著名机构高二物理暑假班讲义第9讲 法拉第电磁感应 .教师版
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1、第9讲 法拉第电磁感应 定律 9.1法拉第电磁感应定律知识点睛 我们发现磁铁穿过线圈时灯泡会发光,是因为电路中存在电流,此时条形磁铁和线圈的作用类似于电源,产生的电动势称为感应电动势,那么它的电动势是多少呢?我们应该怎么定量的计算呢?让我们看看如下的实验在 相同的时间里磁铁多的产生的感应电流大也可说成感应电动势越大。 同一个磁铁在同一个高度下落速度越快的,产生的感应电流越大通过上面的实验可知感应电流或感应电动势的大小与磁感应强度的变化快慢有关。通过右手定则可以判断上面的金属导棒端的电势高;并且磁感应强度不变时,速度越快感应电流或电动势越大,这说明感应电流或电动势与闭合回路的面积变化快慢有关。【
2、总结】 电路中感应电动势的大小,既和磁感应强度变化快慢成正比,又和闭合面积的变化快慢 成正比。把两者结合起来,而,所以即感应电动势等于电路中的磁通量变化率。对于一个匝数为的线圈,若穿过它的磁通量发生变化,则感应电动势。在高中阶段,我们利用以上公式只要求计算感应电动势的大小,不涉及它的正负,所以应取绝对值。至于感应电流的方向,我们用楞次定律去判断。、的比较物理量单位物理意义磁通量表示在某一时刻穿过某一面积的磁感线条数磁通量的变化量表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少磁通量的变化率表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,都产生感应电动势;若电路闭合
3、,就会产生感应电流为时间内的平均电动势。例题精讲【例1】 关于感应电动势,下列说法中正确的是A某一过程中,穿过线圈的磁通量越大,则感应电动势越大B某一时刻,穿过线圈的磁通量为零,则感应电动势为零C某一过程中,穿过线圈的磁通量的变化越大,则感应电动势越大D某一过程中,穿过线圈的磁通量变化越快,则感应电动势越大【答案】 D【例2】 闭合线圈中的感应电流的大小与穿过线圈的磁通量之间的关系,以下几种说法中,不可能的是A线圈中的磁通量很大,感应电流为零B线圈中的磁通量为零,感应电流很大C线圈中的磁通量改变,感应电流不变D线圈中的磁通量改变,感应电流为零【答案】D【例3】 如图所示,闭合开关,将条形磁铁插
4、入闭合线圈,第一次用,第二次用,并且两次的起始和终止位置相同,则 A第一次磁通量变化较大B第一次的最大偏角较大C第一次经过的总电量较多D若断开,均不偏转,故均无感应电动势【答案】B【例4】 穿过某线圈的磁通量随时间的变化关系如图所示,在线圈内产生感应电动势最大值的时间是AB CD【答案】C【例5】 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。先后两个过程线框中感应电动势的比值为A B1 C2 D4【解析】 ,所以感应电动势大小相等。【答案】 B
5、9.2感生电动势与动生电动势知识点睛1感生电动势 麦克斯韦认为,变化的磁场周围会产生感应电场,若此时空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就在电场的作用下做定向运动,产生感应电流,也就有感应电动势,这种由感应电场产生的感应电动势称为感生电动势。 感生电动势大小:假定导体中的自由电荷是正电荷,它们定向运动的方向就是感生电流的方向,也就是感生电场的方向。2动生电动势 由于导体切割磁感线引起闭合回路中的磁通量发生变化,从而产生感应电流,这种情况下产生的电动势叫做动生电动势。 动生电动势的大小如图所示,磁场的磁感应强度为,方向垂直于纸面向里,棒沿光滑导轨以速度匀速向右滑行。已知导轨宽度为,经过时间由运动到
6、。由法拉第电磁感应定律得,。*我们可以从洛伦兹力的角度理解动生电动势 导体在磁场中做切割磁感线运动时,产生动生电动势,它是由于导体中自由电子受洛伦兹力作用而引起的。如图所示,一条直导线在匀强磁场中以速度向右运动,并且导线与的方向互相垂直。由于导体中的自由电子随导体一起以运动,因此每个电子受到的洛伦兹力为,的方向竖直向下。在力的作用下,自由电子沿导体向下运动,使导体下端出现过剩的负电荷,导体上端出现过剩的正电荷。结果使导体上端的电势高于下端的电势,出现由指向的静电场。此电场对电子的作用力是向上的,与洛伦兹力的方向相反。随着导体两端正、负电荷的积累,场强不断增强,当作用在自由电子上的静电力与洛伦兹
7、力互相平衡时,两端便产生了一个稳定的电势差。如果用另外的导线把两端连接起来,由于端电势比端电势高,自由电子在静电力的作用下将在导线框中沿顺时针方向流动,形成逆时针方向的感应电流。电荷的流动使两端积累的电荷减少,洛伦兹力又不断地使电子从端运动到端,从而在两端维持一个稳定的电动势。可见,运动的导体就是一个电源,端为正极,端为负极,自由电子受洛伦兹力的作用,从端被搬运到端;也可以看作是正电荷受洛伦兹力的作用从端搬运到端。这里,洛伦兹力就相当于电源中的非静电力。根据电动势的定义,电动势等于单位正电荷从负极过电源内部移动到正极非静电力所做的功。作用在单位正电荷上的洛伦兹力 于是,动生电动势就是此式与法拉
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