法拉第电磁感应.doc

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 成正比2公式： n为线圈匝数3导体切割磁感线产生的电动势(1)若B、L、v相互垂直，则E .(2)EBLvsin，为运动方向与磁感线方向的夹角4几种常见情况(1)线圈面积S不变，磁感应强度均匀变化(2)磁感应强度不变，线圈面积均匀变化： (3)B、S均不变，线圈绕过线圈平面内的某一轴转动时(1、2是线圈平面与磁场之间的夹角)，计算式为：5导体切割磁感线的两种情况(1)平动切割在匀强磁场中，棒垂直切割磁感线，产生的感应电动势EBLv，公式中的电动势是该时刻的瞬时感应电动势若导体不是做垂直切割磁感线运动，v与B有一夹角，如图，应该找出切割磁感线的有效速度，即与B垂直的速度v1vsin，则EBLv1BLvsin.(2)转动切割若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时，导体上各点的线速度不同，若用EBLv来计算，v应该是棒上各点速度的平均值(这与平动不同，平动时棒上各点速度相等)，即 可根据法拉第电磁感应定律来计算设长为L的棒以角速度匀速转动，经过时间t从右图所示位置转到虚线位置，则有t，棒扫过的面积 由E 当n1时， 6公式与EBLvsin的区别与联系 (1)由 求得的是t内的平均感应电动势，适用于一切情况要区别开、与 三个量E只与 成正比，与、的大小无关 (2)EBLv只适用于匀强磁场，且LB，Lv，各处v都相同的情况若v为瞬时速度，则E为该时刻的瞬时电动势；若v为平均速度，则E为平均电动势，如一段长为L的导体棒垂直于磁场方向放在匀强磁场B中，绕其一端点以垂直于B的方向的角速度转动，则该棒上产生电动势 7EBLvsin中的L为切割磁感线的导体棒的有效长度如图中，棒的有效长度为ab的弦长(可用割补法证明)8磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的比较自感现象及其应用与防止1自感现象：由于导体本身的 发生变化而产生的电磁感应现象2自感电动势：在自感现象中产生的 ，其作用总是阻碍导体中 的变化3自感系数：线圈的自感系数由线圈本身的特性决定，与线圈的 、 、线圈的 、有无铁芯等因素有关4自感现象的应用日光灯5自感现象的防止双线绕法自感现象的分析方法1明确自感电动势总是阻碍自感线圈中电流的变化，通过自感线圈的电流不能发生突变2通电自感(1)演示通电自感电路图如图所示 (2)当接通电路时，看到的现象：灯B立刻正常发光，灯A逐渐变亮至正常发光(3)结论：因线圈中电流增大，线圈中产生自感电动势的方向与原电流方向相反(增反)，对要增大的电流有阻碍作用，不能让电流立刻增加到最大值3断电自感(1)演示断电自感现象的电路图如图所示 (2)若器材满足R灯RL，线圈自感系数足够大，在断开开关的瞬间，灯泡会闪亮一下后才熄灭(RL为线圈的直流电阻)针对训练1如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计开关S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有(AD)Aa先变亮，然后逐渐变暗Bb先变亮，然后逐渐变暗Cc先变亮，然后逐渐变暗Db、c都逐渐变暗2启动器是由电容和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片通常动、静片不接触，有一个小缝隙，则下列说法正确的是()A当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致双金属片受热膨胀B当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过C当电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过D当电路通电后，动触片冷却，两个触片重新分离电磁感应中的电路问题1在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于 因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起2解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(右手定则)确定感应电动势的大小和方向；(2)画等效电路；(3)运用闭合电路欧姆定律、串、并联电路的性质、电功率等公式求解【例1】如图所示，半径为a的圆形区域内有匀强磁场，磁感应强度B0.2T，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中a0.4m，b0.6m.金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R02.一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均不计(1)若棒以v05m/s的速率在环上向右匀速滑动，金属棒滑过圆环直径OO的瞬时，MN中的电动势和流过L1的电流(2)撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL2O以OO为轴向上翻转90，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为 求L1的功率如图，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时间的变化率 k为负的常量用电阻率为、横截面积为S的硬导线做成一边长为l的方框将方框固定于纸面内，其右半部分位于磁场区域中，求：(1)导线中感应电流的大小；(2)磁场对方框作用力的大小随时间的变化率对于自感问题，首先要清楚流过线圈原来的电流方向，然后知道通过线圈的电流大小的变化趋势，再根据楞次定律判断自感电流(或电动势)的方向要注意的是：(1)只有在电流变化的过程中才会产生自感现象(2)发生自感现象时线圈相当于电源(3)自感现象阻碍线圈中电流的变化，自感电动势的方向可以和通过线圈的原电流方向相同，也可以相反(4)断电自感时通过线圈的电流从原来的值开始减小(5)只有闭合回路才会产生感应电流，若不能形成回路，则只会产生感应电动势，不会产生感应电流【例2】在如图甲所示的电路中，S闭合时流过线圈L的电流为I1，流过灯泡L1的电流为I2，且I1I2.在t1时刻将S断开，则流过灯泡L1的电流I随时间t变化的图象是乙图中的()如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，若合上或断开开关S1和S2时，可能发生的情况是( )AS1闭合的瞬间，A1灯逐渐亮起来B再合上S2稳定后，A2灯是暗的C断开S1的瞬间，A1灯立即熄灭，A2灯亮一下再熄灭D断开S1瞬间，A2灯和A1灯过一会儿才熄灭解决这类问题的基本方法(1)明确图象的种类，是Bt图还是t图，或者Et 图、It图象(2)分析电磁感应的具体过程(3)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律列出函数方程(4)根据函数方程，进行数学分析，如斜率及其变化、两轴的截距等(5)画图象或判断图象【例3】如图所示，LOOL为一折线，它所形成的两个角LOO和OOL均为45.折线的右边有一匀强磁场，其方向垂直于纸面向里一边长为l的正方形导线框沿垂直于OO的方向以速度v做匀速直线运动，在t0时刻恰好位于图中所示位置以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下图所示的四幅图中，能够正确表示电流时间(It)关系的是(时间以l/v为单位)()如图所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心环内两个圆心角为90的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触在圆心和圆环间连有电阻R.杆OM以角速度逆时针转动，t0时恰好在图示位置规定从a到b流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从t0开始转动一周的过程中，电流随t变化的图象是()针对练习一、选择题(共10小题，每小题6分，共60分，在每小题给出的四个选项中至少有一项符合题意，全部选对的得6分，漏选的得3分，错选的得0分)1关于电路中感应电动势的大小，下列说法正确的是()A穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大B电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大C电路中磁通量改变越快，感应电动势就越大D若电路在某时刻磁通量为零，则该时刻感应电流一定为零2如图所示，电阻R1、半径r10.2m的单匝圆形导线框P内有一个与P共面的圆形磁场区域Q，P、Q的圆心相同，Q的半径r20.1m.t0时刻，Q内存在着垂直于圆面向里的磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系是B2t(T)若规定逆时针方向为电流的正方向，则线框P中感应电流I随时间t变化的关系图象应该是下图中的()3如图甲所示，一个电阻为R，面积为S的矩形导线框abcd，水平放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与ad边垂直并与线框平面成45角，o、o分别是ab边和cd边的中点现将线框右半边obco绕oo逆时针旋转90到图乙所示位置在这一过程中，导线中通过的电荷量是()A.B.C.D0线绕制成的闭合线圈放在匀强磁场中，如图所示，线圈平面与磁场方向成60角，磁感应强度随时间均匀变化，用下列哪些方法可使感应电流增加一倍 ()A把线圈匝数增加一倍B把线圈面积增加一倍C把线圈半径增加一倍D改变线圈与磁场方向的夹角5如图所示是日光灯的构造示意图若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列叙述中正确的是 ()AS1接通，断开S2、S3，日光灯就能正常发光BS1、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光CS3断开，接通S1、S2后，再断开S2，日光灯就能正常发光D当日光灯正常发光后，再接通S3，日光灯仍能正常发光6如图所示的电路中，三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1R2R3，电感L的电阻可忽略，D为理想二极管电键S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的是 ()AL1先变亮，然后逐渐变暗BL2先变亮，然后逐渐变暗CL3先变亮，然后逐渐变暗DL2立即熄灭7如图所示，两根相距为l的平行直导轨ab、cd、b、d间连有一固定电阻R，导轨电阻可忽略不计MN为放在ab和cd上的一导体杆，与ab垂直，其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内)现对MN施力使它沿导轨方向以速度v做匀速运动令U表示MN两端电压的大小，则 ()AUBlv，流过固定电阻R的感应电流由b到dBUBlv，流过固定电阻R的感应电流由d到bCUBlv，流过固定电阻R的感应电流由b到dDUBlv，流过固定电阻R的感应电流由d到b8如图是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图，将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘，图中a、b导线分别与铜盘边缘和铜盘中心相连，转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流若图中铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路电阻为R，从上往下看逆时针匀速运动铜盘的角速度为.则下列说法正确的是()A回路中有大小和方向做周期性变化的电流B回路中电流大小恒定，且等于C回路中电流方向不变，且从b导线流进灯泡，再从a导线流向旋转的铜盘D若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜盘的正弦变化的磁场，不转动铜盘，灯泡中也会有电流流过9一足够大的正方形区域ABCD内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁场应强度为B，其顶点A在直线MN上，且AB、AD与MN的夹角为45，如图所示，一边长为a的正方形导线框从图示位置沿图示直线MN以速度v匀速穿过磁场区域，以逆时针方向为电流正方向，下图中能够正确表示电流时间关系的是 ()10在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一个面积不变的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，取线圈中磁场B的方向向上为正，当磁场中的磁感应强度B随时间t如图乙变化时，以下四图中正确表示线圈中感应电流变化的是 ()二、论述、计算题(本题共3小题，共40分，解答时应写出必要的文字说明、计算公式和重要的演算步骤，只写出最后答案不得分，有数值计算的题，答案中必须明确数值和单位)11如图所示，边长L0.20m的正方形导线框ABCD由粗细均匀的同种材料制成，正方形导线框每边的电阻R01.0，金属棒MN与正方形导线框的对角线长度恰好相等，金属棒MN的电阻r0.20.导线框放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度B0.50T，方向垂直导线框所在平面向里金属棒MN与导线框接触良好，且与导线框对角线BD垂直放置在导线框上，金属棒上的中点始终在BD连线上若金属棒以v4.0m/s的速度向右匀速运动，当金属棒运动至AC位置时，求(计算结果保留两位有效数字)：(1)金属棒产生的电动势大小；(2)金属棒MN上通过的电流大小和方向；(3)导线框消耗的电功率12将一个矩形金属线框折成直角框架abcdefa，置于倾角为37的斜面上，ab边与斜面的底线MN平行，如图所示.0.2m，线框总电阻为R0.02，ab边的质量为m0.01kg，其余各边的质量为忽略不计，框架可绕过c、f点的固定轴自动转动，现从t0时刻开始沿斜面向上加一随时间均匀增加的、范围足够大的匀强磁场，磁感应强度与时间的关系为B0.5t，磁场方向与cdef面垂直(cos370.8，sin370.6，g10m/s2)(1)求线框中感应电流的大小，并在ab段导线上画出感应电流的方向；(2)t为何值时框架的ab边对斜面的压力为零？13如图(a)所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0.导线的电阻不计求0至t1时间内(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；(2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量7