第31章 法拉第定律
法拉第电磁感应定律课件-高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
一、感应电动势
线圈相当于电源
在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。
一、感应电动势
Q1:感应电动势的大小跟哪些因素有关?
一、感应电动势
实验方法:控制变量法
探究1:探究感应电动势与磁通量变化量的定量关系
实验方案:保持其他物理量不变,磁感应强度加倍,看灵敏电流计的最大示数。
一、感应电动势
探究2:探究感应电动势与线圈匝数的定量关系
一般求的是瞬时感应电动势若v为平均速度,求的是平均感应电动势
转动切割
法拉第圆盘发电机
如图所示,金属圆盘半径为L,磁感应强度为B,垂直于纸面向里。若圆盘转动的角速度ω,求E。
变式3 (不定项)如图甲所示是法拉第圆盘发电机的照片,图乙是圆盘发电机的侧视图,图丙是圆盘发电机的示意图.设,匀强磁场的磁感应强度大小为,圆盘顺时针转动的角速度为 ,则下列说法正确的是( )
a端
二、动生电动势
例2 (不定项)如图所示,一导线弯成直径为<m></m>的半圆形闭合线框.虚线<m></m>右侧有磁感应强度为<m></m>的匀强磁场,方向垂直于线框所在的平面.现线框以速度<m></m>向右匀速进入磁场,直径<m></m>始终与<m></m>垂直.从<m></m>点到达边界开始到<m></m>点进入磁场为止,下列说法中正确的是( )
A.在<m></m>时间内穿过线圈的磁通量的变化量为<m></m>B.在<m></m>时间内穿过线圈的磁通量的变化量为<m></m>C.线圈中产生的感应电动势为<m></m>D.线圈中产生的感应电动势为<m></m>
法拉第定律
法拉第定律法拉第定律法拉第定律是描述电极上通过的电量与电极反应物重量之间的关系的,又称为电解定律。
法拉第定律又叫电解定律,是电镀过程遵循的基本定律。
法拉第(Michael Faraday l791-1867) 是英国著名的自学成才的科学家,他发现的电解定律至今仍然指导着电沉积技术,是电化学中最基本的定律,从事电镀专业的工作者,都应该熟知这著名的定律。
它又分为两个子定律,即法拉第第一定律和法拉第第二定律。
(1)法拉第第一定律法拉第的研究表明,在电解过程中,阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比。
当我们讨论的是金属的电沉积时,用公式可以表示为:M=KQ=KIt式中M 一析出金属的质量;K —比例常数;Q —通过的电量;I—电流强度;t—通电时间。
法拉第第一定律描述的是电能转化为化学能的定性的关系,进一步的研究表明,这种转化有着严格的定量关系,这就是法拉第第二定律所要表述的内容。
(2)法拉第第二定律电解过程中,通过的电量相同,所析出或溶解出的不同物质的物质的量相同。
也可以表述为:电解1mol 的物质,所需用的电量都是1 个“法拉第” (F),等于96500 C 或者26.8A?h 。
1F=26.8A?h=96500C结合第一定律也可以说用相同的电量通过不同的电解质溶液时,在电极上析出(或溶解)的物质与它们的物质的量成正比。
由于现在标准用语中推荐使用摩尔数,也可以用摩尔数来描述这些定理。
所谓摩尔是表示物质的量的单位,每摩尔物质含有阿伏伽德罗常数个微粒。
摩尔简称摩,符号mol 。
由于每mol 的任何物质所含的原子的数量是一个常数,即6.023 X 10的23次方,这个数被叫作阿伏伽德罗常数。
阿伏伽德罗常数是很大的数值,但摩尔作为物质的量的单位应用极为方便。
因为1mol碳的质量是12g,即为6.023 X 10 的23 次方个碳原子的质量。
由此,我们可以推算1mol 任何原子的质量。
一种元素的相对原子质量(原子量)是以l2C 的质量的I/12作为标准。
《法拉第电磁感应定律》 讲义
《法拉第电磁感应定律》讲义一、电磁感应现象的发现在 19 世纪初,电和磁的研究还处于相对分离的状态。
丹麦科学家奥斯特在 1820 年发现了电流的磁效应,这一发现揭示了电和磁之间的紧密联系,为后来的电磁学研究奠定了基础。
而英国科学家法拉第则对磁生电的现象产生了浓厚的兴趣。
经过多年的不懈努力和实验探索,法拉第终于在1831 年发现了电磁感应现象。
他通过实验观察到,当闭合回路中的磁通量发生变化时,回路中会产生感应电动势,从而产生感应电流。
这一发现具有划时代的意义,它不仅揭示了电和磁之间的相互转化关系,也为后来发电机的发明和电力工业的发展奠定了基础。
二、法拉第电磁感应定律的内容法拉第电磁感应定律指出:闭合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。
用公式表示为:$E = n\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$,其中$E$ 表示感应电动势,$n$ 为线圈的匝数,$\Delta\Phi$ 表示磁通量的变化量,$\Delta t$ 表示变化所用的时间。
需要注意的是,这里的磁通量是指穿过闭合回路的磁感线的条数。
磁通量的变化可能是由于磁场的变化、回路面积的变化或者两者同时变化引起的。
三、对法拉第电磁感应定律的深入理解1、感应电动势的方向根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
因此,可以通过楞次定律来判断感应电动势的方向。
当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,感应电动势的方向与电流方向相同;当磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,感应电动势的方向与电流方向也相同。
2、平均感应电动势和瞬时感应电动势在法拉第电磁感应定律中,如果磁通量的变化是在一段时间内发生的,计算得到的感应电动势称为平均感应电动势;如果磁通量的变化是在某一时刻发生的,计算得到的感应电动势称为瞬时感应电动势。
对于一些简单的情况,如磁场均匀变化或导体切割磁感线运动,可以通过相应的公式直接计算瞬时感应电动势。
高中物理选修课件第章法拉第电磁感应定律
实验器材和步骤
• 实验器材:电磁铁、线圈、电流表、电压表、滑动变阻器 、开关、导线等。
实验器材和步骤
实验步骤 1. 按照实验电路图连接好实验器材。
2. 调节电磁铁的电流,使线圈中产生磁场。
实验器材和步骤
3. 迅速改变滑动变阻器的阻值 ,使线圈中的磁通量发生变化。
4. 观察电流表和电压表的读数 ,记录实验数据。
当穿过回路的磁通量发生变化时,回路中的感生电动势ε感的大小和穿过回路的 磁通量变化率等成正比。
磁通量与感应电动势关系
当线圈(导体回路)不动而磁场变化时,磁场变化时在路中激发的感应电动势与 磁通量的变化率成正比。
XX
PART 02
法拉第电磁感应定律公式 及推导
REPORTING
法拉第电磁感应定律公式
• 法拉第电磁感应定律公式:E = -N * (ΔΦ) / (Δt)。其中,E表示感应电动势,N表示线圈匝数,ΔΦ表示磁通量的变化量, Δt表示变化所用的时间。
公式中各物理量含义及单位
01
E
感应电动势,单位为伏特(V )
02
N
线圈匝数,无单位
03
04
ΔΦ
磁通量的变化量,单位为韦伯 (Wb)
Δt
变化所用的时间,单位为秒( s)
XX
PART 01
法拉第电磁感应定律基本 概念
REPORTING
电磁感应现象
电磁感应
当导体回路在变化的磁场中或导体回 路在恒定的磁场中作切割磁感线运动 时,导体回路中就会产生感应电动势 ,从而产生感应电流的现象。
感应电流方向
感应电流的方向可用楞次定律或右手 定则来判断。
法拉第电磁感应定律内容
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律 课件
三、反电动势 1.电动机转持原来的转动就必须向电动机提供电能, 电能转化为 其他形式能 . 2.若电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动,这时就没有 了 反电动势 ,线圈中电流会很大,可能会把电动机烧毁,这时 应立即 切断电源,进行检查.
的感应电动势多大?回路中的电流为多少?
解析 夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路 中的感应电动势. 3 s 末时刻,夹在导轨间导体的长度为:
l=vt·tan 30°=5×3×tan 30°m=5 3 m 此时:E=Blv=0.2×5 3×5 V=5 3 V 电路电阻为 R=(15+5 3+10 3)×0.2 Ω≈8.196 Ω 所以 I=ER≈1.06 A 答案 5 3 m 5 3 V 1.06 A
2.实际应用不同 E=nΔΔΦt 应用于磁感应强度变化所产生的感应电动势较方便;E =Blvsin θ 应用于导线切割磁感线所产生的感应电动势较方便. 3.E 的意义不同 E=nΔΔΦt 求的一般是平均感应电动势,但当 Δt→0 时,E=nΔΔΦt 可 表示瞬时感应电动势;E=Blv 一般求的是瞬时感应电动势,当 v
(2)前5 s内的平均感应电动势的大小. 解析 前5 s内磁通量的变化ΔΦ′=Φ2′-Φ1′ =S(B2′-B1′)=200×10-4×(0.2-0.2) Wb=0. 由法拉第电磁感应定律 E′=nΔΦΔt′=0. 答案 0
二、导体切割磁感线时的感应电动势 公式E=Blvsin θ的理解 (1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论,通常用来 求导体做切割磁感线运动时的感应电动势.若B、l、v两两垂 直,则E=Blv.
(2)式中l应理解为导线切割磁感线时的有效长度,即导体在 与v垂直方向上的投影长度.如图5甲中,感应电动势E=Blv= 2Brv≠Bπrv(半圆弧形导线做切割磁感线运动).在图乙中,感 应电动势E=Blvsin θ≠Blv.
法拉第定律
∆Φ E=n ∆t
ω
练习1 有一面积为 = 的金属环, 练习1:有一面积为S=100cm2的金属环,电 阻为R= 阻为 =0.1Ω,环中磁场变化规律如图所示,磁 ,环中磁场变化规律如图所示, 场方向垂直环面向里,则在t 场方向垂直环面向里,则在 1-t2时间内金属环 、通过金属环的 中产生的感应电动势0.01v . 电流0.1A
M
a
B
N
v
I=0.5A
(2)维持a 维持a
U=1.5V
r b
P Q
b做匀速运动的外力多大 做匀速运动的外力多大? b做匀速运动的外力多大?R
F=0.1N
b向右运动1m的过程中 外力做的功是多少? 向右运动1m的过程中, (3)a b向右运动1m的过程中,外力做的功是多少?电 路中产生的热量是多少? 路中产生的热量是多少? W =0.1J Q=0.1J
法拉第电磁感应定律
思考: 思考:
问题1 什么叫电磁感应现象? 问题1:什么叫电磁感应现象? 利用磁场产生电流的现象 问题2 产生感应电流的条件是什么? 问题2:产生感应电流的条件是什么? (1)闭合电路
(2)磁通量变化
问题3:比较甲、 问题 :比较甲、乙两电路
S G
甲
乙 N
产生电动势的那部分导体相当于电源
F
例与练4 例与练 如图,半径为 的金属环绕通过某直径的轴 的金属环绕通过某直径的轴00'以角 如图,半径为r的金属环绕通过某直径的轴 以角 速度ω作匀速转动 匀强磁场的磁感应强度为B,从 速度 作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为 , 作匀速转动 匀强磁场的磁感应强度为 金属环面与磁场方向重合时开始计时,则在 重合时开始计时 金属环面与磁场方向重合时开始计时 则在 金属环 转过90 角的过程中, 转过 0角的过程中,环中产生的电动势的 平均值是多大? 平均值是多大 0
高三物理法拉第电磁感应定律
之间加竖直向下的磁感应
强度随时间均匀增加的匀 强磁场,若用IR、IL、IC
M
a B
N
R L C
分别表示通过R、L和C的
电流,
P
b
Q
则下列判断正确的是 ( A C ) A.若ab棒静止,则 IR=0、IL=0、IC=0 B.在ab棒向左匀速运动过程中,
IR≠0、IL≠0、 IC≠0
C.在ab棒向左匀速运动过程中, IR≠0、IL≠0、 IC=0 D.在ab棒向左匀加速运动过程中,、 a M 则 I ≠0、I ≠0 、 I =0
原线圈中感应电动势随时间均匀增加,副线圈中感应 电动势为定值,所以IR≠0、IL≠0、IC=0,C正确. 在ab棒向左匀加速运动过程中, 1 2 2 BS ( B0 kt )( S0 L at ) 1 2 2 E 2 2 k ( S0 L at ) ( B0 kt ) Lat ) 2 原线圈中感应电动势随时间不均匀增加,副线圈中感 应电动势随时间变化,所以IR≠0、IL≠0、IC≠0, D错.
B.Uac=2Uab
4 2 C.电容器带电量 Q BL C 9 D.若在eO间连接一个电压表,则电压表示数为零
a b c O d e C
解见下页
解: 导体棒在磁场中绕O点以角速度ω匀速转动时, 产生的感应电动势为 E 1 Bl 2 2 2 2 1 L 1 4 L 1 2 U cO B U bO B U aO BL 2 9 2 9 2 4 2 5 U ac U aO U cO BL U ab U aO U bO BL2 9 18 所以A正确,B错误。 4 2 Q CU ac BL C 电容器带电量 C正确。 9 2 1 L U eO U cO B 2 9 eO间连接一个电压表示数 a b c O 不为零,D错误。 d e C
法拉第电磁感应定律 课件
[解析] MN 滑过的距离为L3时,如图甲所示,它与 bc 的接触点为 P, 等效电路图如图乙所示。
由几何关系可知 MP 长度为L3,MP 中的感应电动势 E=13BLv MP 段的电阻 r=13R MacP 和 MbP 两电路的并联电阻为 r 并=1313×+2323R=29R 由欧姆定律,PM 中的电流 I=r+Er并
别 某段导体的感应电动势不一定为零 感线时产生的感应电动势
由于是整个电路的感应电动势,因此 电源部分不容易确定
是由一部分导体切割磁感线的运 动产生的,该部分导体就相当于 电源
联 公式 E=nΔΔΦt 和 E=Blvsin θ 是统一的,当 Δt→0 时,E 为瞬时感应电动 系 势,只是由于高中数学知识所限,现在还不能这样求瞬时感应电动势,
甲
乙
丙
(4)该式适用于导体平动时,即导体上各点的速度相等时。 (5)当导体绕一端转动时如图所示,由于导体上各点的速度不同,是 线性增加的,所以导体运动的平均速度为 v =0+2ωl=ω2l,由公式 E=Bl v 得,E=Blω2l=12Bl2ω。
(6)公式中的 v 应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而磁场 运动时,也有电磁感应现象产生。
[答案] (1)n3πRBt00r22 电流由 b 向 a 通过 R1 (2)nπ3BR0tr022t1
【总结提能】 解决与电路相联系的电磁感应问题时,关键是求出回路的感应电动 势,有时候还要正确画出等效电路图,或将立体图转换为平面图。
[典例] 如图所示,直角三角形导线框 abc 固定在匀强磁场中,ab 是 一段长为 L、电阻为 R 的均匀导线,ac 和 bc 的电阻可不计,ac 长度为L2。 磁场的磁感应强度为 B,方向垂直纸面向里。现有一段长度为L2,电阻为R2 的均匀导体棒 MN 架在导线框上,开始时紧靠 ac,然后沿 ab 方向以恒定 速度 v 向 b 端滑动,滑动中始终与 ac 平行并与导线框保持良好接触,当 MN 滑过的距离为L3时,导线 ac 中的电流为多大?方向如何?
3-2 1.31法拉第电磁感应定律
(二)过程与方法 通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式 E=BLv,掌握运用理论知识探究问题的方法。 (三)情感、态度与价值观 1.从不同物理现象中抽象出个性与共性问题,培养学生对不同事物进行分析,找出共性与 个性的辩证唯物主义思想。 2.了解法拉第探索科学的方法,学习他的执著的科学探究精神。
教 学 重 点 、 难 点 教 学 方 法 教 学 手 段
教学重点 法拉第电磁感应定律。 教学难点 平均电动势与瞬时电动势区别。
演示法、归纳法、类比法
多媒体电脑、投影仪、投影片。
1
3-2 1.31 法拉第电磁感应定律 教学活动
(一)引入新课 在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是什么? 在电磁感应现象中,磁通量发生变化的方式有哪些情况? 恒定电流中学过,电路中存在持续电流的条件是什么? 在电磁感应现象中,既然闭合电路中有感应电流,这个电路中就一定有电动势。 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。 下面我们就来探讨感应电动势的大小 决定因素。 (二)进行新课 1、感应电动势 在图 a 与图 b 中,若电路是 断开的,有无电流?有无电动 势? 电路断开,肯定无电流,但 有电动势。 电动势大,电流一定大吗?电流的大小由电动势和电阻共同决定。 图 b 中,哪部分相当于 a 中的电源?螺线管相当于电源。 图 b 中,哪部分相当于 a 中电源内阻?线圈自身的电阻。 在电磁感应现象中,不论电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就 有感应电动势.有感应电动势是电磁感应现象的本质。 (1)概念:在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势,用“E”表示,产 生感应电动势的哪部分导体就相当于电源。 (2)感应电动势和感应电流 电路闭合:穿过回路的磁通量就有感应电动势和感应电流。 电路断开:穿过回路的磁通量就有感应电动势无感应电流。 2、法拉第电磁感应定律 感应电动势跟什么因素有关?现在演示前节课中三个成功实验,用 CAI 课件展 示出这三个电路图,同时提出三个问题供学生思考: 甲
高中物理法拉第电磁感应定律课件
法拉第电磁感应定律的原 理
变化的磁场产生电场
总结词
变化的磁场会产生电场,这是法 拉第电磁感应定律的核心内容。
详细描述
根据法拉第的实验和理论,当磁 场发生变化时,会在导体中产生 电动势,从而产生电流。这个现 象称为电磁感应。
产生感应电动势的条件
总结词
要产生感应电动势,需要有两个条件同时满足:一是导体处于变化的磁场中,二 是导体是闭合电路的一部分。
详细描述
当导体在变化的磁场中时,导体中的电子受到洛伦兹力的作用,从而在导体中产 生电流。如果导体不是闭合电路的一部分,则产生的电流将会消失。
感应电动势的大小计算
总结词
感应电动势的大小与磁通量的变化率 成正比,这是法拉第电磁感应定律的 定量表述。
详细描述
根据法拉第电磁感应定律,感应电动 势的大小计算公式为 e = -dΦ/dt,其 中 e 是感应电动势,Φ 是磁通量,t 是时间。这个公式表明,感应电动势 的大小与磁通量的变化率成正比。
THANKS
磁悬浮列车的原理
总结词
磁悬浮列车利用法拉第电磁感应定律实 现列车与轨道的分离。
VS
详细描述
磁悬浮列车通过强大的磁场产生推力,使 列车与轨道之间保持一定距离。当列车向 前运动时,车体下方的线圈会产生感应电 动势,与轨道磁场相互作用产生推力,使 列车前进。同时,磁悬浮列车采用非接触 式设计,减少了摩擦和磨损,提高了运行 效率和安全性。
磁通量与感应电动势的关系
总结词
磁通量的变化是产生感应电动势的必 要条件,而感应电动势的大小则与磁 通量的变化率有关。
详细描述
磁通量是描述磁场分布的物理量,当 磁通量发生变化时,会在导体中产生 感应电动势。感应电动势的大小则取 决于磁通量变化的快慢程度。
(含答案)法拉第电磁感应定律、公式E=Blv的使用解析
法拉第电磁感应定律、公式E =Blv 的使用一、基础知识(一)法拉第电磁感应定律 1、感应电动势(1)感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势.产生感应电动势的那部分导体就相当于电源,导体的电阻相当于电源内阻.(2)感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路欧姆定律,即I =ER +r .2、法拉第电磁感应定律(1)内容:闭合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:E =n ΔΦΔt .3、导体切割磁感线的情形(1)一般情况:运动速度v 和磁感线方向夹角为θ,则E =Bl v sin_θ. (2)常用情况:运动速度v 和磁感线方向垂直,则E =Bl v . (3)导体棒在磁场中转动导体棒以端点为轴,在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E =Bl v =12Bl 2ω(平均速度等于中点位置线速度12lω).(二)法拉第电磁感应定律的应用 1、感应电动势大小的决定因素(1)感应电动势的大小由穿过闭合电路的磁通量的变化率ΔΦΔt 和线圈的匝数共同决定,而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然联系.(2)当ΔΦ仅由B 引起时,则E =n S ΔB Δt ;当ΔΦ仅由S 引起时,则E =n B ΔSΔt .2、磁通量的变化率ΔΦΔt 是Φ-t 图象上某点切线的斜率.(三)导体切割磁感线产生感应电动势的计算 1、公式E =Bl v 的使用条件(1)匀强磁场.(2)B 、l 、v 三者相互垂直.(3)如不垂直,用公式E =Bl v sin θ求解,θ为B 与v 方向间的夹角. 2、“瞬时性”的理解若v 为瞬时速度,则E 为瞬时感应电动势.若v 为平均速度,则E 为平均感应电动势,即E =Bl v . 3、切割的“有效长度”公式中的l 为有效切割长度,即导体与v 垂直的方向上的投影长度.图8中有效长度分别为:图8甲图:l =cd sin β;乙图:沿v 1方向运动时,l =MN ;沿v 2方向运动时,l =0.丙图:沿v 1方向运动时,l =2R ;沿v 2方向运动时,l =0;沿v 3方向运动时,l =R . 4、“相对性”的理解E =Bl v 中的速度v 是相对于磁场的速度,若磁场也运动,应注意速度间的相对关系.1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况; (2)利用楞次定律确定感应电流的方向;(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解. 2.几点注意(1)公式E =n ΔΦΔt是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择.(2)用公式E =nS ΔBΔt求感应电动势时,S 为线圈在磁场范围内的有效面积.(3)通过回路截面的电荷量q 仅与n 、ΔΦ和回路总电阻R 总有关,与时间长短无关.推导如下:q =I Δt =n ΔΦΔtR 总·Δt =n ΔΦR 总. 二、练习1、(2011·广东理综·15)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是 ( )A .感应电动势的大小与线圈的匝数无关B .穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大C .穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D .感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 答案 C解析 由法拉第电磁感应定律E =n ΔΦΔt 可知感应电动势的大小E 与n 有关,与ΔΦΔt 即磁通量变化的快慢成正比,所以A 、B 错误,C 正确.由楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的原磁通量的变化,即原磁通量增加,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;原磁通量减小,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,故D 错误.2、 如图所示的金属圆环放在有界匀强磁场中,将它从磁场中匀速拉出来,下列说法正确的是 ( )A .向左拉出和向右拉出过程中,其感应电流方向相反B .不管从什么方向拉出,环中的感应电流方向总是顺时针的C .不管从什么方向拉出,环中的磁通量的变化量都相同D .在匀速拉出过程中,感应电流大小不变 答案 BC解析 无论是向左拉出或向右拉出磁场区域,圆环中的磁通量都减少,由楞次定律可判出环中的感应电流方向应是顺时针的,B 、C 项正确,A 项错误;由E =Bl v 知,圆环被拉出时,切割的有效长度在变化,因此,E 发生变化,感应电流大小发生变化,D 项错误.3、(2010·江苏单科·2)一矩形线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直.先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1 s 时间内均匀地增大到原来的两倍.接着保持增大后的磁感应强度不变,在1 s 时间内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半.先后两个过程中,线框中感应电动势的比值为 ( ) A.12 B .1 C .2 D .4答案 B解析 设原磁感应强度是B ,线框面积是S .第1 s 内ΔΦ1=2BS -BS =BS ,第2 s 内ΔΦ2=2B ·S2-2B ·S=-BS .因为E =n ΔΦΔt,所以两次感应电动势大小相等,B 正确.4、一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在磁场中,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,下列方法可使感应电流增加一倍的是( )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为另一定值 答案 C解析 设导线的电阻率为ρ,横截面积为S 0,线圈的半径为r ,线圈与磁场方向的夹角为θ,线圈匝数为n ,则I =E R =nΔΦΔt R =n πr 2ΔBΔt sin θρn ·2πr S 0=S 0r 2ρ·ΔBΔt·sin θ,可见,将r 增加一倍,I 增加一倍;改变线圈与磁场方向的夹角,sin θ不能变为原来的2倍(因sin θ最大值为1);若将线圈的面积增加一倍,半径r 增加(2-1)倍,电流增加(2-1)倍;I 与线圈匝数无关.综上所述,只有C 项正确.5、(2012·课标全国·19)如图,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B 0.使该线框从静止开始绕过圆心O 、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流.现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化.为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率ΔBΔt 的大小应为( )A.4ωB 0πB.2ωB 0πC.ωB 0πD.ωB 02π答案 C解析 当线框绕过圆心O 的转动轴以角速度ω匀速转动时,由于面积的变化产生感应电动势,从而产生感应电流.设半圆的半径为r ,导线框的电阻为R ,即I 1=E R =ΔΦR Δt =B 0ΔS R Δt =12πr 2B 0R πω=B 0r 2ω2R.当线框不动,磁感应强度变化时,I 2=E R =ΔΦR Δt =ΔBS R Δt =ΔB πr 22R Δt ,因I 1=I 2,可得ΔB Δt =ωB 0π,C 选项正确.6、如图所示,两块水平放置的金属板距离为d ,用导线、开关K 与一个n 匝的线圈连接,线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场B 中.两板间放一台小型压力传感器,压力传感器上表面绝缘,在其上表面静止放置一个质量为m 、电荷量为q 的带正电小球.K 没有闭合时传感器有示数,K 闭合时传感器示数变为原来的一半.则线圈中磁场B 的变化情况和磁通量变化率分别为( )A .正在增强,ΔΦΔt =mgd2qB .正在增强,ΔΦΔt =mgd2nqC .正在减弱,ΔΦΔt =mgd2qD .正在减弱,ΔΦΔt =mgd2nq答案 B解析 根据K 闭合时传感器示数变为原来的一半,推出带正电小球受电场力向上,即上极板带负电,下极板带正电,线圈感应电动势的方向从上极板经线圈流向下极板,根据安培定则知感应磁场的方向向下,与原磁场方向相反,又由楞次定律得线圈中磁场正在增强;对小球受力分析得q E d =mg2,其中感应电动势E =n ΔΦΔt ,代入得ΔΦΔt =mgd2nq,故B 正确.7、如图所示,长为L 的金属导线弯成一圆环,导线的两端接在电容为C 的平行板电容器上,P 、Q 为电容器的两个极板,磁场垂直于环面向里,磁感应强度以B =B 0+Kt (K >0)随时间变化,t =0时,P 、Q 两极板电势相等.两极板间的距离远小于环的半径,则经时间t 电容器P 板 ( )A .不带电B .所带电荷量与t 成正比C .带正电,电荷量是KL 2C 4πD .带负电,电荷量是KL 2C4π答案 D解析 磁感应强度以B =B 0+Kt (K >0)随时间变化,由法拉第电磁感应定律得E =ΔΦΔt =S ΔBΔt=KS ,而S =L 24π,经时间t 电容器P 板所带电荷量Q =EC =KL 2C4π;由楞次定律知电容器P 板带负电,故D 选项正确.8、如图甲所示,电路的左侧是一个电容为C 的电容器,电路的右侧是一个环形导体,环形导体所围的面积为S .在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示.则在0~t 0时间内电容器( )A .上极板带正电,所带电荷量为CS (B 2-B 1)t 0B .上极板带正电,所带电荷量为C (B 2-B 1)t 0C .上极板带负电,所带电荷量为CS (B 2-B 1)t 0D .上极板带负电,所带电荷量为C (B 2-B 1)t 0答案 A解析 由题图乙可知ΔB Δt =B 2-B 1t 0,B 增大,根据楞次定律,感应电流沿逆时针方向,故上极板带正电,E =n S ΔB Δt =S (B 2-B 1)t 0,Q =CE =CS (B 2-B 1)t 0,A 正确.9、如图所示,正方形线圈abcd 位于纸面内,边长为L ,匝数为N ,线圈内接有电阻值为R 的电阻,过ab 中点和cd 中点的连线OO ′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁场的磁感应强度为B .当线圈转过90°时,通过电阻R 的电荷量为( )A.BL 22R B.NBL 22R C.BL 2RD.NBL 2R答案 B解析 初状态时,通过线圈的磁通量为Φ1=BL 22,当线圈转过90°时,通过线圈的磁通量为0,由q =N ΔΦR 总可得通过电阻R 的电荷量为NBL 22R .10、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R 1连接成闭合回路.线圈的半径为r 1, 在线圈中半径为r 2的圆形区域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t 0和B 0. 导线的电阻不计.求0至t 1时间内:(a) (b) (1)通过电阻R 1上的电流大小和方向;(2)通过电阻R 1上的电荷量q 及电阻R 1上产生的热量. 审题指导1.用公式E =n ΔB Δt ·S 求解时,S 应为线圈在磁场范围内的有效面积,ΔBΔt 应为B -t 图象斜率的大小.2. 产生感应电动势的线圈相当于电源,R 1为外电阻.解析 (1)穿过闭合线圈的磁场的面积为S =πr 22由题图(b)可知,磁感应强度B 的变化率的大小为ΔB Δt =B 0t 0根据法拉第电磁感应定律得:E =n ΔΦΔt =nS ΔB Δt =nB 0πr 22t 0由闭合电路欧姆定律可知流过电阻R 1的电流为: I =E R +2R =nB 0πr 223Rt 0再根据楞次定律可以判断,流过电阻R 1的电流方向应由b 到a (2)0至t 1时间内通过电阻R 1的电荷量为 q =It 1=nB 0πr 22t 13Rt 0电阻R 1上产生的热量为Q =I 2R1t 1=2n 2B 20π2r 42t 19Rt 20答案 (1)nB 0πr 223Rt 0方向从b 到a(2)nB 0πr 22t 13Rt 0 2n 2B 20π2r 42t 19Rt 2011、如图甲所示,边长为L 、质量为m 、总电阻为R 的正方形导线框静置于光滑水平面上,处于与水平面垂直的匀强磁场中,匀强磁场磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图乙所示.求:甲 乙 (1)在t =0到t =t 0时间内,通过导线框的感应电流大小; (2)在t =t 02时刻,ab 边所受磁场作用力大小;(3)在t =0到t =t 0时间内,导线框中电流做的功.答案 (1)B 0L 2Rt 0 (2)B 20L 32Rt 0 (3)B 20L4Rt 0解析 (1)由法拉第电磁感应定律得,导线框的感应电动势 E =ΔΦΔt =B 0L 2t 0通过导线框的感应电流大小:I =E R =B 0L 2Rt 0(2)t =t 02时刻,ab 边所受磁场作用力大小:F =BILF =B 20L 32Rt 0(3)在t =0到t =t 0时间内,导线框中电流做的功:W =I 2Rt 0=B 20L 4Rt 0.12、2012年11月24日,中国的歼-15战机成功在“辽宁号”航母上起降,使中国真正拥有了自己的航母.由于地磁场的存在,飞机在一定高度水平飞行时,其机翼就会切割磁感线,机翼的两端之间会有一定的电势差.则从飞行员的角度看,机翼左端的电势比右端的电势 ( )A .低B .高C .相等D .以上情况都有可能答案 B解析 北半球的地磁场的竖直分量向下,由右手定则可判定飞机无论向哪个方向飞行,由飞行员的角度看均为左侧机翼电势较高.13、如图所示,长为L 的金属导线上端悬于C 点,下端系一小球A ,在竖直向下的匀强磁场中做圆锥摆运动,转动方向如图所示,导线与竖直方向的夹角为θ,摆球的角速度为ω,磁感应强度为B ,则金属导线中产生感应电动势的高电势端及大小为( )A .C 点 12BL 2ωB .C 点 12BL 2ωsin 2 θC .A 点 12BL 2ωD .A 点 12BL 2ωsin 2 θ答案 B解析 由右手定则可判断φC >φA ,即C 端的电势高于A 端的电势;金属导线切割磁感线的有效长度为L sin θ,所以导线中产生的感应电动势为:E =12B (L sin θ)2ω=12BL 2ωsin 2 θ.故B 正确.14、在范围足够大,方向竖直向下的匀强磁场中,B =0.2 T ,有一水平放置的光滑框架,宽度为L =0.4 m ,如图所示,框架上放置一质量为0.05 kg 、电阻为1 Ω的金属杆cd ,框架电阻不计.若杆cd 以恒定加速度a =2 m/s 2,由静止开始做匀变速运动,则:(1)在5 s 内平均感应电动势是多少? (2)第5 s 末,回路中的电流多大?(3)第5 s 末,作用在cd 杆上的水平外力多大? 答案 (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N 解析 (1)5 s 内的位移x =12at 2=25 m5 s 内的平均速度v =xt =5 m/s (也可用v =0+v 52求解)故平均感应电动势E =BL v =0.4 V(2)第5 s 末:v =at =10 m/s 此时感应电动势:E =BL v 则回路中的电流为 I =E R =BL v R =0.2×0.4×101A =0.8 A(3)杆cd 匀加速运动,由牛顿第二定律得F -F 安=ma即F=BIL+ma=0.164 N15、解析(1)金属棒达到最大速度时产生的电动势E=B0L v m(1分)回路中产生的感应电流I=ER+r(1分)金属棒所受安培力F=B0IL(1分)金属棒所受合外力为零时,下滑的速度达到最大,则mg sin θ-F-μmg cos θ=0(2分)解得v m=2 m/s(1分)(2)设电阻R上产生的焦耳热为Q,整个电路产生的焦耳热为Q总,则由动能定理,得mgs sin θ-μmgs cos θ-W安=12m v2m(3分)W安=Q总(1分)Q=RR+rQ总(1分)解得Q=0.16 J.(1分)(3)不产生感应电流,即磁通量不变,金属棒不受安培力作用,金属棒做匀加速直线运动,由牛顿第二定律可得mg sin θ-μmg cos θ=ma(2分)得a=g(sin θ-μcos θ)=10×(0.6-0.5×0.8) m/s2=2 m/s2(1分)根据闭合回路磁通量不变有B0Ls=BL(s+v m t+12at2)(3分)得B=3t2+2t+3(1分)所以,当t=1 s时,B=0.5 T.(1分)答案(1)2 m/s(2)0.16 J(3)0.5 T16、如图所示,线圈A、B是由不同材料制成的导体线圈,它们的质量一样大,形状一样,设磁场足够大,下列说法正确的是()A.电阻大的线圈达到稳定速度时的速度大B.电阻小的线圈达到稳定速度时的速度大C.两线圈的稳定速度是一样的D.电阻率大的材料制成的线圈,稳定速度大答案 A解析以极端情况分析,若线圈电阻非常大,以至于无穷大时,线圈中电流趋近于零,线圈做自由落体运动,速度将不断增大,所以可推知电阻大的线圈稳定运动时的速度大,A正确.17、如图甲所示,MN、PQ是固定于同一水平面内相互平行的粗糙长直导轨,间距L=2.0 m,R是连在导轨一端的电阻,质量m=1.0 kg的导体棒ab垂直跨在导轨上,电压传感器与这部分装置相连.导轨所在空间有一磁感应强度B=0.50 T、方向竖直向下的匀强磁场.从t=0开始对导体棒ab施加一个水平向左的拉力,使其由静止开始沿导轨向左运动,电压传感器测出R两端的电压随时间变化的图线如图乙所示,其中OA、BC段是直线,AB段是曲线.假设在1.2 s以后拉力的功率P=4.5 W保持不变.导轨和导体棒ab的电阻均可忽略不计,导体棒ab在运动过程中始终与导轨垂直,且接触良好.不计电压传感器对电路的影响.g取10 m/s2.求:(1)导体棒ab 最大速度v m 的大小;(2)在1.2 s ~2.4 s 的时间内,该装置总共产生的热量Q ; (3)导体棒ab 与导轨间的动摩擦因数μ和电阻R 的值.审题指导 1.R 两端的电压和导体棒中产生的电动势有什么关系? 2.在1.2 s ~2.4 s 的时间内,能量是如何转化的?3.0~1.2 s 和2.4 s 后导体棒分别做什么运动?受力情况如何?解析 (1)从题图乙可知,2.4 s 时R 两端的电压最大,U m =1.0 V ,由于导体棒内阻不计,故U m =E m =BL v m =1.0 V , 所以v m =E mBL=1.0 m/s ① (2)因为U =E =BL v ,而B 、L 为常数,所以由题图乙知,在0~1.2 s 内导体棒做匀加速直线运动.设导体棒在这段时间内的加速度为a ,t 1=1.2 s 时导体棒的速度为v 1,由题图乙可知此时电压U 1=0.90 V . 因为U 1=E 1=BL v 1② 所以v 1=U 1BL=0.90 m/s在1.2 s ~2.4 s 时间内,根据功能关系12m v 21+P ·Δt =12m v 2m+Q ③ 代入数据解得Q ≈5.3 J(3)导体棒做匀加速运动的加速度 a =v 1-0t 1=0.75 m/s 2当t 1=1.2 s 时,设拉力为F 1,则有F 1=Pv 1=5.0 N同理,当t 2=2.4 s 时,设拉力为F 2,则有F 2=Pv m =4.5 N对ab 棒受力分析如图所示,根据牛顿第二定律有 F 1-F f -F 安1=ma④F 2-F f -F 安2=0 ⑤ mg -F N =0⑥ 又因为F 安1=BI 1L =BLU 1R⑦ F 安2=BI 2L =BLU mR⑧ F f =μF N⑨联立④⑤⑥⑦⑧⑨,代入数据可求得 R =0.4 Ω,μ=0.2答案 (1)1.0 m/s (2)5.3 J (3)0.2 0.4 Ω18、 (2012·四川理综·20)半径为a 、右端开小口的导体圆环和长为2a 的导体直杆,单位长度电阻均为R 0.圆环水平固定放置,整个内部区域分布着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B .直杆在圆环上以速度v 平行于直径CD 向右做匀速直线运动,直杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O 开始,直杆的位置由θ确定,如图所示.则( ) A .θ=0时,直杆产生的电动势为2Ba vB .θ=π3时,直杆产生的电动势为3Ba vC .θ=0时,直杆受的安培力大小为2B 2a v(π+2)R 0D .θ=π3时,直杆受的安培力大小为3B 2a v (5π+3)R 0答案 AD解析 当θ=0时,直杆切割磁感线的有效长度l 1=2a ,所以直杆产生的电动势E 1=Bl 1v =2Ba v ,选项A 正确.此时直杆上的电流I 1=E 1(πa +2a )R 0=2B v (π+2)R 0,直杆受到的安培力大小F 1=BI 1l 1=4B 2a v (π+2)R 0,选项C 错误.当θ=π3时,直杆切割磁感线的有效长度l 2=2a cos π3=a ,直杆产生的电动势E 2=Bl 2v =Ba v ,选项B 错误.此时直杆上的电流I 2=E 2(2πa -2πa6+a )R 0=3B v (5π+3)R 0,直杆受到的安培力大小F 2=BI 2l 2=3B 2a v(5π+3)R 0,选项D 正确.19、 (2010·山东理综·21)如图所示,空间存在两个磁场,磁感应强度大小均为B ,方向相反且垂直纸面,MN 、PQ 为其边界,OO ′为其对称轴.一导线折成边长为L 的正方形闭合回路abcd ,回路在纸面内以恒定速度v 0向右运动,当运动到关于OO ′对称的位置时( )A .穿过回路的磁通量为零B .回路中感应电动势大小为BL v 0C .回路中感应电流的方向为顺时针方向D .回路中ab 边与cd 边所受安培力方向相同 答案 AD解析 由于两磁场的磁感应强度大小相等,方向相反,且回路此时关于OO ′对称,因而此时穿过回路的磁通量为零,A 项正确;ab 、cd 均切割磁感线,相当于两个电源,由右手定则知,回路中感应电流方向为逆时针方向,两电源串联,感应电动势为2BL v 0,B 、C 项错误;由左手定则知ab 、cd 所受安培力方向均向左,D 项正确.20、一个边长为L 的正方形导线框在倾角为θ的光滑固定斜面上由静止开始沿斜面下滑,随后进入虚线下方方向垂直于斜面的匀强磁场中.如图所示,磁场的上边界线水平,线框的下边ab 边始终水平,斜面以及下方的磁场往下方延伸到足够远.下列推理判断正确的是( )A .线框进入磁场过程b 点的电势比a 点高B .线框进入磁场过程一定是减速运动C .线框中产生的焦耳热一定等于线框减少的机械能D .线框从不同高度下滑时,进入磁场过程中通过线框导线横截面的电荷量不同 答案 C解析 ab 边进入磁场后,切割磁感线,ab 相当于电源,由右手定则可知a 为等效电源的正极,a 点电势高,A 项错.由于线框所受重力的分力mg sin θ与安培力大小不能确定,所以不能确定其是减速还是加速,B 项错;由能量守恒知C 项对;由q =n ΔΦR 知,q 与线框下降的高度无关,D 项错.21、如图所示,P 、Q 是两根竖直且足够长的金属杆(电阻忽略不计),处在垂直纸面向里的匀强磁场B 中,MN 是一个螺线管,它的绕线方法没有画出,P 、Q 的输出端a 、b 和MN 的输入端c 、d 之间用导线相连,A 是在MN 的正下方水平放置在地面上的金属圆环.现将金属棒ef 由静止释放,在下滑中始终与P 、Q 杆良好接触且无摩擦.在金属棒释放后下列说法正确的是( )A .A 环中有大小不变的感应电流B .A 环中有越来越大的感应电流C .A 环对地面的压力先减小后增大至恒定值D .A 环对地面的压力先增大后减小至恒定值 答案 D解析 金属棒ef 从静止释放后,产生感应电流I =Bl vR ,受力分析得mg -BIl =ma ,故其做a 减小的加速运动,当a =0后做匀速运动.MN 螺线管上的电流I =Bl vR ,随v 增大而增大,故A 上产生与螺线管上相反的感应电流,由于反向电流相互排斥,A 环受到斥力,故对地面的压力增大,当ef 匀速运动时,电路中电流恒定,A 环上不再产生感应电流,对地面的压力大小等于重力.C 项错误,D 项正确.由于A 环上产生的I 感正比于MN 上电流的变化率,MN 上电流的变化率由ΔvΔt 决定,由此知I A 逐渐减小,A 、B 项错误.22、如图所示,MN 、PQ 是两根竖直放置的间距为L 的足够长的光滑平行金属导轨,虚线以上有垂直纸面向外的匀强磁场Ⅰ,虚线以下有垂直纸面向里的匀强磁场Ⅱ,两磁场区域的磁感应强度均为B .金属棒ab 质量为M ,电阻为R ,静止放在Ⅰ中导轨上的水平突起上;金属棒cd 质量为m ,电阻也为R .让cd 在Ⅱ中某处无初速度释放,当cd 下落距离为h 时,ab 恰好对突起没有压力.已知两根金属棒始终水平且与金属导轨接触良好,金属导轨的电阻不计,重力加速度为g .求:(1)当cd 下落距离为h 时,通过ab 的电流I . (2)当cd 下落距离为h 时,cd 的速度大小v .(3)从cd 释放到下落距离为h 的过程中,ab 上产生的焦耳热Q ab .(结果用B 、L 、M 、m 、R 、h 、g 表示) 答案 (1)Mg BL (2)2MgR B 2L 2 (3)12mgh -mM 2g 2R 2B 4L 4解析 (1)由题意知,ab 受重力和安培力作用处于平衡状态,有 Mg =BIL 解得I =MgBL(2)设cd 切割磁感线产生的感应电动势为E ,有 E =BL v I =E 2R联立以上各式解得v =2MgRB 2L2(3)由能量守恒定律得mgh =Q ab +Q cd +12m v 2因ab 与cd 串联,且电阻相等,故Q ab =Q cd 联立解得Q ab =12mgh -mM 2g 2R 2B 4L 4。
法拉第定律内容和数学表达式
法拉第定律内容和数学表达式
法拉第定律是电学中的基本定律之一,描述了电流通过导
体的关系。
具体内容如下:
法拉第定律:电流通过导体的大小与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比。
数学表达式如下:
I = V/R
其中,
I 表示电流的大小,单位为安培(A);
V 表示导体两端的电压,单位为伏特(V);
R 表示导体的电阻,单位为欧姆(Ω)。
根据法拉第定律,电流的大小与电压成正比,即电压越大,电流越大;电流的大小与电阻成反比,即电阻越大,电流
越小。
这个定律在电路分析和设计中非常重要,可以用来计算电
路中的电流、电压和电阻之间的关系。
法拉第电解定律
法拉第电解定律Faraday's law of electrolysis英国物理学家和化学家M.法拉第在总结大量实验结果的基础上,于1834 年所确定的关于电解的两条基本定律。
电解第一定律在电极上析出(或溶解)的物质的质量m同通过电解液的总电量Q (即电流强度I与通电时间t的乘积)成正比,即m = KQ = Kit,其中比例系数K的值同所析出(或溶解)的物质有关,叫做该物质的电化学当量(简称电化当量)。
电化当量等于通过1库仑电量时析出(或溶解)物质的质量。
电解第二定律当通过各电解液的总电量Q相同时,在电极上析出(或溶解)的物质的质量m同各物质的化学当量C (即原子量A与原子价Z之比值)成正比。
电解第二定律也可表述为:物质的电化学当量K同其化学当量C成正比, 即百K = —a ■—,Z式中比例系数a对所有的物质都有相同的数值,通常把它写成1/F , F叫做法拉第常数,简称法拉第,其值为9.648455 X104库仑/摩尔。
可以把电解第一定律和电解第二定律合用一个公式表示如下A若物质的质量m以克表示时的数值恰等于其化学当量二,则称物质的量为1克当量。
按照法拉第电解定律,在电极上析出(或溶解)一克当量物质所需的电荷量为F。
当物质的量为一摩尔时,组成该物质的原子个数等于阿伏伽德罗常数N o,其值约为6.022 X1023每摩尔。
因此,按照法拉第定律,在电极上析出一摩尔物质所需的电量ZF,它等于N。
个Z价离子所带电量的绝对值之和。
每一Z价离子所带电量的绝对值等于基本电荷e (电子所带电量的绝对值,约为1.602 X0-19库仑)的Z倍,由此可见即基本电荷e等于法拉第常数F与阿伏伽德罗常数N o之比(即1摩尔电 法拉第电解定律是电化学中的重要定律,在电化生产中经常用到它。
历史上, 法拉第电解定律曾启发物理学家形成电荷具有原子性的概念, 这对于导致基本电 荷e 的发现以及建立物质的电结构理论具有重大意义。
法拉第电磁感应定律 课件
二、楞次定律与右手定则的区别及联系
楞次定律
右手定则
研究 对象
整个闭合回路
闭合回路的一部分, 即做切割磁感线运动 的导体
区 别
适用 范围
各种电磁感应现象
只适用于导体在磁场 中做切割磁感线运动 的情况
用于磁感应强度B随时 用于导体切割磁感线
应用 间变化而产生的电磁感 产生电磁感应的现象
应现象较方便
较方便
一、对楞次定律的理解 1.因果关系:闭合导体回路中磁通量的变化是因, 产生感应电流是果;原因产生结果,结果又反过来 影响原因. 2.“阻碍”的含义
谁阻 是感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的 碍谁 磁场(原磁场)的磁通量的变化
阻碍 什么
阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身
如何 阻碍
当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场 的方向相反;当磁通量减少时,感应电流的磁场 方向与原磁场的方向相同,即“增反减同”
(2)若电磁感应致使回路的面积有收缩或扩张的趋势, 则收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化,即磁 通量增大时,面积有收缩趋势,磁通量减少时,面 积有增大趋势,简称口诀:“增缩减扩”. 特别提醒:判断回路面积的变化趋势时,若穿过闭 合回路的磁感线皆朝同一方向,既可由一般步骤判 断,也可根据楞次定律的推广含义判断,若闭合回 路所围面积内存在两个方向的磁场,则不宜采用楞 次定律的推广含义判断、应根据一般步骤判断.
C.静止不动
D.不能判定
图4-3-5
【精讲精析】 法一:阻碍相对运动法. 产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概 括为四个字“来拒去留”.磁铁向右运动时,铜环 产生的感应电流总是阻碍导体间的相对运动,则磁 铁和铜环间有排斥作用.故A正确. 法二:电流元受力分析法. 如图4-3-6所示,当磁铁向环运动时,由楞次定 律判断出铜环的感应电流方向,把铜环的电流等效 为多段直线电流元,取上、下两小段电流元进行研
《法拉第电磁感应定律》 (1)精选全文
E 2Br 2
B 0'
例与练5
在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长ab=L1,bc=L2 线框绕中心轴00'以角速度ω由图示位置逆时针方向转动。求:
(1)线圈转过1/4周的过程
中的平均感
应电动势
0ω
E 2BL1L2
a
d
B
c b
0'
例与练5
在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长
E BS BL2 810 4 V t 2 2
小结:也可用 E Blv
进行计算,因为从O→A,各点的线速度 是均匀变化的,故取棒中点的速度代表 棒的平均速度,由
E Blv中 BL(L / 2) BL2 / 2
仍得到上面的结果.
例与练14
如图,边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁 场中绕AB边匀速转动,磁感应强度为B,初始时 刻线框所在的平面与磁感线垂直,经过t时间转过 1200角,求: (1)线框内感应电动 势在时间t内的平均值. (2)转过1200角时感 应电动势的瞬时值.
有R=3.0Ω的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为
r=1.0Ω,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向
下的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10m/s的速度
向右做匀速运动.
(1)ab中的电流多大? ab两点间的电压多大?
I=0.5A U=1.5V
M
a
N
(2)维持ab做匀速运动的外力多大? R B r v
I1 E1 R E1 2
I2 R E2 E2 1
q1 I1 t1 1
q2 I2 t2 1
Q1
I
2 1
Rt1
物理 电磁学 第31讲 法拉第电磁感应定律及楞次定律
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
电磁感应
麦克斯韦方程组
法拉第电磁感应定律 动生电动势和感生电动势 自感与互感 磁场的能量和能量密度 麦克斯韦方程组 电磁波
§4.1
法拉第电磁感应定律
磁效应 对称性 磁场的
1820年: 奥斯特 电流的 1821年: 法拉第 电效应? 1831年: 法拉第发表了关于 磁生电的实验结果
4.1.3 楞次定律
通量表述:闭合回路中感应电流的方向,总是使它所 激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。 力表述:运动导体上的感应电流受的安培力总是反抗 (或阻碍)导体的运动。
(1) 磁铁向 下运动
Ii
(2) 磁铁向 上运动
Ii
感应电流的效果总是反抗引起它的原因
楞次定律的实质是:产生感应电流的过程必须遵守 能量守恒定律。
= N = ,
则 N
d i N dt
例1:如右图所示,长直导线中通交变电流I I 0 sin t (I0 和为正常数,电流方向向上为正),置于磁导率 为 的介质中。求与其共面的 N 匝矩形回路(位置、 尺寸如图所示)中的感应电动势的大小。 I d L 解: B B dS i N I 2 r dt S dS l d 设沿矩形回路 L 顺时针方向为正,建如 a 图所示 x 轴,在 x 处取 dx 宽度的一面 o x x+dx x 元 dS I d B d S =B d S dS l dx B 2 x
4.1.1
电磁感应现象
(1) 回路不变,磁场变化。 (2) 磁场不变,回路变化。 穿过闭合导体回路的磁通量 发生了变化;
出现电流的本质是回路中产生了电动势。
4.1.2 法拉第电磁感应定律
《法拉第定律》PPT课件
21-2法拉第定律
•法拉第定律的發展歷程 •法拉第定律 •法拉第定律的討論 •例題21-1 •例題21-2 •動生電動勢 •動生電動勢的說明 •例題21-3
• 感應電流是由感應電動勢所造成,若感應的導 線不是封閉迴路時,雖有感應電動勢但沒有感 應電流。
動生電動勢
• 導線沿垂直磁場方向運動,導線切割磁力線所 產生的感應電動勢。只要導線維持等速度運動, 此電動勢就繼續存在。 • 例如:考慮一長度L的導體棒,以等速度 v 在 均勻磁場 B 中,沿垂直磁場方向運動,會產生 一感應電動勢。 L (v B) • 電位高低的判斷:可由右手開掌定則決定電子 的流向,電子累積的一端即為電位較低的一端
B lim t 0 t
• 單位:若取磁通量的單位為韋伯,時間 單位為秒,則感應電動勢的單位便是伏 特。
法拉第定律的討論
• 式中負號表示感應電動勢所生成的感應電流, 其所生成的磁場會反抗線圈內磁通量的變化。 • 當線圈內的磁通量發生變化時,N 匝線圈兩端 的感應電動勢為
B N lim t 0 t
法拉第定律的發展歷程
• 1845年德國人諾曼推想出電磁感應的數 學表示式,式中引入了感應電動勢。 • 1855年英國人馬克士威試圖為法拉第的 磁力線模型提供數學基礎,將諾曼所建 立的數學式改以磁通量的方式來描述, 即為我們所熟知的法拉第定律。
法拉第定律
• 線圈中所生的感應電動勢ε,等於線圈內 磁通量ΦB隨時間t的變化率。
動生電動勢的說明
• 導體內自由電子在磁場中運 動時,受到磁力的作用。 • 磁力驅動電子累積在棒的一 端,而在另一端則累積等量 的正電荷。 • 此正負電荷的分離會在導體 棒中形成一電場,其強度隨 兩端電荷累積而增加,以阻 止其他電子的累積。 • 所形成的電場對電子的電力方向恰與磁力方向相 反,導體內的電荷重新分布而達成平衡。 • 此電場使導體兩端電位不同,即產生一電動勢。
法拉第电磁感应定律(课件高中物理选择性必修第二册(鲁科版)
匀强磁场中,线圈平面与磁场磁感应强度的夹角为45°。现将线圈以ab边为轴以角
速度ω按顺时针转动90°,则( D )
2
nBS
A.线框水平时,线框中磁通量为
2
B.线框转动90°过程中,线框中磁通量变化量为0
C.线框转动过程中,感应电流先沿adcba后沿
2 2
abcda D.线框转动90°过程中,线框中平均电动势为
(2)自由电荷随导体棒以速度V向右运动,另一方面因受到洛
伦兹力而沿导体棒向上运动,其合运动方向大致沿右上方,根
据左手定则,自由电荷所受洛伦兹力的方向垂直于其合运动方
向指向左上方。洛伦兹力沿棒方向的分力驱动自由电荷沿棒定
向移动,如图乙所示。当电场力和洛伦兹力相等时在导体棒两
端形成稳定的电势差。
例题
例题8、如图甲所示,三角形金属框ACD三边的边长均为L,E为CD边的中点,三
应电动势为:
E Blv y Blv sin
公式E=BLVsinθ的理解
二、对公式E=BLVsinθ的理解
(1)该公式可以看成法拉第电磁感应定律的一个推论,一般用来求导体运动速
度为V是切割磁感线产生的瞬时电动势;但若速度为导体运动的平均速度,则求
得的电动势为平均电动势。
(2)当B、L、V三个量相互垂直时,感应电动势最大;当有任意两个量平行时,
动生电动势与感生电动势对比
项目
感生电动势
动生电动势
表述
导线不动,磁场随时间变化时在导线
中产生的电动势
磁场不变,由导体运动引起磁通量的
变化而产生的电动势
产生原因
由感生电场而产生
由电荷在磁场中所受洛伦兹力而产生
移动电荷的力不同
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This induced electric field is nonconservative, unlike the electrostatic field produced by stationary charges.
If B changes in time, an electric field is induced in a direction tangent to the circumference of the loop.
(A) Determine the magnitude of the induced electric field outside the solenoid at a distance r R from its long central axis.
Solution:
We have :
Also:
A conducting bar of length L, rotates with a constant angular speed about a pivot at one end. A uniform magnetic field B is directed perpendicular to the plane of rotation as shown. Find the motional emf induced between the ends of the bar.
FARADAY’S LAW
Any change in the magnetic environment of a coil of wire will cause a voltage (emf) to be "induced" in the coil. No matter how the change is produced , the voltage will be generated. The change could be produced by changing the magnetic field strength, moving the coil into or out of the magnetic field , rotating the coil relative to the magnet, etc.
As shown ,a given applied force of magnitude Fapp results in a constant speed v and a power input P. Imagine that the force is increased so that the constant speed of the bar is doubled to 2v. Under these conditions, what are the new force and the new power input? (a) 2F and 2P (b) 4F and 2P (c) 2F and 4P (d) 4F and 4P
Faraday’s Law summarizes the ways voltage can be generated : (1) The magnitude of B can change with time. (2)The area enclosed by the loop can change with time. (3)The angle u between B and the normal to the loop can change with time. (4)Any combination of the above can occur.
A circular loop of wire is held in a uniform magnetic field, with the plane of the loop perpendicular to the field lines. Which of the following will not cause a current to be induced in the loop? (a) crushing the loop (b) rotating the loop about an axis perpendicular to the field lines (c) keeping the orientation of the loop fixed and moving it along the field lines (d) pulling the loop out of the field
Lenz’s law : The induced current in a loop is in the direction that creates a magnetic field that opposes the change in magnetic flux through the area enclosed by the loop.
Faraday’s law in general form :
A long solenoid of radius R has n turns of wire per unit length and carries a time varying current that varies sinusoidally as I I cos t . max where I max is the maximum current and v is the angular frequency of the alternating current source
(For:
)
As shown :suppose a coil with N turns ,with the same area A, rotates in a magnetic field with a constant angular speed .(AC)
(For:
)
(B) What is the magnitude of the induced electric field inside the solenoid , a distance r from its axis?
Solution:
For an interior point r R the magnetic flux through an B B r 2 integration loop is given by
(a):
(b):
A rectangular metallic loop of dimensions L , and w and resistance R moves with constant speed v to the right as shown . The loop passes through a uniform magnetic field B directed into the page and extending a distance 3w along the x axis. Define x as the position of the right side of the loop along the x axis.
The changing magnetic field does not need to exist at the location of the induced electric field. As shown , even a loop outside the region of magnetic field experiences an induced electric field.
Solution :
Define :
This expression for v indicates that the velocity of the bar decreases with time under the action of the magnetic force as expected from our conceptualization of the probse energy is not leaving the system , the rate of energy transfer out of the bar equals the rate of energy transfer into the resistor. So Equate the power entering the resistor to that leaving the bar:
Because the magnetic field is changing in magnitude, an emf is induced in the coil.
motional emf : the emf induced in a conductor moving through a constant magnetic field.
As shown ,a circular loop of wire falling toward a wire carrying a current to the left. What is the direction of the induced current in the loop of wire? (a) clockwise (b) counterclockwise (c) zero (d) impossible to determine
The conducting bar illustrated moves on two frictionless , parallel rails in the presence of a uniform magnetic field directed into the page. The bar has mass m, and its length is L ,. The bar is given an initial velocity v to the right and is released at t = 0.