高二物理法拉第電磁感應(yīng)定律-感應(yīng)電動勢的大小

1、高二物理法拉第電磁感應(yīng)定律一感應(yīng)電動勢的大小學(xué)習(xí)重點1、掌握導(dǎo)體切割磁感線的情況下產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.2、掌握穿過閉合電路的磁通量變化時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.3、了解平均感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電動勢的瞬時值.4、會用法拉第電磁感應(yīng)定律解決有關(guān)問題.知識要點一、感應(yīng)電動勢1、既然有感應(yīng)電流，那么就一定存在電動勢.我們把在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢 稱為感應(yīng)電動勢。2、產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件是：磁通量發(fā)生變化3、感應(yīng)電動勢就是電源電動勢，是非靜電力使電荷移動增加電勢能的結(jié)果，電路中感 應(yīng)電流的強弱由感應(yīng)電動勢的大小E和電路總電阻決定，符合閉合電路歐姆定律。二、感應(yīng)電動勢的大小與什么因素有關(guān)1、穿過閉合電路的磁通

2、量變化的情況現(xiàn)象：將線圈與檢流計相連，將條形磁鐵用不同的速度插入或拔出，磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流。速度越大（磁通量變化越快），感應(yīng)電流越大，感應(yīng)電動勢越大。速度越小 （磁通 量變化越慢），感應(yīng)電流越小，感應(yīng)電動勢越小。2、導(dǎo)體切割磁感線的情況現(xiàn)象：閉合回路中的一部分導(dǎo)體在磁場中切割磁感線，在其它條件不變的情況下， 切割速度越快，感應(yīng)電流越大，感應(yīng)電動勢越大。上述兩個實驗現(xiàn)象說明，感應(yīng)電動勢的大小與磁通量變化的快慢有關(guān)。磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大，磁通量變化越慢，感應(yīng)電動勢越小。三、法拉第電磁感應(yīng)定律1、內(nèi)容電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。2、表達(dá)式說明：二竺當(dāng)

3、各物理量均取國際單位制，式中k=l,即： 枕竺若線圈共有n匝，則整個線圈的感應(yīng)電動勢為AE 3、幾點需要注意的地方(1)在法拉第電磁感應(yīng)定律中，感應(yīng)電動勢E的大小不是跟磁通量 中成正比，也不是跟磁通量的變化量A成正比，而是跟磁通量的變化率A;成正比。(2)法拉第電磁感應(yīng)定律反映的是在At時間內(nèi)平均感應(yīng)電動勢。 只有當(dāng)A t趨近于零時，才是瞬時值。當(dāng)Af恒定時，平均感應(yīng)電動勢與瞬時值相等。(3)當(dāng)磁通量變化時，對于閉合電路一定有感應(yīng)電流，若電路不閉合，則無感應(yīng)電流， 但仍然有感應(yīng)電動勢。四、導(dǎo)體切割磁感線的情況1、平行金屬導(dǎo)軌置于勻強磁場中，兩導(dǎo)軌間串一定值電阻，將一金屬導(dǎo)體棒 ab跨接在導(dǎo)軌間

4、，用外力拉動線框使之勻速運動。如圖所示：1 x- X XR f *U X X 乂 Hb在一段時間M內(nèi),閉合回路中磁通量的變化量為：A小二3后&顯然，在這段時間內(nèi)，閉合回路中的感應(yīng)電動勢大小為:山2、導(dǎo)體棒與磁感線成。角做切割磁感線運動，如圖所示:1 B可以把速度v分解，其有效切割速度 Vl = VSm ,則3、說明(1)二8八適用于求導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，它是法拉第電磁 感應(yīng)定律在這種情況下的另一種表達(dá)方式。(2),為有效切割長度v為有效切割速度(3)當(dāng)v取瞬時速度，則 E是瞬時感應(yīng)電動勢，當(dāng) v為平均速度時，E是平均感應(yīng)電動勢。典型例題l、如圖所示，abcd是由粗裸銅導(dǎo)線連

5、接兩個定值電阻組成的閉合矩形導(dǎo)體框，水平放置，金屬棒 ef與ab及cd邊垂直，并接觸良好，空間存在著勻強磁場，磁感應(yīng)強度 大小為B,方向豎直向下，已知電阻R1=2R R2=3R其它部分的電阻都忽略不計，ab及cd邊相距L,給ef棒施加一個跟棒垂直的恒力F,求：(1)當(dāng)ef棒做勻速運動時，其速度多大？(2)當(dāng)ef棒做勻速運動時，電阻 R1消耗的電功率多大？分析：金屬棒ef相當(dāng)于一個電源，畫出等效電路圖，應(yīng)用電路的相關(guān)知識。解：(1) ef棒做勻速運動時，所受安培力與外力平衡BLvF = % = BIL = B L*4個-竺曳-2R心 2&+3R1.2腦n 二 3 m所以 二-(2)電阻R1上消耗

6、的電功率為也上|.2公I(xiàn) 4 27? +3R, 2、如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,方向垂直紙面向里，長 L電阻R0的裸電阻絲cd在寬L的平行金屬軌道上向右滑行，速度為v。已知R1=R2=R0其余電阻忽略不計，求電鍵 K閉合與斷開時，M N兩點的電壓。分析：cd在磁場中做切割磁感線的運動，這部分電路是電源，你知道電鍵K斷開和閉合，M N兩點的電壓有什么不同嗎？電鍵 而沒有感應(yīng)電流，N、c、b等勢，M a、 K閉合時，電路中有感應(yīng)電流，此時 M解：E=BLv K 斷開時，U=E=BLvK斷開時，電路abcd不閉合，只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢, d等勢，M N兩點的電壓等于電源的電動勢；電鍵 N兩點的電

7、壓為路端電壓。U=E-1Rq=E- = E-BLv k閉合時-3U = l=-IL = -E=-BLv或者說明：不要以為切割磁感線導(dǎo)體兩端電壓都等于感應(yīng)電動勢, 下，兩端電壓不等于電動勢的值。通過此題想想在什么情況3、如圖所示，磁感強度B=0.2T的勻強磁場中有一折成 30角的金屬導(dǎo)軌 aob,導(dǎo)軌平面垂直磁場方向，一條直線MN直ob方向放置在軌道上并接觸良好。當(dāng)MN以v=4m/s從導(dǎo)軌O點開始向右平動時，若所有導(dǎo)線單位長度的電阻r=0.1 Q/mo求：(1)經(jīng)過時間t后，閉合回路的感應(yīng)電動勢的瞬時值和平均值；(2)閉合回路中的電流大小和方向。0*b分析：磁場B與平動速度v保持不變，但 MNU

8、割磁感線有效長度在不斷增大，所以電A/計算，也可以用 月二計算,其中上可以理解為這動勢是變量，求平均值可用5 = -_-1 r 、段時間內(nèi)的平均有效切割長度，由于l隨時間是線性變化的，所以 2；求瞬時值可用E=BLv計算。解：(1)設(shè)運動時間為t后,4史在ob上移動S=vt=4t , MN勺有效長度 L=Stan30 =3 ;感應(yīng)電動勢瞬時值4機E=BLv=0.2X 3 X4=1.84t(V);感應(yīng)電動勢的平均值三二疝二0.92昭)(2)隨t增大回路電阻增大,L =當(dāng)時間為t時，回路總長度109/二世”4f _ 69A回路總電阻 R=Lr=10.9t X0.1=1.09t ?；芈房傠娏鱎 L0

9、亞。電流大小恒定。說明：(1)本題切割的有效長度是時間的函數(shù)，所以電動勢的平均值、瞬時值與有效長度的 平均值、瞬時值有關(guān)。(2)解這一類有效長度隨時間變化的問題，關(guān)鍵是找到有效長度與時間的函數(shù)關(guān)系。 4、如圖所示，固定在勻強磁場中的水平導(dǎo)軌abcd的間距L1=0.5m,金屬棒ad與導(dǎo)軌左端bc的距離L2=0.8m ,整個閉合回路的電阻為 R=0.2 Q ,磁感應(yīng)弓雖度為 B0=1T的勻強 磁場豎直向下穿過整個回路。 ad桿通過滑輪和細(xì)繩接一個質(zhì)量 m=0.04kg的物體，不計一切0.2T f s摩擦，現(xiàn)使磁場以At的變化率均勻地增大，已知金屬棒ad中感應(yīng)電流方向所受的安培力的方向水平向左，求經(jīng)

10、過多少時間物體剛好離開地面？ ( g取10m/s2)分析與解答：物體剛要離開地面時，其受到的拉力F等于它的重力 mg,而拉力F等于棒ad所受的安培力，即：(DAS 附g = Bg + a a t |Zi|Bq + tk 小)，其中l(wèi) 比)為t時刻的磁感應(yīng)強度，I為感應(yīng)電流；感應(yīng)電流由變化的磁場產(chǎn)生，E _ 的 1 _ W所以 /, J- 由上述兩式可得:此題綜合性較強，要綜合力的平衡、安培力、感應(yīng)電動勢等知識共同解決 問題。參考練習(xí)1.關(guān)于感應(yīng)電動勢的大小，下列說法中正確的是A.線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大B.線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大C.線圈放在磁感強

11、度越強的地方，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大D.線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大2、如圖所示，在一個光滑金屬框架上垂直放置一根長L= 0.4m的金屬棒ab,其電阻r= 0.1 Q,框架左端的電阻 R= 0.4 Q,垂直框面的勻強磁場的磁感強度B=0.1T,當(dāng)用外力使捧ab以速度v= 5m/s右移時，ab棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e =,通過ab棒的電流I =。 ab棒兩端的電勢差大小為 ,在電阻 R上消耗的功率 PR,在 ab棒上消耗的發(fā)熱功率Pr=,切割運動中產(chǎn)生的電功率P=O.用絕緣導(dǎo)線繞一個圓環(huán)，環(huán)內(nèi)有一個用同樣絕緣導(dǎo)線折成的內(nèi)接正方形線框，如圖所示。把它們放到磁感應(yīng)強度均勻增加的勻強磁場中，磁場方向垂直線環(huán)平面向紙外。則圓環(huán)和正方形中的感應(yīng)電動勢大小之比為 ,電流強度大小之比為 。.如圖所示，圓環(huán) a和圓環(huán)b半徑之比為2： 1,