法拉第電流感應(yīng)定律自感

1、科目 物理關(guān)鍵詞 教案/法拉第電流感應(yīng)定律 自感年級 高二文件 jan19.doc標(biāo)題 法拉第電流感應(yīng)定律 自感內(nèi)容法拉第電流感應(yīng)定律 自感 【教學(xué)結(jié)構(gòu)】一、 感應(yīng)電動勢 1.感應(yīng)電動勢：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分電路導(dǎo)體就相當(dāng)于電源。例如切割磁感線的導(dǎo)體就相當(dāng)于電源，回路的其它部分為外電路，在導(dǎo)體內(nèi)部電流從低電勢流向高電勢，是克服電磁力做功的結(jié)果。在外電路電流由高電勢流向低電勢。2. 感應(yīng)電動勢的大小 (1)認(rèn)真做好教材中的實驗，從分析實驗現(xiàn)象得出：無論電路是否閉合，磁通量變化都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與磁通量變化快慢有關(guān)。磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。 (2)法拉

2、第電磁感應(yīng)定律：電路中感應(yīng)電動勢大小，跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比。即， 即磁通量變化率，物理意義：穿過電路的磁通量變化快慢, n為線圈的匝數(shù)，如果n匝數(shù)圈與電阻或用電器連接為回路，n匝線圈為電源，其余為外電路。此時注意比較，磁通量、磁通量變化量，磁通量變化率的物理意義，與感應(yīng)電動勢的關(guān)系，有無磁通量不影響是否產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，是否產(chǎn)生感應(yīng)電動勢由磁通量變化決定，但磁通變化量大小不決定感應(yīng)電動勢的大小，而磁通量變化率才是決定感應(yīng)電勢大小的基本因素。(3) 在導(dǎo)體切割磁感線情況下感應(yīng)電動勢大小 如圖圖1所示，ce、df為兩根平行金屬導(dǎo)軌，金屬棒ab至于水平導(dǎo)軌之上，以速度向右勻速運(yùn)動，若勻強(qiáng)

3、磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，金屬棒長度為L。設(shè)在t時間內(nèi)金屬ab運(yùn)動到ab的位置。由abcd組成的閉合回路，變成abcd ，面積增加了S=L t，磁道量變化量=BL t，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可設(shè)：=BL?？梢妼?dǎo)體切割磁感線時感應(yīng)電動勢是法拉第電磁感應(yīng)定律在導(dǎo)體切割磁感線時的特殊形式。 比較與，前者是以閉合回路為研究對象，后者以回路中一段導(dǎo)體為研究對象；前者感應(yīng)電動勢為時間內(nèi)的平均值，后者為某一時刻的瞬時值；前者適用范圍普遍，而后者只適用于導(dǎo)體切割磁感線，此時使用，比較方便。符合能量守恒規(guī)律。如圖1所示的情況，設(shè)在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為，感應(yīng)電流為I，其方向如圖2所示。感應(yīng)電流在磁場中受力向左，且大小

4、為BIL，為保證使金屬棒向右勻速運(yùn)動必須受向右的力F，且F=BIL，力F對金屬棒做功，把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能，做功功率為P=F=BIL，也為把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的功率，在閉合回路中電功率P電=I，所以應(yīng)有：I=BIL，=BL ，可見它符合能量守恒規(guī)律。3.感應(yīng)電動勢的方向感應(yīng)電動勢的方向即是感應(yīng)電流的方向，或日感應(yīng)電流方向即為高電勢的方向。如圖2所示，感應(yīng)電流由b流向a，則a為高電勢，b為低電勢。在全電路中，金屬棒ab是電源，在電源內(nèi)部電流從低電勢流向高電勢。如圖3所示，條形磁鐵N極向下運(yùn)動，根據(jù)楞次定律可以判定線圈中感應(yīng)電流應(yīng)為如圖所示方向，b點(diǎn)為高電勢，a點(diǎn)為低電勢。電流計部分電路為外電

5、路，電流應(yīng)從高電勢流向低電勢，電流方向為由b向a。二、 自感現(xiàn)象1. 做好實驗：按如圖4所示電路圖做實驗。接通電鍵K，調(diào)整R的阻值使燈A1、A2亮度相同；調(diào)整R1，使A1、A2都正常發(fā)光。 實驗現(xiàn)象：關(guān)閉電鍵K時，A2馬上正常發(fā)光，A1逐漸亮起來。如何解釋這種現(xiàn)象。還可以做其它實驗，觀察現(xiàn)象，努力用電磁感應(yīng)理論解釋。2. 自感現(xiàn)象如圖5所示，當(dāng)關(guān)閉電鍵K時，線圈B中有感應(yīng)電流，是因為A線圈中電流從無到有，線圈A的磁場開始產(chǎn)生，使B線圈中磁通量發(fā)生變化，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，是電流感應(yīng)現(xiàn)象，使滑動頭P滑動也能使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流，因為A線圈內(nèi)電流變化引起B(yǎng)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流稱之為互感。在此同時A線圈

6、內(nèi)磁通量發(fā)生變化，因此A線圈內(nèi)也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于自身電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象。產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的自感電動勢。自感現(xiàn)象實質(zhì)也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，可用楞次定律判斷自感電動勢的方向。適用自感現(xiàn)象理論解釋前面的實驗現(xiàn)象。3. 自感系數(shù) 自感現(xiàn)象是符合法拉第電磁感應(yīng)定律的：，是與（電流變化率）成正比的，因此自感電動勢應(yīng)與成正比，可寫成自=L，L為比例常數(shù)，在物理學(xué)中又稱為自感系數(shù)，對于L的物理意義不要過多追求，只知道：(1)在相同的情況下，自感系數(shù)L越大，產(chǎn)生的自感電動勢越大，反之越小；(2)自感系數(shù)是由線圈自身決定的，L與線圈的形狀、大小、匝數(shù)、是否有鐵心有關(guān)。匝數(shù)越多，自感系數(shù)越

7、大，有鐵心比沒有鐵心自感系數(shù)大；(3)自感系數(shù)L又稱之為電感。4. 自感現(xiàn)象的應(yīng)用 日光燈的鎮(zhèn)流器就是利用自感現(xiàn)象的一個例子。如圖6所示的電路圖，日光燈主要由燈管M、起動器S、鎮(zhèn)流器L組成。燈管工作原理：燈管內(nèi)水銀蒸氣導(dǎo)電，發(fā)出紫外線，使管壁上熒光粉發(fā)出白光，要激發(fā)水銀蒸氣導(dǎo)電需要很高的電壓，日光燈正常工作時又需要比220V低很多的電壓。為滿足這些要求設(shè)置了鎮(zhèn)流器和起動器，起動器的作用是開關(guān)閉合后把電路接通，電路接通后又使電路自動斷開。鎮(zhèn)流器在起動器把電路突然中斷的瞬間，由于自感現(xiàn)象而產(chǎn)生一個瞬時高壓加在燈管上，滿足激發(fā)水銀蒸氣導(dǎo)電需要高壓的要求，使日光燈管成為通路開始發(fā)光。日光燈正常工作時，

8、從圖6中可以看出交流電不斷通過鎮(zhèn)流器和燈管（不經(jīng)過起動器），由于自感現(xiàn)象鎮(zhèn)流器的線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流變化，起到降壓作用，燈管兩端電壓比220V低很多，滿足正常工作要求。 【解題點(diǎn)要】例一、 折線ABC，AB=10cm，CB=5cm，ABC=150°使其在勻強(qiáng)磁場中以速度 =2.0m/ s運(yùn)動，如圖7所示。速度方向與AB垂直，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5×10-2 T，求AC間的電勢差？哪端電勢高？解析：根據(jù)=BL 的要求，B，L，本題 與AB垂直，但與BC不垂直，則必須取BC在AB方向的投影長度為有效長度BC=BCCOS30°=5×

9、cm，=0.5×10-2×(10+5×)×10-2 ×2=1.43×10-3V。用右手定則判斷A點(diǎn)為高電勢。這里應(yīng)指出=BL 的使用條件是 B、BL、 L，若不垂直應(yīng)取其垂直部分。 例二，如圖8所示，金屬桿長為L，以O(shè)點(diǎn)為軸在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動平面與磁場垂直，若OA=OB，轉(zhuǎn)動角速度為 ，A、C兩端哪端電勢高，AC兩端電勢差U=？解析：金屬棒各處的線速度不相同，不能使用=BL，但同一桿轉(zhuǎn)動角速度均為，=R速度從O到A或B是隨長度均勻變化，故可用平均速度代入公式，OA部分平均速度為1 = = L，O C部分 1 = L

10、，則OA=B L··L =B L 2 ，OC=B L L =B L 2 ，用右手定則判斷O點(diǎn)電勢高于A點(diǎn)B L 2 ， 高于C點(diǎn)B L 2 ，所以A點(diǎn)電勢比C點(diǎn)高，U AC=B L 2-BL2 =B L 2 。例三、 如圖9所示為一單匝矩形線框置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中將它從圖示的位置拉出磁場，第一次用時間為t1 ，外力做為W1 ，通過導(dǎo)線橫截面的電量為q1 ，第二次用時間為t2 外力做功為W 2 ，通過導(dǎo)線橫截面電量為q2，且t1 <t 2 ，那么下列關(guān)系正確的是（ ）A. W1 <W 2 ， q1 < q2 B. W1 > W 2 ， q1

11、= q2 C. W1 = W 2 ， q1 = q2 D.W1 > W 2 , q1 > q2 解析：分析題意，把線框拉出磁場，兩次所需拉動距離S1=S2=S，t1 <t 2 可知第一次拉動速度大于第二次， 1 > 2 在線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流第一次大于第二次，I1>I2，所需拉力第一次大于第二次，F(xiàn)1>F2。兩次做功，W1 = F1·S，W 2 = F2·S， 所以 W1 > W 2 。兩次把線框拉出磁場，線框中磁道量均為，則，線框中感應(yīng)電流I=，通過導(dǎo)體橫截面電量q=I=，通過電量與、R有關(guān)，與時間t無關(guān)，所以q1 = q2 ，應(yīng)

12、選B。從解答過程可知，深刻理解物理概念、物理規(guī)律是學(xué)好物理、提高解題能力的基礎(chǔ)，只有基礎(chǔ)良好，才可能靈活、準(zhǔn)確使用知識解答各種疑難問題。例四， 如圖10所示，兩根相互平行，間距為d=0.04m的金屬導(dǎo)軌水平放置在磁感強(qiáng)度B=0.02T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與軌道平面垂直，垂直導(dǎo)軌放置兩根金屬棒AB和CD，它們總電阻R=0.20，導(dǎo)軌電阻不計當(dāng)棒AB受到F=0.40N向左水平拉力作用時，AB棒和CD棒分別以速度 1 和2 做勻速運(yùn)動，運(yùn)動中AB和CD所受摩擦力均為f，求兩金屬棒的速度差 1 - - 2 ，等于什么？解析：AB、CD產(chǎn)生感應(yīng)電動勢：AB=Bd1 (1)CD =Bd2 ； (2)AB

13、DC回路中感應(yīng)電流：I= ； (3)電流方向為BACD。AB棒受力F-BdI-f=0 ；(4) CD棒受力：BdI-f=0；(5)由(4)、(5)可得F=2f，由(1)(2)(3)(4)(5)可得，Bd· = f 1 - - 2 = 6 . 2 5 m / s 。例五， 如圖11所示，L有足夠大的電感，其自身直流電阻為零的線圈，L1和L2是兩個相同的小燈泡,在下面兩種情況下,小燈泡亮度變化情況是:(1)K閉合時L1 ；L2 。(2)K打開時L1 ；L2 。解析：電感線圈與L1并聯(lián)再與L2串聯(lián)，接通電路時，電流馬上可以通過L1，L2，因此燈L1、L2馬上就可以亮，L的自感現(xiàn)象不影響L1

14、和L2，但電流穩(wěn)定后L1熄滅，L2亮。斷開電鍵K時，電路馬上沒有電流，L2馬上熄滅，由于自感現(xiàn)象，L產(chǎn)生自感電動勢，與L1形成回路，L1中有瞬時電流通過，L1閃亮一下熄滅。 【課余思考】1. 法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容是什么，與=BL 的聯(lián)系和區(qū)別。2. 什么叫自感現(xiàn)象？了解日光燈正常工作條件實現(xiàn)的方法。 【同步練習(xí)】 1. 兩個閉合金屬圓環(huán)，穿在一條光滑的絕緣桿上，如圖12所示，當(dāng)條形磁鐵的N極自右向左向圓環(huán)插入時，圓環(huán)的運(yùn)動是（ ）A. 邊向右運(yùn)動邊合攏 B.邊向左運(yùn)動邊分開B. 邊向左運(yùn)動邊合攏 D.同時同向移動2. 把一只正方形線圈從磁場外自右向左勻速經(jīng)過磁場再拉出磁場，如圖13所示，從a

15、b邊進(jìn)入磁場起至cd邊拉出磁場止，線圈中感應(yīng)電流的情況是（ ）A. 先沿abcda的方向，然后無電流，以后又沿adcda的方向B. 先沿abcda的方向，然后無電流，以后又沿adcda的方向C. 先無電流，線圈全部進(jìn)入磁場后才有電流，當(dāng)ab拉出磁場后又無電流D. 先沿adcba方向，然后無電流，以后又沿abcda方向3. 如圖14，兩個光滑的導(dǎo)軌豎直放置，一金屬棒MN與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，并與導(dǎo)軌垂直，除電阻R外，其它電阻忽略不計，當(dāng)MN下落時，電阻R上消耗的最大功率為P，要使電阻上消耗的電動率為P/4，采用方法是（ ）A. 使MN質(zhì)量增為原來的二倍B. 使勻強(qiáng)磁感強(qiáng)度增為原來的二倍C. 使電阻值減為原來的一半D. 使MN長度增加為原來2倍，使導(dǎo)軌距離也增大為原來的2倍4.MN、PQ為互相平行的金屬導(dǎo)軌與電阻R相連，粗細(xì)均勻的金屬線框用OC、Ob金屬細(xì)棒與導(dǎo)軌相接觸，整個裝置處于勻強(qiáng)磁場中，磁感強(qiáng)度方向如圖15所示，當(dāng)線框繞OO 軸轉(zhuǎn)動時（ ）A.R中有