初速度的水平初速度射入两板间恰能做匀速直线运动，则：射入两板间恰能做匀速直线运动，则：（1）M、N间的电势差应为多少？间的电势差应为多少？（2）若）若ab棒匀速运动，则其运动棒匀速运动，则其运动速度大小等于多少？方向如何？速度大小等于多少？方向如何？（3）维持棒匀速运动的外力为多大？）维持棒匀速运动的外力为多大？ MQPNv0adcbRq （1）粒子在两板间恰能做匀速直线运动，所受的）粒子在两板间恰能做匀速直线运动，所受的电场力与洛仑兹力相等，即：电场力与洛仑兹力相等，即：BqvEq0 dUqBqv 0V700.BdvU （2）洛仑兹力方向向上）洛仑兹力方向向上,则电场力方向向下则电场力方向向