《法拉第电磁感应定律》课件15.ppt

1、第五节,电磁感应规律的应用,知识点1 法拉第电机,1法拉第发电机的原理图：如图 151 所示，在 OA 间,接上负载，就可以进行正常工作,图 151,2电机工作时电动势的大小：_.,注意：只适用于导体旋转的方向垂直于磁场方向，且 L 为,有效长度,3电势高低的判断方法：由楞次定律，电荷由 AO 聚集，,OA 相当于电源，因此 O 点电势高,知识点2 电磁感应中的能量转化,1能量转化：电磁感应现象中，外力克服安培力做功转化 成电能；电能通过电流做功，转化成其他形式的能 2能量守恒：外力克服安培力做的功与产生的电能相等,知识点3 导体在磁场中做旋转运动产生的感应电动势的计算 1电动势计算式：在匀速

2、转动时，电动势等于平均值，于,2适用条件：只在匀强磁场中导体作切割磁感线运动时产,生的电动势,ENBS,3可以利用公式_计算闭合线圈在磁场中绕 某个轴旋转运动产生的感应电动势,【例题】如图 152 所示，在磁感应强度为 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(,),图 152,AB22r4/R BB22r4/(2R) CB22r4/(4R) DB22r4/(8R),答案：C,1如图 153 所示，ab 为一金属杆，它处在垂直于

3、纸 面向里的匀强磁场中，可绕 a 点在纸面内转动；S 为以 a 为圆 心位于纸面内的金属圆环；在杆转动过程中，杆的 b 端与金属 环保持良好接触；A 为电流表，其一端与金属环相连，一端与a 点良好接触当杆沿顺时针方向转动时，某时刻 ab 杆的位置如,图，则此时刻(,),图 153,A有电流通过电流表，方向由 cd；作用于 ab 的安培力,向右,B有电流通过电流表，方向由 cd；作用于 ab 的安培力,向左,C有电流通过电流表，方向由 dc；作用于 ab 的安培力,向右,D无电流通过电流表，作用于 ab 的安培力为零,解析：当导体杆ab 顺时针方向转动时，切割磁感线，由法 拉第电磁感应定律知产生

4、感应电动势，由右手定则可知将产生 由a 到 b 的感应电流，安培表的d 端与 a 端相连，c 端与 b 端 相连，则通过安培表的电流是由 c 到 d，而导体杆在磁场中会 受到磁场力的作用，由左手定则可判断出磁场力的方向为水平 向右，阻碍导体杆的运动，所以 A 正确,答案:A,知识点4 电路中各点电势高低的比较,当导体作切割磁感线运动时会产生感应电动势，在导体内 部各点的电势高低的判断，可以根据电源内部电流从低电势向 高电势流动确定,(1)利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势；,(2)利用闭合电路欧姆定律和电路的串并联知识计算电路,中各部分的电压；,(3)利用电势的有关知识判断电路中各点电势的高

5、低,【例题】如图 154 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，磁场的磁感应强度为 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：,图 154,(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是多少？,解析：导线ab 从顶点c 向右匀速运动，切割磁感线的有效 长度de 随时间变化，设经时间t，ab 运动到de 的位置，则 decetan vttan (1)t 时刻的瞬时感应电动势为：EBLvBv2ttan (2)t 时间内平均感应电动势为：,答案：见解析,2如图 155 所示，有一匀强磁场 B1.0

6、10,3,T，在,垂直磁场的平面内，有一金属棒 AO，绕平行于磁场的 O 轴顺 时针转动，已知棒长 L0.20 m，角速度20 rad/s，求： (1)O、A 哪一点电势高？ (2)棒产生的感应电动势有多大？ 答案：(1)A (2)E4104 V 图 155,(1)正确使用电功率的公式_;,知识点5 利用电功率、电功及欧姆定律解答电路中有关能 量问题 利用电功率、电功、能量守恒定律可计算电磁感应现象中 的能量问题,(2)利用能量守恒定律正确处理电磁感应现象中的能量转 化问题,【例题】如图 156 所示，在 B0.5 T 的匀强磁场中， 垂直于磁场方向水平放置着两根相距为 h0.1 m 的平行金

7、属导 轨 MN 和 PQ，导轨的电阻不计，在两根导轨的端点 N、Q 之间 连接一个 R0.3 的电阻导轨上跨放着一根长为 L0.2 m， 每米长的电阻为 r0 2.0 的金属棒 ab，金属棒与导轨垂直放 置，交点为 c、d，当金属棒以速度 v4.0 m/s 向左匀速运动时， 试求： (1)电阻 R 中的电流大小,(2)Ucd 和 Uab.,图 156,解析：(1)cd 段导线切割磁感线产生的感应电动势为,0.120.5(0.20.1)4.00.32 V.,答案：见解析,3如图 157 甲所示，直角坐标系 Oxy 的 1、3 象限内 有匀强磁场，第 1 象限内的磁感应强度大小为 2B，第 3 象

8、限内 的磁感应强度大小为 B，磁感应强度的方向均垂直于纸面向里 现将半径为l，圆心角为 90的扇形导线框OPQ 以角速度绕O 点在纸面内沿逆时针匀速转动，导线框回路电阻为 R.,图 157,(1)求导线框中感应电流最大值 (2)在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流 I 随时间 t 变化的图象(规定与图甲中线框的位置相对应的时刻 为 t0) (3)求线框匀速转动一周产生的热量,由闭合电路欧姆定律得，回路电流为I1,E1 R,解：(1)线框从图甲位置开始(t0)进出第 1 象限的过程中，,故感应电流最大值为Im,联立以上各式解得I1,Bl2 R,同理可求得线框进出第 3 象限的过程中，回

9、路电流大小为,I2,Bl2 2R,Bl2 R,.,(2)It 图象如图2 所示： 图 2,公式E,题型1, T,的理解,【例题】一电阻为 R 的金属圆环，放在匀强磁场中，磁场 与圆环所在平面垂直，如图 158 甲所示已知通过圆环的 磁通量随时间 t 的变化关系如图乙所示，图中的最大磁通量0 和变化周期 T 都是已知量，求： (1)在 t0 到 tT/4 的时间内，通过金属圆环某横截面的电 荷量 q. (2)在 t0 到 t2 T 的时间内，金属环所产生的电热 Q.,图 158,规律总结：可以利用磁通量与时间的关系通过求图线的斜 率得到感应电动势，再利用电动势就能求出某段时间内的电量 和金属环中

10、产生的焦耳热.,答案：见解析,1如图 159 所示，半径为 r 的金属环，绕通过某直径 的轴 OO以角速度转动，匀强磁场的磁感应强度为 B.从金属 环的平面与磁场方向重合开始计时，则在转过 30的过程中，环 中产生的感应电动势的平均值是多大？,图 159,2如图 1510 所示，固定在匀强磁场中的正方形导线 框 abcd，各边长为 L，其中 ab 边是一段电阻为 R 的均匀电阻丝， 其余三边均为电阻可忽略的铜导线，磁场的磁感应强度为 B 方 向垂直纸面向里现有一与 ab 段的材料、粗细、长度都相同的 电阻丝 PQ 架在导线框上，以恒定速度 v 从 ad 滑向 bc.当 PQ 滑 过 L/3 的

11、距离时，通过 aP 段电阻丝的电流强度是多大？方向如 何？,图 1510,题型2,公式E, T,的应用,【例题】如图 1511 所示，质量为 m、边长为 L 的正方 形线框，在有界匀强磁场上方 h 高处由静止开始自由下落，线 框的总电阻为 R，磁感应强度为 B 的匀强磁场宽度为 2L.线框下 落过程中，ab 边始终与磁场边界平行且处于水平方向已知 ab 边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动，求： (1)cd 边刚进入磁场时的速度 (2)线框穿过磁场的过程中产生的焦耳热,图 1511,答案：见解析,3金属杆 ab 放在光滑的水平金属导轨上，与导轨组成闭 合矩形回路，长L10.8 m，宽L20.5 m，回路的总电阻R0.2 ，回路处在竖直方向的匀强磁场中，金属杆用水平绳通过定 滑轮连接质量 M0.04 kg 的木块， 木块放在水平面上，如图 1512 所示，磁场的磁感应强度从 B01 T 开始随时间均匀增强，5 s 末木块将 离开水平面，不计一切摩擦，,g10 m/s2，求回路中的电流,图 1512,4如图 1513 所示，光滑导体棒 bc 固定在竖直放置的 足够长的平行金属导轨上，构成框架abcd，其中 bc 棒电阻为 R， 其余电阻不计一不计电阻的导体棒 ef 水平放置在框架上，且 始终保持良好接触，能无摩擦地滑动，质量为 m，长度为 L.整 个装置处在磁感应强