电磁感应定律小结:_电磁感应定律的讨论

其他工作总结 时间:2020-02-27 15:12:20 收藏本文下载本文
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电磁感应综合题的特点:

电磁感应的综合题不仅涉及法拉第电磁感应定律,他还涉及力学、热学、静电场、直流电路、磁场等许多内容,主要反映在以下几个方面:

(1)因导体的切割运动或电路中磁通量的变化,产生感应电流,使导体受到安培力的作用,从而直接影响到导体或线圈的运动。

(2)因导体的切割运动或电路中磁通量的变化,产生感应电动势等效为电源,与外部电路组成为闭合回路。

(3)以电磁感应现象中产生的电能为核心,综合着各种不同形式的能(如机械能、内能等)的转化。

电磁感应的综合题有两种基本类型:一是电磁感应与电路电场的综合;二是电磁感应与磁体、导体的受力和运动的综合;或是这两种基本类型的复合题,题中电场现象、力现象相互联系、相互影响和制约。其基本形式如:

2.电磁感应现象中能量转化规律 电磁感应现象中出现的电能,一定由其他形式的能转化而来,具体问题中会涉及多种形式的能之间的转化,机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化。分析时应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律,分析清楚有那些力做功,就可以知道有哪些形式的能量参与了相互转化,如有摩擦力做功,必然有内能出现;除了重力以外的力做功,就可能有机械能参与转化;安培力做负功就将其他形式能转化为电能,做正功将电能转化为其他形式的能;然后利用能量守恒列出方程求解。

例1.用均匀导线做成的正方形线框每边长为0.2m,正方形的一半放在和直面垂直向里的匀前磁场中,如图所示,当磁场以10T/s的变化率增强时,线框中a、b两点的电势差是()A.Uab=0.1V B.Uab=-0.1V C.Uab=0.2V D.Uab=-0.2V 例2:如图所示,阻值为R的金属棒从图示位置ab分别以v1 :v2的速度沿光滑导轨(电阻不计)匀速滑到a/ b/,若v1:v2=1:2,则在这两次过程中()A.回路电流I1:I2=1:2 B.L产生的热量Q1:Q2=1:2 C.通过任一截面的电荷量q1:q2=1:2 D.外力的功率P1:P2=1:2

例3:如图所示,竖直放置的金属框架处于水平匀强磁场中,有一长金属棒ab可以沿框自由滑动。当ab由静止开始下滑一段时间后,合上开关S,则ab将做()A.匀速运动。

B。加速运动

C.减速运动

D.无法确定

例4:一个质量m=0.016kg,长L=0.5m,宽d=0.1m,电阻R=0.1Ω的矩形线圈,从h1=5m高处由静止开始自由下落,如图所示,然后进入匀强磁场。线圈下边刚进入磁场时,由于磁场力作用,线圈正好做匀速运动。求:(1)磁场的此感应强度B。(g取10m/s2);(2)如果线圈下边通过磁场所经历的时间为Δt=0.15s,求磁场区域的高度h2(已知h2大于L)。

规律方法总结

1楞次定律及其推广

楞次定律揭示了判定感应电流方向的规律,即“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流得磁通量的变化”。楞次定律的核心思想是“阻碍”,只有深刻理解“阻碍”的含义,才能掌握定律的实质。

楞次定律说明电磁感应现象是符合能量守恒定律的,因此我们可以将楞次定律的含义推广为:“感应电流对引起它产生的原因都由阻碍作用”。这些原因包括外磁场变化、相对位置变化、相对面积变化和导体中电流变化。这样运用推广的含义解题,特变是判断闭合导体的运动要比用楞次定律本身取判断简便的多。

例1:如图所示,水平导轨上放着一根金属导体棒,外磁场竖直穿过导轨框,当B减小时,金属棒怎样运动()

A.静止

B.向右运动

C.向左运动

D.以上说法都不对 2.线框匝数N在解题中的正确应用

在磁场和电磁感应习题中,常遇到线圈是单匝还是N匝的题设条件,到底什么情况下选用N,什么情况下不要选用N,下面对其选用技巧进行点拨。

(1)不选用匝数N 凡是直接运用公式求磁通量φ=BScosθ.磁通量的变化量Δφ=φ2φ1,磁通量的变化率Δφ/Δt,匝数N不必选用。因为磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数,其大小不受匝数N的影响。

例2:一个面积S=4×10-2m2,匝数N=100的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面,磁场的磁感应强度B随时间变化规律为ΔB/Δt=2T/s,则穿过线圈的磁通量的变化率为多少?

例3:如图所示,矩形线圈长为L,宽为d,质量为m,匝数为N,总电阻为R,放在匀强磁场区域上方H处,线圈由静止自由下落,当线圈的下边刚落入磁场时便开始做匀速运动,求磁感应强度B。

3.两类电动势:感生电动势、动生电动势

电磁感应定律解决问题涉及面广,物理模型种类多,综合性强,对能力要求高。求解感应电动势时,一般有两类问题:(1)磁通量变化型

法拉第电磁感应定律是本章核心,它定性说明了电磁感应现象的原因,也定量给出了计算感应电动势的公式:E=NΔφ/Δt。根据不同情况,该公式有两种不同的表达形式:①如果B不变、S变化时,有E=NBΔS/Δt ②如果S不变、B变化时,有E=N SΔB/Δt.(2)切割磁感线型

导体在磁场中做切割磁感线运动时,感应电动势大小虽然可以由E=N SΔB/Δt.来求解,但应用E=Blvsinθ更方便,特别是求瞬时感应电动势更有必要。具体由两种特殊情况①平动切割,公式为E=Blvsinθ;②转动切割,EBLv=

12BL(此公式适应于垂直切割磁感线2的情况)。

例4:如图所示,两平行金属导轨固定在水平桌面上,每根每米的电阻为ro=0.10Ω/m.导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连,两导轨间的距离l=0.20m.。有随时间变化的云强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt,比例系数k=0.020T/s,一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直。在t=0时刻,金属杆紧靠在PQ端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t=0.60s时金属杆所受的安培力。

4.电磁感应中的图象问题。

电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量φ、感应电动势E和感应电流I随时间的变化图像,即B-t图像,φ-t图像和I-t图像。对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移X变化的图像,即E-x图像,和I-x图像。这些图像问题大体上可分为两类:由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像,或由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量。不管是何种类型,电磁感应中的图像问题常需要用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决/ 例:一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,如图(1)所示。设垂直于纸面向内的磁感应强度方向为正,垂直于纸面向外的磁感应强度方向为负。线圈中顺时针方向的感应电流为正,逆时针方向的感应电流为负。已知圆形线圈中感应电流I随时间变化的图像如图(2)所示,则线圈所在处的磁场的磁感应强度随时间变化的图像可能是图中的()

5导电滑轨类问题

该类问题有单金属棒运动和双金属运动类两类问题:(1)单金属棒运动类

例6:如图所示,在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,有两根水平放置的相距为L且足够长的平行金属导轨AB、CD,在]导体的AC端连接一阻值为R的电阻,一根垂直于导轨放置的金属棒ab,质量为m,导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦不计,若用恒力F沿水平向右拉棒运动,求金属棒的最大速度。

(2)双金属棒运动类

例7:如图所示,两金属棒ab和cd长均为l,电阻均为R,质量分别为M和m,用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧。两金属棒都处在水平位置,整个装置处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B。若金属杆ab正好匀速向下运动,求其运动的速度。

6.利用公式q计算电荷量。R7.电磁感应中能量转化问题

电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程,电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用。因此要维持安培力存在,必须有外力克服安培力做功,此过程中,其他形式的能转化为电能,当感应电流通过用电器时],电能由转化为其他形式的能。

外力克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。同力,安培力做功的过程,是电能转化为其他形式能的过程,安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。例 9如图所示,在光滑绝缘水平面上,有一半径r=10cm电阻R=0.01Ω、质量m=0.02kg的金属圆环以vo=10m/s的速度向一足够大、磁感应强度B=0.3T的匀强磁场滑去,当圆环刚好有一半进入磁场时,圆环的加速度为a=158.4m/s2,求此过程圆环增加的内能。

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