第四章 電磁感應(yīng)復(fù)習(xí)課件.ppt

1、電磁感應(yīng),普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試大綱要求,在電磁感應(yīng)一章主要要解決三個(gè)基本問題 1、感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是什么？ 2、感應(yīng)電流的方向如何判斷？ 3、感應(yīng)電流的大?。ǜ袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)）應(yīng)如何計(jì)算？,楞次定律解決了感應(yīng)電流的方向判斷問題，法拉第電磁感應(yīng)定律用于計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，而感應(yīng)電流的大小只需運(yùn)用閉合電路歐姆定律即可確定。因此，楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁感應(yīng)這一章的重點(diǎn)。,另外，電磁感應(yīng)的規(guī)律也是自感、交變電流、變壓器等知識(shí)的基礎(chǔ)，與實(shí)際生活聯(lián)系較多，因而在電磁學(xué)中占據(jù)了舉足輕重的地位。,全章可分為三個(gè)單元： 第一單元：磁通量 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 楞次定律和右手定則 第二單元：法拉第

2、電磁感應(yīng)定律和切割感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì) 第三單元： 自感現(xiàn)象,第一單元：磁通量 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 楞次定律和右手定則,一、磁通量,磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直磁場(chǎng)方向的面積S的乘積叫做穿過這個(gè)面的磁通量,=BS,1、S與B垂直：,3、S與B不垂直不平行：,=BS= BS=Bscos,（1）磁通量的物理意義就是穿過某一面積的磁感線條數(shù),（2）S是指閉合回路中包含磁場(chǎng)的那部分有效面積,2、 S與B平行：,=0,（3）磁通量雖然是標(biāo)量，卻有正負(fù)之分,如果穿過某個(gè)面的磁通量為，將該面轉(zhuǎn)過180，那么穿過該面的磁通量就是-,試比較穿過環(huán)a、b的磁通量的大?。?即a=出-進(jìn)，得ab 。,由此可知，若有像圖乙

3、所示的磁場(chǎng)，在求磁通量時(shí)要按代數(shù)和的方法求總的磁通量。,（4）磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān),二、磁通量的變化量,=2-1,=BSsin（是B與S的夾角）,例：如圖112所示，以邊長(zhǎng)為50cm的正方形導(dǎo)線框，放置在B=0.40T的身強(qiáng)磁場(chǎng)中。已知磁場(chǎng)方向與水平方向成37角，求線框繞其一邊從水平方向轉(zhuǎn)至豎直方向的過程中磁通量的變化量,三、感應(yīng)電流(電動(dòng)勢(shì))產(chǎn)生的條件,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件：只要穿過某一回路的磁通量發(fā)生變化. 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：滿足產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的同時(shí)，電路必須是閉合的。,四、感應(yīng)電流(電動(dòng)勢(shì))方向的判定：,1右手定則,伸開右手，讓大拇指跟其余四指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直

4、(或斜著)穿過掌心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向.,原磁場(chǎng) 方向,磁通量變化,感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向,運(yùn)動(dòng),現(xiàn)象,感應(yīng)電流方向（俯視，順、逆時(shí)針）,B感與B原的方向（同向、反向）,向上,增加,順時(shí)針,向下,反向,S,N,S,N,N,S,N,S,2. 楞次定律：,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)，總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.,(1)利用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的一般步驟是：,明確閉合回路中引起感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)方向；,確定原磁場(chǎng)穿過閉合回路中的磁通量如何變化(是增大還是減小)；,根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向(增反減同),利用安培定則（右手螺旋定則）確定感應(yīng)電流方向,注意：“

5、阻礙”不是阻止，阻礙磁通量變化指：磁通量增加時(shí)，阻礙增加(感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和原磁場(chǎng)方向相反，起抵消作用)（實(shí)際上磁通量還是增加）；磁通量減少時(shí)，阻礙減少(感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和原磁場(chǎng)方向一致，起補(bǔ)償作用)（實(shí)際上磁通量還是減?。?。,【例】如圖所示裝置中，cd桿原來靜止。當(dāng)ab 桿做如下那些運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿將向右移動(dòng)？ A.向右勻速運(yùn)動(dòng) B.向右加速運(yùn)動(dòng) C.向左加速運(yùn)動(dòng) D.向左減速運(yùn)動(dòng),BD,練習(xí):如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放有平行銅導(dǎo)軌，它與大線圈M相連接，要使小導(dǎo)線圖N獲得順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，則放在導(dǎo)軌上的裸金屬棒ab的運(yùn)動(dòng)情況是（兩線線圈共面放置）（ ） A向右勻速運(yùn)動(dòng) B向左加速運(yùn)動(dòng) C向右減速

6、運(yùn)動(dòng) D向右加速運(yùn)動(dòng),BC,(2)對(duì)楞次定律中“阻礙”的含義還可以推廣為，感應(yīng)電流的效果總是要阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因。,阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可理解為“來拒去留”； （因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的感應(yīng)電流）,使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)；(增縮減擴(kuò)),阻礙原電流的變化 （自感現(xiàn)象）,【例】如圖所示，固定在水平面內(nèi)的兩光滑平行金屬導(dǎo)軌M、N，兩根導(dǎo)體棒中P、Q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)（ ） AP、Q將互相靠攏 BP、Q將互相遠(yuǎn)離 C磁鐵的加速度仍為g D磁鐵的加速度小于g,AD,第二單元：法拉第電磁感應(yīng)定律,一、法拉第電磁感應(yīng)定律,1、表述： 電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿

7、過這一電路的磁通量的變化率成正比,2、公式： Ek/t k為比例常數(shù)， 當(dāng)E、t都取國(guó)際單位時(shí)，k1，所以有E/t,若線圈有n匝，則相當(dāng)于n個(gè)相同的電動(dòng)勢(shì)/t串聯(lián)，所以整個(gè)線圈中的電動(dòng)勢(shì)為En/t。,3、磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率（/t）的意義,4.感應(yīng)電量的計(jì)算,設(shè)在時(shí)間 t內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電量為q，則根據(jù)電流定義式 及法拉第電磁感應(yīng)定律 E=n /t ，得：,如果閉合電路是一個(gè)單匝線圈（n=1），則：,上式中n為線圈的匝數(shù)， 為磁通量的變化量，R為閉合電路的總電阻。,注意：與發(fā)生磁通量變化的時(shí)間無關(guān)。,例、有一面積為S100cm2的金屬環(huán)，電阻為R0.1，環(huán)中磁場(chǎng)變化規(guī)律如圖所

8、示，磁場(chǎng)方向垂直環(huán)面向里，則在t2t1時(shí)間內(nèi)通過金屬環(huán)某一截面的電荷量為_C,二、關(guān)于公式E=BLv的正確理解,（1）當(dāng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向既跟導(dǎo)體本身垂直又跟磁感線垂直時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大， E=BLv ；導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向和磁感線平行時(shí)，不切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零； 0或180時(shí)E=0；導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向和磁感線不垂直不平行時(shí)，分解v或B，取垂直分量進(jìn)行計(jì)算。,（2）此公式用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，導(dǎo)體各部分切割磁感線速度相同情況。,（3）若導(dǎo)體各部分切割磁感線速度不同，可取其平均速度求電動(dòng)勢(shì)。,（4）公式中的L指有效切割長(zhǎng)度。,例、直接寫出圖示各種情況下導(dǎo)線兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式(B.L.R已知),答案: E=

9、Blvsin;E=2BRv;E=BRv,練習(xí):如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌間距為d，一端跨接電阻為R，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直平行導(dǎo)軌平面，一根長(zhǎng)金屬棒與導(dǎo)軌成角放置，棒與導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，當(dāng)棒沿垂直棒的方向以恒定速度v在導(dǎo)軌上滑行時(shí)，通過電阻的電流是（ ） ABdv/（Rsin） BBdv/R CBdvsin/R DBdvcos/R,A,三.轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),在應(yīng)用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式時(shí)，必須注意其中的速度v應(yīng)該指導(dǎo)線上各點(diǎn)的平均速度，在圖中應(yīng)該是金屬棒中點(diǎn)的速度，因此有。,練習(xí):如圖所示，正方形線圈ABCD位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，AB邊與磁場(chǎng)左邊界重合。在相同的時(shí)間內(nèi)使線圈分別向左勻速拉出磁場(chǎng)和繞

10、AB邊勻速轉(zhuǎn)出磁場(chǎng)。則前后兩種情況下回路中通過的電量q1 、q2與外力所做的功W1 、W2 之比為：（ ） A、 q1 q2 = 1 2 B、q1 q2 = 1 1 C、 W1W2 = 1 D、W1 W2 = 8 2,B,專題：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中綜合問題,一、電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用,問題的處理思路 1、確定電源:產(chǎn)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分電路就相當(dāng)于電源，利用法拉第電磁感應(yīng)定律確定其電動(dòng)勢(shì)的大小，利用楞次定律確定其正負(fù)極. 需要強(qiáng)調(diào)的是：在電源內(nèi)部電流是由負(fù)極流向正極的，在外部從正極流向外電路，并由負(fù)極流入電源.如無感應(yīng)電流，則可以假設(shè)電流如果存在時(shí)的流向. 2、分析電路結(jié)構(gòu),畫等效電

11、路圖. 3、利用電路規(guī)律求解,主要有歐姆定律，串并聯(lián)規(guī)律等.,例題:用同樣材料和規(guī)格的導(dǎo)線做成的圓環(huán)a和b,它們的半徑之比ra:rb2:1,連接兩圓環(huán)部分的兩根直導(dǎo)線的電阻不計(jì)且靠的很近,均勻變化的磁場(chǎng)具有理想的邊界（邊界寬于圓環(huán)直徑）如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度以恒定的變化率變化.那么當(dāng)a環(huán)置于磁場(chǎng)中與b環(huán)置于磁場(chǎng)中兩種情況下,直導(dǎo)線中上下A、B兩點(diǎn)電勢(shì)差之比U1 / U2為 .,二、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題,電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力的作用，因此，電磁感應(yīng)問題往往跟力學(xué)問題聯(lián)系在一起。,解決這類電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題，不僅要應(yīng)用電磁學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、左右

12、手定則、安培力的計(jì)算公式等，還要應(yīng)用力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律等。要將電磁學(xué)和力學(xué)的知識(shí)綜合起來應(yīng)用。,由于安培力和導(dǎo)體中的電流、運(yùn)動(dòng)速度均有關(guān)， 所以對(duì)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析十分必要。,問題：豎直放置的U形導(dǎo)軌寬為L(zhǎng)，上端串有電阻R。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外。金屬棒ab的質(zhì)量為m，與導(dǎo)軌接觸良好，不計(jì)摩擦。從靜止釋放后ab保持水平而下滑。試分析ab下滑過程中的運(yùn)動(dòng)情況并確定能表征其最終運(yùn)動(dòng)情況的物理量的值（其余導(dǎo)體部分的電阻都忽略不計(jì)）,基本思路是:,變形：如圖所示，豎直平行導(dǎo)軌間距l(xiāng)=20cm，導(dǎo)軌頂端接有一電鍵

13、K。導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌接觸良好且無摩擦，ab的電阻R=0.4，質(zhì)量m=10g，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，整個(gè)裝置處在與軌道平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感強(qiáng)度B=1T。當(dāng)ab棒由靜止釋放0.8s 后，突然接通電鍵，不計(jì)空氣阻力，設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)。求ab棒的最大速度和最終速度的大小。（g取10m/s2）,解:,ab 棒由靜止開始自由下落0.8s時(shí)速度大小為,v=gt=8m/s,則閉合K瞬間，導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小,IBlv/R=4A,ab棒受重力mg=0.1N, 安培力F=BIL=0.8N.,因?yàn)镕mg，ab棒加速度向上，開始做減速運(yùn)動(dòng)，,產(chǎn)生的感應(yīng)電流和受到的安培力逐漸減小，,當(dāng)安培力 F=mg時(shí)，開始做勻速直

14、線運(yùn)動(dòng)。,此時(shí)滿足B2l2 vm /R =mg,解得最終速度，,vm = mgR/B2l2 = 1m/s。,閉合電鍵時(shí)速度最大為8m/s。,t=0.8s l=20cm R=0.4m=10g B=1T,變形：豎直放置冂形金屬框架，寬1m，足夠長(zhǎng)，一根質(zhì)量是0.1kg，電阻0.1的金屬桿可沿框架無摩擦地滑動(dòng).框架下部有一垂直框架平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度是0.1T，金屬桿MN自磁場(chǎng)邊界上方0.8m處由靜止釋放(如圖).求： (1)金屬桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； (2)金屬桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的加速度； (3)金屬桿運(yùn)動(dòng)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;,第三單元： 自感現(xiàn)象,一、自感,1.自感現(xiàn)象是指導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，自感電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈中的電流的變化率成正比.,公式：E=LI/t,2.自感電動(dòng)勢(shì)的方向：自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化(同樣遵循楞次定律).當(dāng)原來電流在增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原來電流方向相反，當(dāng)原來電流在減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原來電流方向相同，另外，“阻礙”并非“阻止”，電流還是在變化的.,3.自感系數(shù),(1)自感系數(shù)是描述導(dǎo)體（注意：不只是線圈）通過本身的

16、電流變化所引起阻礙作用力大小的一個(gè)物理量。其數(shù)值與導(dǎo)體中是否有電流，電流的大小，電流是否發(fā)生變化均沒有關(guān)系。,(2)線圈的自感系數(shù)跟線圈的形狀、長(zhǎng)短、匝數(shù)、有無鐵芯等因素有關(guān)。,(3)自感系數(shù)的單位是亨利，簡(jiǎn)稱亨，符號(hào)是H。,4.自感線圈在電路中的作用：,即通過自感線圈中的電流不能突變，由于自感線圈對(duì)電流變化的延遲作用，電流從一個(gè)值變到另一個(gè)值總需要時(shí)間： 剛閉合電路時(shí)，線圈這一支路相當(dāng)于開路即此時(shí)I=0； 電路閉合一段時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定后，線圈相當(dāng)于導(dǎo)線或電阻； 電路剛斷開時(shí)，線圈相當(dāng)于一個(gè)電源，該電源會(huì)重新建立一個(gè)回路，但線圈的電流的方向與穩(wěn)定工作時(shí)保持一致.,【例】如圖所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略不計(jì)，下列說法中正確的是 A合上開關(guān)S接通電路時(shí)，A2先亮A1后亮，最后一樣亮 B合上