第2講 法拉第電磁感應定律 自感 渦流(2015)

1、第第2講講 法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律 自感渦流自感渦流 1.感應電動勢感應電動勢 (1)概念概念：在：在_中產(chǎn)生的電動勢中產(chǎn)生的電動勢 (2)產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件：穿過回路的：穿過回路的_發(fā)生改變，與發(fā)生改變，與 電路是否閉合電路是否閉合_. ( 3 ) 方 向 判 斷方 向 判 斷 ： 感 應 電 動 勢 的 方 向 用： 感 應 電 動 勢 的 方 向 用 _或或_判斷判斷 電磁感應現(xiàn)象電磁感應現(xiàn)象 磁通量磁通量 無關無關 楞次定律楞次定律 右手定則右手定則 熱點一法拉第電磁感應定律的應用熱點一法拉第電磁感應定律的應用 2法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律 (1)內(nèi)容內(nèi)容：感應電

2、動勢的大小跟穿過這一電路的：感應電動勢的大小跟穿過這一電路的 _成正比成正比 (2)公式公式：En ，其中，其中n為線圈匝數(shù)為線圈匝數(shù) 磁通量的變化率磁通量的變化率 (3)說明：說明： 閉合電路歐姆閉合電路歐姆 (4)感應電流與感應電動勢的關系：遵守感應電流與感應電動勢的關系：遵守_定律，定律， 即即I_. a.a. E En n 是普適規(guī)律，一般計算平均電動勢是普適規(guī)律，一般計算平均電動勢 b.b. E E的大小與的大小與、的大小無必然聯(lián)系的大小無必然聯(lián)系. . c.c.磁感應強度磁感應強度B B不變，回路面積發(fā)生變化不變，回路面積發(fā)生變化 E EnBnB 回路面積不變，磁感應強度發(fā)生變化回

3、路面積不變，磁感應強度發(fā)生變化E En Sn S 其中其中 是是B Bt t圖象的斜率，圖象的斜率，S S為線圈在磁場中有效面積為線圈在磁場中有效面積 1 1( (單選單選)(2011)(2011廣東廣東) ) 關于線圈中產(chǎn)生的感應電動勢關于線圈中產(chǎn)生的感應電動勢 和感應電流，下列表述正確的是和感應電流，下列表述正確的是( () ) A A感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關 B B穿過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大穿過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大 C C穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大 D D感應電流產(chǎn)生的磁場

4、方向與原磁場方向始終相同感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同 2 2( (單選單選) )如圖如圖(a)(a)所示，圓形線圈所示，圓形線圈M M的匝數(shù)為的匝數(shù)為5050匝，它的匝，它的 兩個端點兩個端點a a、b b與理想電壓表相連，線圈中磁場方向如圖，與理想電壓表相連，線圈中磁場方向如圖， 線圈中磁通量的變化規(guī)律如圖線圈中磁通量的變化規(guī)律如圖(b)(b)所示，則所示，則abab兩點的電勢兩點的電勢 高低與電壓表讀數(shù)為高低與電壓表讀數(shù)為 A Aaab, 20Vb, 20V B Baab, 10Vb, 10V C Caab, 20V Db, 20V Daab, 10Vb, 10V 3 3(

5、(單選單選) )如圖所示，虛線框內(nèi)存在均勻變化的勻強磁如圖所示，虛線框內(nèi)存在均勻變化的勻強磁 場，三個電阻的阻值之比場，三個電阻的阻值之比R R11R R22R R3 3123123，電路，電路 中導線的電阻不計當中導線的電阻不計當S1S1、S2S2閉合，閉合，S3S3斷開時，閉合斷開時，閉合 回路中感應電流為回路中感應電流為I I；當；當S2S2、S3S3閉合，閉合，S1S1斷開時，閉合斷開時，閉合 回路時感應電流為回路時感應電流為5 5I I；當；當S1S1、S3S3閉合，閉合，S2S2斷開時，閉斷開時，閉 合回路中感應電流為合回路中感應電流為( () ) A A0 0B B3 3I I

6、C C6 6I ID D7 7I I 1公式公式EBlv的使用條件的使用條件 (1)勻強磁場勻強磁場 (2)B、l、v三者相互垂直三者相互垂直 2EBlv的的“四性四性” (1)正交性：正交性：本公式是在一定條件下得出的，除磁場為本公式是在一定條件下得出的，除磁場為 勻強磁場外，還需勻強磁場外，還需B、l、v三者互相垂直三者互相垂直 (2)瞬時性：瞬時性：若若v為瞬時速度，則為瞬時速度，則E為相應的瞬時感應電為相應的瞬時感應電 動勢動勢 熱點二導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算熱點二導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算 (3)有效性：有效性：公式中的公式中的L為導體切割磁感線的有效長度為導體切割

7、磁感線的有效長度 如圖中，棒的有效長度為如圖中，棒的有效長度為ab間的距離間的距離 (4)相對性：相對性：EBlv中的速度中的速度v是導體相對磁場的速度，若是導體相對磁場的速度，若 磁場也在運動，應注意速度間的相對關系磁場也在運動，應注意速度間的相對關系 4 4( (單選單選) )如圖所示，平行金屬導軌間距為如圖所示，平行金屬導軌間距為d d，一端跨接，一端跨接 電阻為電阻為R R，勻強磁場磁感強度為，勻強磁場磁感強度為B B，方向垂直平行導軌平，方向垂直平行導軌平 面，一根長金屬棒與導軌成面，一根長金屬棒與導軌成角放置，棒與導軌的電阻角放置，棒與導軌的電阻 不計，當棒沿垂直棒的方向以恒定速度

8、不計，當棒沿垂直棒的方向以恒定速度v v在導軌上滑行時，在導軌上滑行時， 通過電阻的電流是（通過電阻的電流是（ ） A A Bdv/R Bdv/R B B BdvBdvsinsin/ /R R C CBdvBdvcoscos/ /R R D D BdvBdv/(/(R Rsinsin) ) 5 5( (單選單選) )如圖水平桌面上固定有一半徑為如圖水平桌面上固定有一半徑為R的金屬細圓環(huán)，環(huán)面水的金屬細圓環(huán)，環(huán)面水 平，圓環(huán)每單位長度的電阻為平，圓環(huán)每單位長度的電阻為r，空間有一勻強磁場，磁感應強，空間有一勻強磁場，磁感應強 度大小為度大小為B，方向豎直向下；一長度為，方向豎直向下；一長度為2R

9、、電阻可忽略的導體棒、電阻可忽略的導體棒 置于圓環(huán)左側(cè)并與環(huán)相切，切點為棒的中點棒在拉力的作用下置于圓環(huán)左側(cè)并與環(huán)相切，切點為棒的中點棒在拉力的作用下 以恒定加速度以恒定加速度a從靜止開始向右運動，運動過程中棒與圓環(huán)接觸從靜止開始向右運動，運動過程中棒與圓環(huán)接觸 良好下列說法正確的是良好下列說法正確的是() 6 6如圖所示，磁感強度如圖所示，磁感強度B=0.2TB=0.2T的勻強磁場中有一折成的勻強磁場中有一折成 3030角的金屬導軌角的金屬導軌aobaob，導軌平面垂直磁場方向。一條直，導軌平面垂直磁場方向。一條直 線線MNMN垂直垂直obob方向放置在軌道上并接觸良好。當方向放置在軌道上并

10、接觸良好。當MNMN以以v=4m/sv=4m/s 從導軌從導軌O O點開始向右平動時，若所有導線單位長度的電阻點開始向右平動時，若所有導線單位長度的電阻r r。 求：求： 1 1）經(jīng)過時間）經(jīng)過時間t t后，閉合回路感應電動勢瞬時值和平均值；后，閉合回路感應電動勢瞬時值和平均值； 2 2）證明：電路中電流）證明：電路中電流I I不變不變 反思總結(jié)反思總結(jié)感應電動勢兩個公式的比較感應電動勢兩個公式的比較 導體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時，導體棒以端點為軸，在勻強磁導體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時，導體棒以端點為軸，在勻強磁 場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應電動勢場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應電動勢 熱點三導體

11、轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算熱點三導體轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算 適用條件是導體棒繞一個端點垂直于磁感線勻速轉(zhuǎn)動切割，適用條件是導體棒繞一個端點垂直于磁感線勻速轉(zhuǎn)動切割， 而不是繞導體棒的中間的某點而不是繞導體棒的中間的某點 2 2 1 BLVBLE 7 7( (單選單選) )（20122012新課標理綜卷）如圖，均勻磁場中有一新課標理綜卷）如圖，均勻磁場中有一 由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重 合合; ; 磁場方向垂直于半圓面（紙面）向里，磁感應強度磁場方向垂直于半圓面（紙面）向里，磁感應強度 大小為大小為B0

12、B0使該線框從靜止開始繞過圓心使該線框從靜止開始繞過圓心O O、垂直于半圓、垂直于半圓 面的軸以角速度面的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動半周，在線框中產(chǎn)生感應電流。勻速轉(zhuǎn)動半周，在線框中產(chǎn)生感應電流。 現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應強度大小隨時間線性現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應強度大小隨時間線性 變化。為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流，變化。為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流， 磁感應強度隨時間的變化率磁感應強度隨時間的變化率 的大小應為（的大小應為（ ） t B ABC D 8.金屬棒長為金屬棒長為l，電阻為，電阻為r，繞，繞o點以角速度點以角速度做勻速圓做勻速圓 周運動，周運動

13、，a點與金屬圓環(huán)光滑接觸，如圖點與金屬圓環(huán)光滑接觸，如圖所示，圖中所示，圖中 定值電阻的阻值為定值電阻的阻值為R，圓環(huán)電阻不計，求，圓環(huán)電阻不計，求Uoa。 自感、渦流自感、渦流(考綱要求考綱要求) 1.自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象 (1)概念概念：由于導體本身的：由于導體本身的_變化而產(chǎn)生的電磁感應變化而產(chǎn)生的電磁感應 現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象稱為自感 (2)自感電動勢自感電動勢 定 義 ： 在 自 感 現(xiàn) 象 中 產(chǎn) 生 的 感 應 電 動 勢 叫 做定 義 ： 在 自 感 現(xiàn) 象 中 產(chǎn) 生 的 感 應 電 動 勢 叫 做 _.表達式：表達式：E_. 電流電流 自感電動勢自感電動勢 (3)自感系數(shù)自感系數(shù)L

14、 相關因素：與線圈的相關因素：與線圈的_、形狀、形狀、_以及是否有以及是否有 鐵芯有關鐵芯有關 單位：亨利單位：亨利(H)，1mH_H,1H_H. 大小大小匝數(shù)匝數(shù) 10 3 10 6 2自感現(xiàn)象的四大特點自感現(xiàn)象的四大特點 (1)自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化 (2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化 (3)電流穩(wěn)定時，自感線圈就相當于普通導體電流穩(wěn)定時，自感線圈就相當于普通導體 (4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動勢線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動勢 只是延緩了過程的進行，

15、但它不能使過程停止，更不只是延緩了過程的進行，但它不能使過程停止，更不 能使過程反向能使過程反向 3自感中自感中“閃亮閃亮”與與“不閃亮不閃亮”問題問題 與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡 電路圖電路圖 通電時通電時 電流逐漸增大，燈泡電流逐漸增大，燈泡 逐漸變亮逐漸變亮 電流突然增大，然后逐漸減電流突然增大，然后逐漸減 小達到穩(wěn)定小達到穩(wěn)定 斷電時斷電時 電流逐漸減小，燈泡電流逐漸減小，燈泡 逐漸變暗，電流方向逐漸變暗，電流方向 不變不變 電路中穩(wěn)態(tài)電流為電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2： 若若I2I1，燈泡逐漸變暗；，燈泡逐漸變暗； 若若I2I1，燈泡閃亮后逐漸變，

16、燈泡閃亮后逐漸變 暗兩種情況燈泡中電流方暗兩種情況燈泡中電流方 向均改變向均改變. 4渦流渦流 1 1( (多選多選) )如圖所示是研究通電自感實驗的電路圖，如圖所示是研究通電自感實驗的電路圖，A1A1、 A2A2是兩個規(guī)格相同的小燈泡，閉合電鍵調(diào)節(jié)電阻是兩個規(guī)格相同的小燈泡，閉合電鍵調(diào)節(jié)電阻R R，使兩，使兩 個燈泡的亮度相同，調(diào)節(jié)可變電阻個燈泡的亮度相同，調(diào)節(jié)可變電阻R R1 1，使它們都正常發(fā)光，使它們都正常發(fā)光， 然后斷開電鍵然后斷開電鍵S.S.重新閉合電鍵重新閉合電鍵S S，則，則( () ) A A閉合瞬間，閉合瞬間，A1A1立刻變亮，立刻變亮，A2A2逐漸變亮逐漸變亮 B B閉合

17、瞬間，閉合瞬間，A2A2立刻變亮，立刻變亮，A1A1逐漸變亮逐漸變亮 C C穩(wěn)定后，穩(wěn)定后，L L和和R R兩端電勢差一定相同兩端電勢差一定相同 D D穩(wěn)定后，穩(wěn)定后，A1A1和和A2A2兩端電勢差不相同兩端電勢差不相同 2(多選多選)如圖所示的電路中，如圖所示的電路中，L為一個自感系數(shù)很大、為一個自感系數(shù)很大、 直流電阻不計的線圈，直流電阻不計的線圈，D1、D2是兩個完全相同的電燈，是兩個完全相同的電燈， E是內(nèi)阻不計的電源是內(nèi)阻不計的電源t0時刻，閉合開關時刻，閉合開關S，經(jīng)過一，經(jīng)過一 段時間后，電路達到穩(wěn)定，段時間后，電路達到穩(wěn)定，t1時刻斷開開關時刻斷開開關S.I1、I2分分 別表示通過電燈別表示通過電燈D1和和D2中的電流，規(guī)定圖中箭頭所示中的電流，規(guī)定圖中箭頭所示 方向為電流正方向，以下各圖中能定性描述電流方向為電流正方向，以下各圖中能定性描述電流I隨時隨時 間間t變化關系的是變化關系的是() 3(單選單選)如圖所示，線圈如圖所示，線圈L的自感系數(shù)很大，且其電阻可的自感系數(shù)很大，且其電阻可 以忽略不計，以忽略不計，L1、L2是兩個完全相同的小燈泡，隨著開是兩個完全相同的小燈泡，隨著開 關關S閉合和斷開的過程中，閉合和斷開的過程中，L1、L2的亮度變化情況（的亮度變化情況（） AS閉合，閉合，L1亮度不變，亮度不