电磁感应(课件)——第一轮复习.

考纲要求电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律，楞次定律Ⅱ导体切割磁感线时的感应电动势，右手定则Ⅱ自感现象Ⅰ日光灯Ⅰ知识网络电磁感应磁通量电磁感应现象电磁感应规律电磁感应应用感应电动势的大小：tnEsinBLvE感应电流、电动势方向的判断：楞次定律右手定则变化变化快慢………阻碍引起磁通量变化的原因自感现象日光灯与磁场、电路、力学、能量综合第一课时电磁感应现象楞次定律一、磁通量Φ1、概念：穿过某一面积的磁感线条数。简称磁通2、磁通量的计算⑴公式Φ=BS适用条件：①匀强磁场；②磁感线与线圈平面垂直⑵在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ=BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。⑶若对同一平面，磁感线有穿入、穿出，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数：Φ=Φ1－Φ2；即穿入、穿出要相互抵消。单位：韦伯（Wb）1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/（As2）⑷由于B=Φ/S，B亦可称为磁通密度二、电磁感应现象1、产生感应电流的条件※穿过闭合电路的磁通量发生变化(※闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线)2、产生感应电动势的条件◆穿过电路的磁通量发生变化(◆导体在磁场中做切割磁感线)三、感应电流方向的判断1．楞次定律★感应电流总具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化(1)磁通量的变化:由磁通量计算式Φ=BSsinα可知，磁通量变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式①S、α不变，B改变，这时ΔΦ=ΔBSsinα②B、α不变，S改变，这时ΔΦ=ΔSBsinα③B、S不变，α改变，这时ΔΦ=BS（sinα2-sinα1）◎阻碍的对象是原磁场的变化，而不是原磁场本身，如果原磁场不变化，即使它再强，也不会产生感应电流◎阻碍不是相反．当原磁通增大时,感应电流磁场方向与原磁场方向相反,以阻碍其增大;当原磁通减小时，感应电流的磁场与原磁场同向，以阻碍其减小.(增反减同)◎由相对运动引起的电磁感应现象中，感应电流的效果是阻碍相对运动,可理解为“来拒去留”.(2)对“阻碍”意义的理解◎“阻碍”不是阻止，而是“延缓”，感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的变化被延缓了，原磁场的变化趋势不会改变(3)推论Ⅰ:(4)推论Ⅱ:◎阻碍的效果还可以表现为使线圈面积扩大、缩小,或有扩大、缩小的趋势，目的是阻碍磁通量的变化。例：如图所示，当磁铁绕O1O2轴匀速转动时，矩形导线框（不考虑重力）将如何运动？例：如图所示，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b。当条形磁铁如图向下移动时（不到达导轨平面），a、b将如何移动？练：如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b。将条形磁铁沿它们的正中向下移动（不到达该平面），a、b将如何移动？例：如图所示，O1O2是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有匀强磁场。以下哪些情况下abcd中有感应电流产生？A．将abcd向纸外平移B．将abcd向右平移C．将abcd以ab为轴转动60°D．将abcd以cd为轴转动60°练：如图所示，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90°的过程中，放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动？练：如图所示，用丝线悬挂闭合金属环，悬于O点，虚线左边有匀强磁场，右边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来。试解释这一现象。若整个空间都有向外的匀强磁场，会有这种现象吗？2、楞次定律的应用步骤①确定原磁场方向②判定原磁场如何变化（增大还是减小）③确定感应电流的磁场方向（增反减同）④根据安培定则判定感应电流的方向例：一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动，已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时，顺着磁场的方向看去，线圈中的感应电流的方向分别为位置Ⅰ位置Ⅱ（A）逆时针方向逆时针方向（B）逆时针方向顺时针方向（C）顺时针方向顺时针方向（D）顺时针方向逆时针方向例：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．向左减速运动练：如图所示，有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？练：如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合电路。在拉开开关S的时候,弹簧k并不能立即将衔铁D拉起，从而使触头C（连接工作电路）立即离开，过一段时间后触头C才能离开；延时继电器就是这样得名的。试说明这种继电器的工作原理。第二课时法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。2、公式：tnE感n为线圈匝数3、说明：⑵Φ、△Φ、△Φ/△t的比较：①Φ是状态量，表示在某一时刻（某一位置）时回路的磁感线条数。②△Φ是过程量，表示回路从某一时刻变化到另一时刻磁通量的增量。③△Φ/△t表示磁通量的变化快慢，又称为磁通量的变化率。④Φ、△Φ、△Φ/△t的大小没有直接关系，Φ、△Φ不能决定E感的大小，△Φ/△t才能决定E感的大小⑴适用于回路磁通量变化的情况，回路不一定要闭合。⑶在B⊥S时，当△Φ仅由B的变化引起时，E感=nS△B/△t；当△Φ仅由S的变化引起时，E感=nB△S/△t。⑷公式E感=n△Φ/△t计算得到的是△t时间内的平均感应电动势，当Φ随时间均匀变化时E感是恒定的。二、导体切割磁感线产生的感应电动势⑴导体平动产生感应电动势①公式：E感=BLv；②公式适用于导体上各点以相同的速度在匀强磁场中切割磁感线，且B、L、v两两垂直。③当L⊥B，L⊥v，而v与B成θ时，E感=BLvsinθ;④公式中L为导体在垂直磁场方向的有效长度；⑤公式中若v为一段时间内的平均速度，则E感为平均感应电动势，若v为瞬时速度，则E感为瞬时感应电动势。⑵导体转动切割磁感线产生感应电动势OA棒绕O点转动时，棒上每点的角速度相等，由v=ωr可知v随r成正比增大，可用v中代入E感=Blv求E感。221BLBLvE中感三、在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源例：如图所示，圆环a和b的半径之比R1∶R2=2∶1，且是粗细相同，用同样材料的导线构成，连接两环导线的电阻不计，匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化，那么，当只有a环置于磁场中与只有b环置于磁场中的两种情况下，AB两点的电势差之比为多少？例：如图所示，平行金属导轨间距为d，一端跨接电阻为R，匀强磁场磁感强度为B，方向垂直平行导轨平面，一根长金属棒与导轨成θ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（）A．Bdv/(Rsinθ)B．Bdv/RC．Bdvsinθ/RD．Bdvcosθ/R例：如图所示，金属圆环圆心为O，半径为L，金属棒Oa以O点为轴在环上转动，角速度为ω，与环面垂直的匀强磁场磁感应强度为B，电阻R接在O点与圆环之间，求通过R的电流大小。四、的应用tnE感例：（2000年上海）如图所示，固定在水平桌面上的金属框架cdef处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可以无摩擦地滑动，此时abed构成一个边长为L的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计，开始时磁感应强度为B0。（1）若从t=0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为K，同时保持棒静止，求棒中的感应电流，在图中标出感应电流的方向。（2）在上述（1）的情况中，棒始终保持静止，当t=t1时，垂直于棒的水平拉力为多少？（3）若从t=0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则磁感应强度怎样随时间变化？（写出B与t的关系式）例：如图42-1所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN的速度υ在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻忽略不计，试求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻上的电流强度的平均值及通过的电量。小结：感应电量的求解：Iqt/tnE/RnttRntREtIq练：如图所示，空间存在垂直于纸面的均匀磁场，在半径为a的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B。一半径为b，电阻为R的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合。当内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中，通过导线截面的电量____________。五、E=BLV的应用例：一个半径为r的圆形铝环由静止开始在均匀磁场中下落，设圆环平面下落时始终保持水平，圆环处磁场的磁感应强度的大小为B，如图所示，已知圆形铝环的半径为r0，密度为ρ0，电阻率为ρ，磁场范围足够大，试求圆环下落的稳定速度是多大？例:在B=0.5T的匀强磁场中,有一个匝数为n=100匝的矩形线圈,边长Lab=0.2m,Lbc=0.1m线圈绕中心轴OO’以角速度ω=314rad/s由图示位置逆时针方向转动.试求(1)线圈中产生感应电动势的最大值;(2)线圈转过30o时感应电动势的瞬时值;(3)线圈转过1/4周的过程中的平均感应电动势。abcdBOO/第三课时电磁感应中的电路问题自感现象电磁感应中的电路问题关键是确定哪一部分导体在产生感应电动势，把它等效为电源，求出感应电动势大小，判断出感应电动势的方向，明确此电源的内阻。问题就转化为电路问题了！一、电磁感应与电路规律结合的一般问题例:两条光滑平行金属导轨间距d=0.6m，导轨两端分别接有R1=10Ω，R2=2.5Ω的电阻，磁感应强度B=0.2T的匀强磁场垂直于轨道平面向纸外，如图所示，导轨上有一根电阻为1.0Ω的导体杆MN当MN杆以v=5.0m/s的速度沿导轨向左滑动时，(1)MN杆产生的感应电动势大小为多少，哪一端电势较高？(2)用电压表测MN两点间电压时，电表的示数为多少？(3)通过电阻R1的电流为多少？通过电阻R２的电流为多少？(4)杆所受的安培力的大小为多少？方向怎样？例:如图所示，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，⑴拉力F大小；⑵拉力的功率P；⑶拉力做的功W；⑷线圈中产生的电热Q；⑸通过线圈某一截面的电荷量q。)3sin(2xy例:如图所示，OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨，O、C处分别接有短电阻丝（图中粗线表法），R1=4Ω、R2=8Ω（导轨其它部分电阻不计）。导轨OAC的形状满足方程（单位：m）。磁感强度B=0.2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面。一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点，棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直，不计棒的电阻。求：（1）外力F的最大值；（2）金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率；（3）在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。二、含容电路例:如图所示，两个电阻器的阻值分别为R与2R，其余电阻不计.电容器电容量为C.匀强磁场磁感应强度的大小为B，方向垂直纸面向里.金属棒ab、cd的长度均为L.当棒ab以速度v向左切割磁感线运动，金属棒cd以速度2v向右切割磁感线运动时，电容C的电量为多大?哪一个极板带正电?例:如图所示，平行导轨置于磁感应强度为B的匀强磁场中（方向向里），间距为L，左端电阻为R，其余电阻不计，导轨右端接一电容为C的电容器。现有一长2L的金属棒ab放在导轨上，ab以a为轴以角速度ω顺时针转过90°的过程中，通过R的电量为多少？三、自感1、自感现象：当线圈自身电流发生变化时，在线圈中引起的电磁感应现象2、自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势，与线圈中电流的变化率成正比tILE自3、自感系数（L）：由线圈自身的性质决定，与线圈的长短、粗细、匝数、有无铁芯有关4、自感的特点：自感电动势的产生是为了阻