第九章__电磁感应
技术物理基础第9章 电磁感应技术
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自感现象 由于电路本身的电流发生变化引起 磁通量改变而产生的电磁感应现象叫做自感现象。 在自感现象中产生的感应电动势叫做自感电动势, 自感现象也是电磁感应的一种形式,所以它也遵守 电磁感应定律和楞次定律。
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自感系数 在自感现象中,磁通量的变化是由 于线圈本身电流的变化引起的,而磁通量的多少是 与通过线圈的电流大小成正比的,所以磁通量的变 化量 ΔΦ 必与电流的变化 ΔI成正比。根据电磁感 应定律,自感电动势与电流的变化率 ΔI/Δt成正比, 即
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第二节 楞次定律 楞次定律 从图 9-7的实验中,在磁棒插入线 圈和从线圈中拔出的过程中,会产生方向不同的感 应电流。当磁棒插入线圈时,穿过线圈的磁通量是 增加的;当磁棒从线圈中拔出时,穿过线圈的磁通 量是减少的。这说明感应电流的方向跟穿过闭合电 路的磁通量是增加还是减少是有关的。
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第四节 互感 自感 互感现象 对于两个相邻近的电路,当其中一 个电流变化时,另一个电路产生感应电动势的现象 ,叫做互感现象,互感是一种在特定方式下产生的 电磁感应现象。
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感应圈 感应圈的外观和构造如图 9-22所 示。在一束细铁丝做成的绝缘铁心 M 上,套着两 个彼此绝缘的导线线圈,其中匝数不多,由较粗导 线绕成的线圈通以电流,常称为原线圈。在原线圈 外面套着一个匝数很多、由细导线绕成的线圈,用 以获得感应电动势,常称为副线圈。
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第一节 电磁感应现象 在什么条件下才能产生电磁感应现象呢?下面 我们来研究闭合电路的一部分导体在磁场。 里做切割磁感线的运动。在图 9-1的实验中, 当导体ab做切割磁感线的运动时,电流表的指针就 会发生偏转,这说明此时电路中有电流产生;当导 体 ab沿着磁感线运动时,电流表的指针不动,这说 明此时电路中没有电流产生。
大学物理第九章
动生电动势
由于导体运动而产生的感应电动势。
dΦ B dS Bldx
i
dΦ dt
Bl
dx dt
Bl
d a
B
l
c b
dx
负号表示电动势的方向。
在磁场中运动的导线内的感应电动势
导线内每个自由电子受到的
洛仑F兹力e
B
非静E电k 场 强Fe
B
a
电场。
解:由场的对称性,变化磁场所激发的感生电场
线在管内、外都是与螺线管同轴的同心圆。
取任一电场线(半径为r)作
为闭合回 路, 则
L L
E E
E
ddll21LrESdSlBtBt2ddSrSE
ER
r
B
感生电场
1)
当r
S
<RB时 dS t
S
B t
dS
r 2 dB
dt
E
1
2r
S
§9-1 电磁感应定律
法拉第(1791-1867英国)
1831年,发现电磁感应现象。 1833年,发现电解定律。 1837年,发现电解质对电容的影响, 引入电容率概念。 1845年,发现磁光效应,顺磁质、抗 磁质等。
§9-1 电磁感应定律
1. 电磁感应现象
N
S
现象1
条形磁铁N极(或S极)插入线圈时,线圈中就有电 流通过,这种电流称为感应电流。 实验表明:磁铁与线圈有相对运动时,线圈中就有感 应电流,相对速度越大,感应电流也越大。
(a)Φ 0, dΦ
B
dt en
0, i
0
i
(b)Φ 0, dΦ
B
dt en
程守洙-普通物理学第七版-第9章--电磁感应电磁场理论
dΦ dt
(2)非闭合回路
a. Ei 已知 c
εi a Ei dl
b. Ei 未知,设法构成回路
物理之舟
εi
dΦ dt
返回 退出
若既有动生电动势,又有感生电动势
b b
εi
(v B) dl
a
a Ei dl
或
dΦ εi N dt
物理之舟
返回 退出
例9-4 半径为R 的无限长螺线管内部的磁场B随时间 作线性变化(dB/dt =常量)。 求管内外的感生电场。
Ei 2πr
Ei
R2 2r
感应电场分布为
dB dt
Ei
R22rr2ddddBtBt
物理之舟
rR
rR
返回 退出
例9-5 半径为R 的圆柱形体积内充满磁感应强度B(t) 的均匀磁场,有一长为 l 的金属棒放在其中,设 dB/dt 已知,求棒两端的感生电动势。
解: 利用前面的结果
r dB Ei 2 dt
导体棒匀速向右运动,外力( F F )的功率为
P F v IilBv Pe
外力做正功输入机械能,安培力做负功吸收它,
同时感应电动势(非静电场力)在回路中做正功又以电
能形式输出这个份额的能量。
——发电机
物理之舟
返回 退出
动生电动势的计算
(1)对于导体 回路
a. ε (v B) dl
闭合曲线
返回 退出
感应电场和感生电动势的计算
1. 感应电场的计算
对具有对称性的磁场分布,磁场变化时产生的
感应电场可由
L Ei dl
B
dS
S t
计算,方法类似于运用安培环路定理计算磁场,关 键是选取适当的闭合回路L。
高二物理第九章总结知识点
高二物理第九章总结知识点本文总结了高二物理第九章的重要知识点,旨在帮助同学们复习和回顾所学内容。
第九章主要涉及电磁感应、电磁场和电磁波三个方面的内容,并介绍了电磁振荡、交流电路和光的波动性等相关知识。
以下是本章的重点知识总结。
一、电磁感应1. 法拉第电磁感应定律:当导体相对于磁场运动或磁场发生变化时,导体中就会感应出感应电动势,其大小与导体运动速度、导体长度以及磁感应强度有关。
2. 楞次定律:感应电流的方向总是阻碍磁场发生变化的方式。
二、电磁场1. 电场和磁场:电场和磁场是相互关联的,当电场发生变化时,会产生磁场;当磁场发生变化时,会产生电场。
2. 磁场的性质:磁场有方向和大小之分,用磁感应强度表示,单位是特斯拉(T)。
3. 磁感线:磁感线是用来表示磁场方向的虚拟曲线,其方向是磁力线的方向。
三、电磁波1. 电磁波的概念:电磁波是通过自由空间以及一些介质传播的,由电场和磁场交替变化所产生的波动现象。
2. 光的电磁波性质:光既具有电磁波的特性,也具有粒子性质。
光的波长和频率之间有着确定的关系,即c=λν,其中c是光速。
3. 光的折射和反射:当光从一种介质射入另一种介质时,会发生折射现象;当光从一种介质射入另一种介质的界面上时,会发生反射现象。
四、电磁振荡和交流电路1. 电磁振荡:由于电容器和电感器之间的能量交换,电荷量和电流会周期性地发生变化。
这种周期性的变化称为电磁振荡,其频率由电容器和电感器的参数决定。
2. 交流电路:交流电路中的电压和电流大小和方向都周期性地变化,其频率通常为50Hz或60Hz,根据Ohm定律和功率公式可以计算电阻、电容和电感器上的电流和功率。
以上是本节内容的主要知识点总结。
通过对这些知识点的复习,同学们可以更好地理解和掌握高二物理第九章的内容,为进一步学习打下坚实的基础。
希望本文对同学们的学习有所帮助,祝大家学业进步!。
普通物理学课件 第九章 电磁感应 电磁场理论
导线内总的动生电动势为
∫ εi =
G (v
×
G B)
⋅
G dl
L
例题9-2 如图已知铜棒OA长L=50m,处在方向垂直 纸面向内的均匀磁场(B =0.01T)中,沿逆时针方向
绕O轴转动,角速率ω=100 πrad/s, 求铜棒中的动生
电动势大小及方向。如果是半径为50cm的铜盘以上 述角速度转动,求盘中心和边缘之间的电势差。
转速为n=10r/s,转轴与磁场方向垂直。求(1)当线
圈由其平面与磁场垂直而转过30°时线圈内的动生
电动势;(2)线圈转动时的最大电动势及该时刻线
圈的位置;(3)由初始位置开始转过1s时线圈内的
动生电动势。
ωO b
解:取顺时针的绕行方向为 正方向,线圈平面与磁场方 向垂直时为计时起点(t=0), 当线圈转过角θ时,通过单
因此,dx小段上的动生电动势为
I
v M
N
x dx
a
l
dε i
=
Bvdx
=
μ0I 2πx
vdx
总的动生电动势为
∫ ∫ εi =
dεi =
a+l a
μ0I vdx 2πx
=
μ0I 2π
vቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ln
⎛ ⎜⎝
a
+ a
l
⎞ ⎟⎠
=
4.4 ×10−6 V
例题9-4 边长为l=5cm的正方形线圈,在磁感应强度
为B=0.84T的磁场中绕轴转动,线圈铜线的电阻率为 ρ = 1.7×10−8Ω ⋅ m ,截面积S=0.5m2 ,共10匝。线圈
=
−
μ 0lI 0 2π
ln⎜⎛ ⎝
大学物理-第九章 电磁感应 电磁场理论
2.电场强度沿任意闭合曲线的线积分等于以该曲线
为边界的任意曲面的磁通量的变化率的负值。 3.通过任意闭合曲面的磁通量恒等于零。
4.磁场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过以该 曲线为边界的曲面的全电流。
第第九十章一电章磁真感空应中的电恒磁定场磁理场论
麦克斯韦方程组(物理含义)
(1) SDdSq (2)
例1 有一圆形平板电容器 R , 现对其充电,使电路上
的传导电流为 I ,若略去边缘效应, 求两极板间离开轴
线的距离为 r(r R) 的区域的(1)位移电流;
(2)磁感应强度 .
解 如图作一半径
Q Q
为 r平行于极板的圆形
回路,通过此圆面积的
电位移通量为
I
R P*r
I
ห้องสมุดไป่ตู้
D D(πr2)
D
Edl BdS
L
s t
(3) SBdS0
(4) LHdl IsD t dS
1.电荷是产生电场的源。
2.变化的磁场也是产生电场的源。
3.自然界没有单一的“磁荷”存在。
4.电流是产生磁场的源,变化的电场也是产生磁场的源。
第第九十章一电章磁真感空应中的电恒磁定场磁理场论
解:∵
B只分布在R 1
r
R 2
区
域内且
wm
B2 2
8
I2 2r 2
B I 2 r
第第九十章一电章磁真感空应中的电恒磁定场磁理场论
RR11 RR22
⊙⊙BB II
rr ⊕⊕BB
r dr
所以取体积元为 dVl2rdr
W m VwmdVR R1 28μπ2Ir22l2πrdr
高考复习 第九章 电磁感应
第九章 电磁感应知识网络:第1单元 电磁感应 楞次定律一、电磁感应现象1.产生感应电流的条件感应电流产生的条件是:穿过闭合电路的磁通量发生变化。
以上表述是充分必要条件。
不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流;反之,只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,电路中有感应电流产生。
这个表述是充分条件,不是必要的。
在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。
2.感应电动势产生的条件。
感应电动势产生的条件是:穿过电路的磁通量发生变化。
这里不要求闭合。
无论电路闭合与否,只要磁通量变化了,就一定有感应电动势产生。
这好比一个电源:不论外电路是否闭合,电动势总是存在的。
但只有当外电路闭合时,电路中才会有电流。
二、右手定则伸开右手,使大拇指与四指在同一个平面内,并跟四指垂直,让磁感线穿过手心,使大拇指指向导体的运动方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
三、楞次定律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。
( 阻碍 原磁场增加时,反抗, 原磁场减小时,补充 )2.对“阻碍”意义的理解:(1)阻碍原磁场的变化。
“阻碍”不是阻止,而是“延缓”(2)阻碍的是原磁场的变化,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.(3)阻碍不是相反.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;当磁体远离导体运动时,导体运动将和磁体运动同向,以阻碍其相对运动.(4)由于“阻碍”,为了维持原磁场变化,必须有外力克服这一“阻碍”而做功,从而导致R其它形式的能转化为电能.因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现.3.楞次定律的具体应用从“阻碍相对运动”的角度来看,楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释:既然有感应电流产生,就有其它能转化为电能。
高中物理:第9章电磁感应
第9章电磁感应第1讲 电磁感应现象 楞次定律板块一主干梳理·对点激活知识点1磁通量Ⅰ1.磁通量(1)定义:匀强磁场中,磁感应强度(B )与垂直磁场方向的面积(S )的乘积叫作穿过这个面积的磁通量,简称磁通,我们可以用穿过这一面积的磁感线条数的多少来形象地理解。
(2)公式:Φ=BS 。
(3)适用条件:①匀强磁场;②S 是垂直磁场中的有效面积。
(4)单位:韦伯(Wb ),1 Wb =1_T·m 2。
(5)标量性:磁通量是标量,但有正负之分。
磁通量的正负是这样规定的,即任何一个平面都有正、反两面,若规定磁感线从正面穿入时磁通量为正,则磁感线从反面穿入时磁通量为负。
2.磁通量的变化量 在某个过程中,穿过某个平面的磁通量的变化量等于末磁通量Φ2与初磁通量Φ1的差值,即ΔΦ=Φ2-Φ1。
3.磁通量的变化率(磁通量的变化快慢)磁通量的变化量与发生此变化所用时间的比值,即ΔΦΔt。
知识点2电磁感应现象Ⅰ1.电磁感应现象:当闭合电路的磁通量发生改变时,电路中有感应电流产生的现象。
2.产生感应电流的条件 (1)电路闭合。
(2)磁通量变化。
3.电磁感应现象的两种情况(1)闭合电路中部分导体切割磁感线运动。
(2)穿过闭合回路的磁通量发生变化。
4.电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合则产生感应电流;如果回路不闭合,则只产生感应电动势,而不产生感应电流。
5.能量转化发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能。
知识点3楞次定律Ⅱ1.楞次定律(1)内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(2)适用X 围:适用于一切回路磁通量变化的情况。
2.右手定则(1)内容:①磁感线穿入右手手心。
(从掌心入,手背穿出) ②大拇指指向导体运动的方向。
③其余四指指向感应电流的方向。
(2)适用X 围:适用于部分导体切割磁感线。
双基夯实一、思维辨析1.磁通量等于磁感应强度B 与面积S 的乘积。
大学物理 第九章 电磁感应 电磁场理论的基本概念
选择绕行方向如右图所示:
b v
o 0 I x bdr 2r 0 Ib x a dr 0 Ib x a x r 2 ln x 2
x
0 Ivab d m d m dx 方向 动 dt dx dt 2x( x a )
v
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V a I d a d ω b c b cV
三、法拉第电磁感应定律的使用方法 1、规定任一绕行方向为回路的正方向。由右手螺旋 法则确定回路的正法线方向 en 。 d 正法线方向 2、计算 SB dS 及 dt en 3、由 d 之值确定 i 的方向 dt S d L
i
d dt 0, i 0, i的方向与绕行方向相同 d 0, 0, 的方向与绕行方向相反 i i dt
L
解二: 构成扇形闭合回路
AOCA
B
L
A
1 2 m B dS BS AOCA B L 2
o
C
d m 1 1 2 d BL BL2 dt 2 dt 2
沿OACO
由楞次定律:
A
o
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例2. 如图所示,一矩形导线框在无限长载流导线I 的场中向右运 动,t时刻如图所示,求其动生电动势。
E涡 dl 0
法拉第电磁感应定律推广为
d E涡 dl L 22 dt
静电荷激发电场 E dl 0 保守力场(无旋场) 电场 d 变化磁场激发电场 E涡 dl dt
d 产生的原因不同。 E涡 dl 涡旋电场 dt 静电场 的区别 电力线不同。 E dl 0 环流不同
第九章-第二节-法拉第电磁感应定律
班级: 姓名:高三物理学案使用时间: 年 月 日 编辑人:王喜宏【学习目标】1、知道决定感应电动势大小的因素;2、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能对“磁通量的变化量”、“磁通量的变化率”进行区别;3、理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式;4、会用法拉第电磁感应定律解答有关问题;5、会计算导线切割磁感线时感应电动势的大小;【重点难点】 重点:法拉第电磁感应定律的建立过程以及对公式E=、的理解难点:对Φ、ΔΦ、物理意义的理解【考纲要求】 法拉第电磁感应定律 Ⅱ类要求这部分内容几乎每年都考,基本上以6分的选择题出现或者综合其它知识点以14到20分的计算题出现。
【学习内容】 (一)、感应电动势:1、定义: ,产生感应电动势的那部分导体相当于 .(当电路闭合时,回路中有感应电流;当电路断开时,没有感应电流,但感应电动势仍然存在。
相当于电源的部分:由于导体运动而产生电动势时,运动部分相当于电源;而由于磁场变化时产生感应电动势,磁场穿过的线圈部分相当于电源。
) 2、方向:与电源内部的 相同,由负极指向正极。
3、与感应电流的关系:I =E R +r第9章 电磁感应 课时3 法拉第电磁感应定律(二)、法拉第电磁感应定律1、表述: 。
2、公式:3、理解:(1)这是确定感应电动势的普遍规律,回路可以不闭合。
(2)公式中的n 为线圈匝数,△Φ总是取绝对值。
(3)E 的大小由线圈的匝数和磁通量的变化率决定,磁通量的变化率t∆∆Φ,是Φ-t 图象上某点切线的斜率,E 与Φ、△Φ大小无关。
(4)一般用以求Δt 时间内感应电动势的平均值。
4、求通过回路某横截面的电荷量: (三)、导体切割磁感线时的感应电动势: 1、推导:在△t 时间内:△s= 所以磁通量的变化量 △Φ= E=2、公式:E= (适用于匀强磁场,B ⊥v )3、适用情况:一段直导线(或能够等效为直导线),某时刻或某位置的瞬时电动势。
4、说明:①若导线是曲折的或L 与V 不垂直,则L 为导线的有效切割长度。
高二物理第九章知识点
高二物理第九章知识点高二物理第九章主要涉及电磁感应和电磁波的知识。
本章包括以下几个知识点:法拉第电磁感应定律、感生电动势的方向和大小、自感与互感、电磁感应中的能量转化、电磁波的概念和特性等。
下面将逐一介绍这些知识点。
一、法拉第电磁感应定律在研究电磁感应现象时,我们可以根据法拉第电磁感应定律来分析。
该定律表明,当一个导体回路中的磁通量发生变化时,回路中就会感应出电动势,导致电流的产生。
这个电动势的大小与磁场变化率成正比。
二、感生电动势的方向和大小根据法拉第电磁感应定律,我们可以判断感生电动势的方向和大小。
当磁场增强或减弱时,感生电动势的方向与磁场的变化方向相反。
而感生电动势的大小与磁场的变化率成正比,导线的长度和磁场的强度也会影响电动势的大小。
三、自感与互感自感是指电流通过导线产生的磁场,对导线自身形成的电动势的影响。
而互感是指两个或多个导线之间的磁场相互影响,导致彼此感应出电动势。
自感和互感对电磁感应现象起到了重要的作用。
四、电磁感应中的能量转化在电磁感应中,能量可以从磁场转化为电能,或从电能转化为磁场能。
例如,变压器中的能量转换主要是通过变化的磁场产生感应电流,从而实现从输入端到输出端能量转化的过程。
五、电磁波的概念和特性电磁波是由变化的电场和磁场相互耦合形成的波动现象。
电磁波具有许多特性,例如电磁波可以传播在真空中,具有波长和频率特性,可以被反射、折射和衍射等。
在高二物理学习的过程中,通过深入理解和掌握以上知识点,可以更好地理解电磁感应和电磁波相关的现象和应用。
从而提高解决实际问题的能力,并为进一步学习和研究电磁学奠定坚实的基础。
总结起来,高二物理第九章的知识点主要包括法拉第电磁感应定律、感生电动势的方向和大小、自感与互感、电磁感应中的能量转化、电磁波的概念和特性等。
通过对这些知识点的学习和掌握,我们可以更好地理解电磁学中的重要概念和原理,建立起扎实的物理基础。
希望同学们能够认真学习和应用这些知识,提高物理学习的兴趣和能力。
第九章第3单元__电磁感应的综合应用
如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,
导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻。一质量m=
0.1 kg,电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置 于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T。棒在
水平向右的外力作用下,由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀
解析:在PQ棒右侧放金属棒时,回路中会有感应电流,
使金属棒加速,PQ棒减速,当获得共同速度时,回路
中感应电流为零,两棒都将匀速运动,A、B项错误。 当一端或两端用导线连接时,PQ的动能将转化为内能 而最终静止,C、D两选项正确。 答案:CD
2.如图2所示,用粗细相同的铜丝做成边长分 别为L和2L的两只闭合线框a和b,以相同 的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域
2.(2013· 福州模拟)如图9-3-16所示,在
x≤0的区域内存在匀强磁场,磁场的方 向垂直于xOy平面(纸面)向里。具有一
图9-3-16
定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内,线框的ab边 与y轴重合。令线框从t=0时刻起由静止开始沿x轴正 方向做匀加速运动,则线框中的感应电流I(取逆时针 方向为电流正方向)随时间t的变化图线(I-t图线)可
图9-3-18
进入磁场的这段时间内,线框运动的速度—时间图象 不可能是图9-3-19中的 ( )
图9-3-19
解析:当ab边刚进入磁场时,若线框所受安培力等于重
力,则线框在从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场前
做匀速运动,故A是可能的;当ab边刚进入磁场时,若线 框所受安培力小于重力,则线框做加速度逐渐减小的加 速运动,最后可能做匀速运动,故C情况也可能;当ab边 刚进入磁场时,若线框所受安培力大于重力,则线框做 加速度逐渐减小的减速运动,最后可能做匀速运动,故D 可能;线框在磁场中不可能做匀变速运动,故B项是不可
高三物理第九章知识点归纳总结
高三物理第九章知识点归纳总结高三物理第九章主要介绍了电磁感应、电磁场和电磁波等相关知识。
本章知识点归纳总结如下:一、电磁感应电磁感应是指在导体中或磁场中产生电动势的现象。
主要包括法拉第电磁感应定律和楞次定律。
1. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了导体中感应电动势的产生与变化。
定律表达式为:感应电动势的大小与导体中磁场的变化率成正比。
2. 楞次定律楞次定律描述了通过电磁感应产生的电流方向。
根据楞次定律,感应电动势的方向总是使通过电路的电流产生一个方向上的磁场,以阻碍磁场变化的方式。
二、电磁场电磁场是由带电粒子产生的电场和磁场组成的。
学习电磁场需要了解库仑定律、电场强度、电势能、真空中的光速等相关知识。
1. 库仑定律库仑定律描述了两个电荷之间的力与电荷之间的距离、大小和性质之间的关系。
定律表达式为:两个点电荷之间的相互作用力与它们的电荷量成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
2. 电场强度电场强度是描述电场的物理量,定义为单位正电荷所受的力。
电场强度的大小与电荷量成正比,与距离的平方成反比。
3. 电势能电势能是电荷在电场中位置的一种衡量,定义为单位正电荷所具有的电势能。
电势能的大小与电荷量成正比,与距离成反比。
4. 真空中的光速真空中的光速是指电磁波在真空中传播的速度,约为3.00 x 10^8 m/s。
三、电磁波电磁波是由变化的电场和磁场相互作用而产生的能量传播现象。
本节重点学习电磁波的特性和电磁波谱。
1. 电磁波的特性电磁波有很多特性,包括振幅、波长、频率、传播速度等。
其中,波长和频率是互相关联的,与传播速度有一定的关系。
2. 电磁波谱电磁波谱是根据电磁波的不同波长和频率进行分类的。
按照波长从小到大的顺序,电磁波谱可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等七个区域。
总结:高三物理第九章主要介绍了电磁感应、电磁场和电磁波等知识点。
电磁感应涉及法拉第电磁感应定律和楞次定律,电磁场包括库仑定律、电场强度、电势能和真空中的光速等,电磁波涵盖电磁波的特性和电磁波谱。
大学物理第九章+电磁感应
• …… • 所以, 磁也可能产生电 8
9-1 电磁感应定律
1834 楞次(Lenz)
楞次定律
1845 诺埃曼(Neumann) 电磁感应数学表达
1864 麦克斯韦(Maxwell) 麦克斯韦电磁场理论
9
9.1 电磁感应定律
一、电动势*
1 .非静电力与电源
(1).有源情况下形成稳恒电流的条件
= =
p(υ×B)⋅dl =
o
− L ω lBdl = 0
LυB sin 90 cos180
0
−ωB
L
ldl
=−
0
dl = − 1 ω BL
2
LυBdl
0
2<0
(3)判断电动势方向 P端为负极,O端为正极。
40
9-1 电磁感应
七、发电机
电磁感应定律最伟大 应用之一——发电机
水轮发 电机
法拉第圆 盘发电机
22
四、Faraday电磁感应定律
1 .定律的表述
当穿过以闭合回路为边界的任意曲面的磁通量发生 变化时,产生的感应电动势正比于磁通量变化率的 负值,即(国际单位制下)
ε = − dΦ
dt
2 .感应电动势的大小:与磁通量无关,仅与磁通量的时 间变化率成正比。
23
3.“-”号的意义—确定感应电动势方向(反映
=
μ0I0L 2π
⎢⎣⎡ω
sin(ωt) ln
b + vt a + vt
− vHale Waihona Puke cosωt⎜⎛⎝b
1 + vt
−
a
1 + vt
⎟⎠⎞⎥⎦⎤
第九章 电磁感应
选修3-2 第九章 电磁感应第1讲 电磁感应产生的条件 楞次定律磁通量 Ⅰ(考纲要求)1.磁通量的计算(1)公式:Φ=BS .(2)适用条件:①匀强磁场;②S是垂直磁场的有效面积.(3)单位:韦伯,1 Wb =1 T·m 2.2.碰通量的物理意义(1)可以形象地理解为磁通量就是穿过某一面积的磁感线的条数.(2)同一个平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量最大,当它跟磁场方向平行时,磁通量为零.电磁感应现象 Ⅰ(考纲要求) 1.当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生的现象. 2.产生感应电流的条件表述1 闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.表述2 穿过闭合电路的磁通量发生变化.3.产生电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合则产生感应电流;如果回路不闭合,则只有感应电动势,而无感应电流.楞次定律 Ⅱ(考纲要求) 1.楞次定律(1)内容:感应电流具有这样的方向,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.(2)适用条件:所有电磁感应现象.2.右手定则(如图9-1-1所示)(1)内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内,让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向.(2)适用情况:导体切割磁感线产生感应电流.2.判断感应电流方向的“三步法”规律 适用范围 基本现象 安培定则 电流的磁效 应 运动电荷、电流产生磁场 左手 定则 磁场力 磁场对运动电荷、电流的作用 右手定则 楞次定律 电磁电应 导体做切割磁感线运动 回路的磁通量变化图9-1-1图9-1-2 图9-1-4 3.右手定则掌心——磁感线垂直穿入, 拇指——指向导体运动的方向, 四指——指向感应电流的方向.1.下图中能产生感应电流的是( ).2.如图9-1-2所示,小圆圈表示处于匀强磁场中的闭合电路一部分导线的横截面,速度v 在纸面内.关于感应电流的有无及方向的判断正确的是( ).A .甲图中有感应电流,方向向外B .乙图中有感应电流,方向向外C .丙图中无感应电流D .丁图中a 、b 、c 、d 四位置上均无感应电流3.(2011·杭州高三检测)如图9-1-3所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面,若使线框逐渐远离(平行)通电导线,则穿过线框的磁通量将( )。
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第九章电磁感应第1课时电磁感应现象楞次定律一、磁通量1.定义:磁感应强度与面积的乘积,叫做穿过这个面的磁通量.2.定义式:Φ=BS.说明:该式只适用于匀强磁场的情况,且式中的S是跟磁场方向垂直的面积;若不垂直,则需取平面在垂直于磁场方向上的投影面积,即Φ=BS⊥=BSsinθ,θ是S与磁场方向的夹角.3.磁通量Φ是标量,但有正负.Φ的正负意义是:从正、反两面哪个面穿入,若从一面穿入为正,则从另一面穿入为负.4.单位:韦伯,符号:Wb.5.磁通量的意义:指穿过某个面的磁感线的条数.6.磁通量的变化:ΔΦ=Φ2-Φ1,即末、初磁通量之差.(1)磁感应强度B不变,有效面积S变化时,则ΔΦ=Φ2-Φ1=B·ΔS.(2)磁感应强度B变化,磁感线穿过的有效面积S不变时,则ΔΦ=Φ2-Φ1=ΔB·S.(3)磁感应强度B和有效面积S同时变化时,则ΔΦ=Φ2-Φ1=B2S2-B1S1.二、电磁感应现象1.电磁感应现象:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应.2.产生感应电流的条件表述1:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.表述2:穿过闭合电路的磁通量发生变化,即ΔΦ≠0,闭合电路中就有感应电流产生.3.产生感应电动势的条件穿过电路的磁通量发生变化.电磁感应现象的实质是产生感应电动势.如果回路闭合,则有感应电流;如果回路不闭合,则只有感应电动势而无感应电流.说明:产生感应电动势的那部分导体相当于电源.三、感应电流方向的判断1.右手定则:伸开右手,让大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线从手心垂直进入,大拇指指向导体运动方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向.2.楞次定律内容:感应电流具有这样的方向,就是感应电流产生的磁场,总是要阻碍引起感应电流的磁通量变化.3.判断感应电流方向问题的思路运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为:“一原、二感、三电流”,即为(1)明确原磁场:弄清原磁场方向及磁通量的变化情况;(2)确定感应磁场:即跟据楞次定律中的“阻碍”原则,结合原磁场磁通量变化情况,确定出感应电流产生的感应磁场的方向;(3)判定感应电流方向:即根据感应磁场的方向,运用安培定则判断出感应电流的方向.即据原磁场(Φ原方向及ΔΦ情况)确定感应磁场(B感方向) 判断感应电流(I感方向).说明:1.楞次定律是普遍规律,适用于一切电磁感应现象,而右手定则只适用于导体切割磁感线运动的情况,此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定更简便.2.右手定则与左手定则的区别:抓住因果关系才能无误.“因动而电”——用右手;“因电而动”——用左手.重点难点例析一、磁通量及其变化的计算由公式Φ=BS计算磁通量及磁通量的变化应把握好以下几点:(1)此公式只适用于匀强磁场(2)式中的S是与磁场垂直的有效面积(3)磁通量Φ为双向标量,其正负表示与规定的正方向是相同还是相反(4)磁通量的变化量ΔΦ是指穿过磁场中某一面的末态磁通量Φ2与初态磁通量Φ1的差值, 即ΔΦ=|Φ2-Φ1|.【例1】面积为S的矩形线框abcd,处在磁感应强度为B 的匀强磁场中 (磁场区域足够大),磁场方 向与线框平面成θ角,如图 9-1-1所示,当线框以ab 为 轴顺时针转900过程中,穿 过 abcd 的磁通量变化量 ΔΦ= .【解析】设开始穿过线圈的磁通量为正,则在线框转过900的过程中,穿过线圈的磁通量是由正向BSs inθ减小到零,再由零增大到负向BScosθ,所以,磁通量的变化量为:ΔΦ=Φ2-Φ1=-BScosθ-BSsinθ=-BS(cosθ+sinθ) 【答案】-BS(cosθ+sinθ)【点拨】磁通量正负的规定:任何一个面都有正、反两面,若规定磁感线从正面穿入磁通量为正,则磁感线从反面穿入时磁通量为负.穿过某一面积的磁通量一般指合磁通量.●拓展在水平面上有一不规则的 多边形导线框,面积为S=20cm 2, 在竖直方向加以如图9-1-2所 示的磁场,则下列说法中正确的 是(方向以竖直向上为正)( )A.前2s 内穿过线框的磁通的变化为ΔΦ=0B .前1s 内穿过线框的磁通的变化为ΔΦ=-30WbC .第二个1s 内穿过线框的磁通的变化为ΔΦ=-3x10-3W bD .第二个1s 内穿过线框的磁通的变化为ΔΦ = -1x10-3W b【解析】由题意可知:刚开始计时磁感应强度为1.5T,方向竖直向上,在1s 内均匀减小到零,第二个1s 内反向增大到-1.5T,因此前1s 或第一个1s 及第二个1s 内磁通量的变化都是-3x10-3W b.选项C 正确.【答案】( C )【点拨】本题易错选A,错因是忽视了磁通量的正负号.二、感应电流方向的判定感应电流方向的判定方法:方法一:右手定则(部分导体切割磁感线) 方法二:楞次定律 【例2】某实验小组用如 图9-1-3所示的实验装置来验 证楞次定律.当条形磁铁自上 而下穿过固定的线圈时,通过电流计的感应电流方向是( )A.a →○G →b B.先a →○G →b,后b →○G →a C.先b →○G →a D.先b →○G →a,后a →○G →b 【解析】①确定原磁场的方向:条形磁铁在穿入线圈的过程中,磁场方向向下②明确回路中磁通量变化情况:向下的磁通量增加③由楞次定律的“增反减同”可知:线圈中感应电流产生的磁场方向向上④应用右手定则可以判断感应电流的方向为逆时针方向(俯视),即: b →○G →a 同理可以判断:条形磁铁穿出线圈过程中,向下的磁通量减小,由楞次定律可得线圈中将产生顺时针的感应电流(俯视),电流从a →○G →b. 【答案】( D )【点拨】根据楞次定律判断感应电流方向,有以上四个基本步骤.●拓展如图9-1-4所示,用一根长为L 质量不计的绝缘细杆与一个上弧长为0l 、下弧长为d 0的金属线框的中点连结并悬挂于O 点,悬点 正下方存在一个上弧长 为20l 、下弧长为2d 0的 方向垂直纸面向里的匀 强磁场,且 d 0<<L .先将 线框拉开到如图所示位 置,松手后让线框进入磁 场,忽略空气阻力和摩擦力,下列说法正确的是( )A.金属线框进入磁场时感应电流的方向为 a →b →c →d →aB.金属线框离开磁场时感应电流的方向为 a →d →c →b →aC.金属线框dc 边进入磁场与ab 边离开磁场的速度大小总是相等D.金属线框最终将在磁场内做简谐运动 【解析】由右手定则或楞次定律均可判断,当线框进入磁场时,感应电流方向为:a→d→c→b→a ,当线框离开磁场时,感应电流方向为:a→b→c→d→a .金属线框在进入或离开磁场时,机械能都要减小,最终将图9-1-2图9-1-4在磁场内做往复运动,由于d0<<L,线框运动为简谐运动.选项D正确.【答案】( D )三、楞次定律推论的应用在实际问题的分析中,楞次定律的应用可拓展为以下四个方面①阻碍原磁通量的变化,即“增反减同”;②阻碍相对运动,即“来拒去留”;③使线圈面积有扩大或缩小的趋势,即“大小小大”;④阻碍导体中原来的电流发生变化,即“自感现象”.【例3】如图9-1-5所示,ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈,当滑动变阻器R滑片P自左向右滑的过程中,线圈ab将( )A.静止不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.发生转动,但电源的极性不明,无法确定转动方向【解析】图9-1-5中的两个通电线圈绕向相同,电流的磁场方向相同,两磁铁之间合磁场方向是水平的.当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动时,电路中电流增大,两磁铁之间合磁场增强,穿过矩形线圈的磁通量增大.根据楞次定律,矩形闭合线圈中的感应电流磁场要阻碍磁通量增大,所以矩形线圈会顺时针转动,减小其垂直于磁场方向的投影面积,才能阻碍穿过的磁通量增大.【答案】( B )【点拨】本题现象属于减小面积阻碍磁通量增大情形.分析时应注意两通电线圈绕向相同还是相反,以及线圈所在处磁场的方向.四、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的综合应有解决此类问题的关键是抓住因果关系①因电而生磁(I→B)→安培定则②因动而生电(v、B→I感)→右手定则③因电而受力(I、B→F安)→左手定则☆易错门诊【例3】在图9-1-6中,CDEF为闭合线圈,AB 为电阻丝.当滑动变阻器的滑动头向下滑动时,线圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感强度的方向是“·”时,电源的哪一端是正极?【错解】当变阻器的滑动头在最上端时,电阻丝AB因被短路而无电流通过.由此可知,滑动头下移时,流过AB中的电流是增加的.当线圈CDEF中的电流在G处产生的磁感强度的方向是“〃”时,由楞次定律可知AB中逐渐增加的电流在G处产生的磁感强度的方向是“×”,再由右手定则可知,AB中的电流方向是从A流向B,从而判定电源的上端为正极.【错因】楞次定律中“感生电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”,所述的“磁通量”是指穿过线圈内部磁感线的条数,因此判断感应电流方向的位臵一般应该选在线圈的内部,而不是选在线圈的外部.【正解】当线圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感强度的方向是“〃”时,它在线圈内部产生磁感强度方向应是“×”,AB中增强的电流在线圈内部产生的磁感强度方向是“〃”,所以,AB中电流的方向是由B流向A,故电源的下端为正极.【答案】电源的下端为正极【点拨】分析电学问题也要注意正确选取研究对象.课堂自主训练1.两圆环A、B置于同一水平面上,其中A为均匀带电绝缘环,B为导体环.当A以如9-1-7所示的方向,绕中心转动的角速度发生变化时,B中产生如图所示的感应电流,则( BC )A.A可能带正电且转速减小B.A可能带正电且转速增大C.A可能带负电且转速减小D.A可能带负电且转速增大【解析】若A带正电, 则穿过B的磁通量垂直纸面向里,只有磁通量增大时,B中才会产生逆时针方向的感应有尽电流,故A 的转速应图9-1-6图9-1-5R图9-1-7增大,选项B 正确A 错误.若A 带负电,同理可推断选项C 正确D 错误.【答案】( BC )2.电阻R 、电容器C 与一线圈连成闭合回路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N 极朝下,如图9-1-8所示.现使磁铁开始自由下落,在N 极接近线圈上端的过程中,流过R 的电流方向和电容器极板的带电情况是( D )A.从a 到b,上极板带正电B.从a 到b,下极板带正电C.从b 到a,上极板带正电D.从b 到a,下极板带正电【解析】在N 极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁感线方向向下,磁通量增大,由楞次定律可判断流过线圈的电流方向下,即线圈下端相当于电源正极,故可知D 正确.【答案】( D )课后创新演练1.如图9-1-9所示,a 、b 、c 三个闭合线圈,放在同一平面内,当a 线圈 中有电流I 通过时,它 们的磁通量分别为Фa 、 Фb 、Фc 下列说法中正 确的是( B )A.Φa <Φb <ΦcB.Φa >Φb >ΦcC.Φa <Φc <ΦbD.Φa >Φc >Φb2.如图9-1-10所示,面积为S 的线圈放在磁感应强度为B 的竖直向上的匀强磁场中,若线圈平面与水平面所成的夹角为θ,那么穿过线圈的磁通量为( A )A.Φ=BScos θB.Φ=BSsin θC.Φ=BStan θD.Φ=BScot θ3.在水平面上有一固定的U 形金属框架,上置一金属杆ab,如图9-1-11所示(纸面即水平面),在垂直纸面方向有一匀强磁场,则( BD )A.若磁感应强度方向垂直纸面向外并增大时,杆ab 将向右移动B.若磁感应强度方向垂直纸面向外并减小时,杆ab 将向右移动C.若磁感应强度方向垂直纸面 向里并增大时,杆ab 将向右移动D.若磁感应强度方向垂直纸面 向里并减小时,杆ab 将向右移动4.如图9-1-12所示,线框面积为S ,线框平面与磁感应强度为B 的匀强磁场方向垂直.则穿过线框平面的磁通量为BS;若使线框绕轴OO ´转过600的角,则穿过线框平面的磁通量为 BS/2 ;若从初始位置转过900角,则穿过线框平面的磁通量为0;若从初始位置转过1800角,则穿过线框平面的磁通量变化量大小为2BS.若将单匝线框换成50匝线框,上述各空的结果将不变(填“变化”或“不变”).5.用如图9-1-13所示的电路来研究电磁感应现象.A 、B 为规格相同的电流表,D 是两个套在一起的大小线圈, 绕线方 向如图.小线圈与A 构成回路,大线圈与B 构成闭合电路.闭 合电键K ,稳定后电 流表 A 指针位置如 图.当电键K 突然断开时,电流表B 指针将向右偏(填“左”或“右”).【解析】闭合电键K 电路稳定后,与电流表A 相连接的线圈中电流方向向下,产生的磁场方向向上.当电键K 突然断开时,该线圈中的电流减小,其磁场减弱.与电流表B 相连接的线圈中感应电流的磁场,方向应向上,此线圈中感应电流的方向应向上.故电流表B 的指针会向右偏.【答案】右6.磁感应强度为B 的匀强磁场仅存在于边长为2L 的正方形范围内,有一个电阻为R 、边长为L 的正方形导线框abcd,沿垂直于磁感线方向,以速度v 匀速通过磁场,如图9-1-14所示,从ab 进入磁场时开始计时,到线框离开磁场为止.(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象;图9-1-10图9-1-9图9-1-8图9-1-12图9-1-13图9-1-17(2)判断线框中有无感应电流.若有,答出感应电流的方向.【解析】(1)如图9-1-15所示(2)线框进入磁场阶段,电流方向逆时针;线框在磁场中运动阶段,无电流;线框离开磁场阶段,电流方向顺时针.【答案】见解析7.如图 9-1-16所示,水平放置的两条光滑轨道 上,有可自由移动的金属棒PQ 、MN ,当PQ 在外力作用下运动时,MN 在磁场力作用下向右运动,则PQ 所做的运动可能是( BC )A.向右加速运动B.向左加速运动C.向右减速运动D.向左减速运动【解析】设PQ 向右运动,用右手定则和安培定则判断可知,穿过L 1的磁感线方向向上.若PQ 向右加速运动,则穿过L 1的磁通量增加,用楞次定律判断可知,通过MN 的感应电流方向是N→M,对MN 用左手定则判断可知MN 向左运动,可见A 选项不正确.若PQ 向右减速运动,则穿过L 1的磁通量减少,用楞次定律判断可知,通地MN的感应电流方向是M→N,用左手定则判断可知MN 是向右运动,可见C 正确.同理设PQ 向左运动,用上述类似方法可判断B 正确,而D 错误.【答案】( BC )8.原始的电话机将听筒和话筒串联成一个电路,当自己对着话筒讲话时,会从听筒听到自己的声音,导致听觉疲劳而影响通话.现代的电话将听筒电路与话筒电路分开,改进的电路原理示意图如图9-1-17所示,图中线圈Ⅰ与线圈Ⅱ匝数相等,R b =1.2K Ω,R a 为可变电阻.当R 调到某一值时,从听筒中就听不到话筒传出的声音了,这时电阻R a =1.8KΩ.【解析】话筒是一个声电转换装臵,声音信号通过话筒后转换成的电信号 从线圈Ⅰ和线圈Ⅱ两个支 路走,两个支路的电流方向 相反,若要听筒中听不到话 筒的声音,要求这两个电流 必须大小相等,这样话筒连 接的线圈中磁通量为零,听 筒连接的线圈中就没有感 应电流.因此aabR R RR R +=,将数据代入可得:R b =1.8K Ω【答案】1.8K Ω第二课时 法拉第电磁感应定律基本知识回顾一、感应电动势在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势, 产生感应电动势的那部分导体相当于电源,其电阻相当于电源内电阻.电动势是标量,为了区别反电动势,可以约定电动势的方向就是电源内部电流的方向. 二、感应电动势的大小1.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:n t∆ΦE =∆(3)公式说明①上式适用于回路中磁通量发生变化的情形,回路不一定闭合.②感应电动势E 的大小与磁通量的变化率成正比,而不是与磁通量的变化量成正比,更不是与磁通量成正比.要注意t∆Φ∆与ΔФ和Φ三个量的物理意义各不相同,且无大小上的必然关系. ③当∆Φ由磁场变化引起时,t∆∆Φ常用t B S∆∆来计算;当∆Φ由回路面积变化引起时,t∆∆Φ常用tSB∆∆来计算.图9-1-14图9-1-15图9-1-16④由tnE ∆∆Φ=算出的是时间t ∆内的平均感应电动势,一般并不等于初态与末态电动势的算术平均值.2.导体切割磁感线产生的感应电动势 (1)公式:E=BL v sin θ (2)对公式的理解①公式只适用于一部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时产生的感应电动势的计算,其中L 是导体切割磁感线的有效长度,θ是矢量B 和v 方向间的夹角,且L 与磁感线保持垂直(实际应用中一般只涉及此种情况).②若θ=900,即B ⊥v 时,公式可简化为E=BL v ,此时,感应电动势最大;若θ=00,即B ∥V 时,导体在磁场中运动不切割磁感线,E=0.③若导体是曲折的,则L 应是导体的有效切割长度,即是导体两端点在B 、v 所决定平面的垂线上的投影长度.④公式E=BL v 中,若v 为一段时间内的平均速度,则E 亦为这段时间内感应电动势的平均值;若v 为瞬时速度,则E 亦为该时刻感应电动势的瞬时值.⑤直导线绕其一端在垂直匀强磁场的平面内转动,产生的感应电动势运用公式E=BL v 计算时,式中v 是导线上各点切割速度的平均值,20L v ω+= ,所以122L ωE =3.反电动势反电动势对电路中的电流起削弱作用.重点难点例析【例1】一个200匝、面积为20cm 2的线圈,放在磁场中, 磁场的方向与线圈平面成300角, 若磁感应强度在0.05s 内由0.1T 增加到0.5T ,则0.05s 始末通过线圈的磁通量分别为 W b 和 Wb;在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量为 Wb;磁通量的平均变化率为 Wb/s;线圈中的感应电动势的大小为 V.【解析】始、末的磁通量分别为: Φ1=B 1Ssinθ=0.1×20×10-4×1/2 W b=10-4W bΦ2=B 2Ssinθ=0.5×20X10-4×1/2 W b=5×10-4W b 磁通量变化量ΔΦ=Φ2-Φ1=4×10-4 W b磁通量变化率05.01044-=∆∆Φx t W b/s=8×10-3W b/s感应电动势大小n t∆ΦE =∆=200×8×10-3V=1.6V【答案】见解析【点拨】Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt 均与线圈匝数无关,彼此之间也无直接联系;感应电动势Ε的大小取决于ΔΦ/Δt 和线圈匝数n,与Φ和ΔΦ无必然联系.● 拓展如图9-2-1所示,圆形线圈 中串联了一个平行板电容器,圈 内有磁场,磁通量Φ随时间按正 弦规律变化.以垂直纸面向里的 磁场为正,从t=0开始,在平行 板电容器中点释放一个电子,若电子运动中不会碰到板,关于电 子在一个周期内的加速度的判 断正确的是 ( )A.第二个T/4内,加速度方向向上,大小越来越小B.第二个T/4内,加速度方向向上,大小越来越大C.第三个T/4内,加速度方向向下,大小越来越大D.第三个T/4内,加速度方向向下,大小越来越小【解析】第二个1/4周期内,磁感应强度向里减小(磁通量减小),若有感应电流,其磁场方向应向里,感应电流方向为顺时针方向,则电容器下板带正电,电子的加速度方向向下,由于B 的变化越来越快,感应电动势越来越大,板间的电场强度越来越大,电子的加速度也越来越大,故A 、B 均错.第三个1/4周期内,磁 通量向外增加,感应电流的磁场仍向里,电子的 加速度方向向下,由于Φ变化越来越慢,则电动势越来越小,加速度也越来越小,故C 错、D 对.【答案】( D )二、公式nt∆ΦE =∆和sin Lv θE =B 的比较1.E= n t∆∆Φ求的是回路中Δt 时间内的平均电动势.2.E=BL v sin θ既能求导体做切割磁感线运动的平均电动势,也能求瞬时电动势.v 为平均速度,E 为平均电动势;v 为瞬时速度,E 为瞬时电动势.其中L 为有效长度.(1)E=BL v 的适用条件:导体棒平动垂直切割磁感线,当速度v 与磁感线不垂直时,要求出垂直于磁感线的速度分量.(2)122L ωE =B 的适用条件:导体棒绕一个端点垂直于磁感线匀速转动切割磁感线.(3)E=nBSωsinωt 的适用条件:线框绕垂直于匀强磁场方向的一条轴从中性面开始转动,与轴的位置无关.若从与中性面垂直的位置开始计时,则公式变为E=nBS ωcos ωt3.公式nt∆ΦE =∆和E=BL v sinθ是统一的,前者当Δt →0时,E 为瞬时值,后者v 若代入平均速度v ,则求出的是平均值.一般说来,前者求平均感应电动势更方便,后者求瞬时电动势更方便.【例2】如图9-2-2所 示,导线全部为裸导线,半径 为r 的圆环内有垂直于平面 的匀强磁场,磁感应强度为B , 一根长度大于2r 的导线MN 以速度v 在圆环上无摩擦地 自左端匀速滑到右端.电路的固定电阻为R ,其余电阻不计.试求MN 从圆环的左端滑到右端的过程中,电阻R 上的电流的平均值及通过的电荷量.【解析】本题粗看起来是MN 在切割磁感线,属于“切割”类型,要用E=BL v 求解,但切割杆MN 的有效切割长度在不断变化,用公式E=BL v 难以求得平均感应电动势.事实上,回路中的磁通量在不断变化,所以本题中平均感应电动势应由E=ΔФ/Δt 来求.由于ΔΦ=B·ΔS=B πr 2,Δt=2r/v ,根据法拉第电磁 感应定律有:2Brv t π=∆∆Φ=E所以 RBrv R 2π=E =I通过的电荷量 【答案】R Brv R 2π=E =I , Rr R t q 2πB =∆Φ== 【点拨】感应电荷量q 的求法:,,nq t t R∆ΦE E =I ==I∆∆.综合得q nR∆Φ=可见,若闭合电路中产生了感应电流,则在时间Δt 内通过导线某截面的电量q 仅由线圈的匝数n,磁通量的变化量ΔΦ和闭合电路的电阻R 决定,与磁通量发生变化的时间无关.因此要快速求得通过导线某截面的电量q,关键是正确求得磁通量的变化量ΔΦ.● 拓展如图9-2-3所示,矩形 线圈abcd 由n=50匝组成, ab 边长L 1=0.4m,bc 边长L 2 =0.2m,整个线圈的电阻 R =2Ω,在B =0.1T 的匀强磁场中,以短边中点的连线为 轴转动,ω=50rad/s,求:(1)线圈从图示位置转动900过程中的平均电动势;图9-2-2Rr R t q 2πB =∆Φ=∆I=图9-2-3(2)线圈转过900时的瞬时电动势.【解析】(1)Δt=T/4=2π/4ω=π/2ω, ΔΦ=BSt∆ΦE =∆.由以上各式代入数据得:(2)ωt=900Ε=nBSωsinωt =50×0.1×0.4×0.2×50×1V=20V【答案】(1)12.7V (2)20V三、直导体在匀强磁场中转动产生的感应电动势直导体绕其一点在垂直匀强磁场的平面内以角速度ω转动,切割磁感线,产生的感应电动势的大小为:(1)以中点为轴时 Ε=0 (2)以端点为轴时 122L ωE =B (平均速度取中点位置线速度v =ωL/2)(3)以任意点为轴时122()122L L ωE =B -(与两段的代数和不同)☆易错门诊【例3】如图9-2-4所示,长为6m 的导体AB 在磁感强度B =0.1T 的匀强磁场中,以AB 上的一点O 为轴,沿着顺时针方向旋转。