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(法拉第电动机)

(2)闭合电路一部分导线运动(切割磁感线)。

(3)磁场强度B变化或有效面积S变化。

(比如有电流产生的磁场,电流大小变化或者开关断开)

3、对“磁通量变化”需注意的两点.

(1)磁通量有正负之分,求磁通量时要按代数和(标量计算法则)的方法求总的磁通量(穿过平面的磁感线的净条数)。

(2)“运动不一定切割,切割不一定生电”。

导体切割磁感线,不是在导体中产生感应电流的充要条件,归根结底还要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。

知识点三、感应电流的方向

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是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

(2)“阻碍”的含义.

从阻碍磁通量的变化理解为:

当磁通量增大时,会阻碍磁通量增大,当磁通量减小时,会阻碍磁通量减小。

从阻碍相对运动理解为:

阻碍相对运动是“阻碍”的又一种体现,表现在“近斥远吸,来拒去留”。

(3)“阻碍”的作用.

楞次定律中的“阻碍”作用,正是能的转化和守恒定律的反映,在克服这种阻碍的过程中,其他形式的能转化成电能。

(4)“阻碍”的形式.

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“增缩减扩”。

④.阻碍原电流的变化(自感现象),即“增反减同”。

(5)适用范围:

一切电磁感应现象.

(6)使用楞次定律的步骤:

①明确(引起感应电流的)原磁场的方向.

②明确穿过闭合电路的磁通量的变化情况,是增加还是减少

③根据楞次定律确定感应电流的磁场方向.

④利用安培定则(右手)确定感应电流的方向.

2、右手定则.

伸开右手,让拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线垂直(或倾斜)从手心进入,拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向。

(2)作用:

判断感应电流的方向与磁感线方向、导体运动方向间的关系。

(3)适用范围:

导体切割磁感线。

(4)研究对象:

回路中的一部分导体。

(5)右手定则与楞次定律的区别.

右手定则只适用于导体切割磁感线的情况,不适合导体不运动,磁场或者面积变化的情况;

若导体不动,回路中磁通量变化,应该用楞次定律判断感应电流方向;

若是回路中一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流,用右手定则判断较为简单,用楞次定律进行判定也可以,但较为麻烦。

3、“三定则”

比较项目

右手定则

左手定则

安培定则

基本现象

部分导体切割磁感线

磁场对运动电荷、电流的作用力

运动电荷、电流产生磁场

作用

判断磁场B、速度v、感应电流I方向关系

判断磁场B、电流I、磁场力F方向

电流与其产生的磁场间的方向关系

图例

因果关系

因动而电

因电而动

电流→磁场

应用实例

发电机

电动机

电磁铁

推论:

两平行的同向电流间有相互吸引的磁场力;

两平行的反向电流间有相互排斥的磁场力。

安培定则判断磁场方向,然后左手定则判断导线受力。

知识点四、法拉第电磁感应定律.

1、法拉第电磁感应定律.

电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。

发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源,在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势。

(即:

由负到正)

(2)公式:

(单匝线圈)或(n匝线圈).

对表达式的理解:

1本式是确定感应电动势的普遍规律,适用于所有电路,此时电路不一定闭合。

②在中(ΔΦ取绝对值,此公式只计算感应电动势E的大小,E的方向根据楞次定律或右手定则判断),E的大小是由匝数及磁通量的变化率(即磁通量变化的快慢)决定的,与Φ或ΔΦ之间无大小上的必然联系(类比学习:

关系类似于a、v和Δv的关系)。

③当Δt较长时,求出的是平均感应电动势;

当Δt趋于零时,求出的是瞬时感应电动势。

2、E=BLv的推导过程.

如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度是B,ab以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势?

推导:

回路在时间t内增大的面积为:

ΔS=L(vΔt).

穿过回路的磁通量的变化为:

ΔΦ=B·

ΔS=BLv·

Δt.

产生的感应电动势为:

(v是相对于磁场的速度).

此时磁感线方向和运动方向垂直。

3、E=BLv的四个特性.

(1)相互垂直性.

公式E=BLv是在一定得条件下得出的,除了磁场是匀强磁场外,还需要B、L、v三者相互垂直,实际问题中当它们不相互垂直时,应取垂直的分量进行计算。

若B、L、v三个物理量中有其中的两个物理量方向相互平行,感应电动势为零。

(2)L的有效性.

公式E=BLv是磁感应强度B的方向与直导线L及运动方向v两两垂直的情形下,导体棒中产生的感应电动势。

L是直导线的有效长度,即导线两端点在v、B所决定平面的垂线方向上的长度。

实际上这个性质是“相互垂直线”的一个延伸,在此是分解L,事实上,我们也可以分解v或者B,让B、L、v三者相互垂直,只有这样才能直接应用公式E=BLv。

E=BL(vsinθ)或E=Bv(Lsinθ)E=B·

2R·

v

有效长度——直导线(或弯曲导线)在垂直速度方向上的投影长度.

(3)瞬时对应性.

对于E=BLv,若v为瞬时速度,则E为瞬时感应电动势;

若v是平均速度,则E为平均感应电动势。

(4)v的相对性.

公式E=BLv中的v指导体相对磁场的速度,并不是对地的速度。

只有在磁场静止,导体棒运动的情况下,导体相对磁场的速度才跟导体相对地的速度相等。

4、公式和E=BLvsinθ的区别和联系.

(1)两公式比较.

E=BLvsinθ

研究对象

整个闭合电路

回路中做切割磁感线运动的那部分导体

适用范围

各种电磁感应现象

只适用于导体切割磁感线运动的情况

计算结果

一般情况下,求得的是Δt内的平均感应电动势

一般情况下,求得的是某一时刻的瞬时感应电动势

适用情形

常用于磁感应强度B变化所产生的电磁感应现象(磁场变化型)

常用于导体切割磁感线所产生的电磁感应现象(切割型)

联系

E=Blvsinθ是由在一定条件下推导出来的,该公式可看作法拉第电磁感应定律的一个推论或者特殊应用。

(2)两个公式的选用.

①求解导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题时,两个公式都可以用。

②求解某一过程(或某一段时间)内的感应电动势、平均电流、通过导体横截面的电荷量(q=IΔt)等问题,应选用.

③求解某一位置(或某一时刻)的感应电动势,计算瞬时电流、电功率及某段时间内的电功、电热等问题,应选用E=BLvsinθ。

小结:

感应电动势的大小计算公式

1)E=BLV(垂直平动切割,动生电动势)

2)(普适公式)ε∝(法拉第电磁感应定律)

3)E=nBSωsin(ωt+Φ);

Em=nBSω(线圈转动切割)

4)E=BL2ω/2(直导体绕一端转动切割)

感应电量的计算

N

感应电量

知识点五、电磁感应规律的应用.

1、法拉第电机.

(1)电机模型.

(2)原理:

应用导体棒在磁场中切割磁感线而产生感应电动势。

.

①铜盘可以看作由无数根长度等于铜盘半径的导体棒组成,导体棒在转动过程中要切割磁感线。

②大小:

(其中L为棒的长度,ω为角速度)

③方向:

在内电路中,感应电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极,跟内电路的电流方向一致。

产生感应电动势的那部分电路就是电源,用右手定则或楞次定律所判断出的感应电动势的方向,就是电源内部的电流方向。

2、电磁感应中的电路问题.

(1)解决与电路相联系的电磁感应问题的基本步骤和方法:

①明确哪部分导体或电路产生感应电动势,该导体或电路就是电源,其他部分是外电路。

②用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小,用楞次定律确定感应电动势的方向。

③画出等效电路图。

分清内外电路,画出等效电路图是解决此类问题的关键。

④运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解。

(2).在电磁感应中对电源的理解

①电源的正、负极可用右手定则或楞次定律判定,电源中电流从负极流向正极。

②电源电动势的大小可由E=BLv或求得。

(3).对电磁感应电路的理解

①在电磁感应电路中,相当于电源的部分把其他形式的能转化为电能。

②电源两端的电压为路端电压,而不是感应电动势。

(考虑电源内阻)

3、电磁感应中的能量转换.

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,因此要维持感应电流的存在,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。

“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。

当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能。

同理,安培力做功的过程是电能 

转化为其他形式的能的过程。

安培力做多少功,就有多少电能 

转化为其他形式的能。

4、电磁感应中的电容问题.

在电路中含有电容器的情况下,导体切割磁感线产生感应电动势,使电容器充电或放电。

因此,搞清电容器两极板间的电压及极板上电荷量的多少、正负和如何变化是解题的关键。

知识点六、自感现象及其应用.

1、自感现象.

(1)自感现象与自感电动势的定义:

当导体中的电流发生变化时,导体本身就产生感应电动势,这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。

这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫做自感现象。

这种现象中产生的感应电动势,叫做自感电动势。

(2)自感现象的原理:

当导体线圈中的电流发生变化时,电流产生的磁场也随之发生变化。

由法拉第电磁感应定律可知,线圈自身会产生阻碍自身电流变化的自感电动势。

(3)自感电动势的作用.

自感电动势阻碍自身电流的变化,“阻碍”不是“阻止”。

“阻碍”电流变化实质是使电流不发生“突变”,使其变化过程有所延慢。

但它不能使过程停止,更不能使过程反向.

(4)自感现象的三个要点:

①要点一:

自感线圈产生感应电动势的原因。

是通过线圈本身的电流变化引起穿过自身的磁通量变化。

②要点二:

自感电流的方向。

自感电流总是阻碍线圈中原电流的变化,当自感电流是由原电流的增强引起时(如通电瞬间),自感电流的方向与原电流方向相反;

当自感电流时由原电流的减少引起时(如断电瞬间),自感电流的方向与原电流方向相同。

③要点三:

对自感系数的理解。

自感系数L的单位是

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