磁場(chǎng)-電磁感應(yīng)課件

磁場(chǎng)電磁感應(yīng)G_+主講:童善桃

磁場(chǎng)電磁感應(yīng)G_+主講:童善桃1理解要點(diǎn)：

應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向之前，先要正確的理解“阻礙”兩字是指阻礙穿過閉合電路的磁通量的變化(增加或減少)

(a).“阻礙”不是“阻止”,“阻礙變化”是指變化進(jìn)行得慢些.(b).“阻礙”不等于“反向”,當(dāng)原磁場(chǎng)減少時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同,是阻礙原磁場(chǎng)的減少,因此定律可簡化為“增反減同”.二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

★楞次定律：一.定律內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。理解要點(diǎn)：二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象★楞次定律：一.定律內(nèi)容：感應(yīng)2

①確定研究對(duì)象,明確原磁場(chǎng)的方向;②根據(jù)題設(shè)條件,分析與明確磁通量的變化(增加還是減少).③應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向.④應(yīng)用安培定則判斷感應(yīng)電流的方向.二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

★楞次定律：二.應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的一般步驟:(四步曲)①確定研究對(duì)象,明確原磁場(chǎng)的方向;二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象★楞次3二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

★楞次定律：三.楞次定律的實(shí)質(zhì):能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中得體現(xiàn).四.楞次定律和安培定則的關(guān)系:都是用來判斷感應(yīng)電流的方向,但應(yīng)用的范圍有所不同,楞次定律應(yīng)用范圍要更廣一些.五.楞次定律的引申含義:①阻礙原磁通量的變化.②阻礙(導(dǎo)體的)相對(duì)運(yùn)動(dòng)(由磁體相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的感應(yīng)電流的二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象★楞次定律：三.楞次定律的實(shí)質(zhì):能量守恒定4二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

★楞次定律：三.楞次定律的實(shí)質(zhì):能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中得體現(xiàn).四.楞次定律和安培定則的關(guān)系:都是用來判斷感應(yīng)電流的方向,但應(yīng)用的范圍有所不同,楞次定律應(yīng)用范圍要更廣一些.五.楞次定律的引申含義:

情況).③阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象).二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象★楞次定律：三.楞次定律的實(shí)質(zhì):能量守恒定5例析例1:如圖所示,光滑固定導(dǎo)軌MN水平放置,兩根導(dǎo)棒P、Q平行放于導(dǎo)軌上,形成一個(gè)閉合回路,現(xiàn)有一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí),P、Q將如何運(yùn)動(dòng)?磁鐵的加速度怎樣變化?PQMN解析:當(dāng)磁鐵從高處下落時(shí),回路中的磁通量增加,由引伸含義①得:P、Q將互相靠攏以減小回路面積,從而阻礙回路磁通量的增加.根據(jù)引伸含義②:感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng),故磁鐵將受到向上的作用力,使其加速度減小.例析例1:如圖所示,光滑固定導(dǎo)軌MN水平放置,兩根導(dǎo)棒P、Q6例析例1:如圖所示,光滑固定導(dǎo)軌MN水平放置,兩根導(dǎo)棒P、Q平行放于導(dǎo)軌上,形成一個(gè)閉合回路,現(xiàn)有一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí),P、Q將如何運(yùn)動(dòng)?磁鐵的加速度怎樣變化?PQMN答案:P、Q將互相靠攏以縮小回路面積;磁鐵將受到向上的作用力,以便使其加速度減小.解析:當(dāng)磁鐵從高處下落時(shí),回路中的磁通量增加,由引伸含義①得:P、Q將互相靠攏以減小回路面積,從而阻礙回路磁通量的增加.根據(jù)引伸含義②:感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng),故磁鐵將受到向上的作用力,使其加速度減小.F例析例1:如圖所示,光滑固定導(dǎo)軌MN水平放置,兩根導(dǎo)棒P、Q7例析例2:如圖所示,ab是一個(gè)可繞垂直于紙面向里的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的閉合矩形導(dǎo)線框,當(dāng)滑線變阻器R的滑針自左向右滑動(dòng)時(shí),線框?qū)?)(1990上?？碱})A.將保持靜止B.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D.發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),但因電源極性不明,無法確定ab電源例析例2:如圖所示,ab是一個(gè)可繞垂直于紙面向里的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的8例析例2:如圖所示,ab是一個(gè)可繞垂直于紙面向里的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的閉合矩形導(dǎo)線框,當(dāng)滑線變阻器R的滑針自左向右滑動(dòng)時(shí),線框?qū)?)(1990上?？碱}解析:滑線變阻器R的滑塊P向右滑動(dòng)時(shí),接入電路的電阻變大,電流強(qiáng)度變小,穿過線框的磁通量減小,根據(jù)楞次定律的引伸含義①,線框ab應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),以增大其垂直于磁感線方向投影的面積,才能阻礙線框磁通量的減少.ab電源例析例2:如圖所示,ab是一個(gè)可繞垂直于紙面向里的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的9例析例2:如圖所示,ab是一個(gè)可繞垂直于紙面向里的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的閉合矩形導(dǎo)線框,當(dāng)滑線變阻器R的滑針自左向右滑動(dòng)時(shí),線框?qū)?)(1990上海考題)A.將保持靜止B.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D.發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),但因電源極性不明,無法確定abC例析例2:如圖所示,ab是一個(gè)可繞垂直于紙面向里的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的10二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

★法拉第電磁感應(yīng)定律：一.定律內(nèi)容：電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過電路的磁通量的變化率成正比.二.公式:在Ψ-t圖中,

是磁通量的變化率.值是表示為曲線上各點(diǎn)的斜率.二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象★法拉第電磁感應(yīng)定律：一.定律內(nèi)容：電磁感11二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

★法拉第電磁感應(yīng)定律：三.理解要點(diǎn):①感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與電路的電阻及電路是否閉合無關(guān).②要嚴(yán)格區(qū)分求的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).無關(guān).的含義,的大小與③一般而言,公式內(nèi)的二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象★法拉第電磁感應(yīng)定律：三.理解要點(diǎn):求的是12二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

★法拉第電磁感應(yīng)定律：五.兩種常用變換形式:(磁感強(qiáng)度發(fā)生變化而面積不變時(shí))(閉合線圈的面積發(fā)生變化時(shí),而磁感強(qiáng)度不變)二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象★法拉第電磁感應(yīng)定律：五.兩種常用變換形13二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

★法拉第電磁感應(yīng)定律：五.導(dǎo)體在運(yùn)強(qiáng)磁場(chǎng)中平動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):①計(jì)算公式:②注意點(diǎn):a.公式可由法拉第電磁感應(yīng)定律推得.b.公式僅適用于B、L、v三者相互垂直的情況.c.若導(dǎo)體彎曲時(shí),則L應(yīng)取與B、v垂直的有效長度.d.若V是瞬時(shí)速度，則ε為瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì);若V是平均速度，則ε為平均電動(dòng)勢(shì).二．電磁感應(yīng)現(xiàn)象★法拉第電磁感應(yīng)定律：五.導(dǎo)體在運(yùn)強(qiáng)磁場(chǎng)中14例析例1<2001上?？碱}>如圖所示,半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有均勻磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,大小為B=0.2T.方向垂直紙面向里.半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場(chǎng)同心放置,磁場(chǎng)與環(huán)面垂直,其中a=0.4m,求L1的功率.L1L2MNOO'b=0.6m,金屬環(huán)上分別接有燈L1、L2,兩燈電阻均是2Ω.一金屬棒MN與金屬環(huán)接觸良好,棒與環(huán)的電阻均忽略不計(jì),則:(1).若棒以v0=5m/s的速率在環(huán)上向右勻速滑動(dòng),求棒滑過圓環(huán)直徑OO'的瞬時(shí),MN中的電動(dòng)勢(shì)和流過燈L1上的電流.(2).若撤去中間的金屬棒MN,將右面的半圓環(huán)OL2O'以O(shè)O'為軸向上翻轉(zhuǎn)90度,若此時(shí)磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化,其變化率為例析例1<2001上海考題>如圖所示,半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有15例析L1L2MNOO'解析:當(dāng)MN棒運(yùn)動(dòng)到OO'的瞬時(shí),可以應(yīng)用導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)動(dòng)的有關(guān)公式求出此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此時(shí)兩個(gè)燈泡是并聯(lián)關(guān)系，可以根據(jù)閉合電路的歐姆定律求通過L1的電流;撤去中間的金屬棒MN,電路中的兩個(gè)燈泡是串聯(lián),若再將右圖中的半圓以O(shè)O‘為軸向上翻轉(zhuǎn)90度后,當(dāng)磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化時(shí)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),而有磁場(chǎng)穿過的線圈面積只有半圓,這樣分析清楚后,可以運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算出該狀態(tài)的電動(dòng)勢(shì),再應(yīng)用有關(guān)公式求出L1的功率.例析L1L2MNOO'解析:16例析L1L2MNOO'1.2.例析L1L2MNOO'1.2.17三．電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用★有三類重要的綜合：解題思路:首先進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)分析,后畫出等效電路圖,從而將電磁感應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為電路問題.畫等效電路圖的一般方法是:①分析產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原因,確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)存在于何處.②判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向.③將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分導(dǎo)體用電源代替,而設(shè)有產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分導(dǎo)體用電阻,從而畫出等效電路圖.1.電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用:三．電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用★有三類重要的綜合：解題思路:18例析例1(1999上?？碱})如圖所示,把總電阻為R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán),水平固定在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.一根長為2a,電阻為R,粗細(xì)均勻的金屬棒MN放置在圓環(huán)上,接觸良好.當(dāng)MN一恒定的速度V向右移動(dòng)經(jīng)過環(huán)心O時(shí),求:解析:將金屬棒MN看作一內(nèi)阻為r,電動(dòng)勢(shì)為ε的電源,兩個(gè)半圓環(huán)看作兩個(gè)并聯(lián)電阻,作出其等效電路如右圖所示.則:①棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN②在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總?cè)艄β?V電源電動(dòng)勢(shì)為例析例1(1999上?？碱})如圖所示,把總電阻為R的均勻電阻19例析解析:V外電路的電阻為棒上電流大小為電流方向?yàn)閺腘→M.棒兩端電壓為圓環(huán)和棒上消耗的總功率為例析解析:V外電路的電阻為棒上電流大小為電流方向?yàn)閺腘→M.20三．電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用★有三類重要的綜合：這類綜合問題涉及的是力學(xué)基本規(guī)律相關(guān)的動(dòng)態(tài)分析.一般方法是:從導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況著手進(jìn)行分析.在電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε→閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流I→通電導(dǎo)線受到安培力→感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化????????

形成初態(tài)的變化程度依次減弱的循環(huán),當(dāng)循環(huán)最終時(shí),物體的加速度為零.若處于穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),則應(yīng)抓住物體所受的合外力為零而速度最大這個(gè)特點(diǎn).2.電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合:三．電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用★有三類重要的綜合：這類綜合問21三．電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用★有三類重要的綜合：2.電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合:解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題基本程序可概括為:

尋找電源→電路分析→受力分析→運(yùn)動(dòng)分析→建立方程→討論求解.

其中分析動(dòng)態(tài)過程進(jìn)而確定最終狀態(tài)是解決此類問題的關(guān)鍵所在.三．電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用★有三類重要的綜合：2.電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)22例析例.如圖所示,兩光滑平行金屬導(dǎo)軌aa‘,bb’(電阻不計(jì))相距L,上端a,b間通過電阻R相連,aa‘,bb’足夠長,導(dǎo)軌平面與水平面成θ角.虛線cd垂直于導(dǎo)軌,其以下部分有一垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一質(zhì)量為m的金屬棒ef處于垂直跨接在導(dǎo)軌上,現(xiàn)將ef在cd以上某處自由釋放,使之沿光滑軌道向下滑動(dòng)并進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,下滑過程中ef始終與導(dǎo)軌垂直.那么ef在進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后的一段時(shí)間里可能的運(yùn)動(dòng)情況是樣的?(導(dǎo)軌與金屬棒電阻不計(jì))例析例.如圖所示,兩光滑平行金屬導(dǎo)軌aa‘,bb’(電阻不計(jì)23例析解析:如圖乙所示,設(shè)金屬棒ef進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的速度為v0,進(jìn)入磁場(chǎng)后的由于切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流.乙電流大小為:電流方向?yàn)?f→e金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后,將受到安培FA的作用,FA的方向沿斜面向上,剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)安培力的大小為討論:①當(dāng)ef將沿斜面向下作勻速運(yùn)動(dòng)且例析解析:如圖乙所示,設(shè)金屬棒ef進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的24例析解析:乙討論:②當(dāng)ef將作加速運(yùn)動(dòng),加速度可由求得,隨著ef下滑速度v增大,加速度減小,所以ef作加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng).當(dāng)時(shí),ef速度最大為并以此速度一直沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)下去.例析解析:乙討論:②當(dāng)ef將作加速運(yùn)動(dòng),加速度可由求得,隨著25例析解析:乙討論:③當(dāng)ef將作減速運(yùn)動(dòng),加速度可由求得,隨著ef下滑速度v減小,加速度減小,所以ef作加速度減小的變減速運(yùn)動(dòng).當(dāng)時(shí),ef速度最小為并以此速度一直沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)下去.例析解析:乙討論:③當(dāng)ef將作減速運(yùn)動(dòng),加速度可由求得,隨著26例析解析:乙討論:

由此可見,只要導(dǎo)軌足夠長,金屬棒ef最終都會(huì)做勻速運(yùn)動(dòng),且速度大小均為(收尾速度)并以此速度一直沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)下去.例析解析:乙討論:由此可見,只要導(dǎo)軌足夠長,金屬27三．電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用★有三類重要的綜合：3.電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化:由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電能與其他形式的能量之間的相互轉(zhuǎn)化的過程,因此解決這一類問題時(shí)不必取去追究其中間的具體某個(gè)變化的力,變化的電流做功的具體細(xì)節(jié),而只需理清能量間的轉(zhuǎn)化途徑,緊緊抓住始末兩態(tài)的能量轉(zhuǎn)化情況,根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律即可求解.三．電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用★有三類重要的綜合：3.電磁感應(yīng)中的能量28例析例.如圖甲所示,相距為d的兩水平滑線間有均勻磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里.金屬線框abcd邊長為L(L<d),質(zhì)量為m,電阻為R,線框從磁場(chǎng)上方處自由下落,線框ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)和剛A.感應(yīng)電流做的功為2mgdB.感應(yīng)電流做的功為mgdC.線框的最小速度一定為D.線框的最小速度一定為離開磁場(chǎng)時(shí)的速度相同.(如圖乙,丙)設(shè)線框通過通過磁場(chǎng)保持與磁場(chǎng)垂直,則線框全部通過磁場(chǎng)的過程中()例析例.如圖甲所示,相距為d的兩水平滑線間有均勻磁場(chǎng),磁感應(yīng)29例析解析:

此題應(yīng)用能量守恒定律求解較方便.此題從能量的角度看可以分為四個(gè)物理過程(1)線框自由落下h高度,重力勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化,有(2)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到線框全部進(jìn)入磁場(chǎng),僅ab邊切割磁感線,線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流.一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,電流通過線框電阻R,實(shí)現(xiàn)由電能向內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化而損失了,動(dòng)能發(fā)生變化,有例析解析:(2)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到線框全部進(jìn)入磁場(chǎng),僅ab邊30例析(3)線框全部進(jìn)入磁場(chǎng),到ab邊剛要出磁場(chǎng).由于此過程中磁通量不變,故無感應(yīng)電流產(chǎn)生.線框減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,有上分析得知,第二過程中v’最小速度,因?yàn)榫€框ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)和剛離開磁場(chǎng)時(shí)速度相同,將第二、第三過程可以一起來考慮,其動(dòng)能不變,勢(shì)能減少,轉(zhuǎn)化為電能,有解析:例析(3)線框全部進(jìn)入磁場(chǎng),到ab邊剛要出磁場(chǎng).由于此過程中31例析(4)ab邊出磁場(chǎng)到線框全部離開磁場(chǎng).由于此過程和第二過程能量轉(zhuǎn)化情況完全相同.因此整個(gè)過程中電流做的功為由解析:例析(4)ab邊出磁場(chǎng)到線框全部離開磁場(chǎng).由于此過程和第二過32例析例.如圖甲所示,相距為d的兩水平滑線間有均勻磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里.金屬線框abcd邊長為L(L<d),質(zhì)量為m,電阻為R,線框從磁場(chǎng)