法拉第電流感應(yīng)定律自感

[目]物理[鍵詞]教案/法拉第電流感應(yīng)定律[級(jí)]高二[件]jan19.doc[題]法拉第電流感應(yīng)定律自感[容]

自感法拉第電流感應(yīng)定律

自感【教學(xué)結(jié)構(gòu)】一、

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分電路導(dǎo)體就相當(dāng)于電源例如切割磁感線的導(dǎo)體就相當(dāng)于電源回路的其它部分為外電路在導(dǎo)體內(nèi)部電流從低電勢(shì)流向高電勢(shì)是克服電磁力做功的結(jié)果在外電路電流由高電勢(shì)流向低電勢(shì)。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小(1)認(rèn)真做好教材中的實(shí)驗(yàn)，從分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出：無(wú)論電路是否閉合，磁通量變化都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量變化快慢有關(guān)量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。(2)法拉第電磁感應(yīng)定律：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量變化率成正比。即，即磁通量變化率，物理意義：穿過(guò)電路的磁通量變化快慢,n為線圈的匝數(shù)，如果n數(shù)圈與電阻或用電器連接為回路n匝線圈為電源，其余為外電路。此時(shí)注意比較，磁通量、磁通量變化量，磁通量變化率的物理意義，與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系有無(wú)磁通量不影響是否產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是否產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由磁通量變化決定但磁通變化量大小不決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小而磁通量變化率才是決定感應(yīng)電勢(shì)大小的基本因素。

在導(dǎo)體切割磁感線情況下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小如圖圖所示，、為兩根平行金屬導(dǎo)軌，金屬棒ab于水平導(dǎo)軌之上以速度υ向右勻速運(yùn)動(dòng)，若勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，金屬棒長(zhǎng)度L設(shè)t時(shí)間內(nèi)金屬ab運(yùn)動(dòng)到a’b的位置。由組成的閉合回路，變成a’b’cd，面積增加了=t，磁道量變化量=υt根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可設(shè)：

BLt

=υ見(jiàn)導(dǎo)體切割磁感線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)

法拉第電磁感應(yīng)定律在導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的特殊形式。比BL①前者是以閉合回路為研究對(duì)象，后者以回路中一段導(dǎo)體為研究對(duì)象②前者感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為時(shí)間內(nèi)的平均值后者為某一時(shí)刻的瞬時(shí)值；③前者適用范圍普遍，而后者只適用于導(dǎo)體切割磁感線，此時(shí)使用

比較方便。1

自自BL

符合能量守恒規(guī)律。如圖1所示的情況，設(shè)在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)電流為I其方向如圖所示。感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受力向左，且大小為BIL，為保證使金屬棒向右勻速運(yùn)動(dòng)必須受向右的力FF=BILF對(duì)金屬棒做功，把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能，做功功率為υ=BILυ也為把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的功率，在閉合回路中電功率P所以應(yīng)有υ電律。

=υ，可見(jiàn)它符合能量守恒規(guī)3.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向即是感應(yīng)電流的方向，或日感應(yīng)電流方向即為高電勢(shì)的方向。如圖所示，感應(yīng)電流由流向a，則a為高電勢(shì)，為低電勢(shì)。在全電路中，金屬棒ab電源，在電源內(nèi)部電流從低電勢(shì)流向高電勢(shì)。如圖3示條形磁鐵N向下運(yùn)動(dòng)根據(jù)楞次定律可以判定線圈中感應(yīng)電流應(yīng)為如圖所示方向b點(diǎn)為高電勢(shì)點(diǎn)為低電勢(shì)電流計(jì)部分電路為外電路電流應(yīng)從高電勢(shì)流向低電勢(shì)，電流方向?yàn)橛蒪向a。二、

自感現(xiàn)象

做好實(shí)驗(yàn)如圖4所示路圖做實(shí)驗(yàn)通電K，調(diào)整R的阻值使燈A、A亮度相同；調(diào)整R，使1、都正常發(fā)光。12實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：關(guān)閉電鍵時(shí)，A馬上正常發(fā)光，2逐漸亮起來(lái)如何解釋這種現(xiàn)象還可以做其它1實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，努力用電磁感應(yīng)理論解釋。

自感現(xiàn)象如圖5示當(dāng)關(guān)閉電鍵K線圈中有感應(yīng)電流，是因?yàn)锳線圈中電流從無(wú)到有，線圈的磁場(chǎng)開(kāi)始產(chǎn)生使B線圈中磁通量發(fā)生變化，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，是電流感應(yīng)現(xiàn)象使滑動(dòng)頭P動(dòng)也能使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，因A線圈內(nèi)電流變化引起線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流稱之為互感。在此同時(shí)線圈內(nèi)磁通量發(fā)生變化，因此線圈內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于自身電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的自感電動(dòng)勢(shì)。自感現(xiàn)象實(shí)質(zhì)也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，可用楞次定律判斷自感電動(dòng)勢(shì)的方向。適用自感現(xiàn)象理論解釋前面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

自感系數(shù)自感現(xiàn)象是符合法拉第電磁感應(yīng)定律的：

，是與（電流變化率）成正比的，因此自感電動(dòng)勢(shì)應(yīng)與成正比，可寫(xiě)=，L為比例常數(shù)，在物理學(xué)中又稱為自感系數(shù)，對(duì)于L的物理意義不要過(guò)多追求，只知道：(1)在2

1121211212相同的情況下，自感系數(shù)L越大，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)越大，反之越??；自感系數(shù)是由線圈自身決定的，線圈的形狀、大小、匝數(shù)、是否有鐵心有關(guān)。匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大，有鐵心比沒(méi)有鐵心自感系數(shù)大；自感系數(shù)L又稱之為電感。

自感現(xiàn)象的應(yīng)用日光燈的鎮(zhèn)流器就是利用自感現(xiàn)象的一個(gè)例子。如圖6示的電路圖，日光燈主要由燈管M起動(dòng)器S、鎮(zhèn)流器組成。燈管工作原理：燈管內(nèi)水銀蒸氣導(dǎo)電發(fā)出紫外線使管壁上熒光粉發(fā)出白光，要激發(fā)水銀蒸氣導(dǎo)電需要很高的電壓，日光燈正常工作時(shí)又需要比220V低很多的電壓。為滿足這些要求設(shè)置了鎮(zhèn)流器和起動(dòng)器，起動(dòng)器的作用是開(kāi)關(guān)閉合后把電路接通，電路接通后又使電路自動(dòng)斷開(kāi)。鎮(zhèn)流器在起動(dòng)器把電路突然中斷的瞬間，由于自感現(xiàn)象而產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高壓加在燈管上，滿足激發(fā)水銀蒸氣導(dǎo)電需要高壓的要求，使日光燈管成為通路開(kāi)始發(fā)光。日光燈正常工作時(shí)，從圖6中可以看出交流電不斷通過(guò)鎮(zhèn)流器和燈管（不經(jīng)過(guò)起動(dòng)器），由于自感現(xiàn)象鎮(zhèn)流器的線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流變化，起到降壓作用，燈管兩端電壓比220低很多，滿足正常工作要求?！窘忸}點(diǎn)要】例一、

折線ABCAB=10cmCB=5cm，ABC=150°使其在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以速度υ=2.0m/動(dòng)，如圖7示。速度方向AB直，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5×，求AC間的電勢(shì)差？哪端電勢(shì)高？解析：根

=υ的要求，υ，υ，本題υ與AB直，但與BC不垂直，3則必須取在AB方向的投影長(zhǎng)度為有效長(zhǎng)度＇°=5×，2

×10×(10+5×

32

×10×2=1.43V用右手定則判斷A為高電勢(shì)。這里應(yīng)指

=υ的使用條件是υ、、，若不垂直應(yīng)取其垂直部分。例二，如圖8所示，金屬桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，以點(diǎn)為軸在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)平面與磁場(chǎng)垂直，若1OA=OB轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ωA端哪端電勢(shì)高AC兩2端電勢(shì)差U=？解析金屬棒各處的線速度不相同不能使

=υ但同一桿轉(zhuǎn)動(dòng)角速度均為ω，υ=ω速度從到AB是隨L長(zhǎng)度均勻變化故可用平均速度代入公式OA部平均速度為υ==ω，61OC部分υ=L=L=BLω3

2=L=ω，用右33

22222AC12211212CD1R22222AC12211212CD1R手定則判斷O點(diǎn)電勢(shì)高于點(diǎn)21ULωBL=。96

118

2于C點(diǎn)，所以點(diǎn)電勢(shì)比C點(diǎn)高，9例三、

如圖9所示為一單匝矩形線框置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)將它從圖示的位置拉出磁場(chǎng)，第一次用時(shí)間為t外力做為通過(guò)導(dǎo)線橫截面的1電量為q第二次用時(shí)間為外力做功為W通過(guò)導(dǎo)122線橫截面電量為q，且<t，那么下列關(guān)系正確的是22（）<W，q<qB.WW，qC.W=W，qqW,qq1121212解析：分析題意，把線框拉出磁場(chǎng)，兩次所需拉動(dòng)距=St<可知第1212一次拉動(dòng)速度大于第二次，υ>υ在線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流第一次大于第二次，12I所需拉力第一次大于第二次F>F兩次做功WFW1112。兩次把線框拉出磁場(chǎng)，線框中磁道量均，，線框中感應(yīng)電流I=，通過(guò)導(dǎo)體橫截面電量q=I=通過(guò)電量、RR有關(guān)，與時(shí)間t無(wú)關(guān)，所以q，應(yīng)選B1從解答過(guò)程可知，深刻理解物理概念、物理規(guī)律是學(xué)好物理、提高解題能力的基礎(chǔ)，只有基礎(chǔ)良好，才可能靈活、準(zhǔn)確使用知識(shí)解答各種疑難問(wèn)題。例四，

圖10兩根相互平行，間距為的金屬導(dǎo)軌水平放置在磁感強(qiáng)度B=0.02T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與軌道平面垂直，垂直導(dǎo)軌放置兩根金屬棒AB和CD，它們總電阻R=0.20，導(dǎo)軌電阻不計(jì)當(dāng)棒AB受到向左水平拉力作用時(shí)AB棒和棒分別以速度υ和υ做勻速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)1中ABCD所受摩擦力均為f，求兩金屬棒的速度差υυ，等于什么？1解析CD生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：=υ(υABDC回路中感AB1CD應(yīng)電流I=；(3)電流方向?yàn)榘羰芰dIf=0(4)R棒受力：BdI-；(5)由(4)(5)可得F=2，由得，()·=f∴υυ1

fR0.22d20.20.4

2

。例五，

如圖11示L有足夠大的電感，其自身直流電阻為零的線圈L和L是兩個(gè)相同的小燈泡,1在下面兩種情況下,小燈泡亮度變化情況是:(1)K閉合時(shí)L；1L打開(kāi)L。2解析：電感線圈與L并聯(lián)再與L串聯(lián)，接通電1路時(shí)，電流馬上可以通過(guò)L，L，因此燈LL馬1上就可以亮，L的自感現(xiàn)象不影響L和L，但電流穩(wěn)定后L熄滅L亮。斷開(kāi)1124

電鍵K時(shí)，電路馬上沒(méi)有電流，L馬上熄滅，由于自感現(xiàn)象，L產(chǎn)生自感電動(dòng)2勢(shì)，與L形成回路，L中有瞬時(shí)電流通過(guò)，L閃亮一下熄滅。111【課余思考】1.

法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容是什么

n

的聯(lián)系和區(qū)別。2.

什么叫自感現(xiàn)象？了解日光燈正常工作條件實(shí)現(xiàn)的方法?！就骄毩?xí)】1.

兩個(gè)閉合金屬圓環(huán)，穿在一條光滑的絕緣桿上，如圖12所示，當(dāng)條形磁鐵的極自右向左向圓環(huán)插入時(shí)，圓環(huán)的運(yùn)動(dòng)是（）A.B.2.

邊向右運(yùn)動(dòng)邊合攏B.邊向左運(yùn)動(dòng)邊分開(kāi)邊向左運(yùn)動(dòng)邊合攏D.同時(shí)同向移動(dòng)把一只正方形線圈從磁場(chǎng)外自右向左勻速經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)再拉出磁場(chǎng)如圖13所示從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)起至cd邊拉出磁場(chǎng)止，線圈中感應(yīng)電流的情況是（）A.B.C.D.3.

先沿abcda的方向，然后無(wú)電流，以后又沿adcda的方向先沿abcda的方向，然后無(wú)電流，以后又沿的方向先無(wú)電流，線圈全部進(jìn)入磁場(chǎng)后才有電流，當(dāng)拉出磁場(chǎng)后又無(wú)電流先沿adcba方向，然后無(wú)電流，以后又沿方向如圖14，兩個(gè)光滑的導(dǎo)軌豎直放置，一金屬M(fèi)N與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，并與導(dǎo)軌垂直，除電阻外，其它電阻忽略不計(jì)當(dāng)MN下落時(shí)電阻R上消耗的最大功率為P要使電阻上消耗的動(dòng)率為P/4采用方法是（）A.B.C.D.

使MN質(zhì)量增為原來(lái)的二倍使勻強(qiáng)磁感強(qiáng)度增為原來(lái)的二倍使電阻值減為原來(lái)的一半使MN長(zhǎng)度增加為原來(lái)2倍使導(dǎo)軌距離也增大為原來(lái)的2倍4.MN、PQ為互相平行的金屬導(dǎo)軌與電阻R相連，粗細(xì)均勻的金屬線框用、O金細(xì)棒與導(dǎo)軌相接觸，整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感強(qiáng)度方向如圖所示，當(dāng)線框繞OO＇軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)（）A.R中有