法拉第电磁感应定律精品精选文档.ppt

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1、法拉第电磁感应定律精品本讲稿第一页，共二十二页E E=B BL Lv v有效切割有效切割速度速度（垂直切）（垂直切）有效切割有效切割长度长度.平动切割平动切割：.转动切割转动切割：.磁通量变化磁通量变化：本讲稿第二页，共二十二页一一.对法拉第电磁感应定律的理解对法拉第电磁感应定律的理解.磁通量发生变化型磁通量发生变化型.通常计算平均感应电动势通常计算平均感应电动势一个结论：感应的电荷量计算一个结论：感应的电荷量计算R总总q=I I t=ER总总=t R总总tt q=本讲稿第三页，共二十二页二二、导体切割磁感线产生感应电动势、导体切割磁感线产生感应电动势E E=B BL Lv v（B B、L L

2、、V V相互垂直）相互垂直）有效切割有效切割速度速度（垂直切）（垂直切）B Bv vv vv vE=BLE=BLv v=BL BLv vsinsin有效切割有效切割长度长度2.三个两两垂直三个两两垂直,才算才算有效有效1.该公式可求平均电动势（该公式可求平均电动势（v取平均取平均速度）；速度）；也可求瞬时电动势也可求瞬时电动势.本讲稿第四页，共二十二页有效切割有效切割长度长度公式中的公式中的L为有效切割长度，即垂直于为有效切割长度，即垂直于B、垂直于、垂直于v且处且处于磁场中的直线部分长度于磁场中的直线部分长度E=BRvE=Blvsin;E=B 2R v本讲稿第五页，共二十二页法拉第电机法拉第

3、电机阅阅P14法拉第电机原理图法拉第电机原理图看成许多辐条在转动切割看成许多辐条在转动切割本讲稿第六页，共二十二页专题一专题一EBLV的应用的应用本讲稿第七页，共二十二页 、电磁感应现象的电路问题、电磁感应现象的电路问题导体棒导体棒切割磁感线切割磁感线电源内部由电源内部由负极负极流向流向正极正极引起电动势引起电动势导体电阻导体电阻内阻：内阻：电源：电源：电流：电流：方向：楞次定律或者右手定则方向：楞次定律或者右手定则电源：左边金属环电源：左边金属环本讲稿第八页，共二十二页BMNacbv例例1：如图，直角三角形导线框：如图，直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中，固定在匀强磁场中，ab是是一段长

4、为一段长为l、电阻为、电阻为R的均匀导线，的均匀导线，ac和和bc的电阻可不计的电阻可不计，ac长度为长度为l/2。磁场的磁感强度为。磁场的磁感强度为B，方向垂直于纸面向里。，方向垂直于纸面向里。现有一段长度为现有一段长度为l/2、电阻为、电阻为R/2的均匀导体杆的均匀导体杆MN架在导线架在导线框上，开始时紧靠框上，开始时紧靠ac，然后沿，然后沿ac方向以恒定速度方向以恒定速度v向向b端滑动，端滑动，滑动中始终与滑动中始终与ac平行并与导线框保持良好接触。平行并与导线框保持良好接触。MN滑过的距滑过的距离为离为l/3时，导线时，导线ac中的电流是多大？方向如何？中的电流是多大？方向如何？本讲稿

5、第九页，共二十二页解解:.MN滑过的距离为滑过的距离为l/3时，它与时，它与bc的接触点为的接触点为P，如图，如图a示：由几何关系可知示：由几何关系可知MP长度为长度为l/3，电阻，电阻 r=R/3BMNacbvP图图aMP中的感应电动势为中的感应电动势为 E=Blv/3等效电路如图等效电路如图b示：示：E rR/32R/3cMPab图图bMacP和和MbP两电路的并联电阻为两电路的并联电阻为r并并=2R/9由欧姆定律，由欧姆定律，PM中的电流中的电流ac中的电流中的电流 I ac=2 I/3即即根据右手定则，根据右手定则，MP中的感应电流的中的感应电流的方向由方向由P流向流向M，所以，所以I

6、 ac电流的方向由电流的方向由a流向流向c。本讲稿第十页，共二十二页小结解决问题的方法、步骤：小结解决问题的方法、步骤：(1)找到找到“等效电源等效电源”，分清内外电路和内、外，分清内外电路和内、外阻大小阻大小(2)必要时画出等效电路图必要时画出等效电路图(3)运用闭合电路欧姆定律进行相关计算运用闭合电路欧姆定律进行相关计算本讲稿第十一页，共二十二页练习：如图练习：如图,边长为边长为L均匀的正方形金属框架均匀的正方形金属框架abcd总总电阻为电阻为R，框架以速度，框架以速度v向右匀速平动，经过磁感强向右匀速平动，经过磁感强度为度为B的匀强磁场。求下列三种情况的匀强磁场。求下列三种情况ab之间的

7、电势差。之间的电势差。(1)只有只有ab进入磁场。进入磁场。(2)线框全部进入磁场。线框全部进入磁场。(3)只有只有ab边离开磁场。边离开磁场。(1)Uab=3BLv/4(2)Uab=BLv(3)Uab=BLv/4abcdv本讲稿第十二页，共二十二页 二、磁场中运动导体的动态分析二、磁场中运动导体的动态分析练习练习2:如图所示如图所示,两根足够长的直金属导轨两根足够长的直金属导轨MN和和PQ平行放置在倾角为平行放置在倾角为的绝缘斜面上的绝缘斜面上,两导轨间距为两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为两点间接有阻值为R的电阻。一根质的电阻。一根质量为量为m的均匀直金属杆的均匀直金属杆ab放在两导轨

8、上放在两导轨上,并与导轨垂直。整套装置处于磁并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略。让阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好导轨和金属杆接触良好,不计它们不计它们之间的摩擦。之间的摩擦。(1)画出运动后的某时刻导体画出运动后的某时刻导体杆的受力图；杆的受力图；(2)在加速下滑过程中在加速下滑过程中,当当ab杆杆的速度大小为的速度大小为 v 时的加速度的时的加速度的大小；大小；(3)求在下滑过程中求在下滑过程中,ab杆可以杆可以达到

9、的速度最大值。达到的速度最大值。本讲稿第十三页，共二十二页解（解（1）：）：解（解（2）：）：解（解（3）：）：BNmgFB本讲稿第十四页，共二十二页小结：解决这类问题的关键在于通过受力分析确定运动状态来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等 基本思路：确定电源(E,r)受力分析运动状态的分析临界状态感应电流运动导体所受的安培力本讲稿第十五页，共二十二页练习：如图所示练习：如图所示,竖直放置的竖直放置的U形导轨宽为形导轨宽为L,上端串上端串有电阻有电阻R(其余导体部分的电阻都忽略不计其余导体部分的电阻都忽略不计)。磁感。磁感应强度为应强度为B的匀强磁场方向的匀强磁场方向垂

10、直于纸面向外。金属棒垂直于纸面向外。金属棒ab的质的质量为量为m,与导轨接触良好与导轨接触良好,不计摩擦，不计摩擦，从静止释放后从静止释放后ab保持水平而下滑，保持水平而下滑，试求试求ab下滑的最大速度下滑的最大速度vm。Ra m Lb 本讲稿第十六页，共二十二页 你能从能的转化和守恒角度求解你能从能的转化和守恒角度求解vm吗？吗？本讲稿第十七页，共二十二页 例例1：如图示：质量为如图示：质量为m、边长为、边长为a 的正方形金属线框自某一高度由的正方形金属线框自某一高度由静止下落，依次经过静止下落，依次经过B1和和B2两匀强磁场区域，已知两匀强磁场区域，已知B1=2B2，且，且B2磁场磁场的高

11、度为的高度为a，线框在进入，线框在进入B1的过程中做匀速运动，速度大小为的过程中做匀速运动，速度大小为v1，在，在B1中中加速一段时间后又匀速进入和穿出加速一段时间后又匀速进入和穿出B2，进入和穿出，进入和穿出B2时的速度恒为时的速度恒为v2，求：求：v1和和v2之比之比在整个下落过程中产生的焦耳热在整个下落过程中产生的焦耳热aaB2B1解：解：v2v1mg=B1 I1 a=B1 2 a2 v1/R进入进入B2时时 I2=(B1-B2)a v2/Rmg=(B1-B2)I2 a=(B1-B2)2 a2 v2/R v1/v2=(B1-B2)2/B12=1/4 由能量守恒定律由能量守恒定律 得得 Q

12、=3mga三、与能量知识的结合三、与能量知识的结合进入进入B1时时 I1=B1 a v1/R本讲稿第十八页，共二十二页h1h2dL 如图所示，矩形线框的质量如图所示，矩形线框的质量mm0.016kg0.016kg，长，长L L0.5m0.5m，宽，宽d d0.1m0.1m，电阻，电阻R R0.1.0.1.从离磁场区从离磁场区域高域高h h1 15m5m处自由下落，刚处自由下落，刚 入入匀强磁场时匀强磁场时,由于磁场力作用，线框由于磁场力作用，线框正好作匀速运动正好作匀速运动.(1)(1)求磁场的磁感应强度；求磁场的磁感应强度；(2)(2)如果线框下边通过磁场如果线框下边通过磁场 所经历的时间为

13、所经历的时间为t t0.15s0.15s，求磁场区域的高度求磁场区域的高度h h2 2.例例2 2本讲稿第十九页，共二十二页h1h2dL 121212，自由落体，自由落体在位置在位置2 2，开始做匀速运动，开始做匀速运动，mgFF=BIL=B2 d2 v/R=mg32 2 3 3 匀速运动：匀速运动：t1=L/v=0.05s，t2=t=t-t1=0.1s 43 3 4 4 初速度为初速度为v v、加速度、加速度为为g g 的匀加速运动，的匀加速运动，y=vt2+gt22/2=1.05mh2=L+y=1.55m析与解析与解本讲稿第二十页，共二十二页 练：练：如图所示，正方形闭合线框如图所示，正方

14、形闭合线框abcd每边长每边长0.2m，线，线框质量框质量m=0.1kg，电阻为，电阻为R=0.1，重物质量为，重物质量为M=0.14kg，两者通过滑轮和细绳相连。水平向里的匀强磁场的磁感应强两者通过滑轮和细绳相连。水平向里的匀强磁场的磁感应强度度B=0.5T。当重物自某一位置开始下落，线框上升到。当重物自某一位置开始下落，线框上升到ad边进边进入磁场时，线框开始作匀速运动。不计一切摩擦阻力，求：入磁场时，线框开始作匀速运动。不计一切摩擦阻力，求：线框匀速上升的速度大小；线框匀速上升的速度大小；线框全部进入磁场的过程线框全部进入磁场的过程中线框的发热量。中线框的发热量。m本讲稿第二十一页，共二

15、十二页总结总结 1 1、在在电电磁磁感感应应现现象象中中，产产生生了了感感应应电电动动势势E E，这这个个电电动动势势就就是是电电路路中中的的电电源源。所所以以，在在分分析析电电磁磁感感应应问问题题时时，首首先先要要考考虑虑感感应应电电动动势势在在一一个个什什么么样样的的电电路路中中，给给电电路路带带来来怎怎样样的的电电流流分分配配。在在解解决决电电流流问问题题的的过过程中，就会用到欧姆定律、分流、分压等规律。程中，就会用到欧姆定律、分流、分压等规律。2 2、感感应应电电动动势势在在电电路路中中引引起起的的感感应应电电流流，通通过过电电路路电电阻阻时时，可可以以发发热热，产产生生电电热热功功率率，体体现现了了在在电电磁磁感感应应过过程程中中的能量转化。的能量转化。3 3、感感应应电电动动势势在在闭闭合合回回路路中中产产生生了了电电流流，而而通通电电的的导导线线在在磁磁场场中中，又又会会受受到到安安培培力力的的作作用用。所所以以，电电磁磁感应的问题中，会有与力学综合的部分。感应的问题中，会有与力学综合的部分。电磁感应与电路的综合问题电磁感应与电路的综合问题电磁感应与能量转化问题电磁感应与能量转化问题电磁感应与牛顿定律综合问题电磁感应与牛顿定律综合问题本讲稿第二十二页，共二十二页