第四章 电磁感应复习课件.ppt

1、电磁感应,普通高等学校招生全国统一考试大纲要求,在电磁感应一章主要要解决三个基本问题 1、感应电流的产生条件是什么？ 2、感应电流的方向如何判断？ 3、感应电流的大小（感应电动势）应如何计算？,楞次定律解决了感应电流的方向判断问题，法拉第电磁感应定律用于计算感应电动势的大小，而感应电流的大小只需运用闭合电路欧姆定律即可确定。因此，楞次定律、法拉第电磁感应定律是电磁感应这一章的重点。,另外，电磁感应的规律也是自感、交变电流、变压器等知识的基础，与实际生活联系较多，因而在电磁学中占据了举足轻重的地位。,全章可分为三个单元： 第一单元：磁通量 产生感应电流的条件 楞次定律和右手定则 第二单元：法拉第

2、电磁感应定律和切割感应 电动势 第三单元： 自感现象,第一单元：磁通量 电磁感应现象 产生感应电流的条件 楞次定律和右手定则,一、磁通量,磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量,=BS,1、S与B垂直：,3、S与B不垂直不平行：,=BS= BS=Bscos,（1）磁通量的物理意义就是穿过某一面积的磁感线条数,（2）S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积,2、 S与B平行：,=0,（3）磁通量虽然是标量，却有正负之分,如果穿过某个面的磁通量为，将该面转过180，那么穿过该面的磁通量就是-,试比较穿过环a、b的磁通量的大小？,即a=出-进，得ab 。,由此可知，若有像图乙

3、所示的磁场，在求磁通量时要按代数和的方法求总的磁通量。,（4）磁通量与线圈的匝数无关,二、磁通量的变化量,=2-1,=BSsin（是B与S的夹角）,例：如图112所示，以边长为50cm的正方形导线框，放置在B=0.40T的身强磁场中。已知磁场方向与水平方向成37角，求线框绕其一边从水平方向转至竖直方向的过程中磁通量的变化量,三、感应电流(电动势)产生的条件,产生感应电动势的条件：只要穿过某一回路的磁通量发生变化. 产生感应电流的条件：满足产生感应电动势的同时，电路必须是闭合的。,四、感应电流(电动势)方向的判定：,1右手定则,伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直

4、(或斜着)穿过掌心，大拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向.,原磁场 方向,磁通量变化,感应电流磁场方向,运动,现象,感应电流方向（俯视，顺、逆时针）,B感与B原的方向（同向、反向）,向上,增加,顺时针,向下,反向,S,N,S,N,N,S,N,S,2. 楞次定律：,感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.,(1)利用楞次定律判定感应电流方向的一般步骤是：,明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向；,确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化(是增大还是减小)；,根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同),利用安培定则（右手螺旋定则）确定感应电流方向,注意：“

5、阻碍”不是阻止，阻碍磁通量变化指：磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用)（实际上磁通量还是增加）；磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用)（实际上磁通量还是减小）。,【例】如图所示装置中，cd杆原来静止。当ab 杆做如下那些运动时，cd杆将向右移动？ A.向右匀速运动 B.向右加速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动,BD,练习:如图所示，在匀强磁场中放有平行铜导轨，它与大线圈M相连接，要使小导线图N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况是（两线线圈共面放置）（ ） A向右匀速运动 B向左加速运动 C向右减速

6、运动 D向右加速运动,BC,(2)对楞次定律中“阻碍”的含义还可以推广为，感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因。,阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”； （因相对运动而引起的感应电流）,使线圈面积有扩大或缩小的趋势；(增缩减扩),阻碍原电流的变化 （自感现象）,【例】如图所示，固定在水平面内的两光滑平行金属导轨M、N，两根导体棒中P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时（ ） AP、Q将互相靠拢 BP、Q将互相远离 C磁铁的加速度仍为g D磁铁的加速度小于g,AD,第二单元：法拉第电磁感应定律,一、法拉第电磁感应定律,1、表述： 电路中感应电动势的大小，跟穿

7、过这一电路的磁通量的变化率成正比,2、公式： Ek/t k为比例常数， 当E、t都取国际单位时，k1，所以有E/t,若线圈有n匝，则相当于n个相同的电动势/t串联，所以整个线圈中的电动势为En/t。,3、磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率（/t）的意义,4.感应电量的计算,设在时间 t内通过导线截面的电量为q，则根据电流定义式 及法拉第电磁感应定律 E=n /t ，得：,如果闭合电路是一个单匝线圈（n=1），则：,上式中n为线圈的匝数， 为磁通量的变化量，R为闭合电路的总电阻。,注意：与发生磁通量变化的时间无关。,例、有一面积为S100cm2的金属环，电阻为R0.1，环中磁场变化规律如图所

8、示，磁场方向垂直环面向里，则在t2t1时间内通过金属环某一截面的电荷量为_C,二、关于公式E=BLv的正确理解,（1）当导体运动的方向既跟导体本身垂直又跟磁感线垂直时，感应电动势最大， E=BLv ；导体运动的方向和磁感线平行时，不切割磁感线，感应电动势为零； 0或180时E=0；导体运动的方向和磁感线不垂直不平行时，分解v或B，取垂直分量进行计算。,（2）此公式用于匀强磁场，导体各部分切割磁感线速度相同情况。,（3）若导体各部分切割磁感线速度不同，可取其平均速度求电动势。,（4）公式中的L指有效切割长度。,例、直接写出图示各种情况下导线两端的感应电动势的表达式(B.L.R已知),答案: E=

9、Blvsin;E=2BRv;E=BRv,练习:如图所示，平行金属导轨间距为d，一端跨接电阻为R，匀强磁场磁感应强度为B，方向垂直平行导轨平面，一根长金属棒与导轨成角放置，棒与导轨的电阻不计，当棒沿垂直棒的方向以恒定速度v在导轨上滑行时，通过电阻的电流是（ ） ABdv/（Rsin） BBdv/R CBdvsin/R DBdvcos/R,A,三.转动产生的感应电动势,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，在图中应该是金属棒中点的速度，因此有。,练习:如图所示，正方形线圈ABCD位于匀强磁场中，AB边与磁场左边界重合。在相同的时间内使线圈分别向左匀速拉出磁场和绕

10、AB边匀速转出磁场。则前后两种情况下回路中通过的电量q1 、q2与外力所做的功W1 、W2 之比为：（ ） A、 q1 q2 = 1 2 B、q1 q2 = 1 1 C、 W1W2 = 1 D、W1 W2 = 8 2,B,专题：电磁感应现象中综合问题,一、电磁感应与电路规律的综合应用,问题的处理思路 1、确定电源:产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源，利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小，利用楞次定律确定其正负极. 需要强调的是：在电源内部电流是由负极流向正极的，在外部从正极流向外电路，并由负极流入电源.如无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向. 2、分析电路结构,画等效电

11、路图. 3、利用电路规律求解,主要有欧姆定律，串并联规律等.,例题: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且靠的很近,均匀变化的磁场具有理想的边界（边界宽于圆环直径）如图所示,磁感应强度以恒定的变化率变化.那么当a环置于磁场中与b环置于磁场中两种情况下,直导线中上下A、B两点电势差之比U1 / U2为 .,二、电磁感应中的动力学问题,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

12、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。,问题：竖直放置的U形导轨宽为L，上端串有电阻R。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。试分析ab下滑过程中的运动情况并确定能表征其最终运动情况的物理量的值（其余导体部分的电阻都忽略不计）,基本思路是:,变形：如图所示，竖直平行导轨间距l=20cm，导轨顶端接有一电键

13、K。导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab的电阻R=0.4，质量m=10g，导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度B=1T。当ab棒由静止释放0.8s 后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。求ab棒的最大速度和最终速度的大小。（g取10m/s2）,解:,ab 棒由静止开始自由下落0.8s时速度大小为,v=gt=8m/s,则闭合K瞬间，导体棒中产生的感应电流大小,IBlv/R=4A,ab棒受重力mg=0.1N, 安培力F=BIL=0.8N.,因为Fmg，ab棒加速度向上，开始做减速运动，,产生的感应电流和受到的安培力逐渐减小，,当安培力 F=mg时，开始做匀速直

14、线运动。,此时满足B2l2 vm /R =mg,解得最终速度，,vm = mgR/B2l2 = 1m/s。,闭合电键时速度最大为8m/s。,t=0.8s l=20cm R=0.4m=10g B=1T,变形：竖直放置冂形金属框架，宽1m，足够长，一根质量是0.1kg，电阻0.1的金属杆可沿框架无摩擦地滑动.框架下部有一垂直框架平面的匀强磁场，磁感应强度是0.1T，金属杆MN自磁场边界上方0.8m处由静止释放(如图).求： (1)金属杆刚进入磁场时的感应电动势； (2)金属杆刚进入磁场时的加速度； (3)金属杆运动的最大速度,答：(1),(2) I=E/R=4A,F=BIL=0.4N,a=(mg-

15、F)/m=6m/s2;,(3) F=BIL=B2 L2 vm /R =mg vm=mgR / B2 L2 =10m/s,E=BLv=0.4V;,第三单元： 自感现象,一、自感,1.自感现象是指导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象，自感电动势的大小与线圈中的电流的变化率成正比.,公式：E=LI/t,2.自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化(同样遵循楞次定律).当原来电流在增大时，自感电动势与原来电流方向相反，当原来电流在减小时，自感电动势与原来电流方向相同，另外，“阻碍”并非“阻止”，电流还是在变化的.,3.自感系数,(1)自感系数是描述导体（注意：不只是线圈）通过本身的

16、电流变化所引起阻碍作用力大小的一个物理量。其数值与导体中是否有电流，电流的大小，电流是否发生变化均没有关系。,(2)线圈的自感系数跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯等因素有关。,(3)自感系数的单位是亨利，简称亨，符号是H。,4.自感线圈在电路中的作用：,即通过自感线圈中的电流不能突变，由于自感线圈对电流变化的延迟作用，电流从一个值变到另一个值总需要时间： 刚闭合电路时，线圈这一支路相当于开路即此时I=0； 电路闭合一段时间达到稳定后，线圈相当于导线或电阻； 电路刚断开时，线圈相当于一个电源，该电源会重新建立一个回路，但线圈的电流的方向与稳定工作时保持一致.,【例】如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略不计，下列说法中正确的是 A合上开关S接通电路时，A2先亮A1后亮，最后一样亮 B合上