《电磁感应总复习》PPT课件.ppt

电磁感应总复习,电磁感应现象,一.知识结构,导体切割,磁通变化,闭合回路的一部分导体切割磁感线,穿过闭合回路磁通量发生变化,E=BLV,E=n/t,右手定则,楞次定律：（理解拓展）,自感现象,自感电动势方向,自感电动势大小 E=LI/t,自感现象的应用,电磁感应典型问题,电路问题,动力学问题,能量问题,图象问题,两个典型模型：矩形线框有界磁场 导轨滑杆模型,1、三个基本问题,本章复习目标,楞次定律解决了感应电流的方向判断问题,法拉第电磁感应定律用于计算感应电动势的大小,磁通量变化,感应电动势,磁通量变化快慢,感应电动势大小,磁通量增减,感应电动势方向,结论：只要0就有电磁感应现象发生,二、电磁感应现象,引起磁通量变化的常见情况,（1）闭合电路的部分导体做切割磁感 线运动,（2）线圈在磁场中转动,（3）磁感应强度B变化,（4）线圈的面积变化,三、感应电流的方向,1、特殊方法：右手定则 用于导线切割磁感线的情形。,例：在下列图中，磁感强度B、感应电流强度I、导线的运动速度V等三个物理量中只给出两个，试判断出第三个物理量方向。(已知:三个物理量互相垂直）,如图为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的竖直分量向下。飞机在我国上空匀速航行，机翼保持水平，飞行高度不变，由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差。设飞行员左方机翼末端处的电势为U1，右方机翼末端的电势为U2，（）A若飞机从西往东飞，U1比U2高 B若飞机从东往西飞，U2比U1高 C若飞机从南往北飞，U1比U2高 D若飞机从北往南飞，U2比U1高,2、普适方法：楞次定律 内容：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,“四步法”判断感应电流方向：1、明确原磁场B方向2、明确磁通量的变化（是增还是减）3、判断感应电流的磁场B的方向4、安培定则判断感应电流的方向,楞次定律中“阻碍”的含意：阻碍不是阻止；可理解为“增反、减同”,推广式,电磁感应现象中的“因”与“果”,直接原因：,派生结果：,推论：结果一定阻碍原因,磁通量变化相对运动切割运动电流变化(自感),感应电流受力受力而发生运动,楞次定律的理解,（1）“阻碍”不是阻止,而是延缓这种变化,（2）“阻碍”的不是磁感强度B，也不是磁通量，而是阻碍穿过闭合回路的磁通量变化,（3）由于“阻碍”作用才导致了电磁感应中的能量转化,（4）推广：A、就磁通量来说增反减同B、就相对运动来说阻碍相对运动：来据去留C、就回路面积来说有增加或缩小的趋势D、就电流本身来说自感：增反减同,考点1、判断感应电流方向,感应电流总是阻碍产生感应电流的原因,选择题出现,感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的(原磁场)磁通量的变化.,判断感应电流方向的步骤,(1)明确原磁场的方向；,(2)明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；,(3)根据楞次定律，判定感应电流的磁场方向；,(4)利用安培定则判定感应电流的方向,归纳总结,增反减同,右手螺旋定则,法拉第电磁感应定律,用磁通变化计算感应电动势常见有2种情况,导体“切割”计算感应电动势时,考点2、电磁感应电路问题,只有B变,只有S变,导体切割磁感线,E=BLV,（B、L、V三者两两垂直）,导体杆以其一端为圆心在匀强磁场中转动,其中L是有效长度，V是L与B垂直的相对速度,线圈的转动轴与磁感线垂直,如图矩形线圈的长、宽分别为L1、L2,所围面积为S,向右的匀强磁场的磁感应强度为B,线圈绕图示的轴以角速度匀速转动,感应电动势的最大值为E=nBS,感应电场与感生电动势1、感应电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感应电场 特征：由于磁场的强弱变化，闭合电路中产生了感应电流，电路中的自由电荷是在感应电场作用下定向移动的，即由于感应电场的变化，在电路中形成了感应磁场，感应电场为涡旋电场。注：静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场电场线是由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。,当磁场增强时，产生的感应电场是与磁场方向垂直的曲线，如果此空间存在闭合导线，导体中的自由电荷就会在电场力作用下定向移动，而产生感应电流,2、感应电动势：由感生电场使导体产生的电动势叫感生电动势（导线不动，磁场随时间变化时在导线产生的感应电动势）1）作用：在电路的作用就是电源，其电路就是内电路，当它与外电路连接后就会对外电路供电2）产生原因：涡旋电场产生的电场力作为一种非静电力在导体中产生感生电动势,二、洛仑兹力与动生电动势1、动生电动势：磁场不变，由导体运动引起磁通量的变化而产生的感应电动势 2、产生机理：自由电荷会随着导线棒运动，并因此受到洛伦兹力，使导体中自由电荷沿导体棒移动，洛伦兹力为非静电力（为正电荷）,动生电动势的表达式：作用在单位正电荷的洛伦兹力为 F=F 洛/e=vB 则动生电动势为：E=FL=BLv结论：与法拉第电磁感应定律得到的结果一致,解题思路,1、确定电源：,产生电磁感应现象的那一部分导体,其电阻为内电阻,2、合理选择公式求感应电动势的大小：动生or感生?,3、利用右手定则或楞次定律判断电流（电动势）方向,4、分析电路结构，画等效电路图，求总电阻,5、利用电路规律求解，主要有欧姆定律，串并联规律等,注意（1）电源内部电流从低电势流向高电势，电路中从高电势到低电势,（2）区别内外电路,（3）注意全电路的电阻,电磁感应中的电路问题,例 如图3-8-5所示，MN是一根固定的通电长直导线，电流方向向上今将一金属线框abcd放在导线上，让线框的位置偏向导线的左边，两者彼此绝缘，当导线中的电流I突然增大时，线框整体受力情况为：A受力向右 B受力向左C受力向上 D受力为零,考点1、楞次定律的理解,A,练习、如图所示，A线圈接一灵敏电流计，B线框放在匀强磁场中，B线框的电阻不计，具有一定电阻的导体棒可沿线框无摩擦滑动今用一恒力F向右拉CD由静止开始运动，B线框足够长，则通过电流计中的电流方向和大小变化是AG中电流向上，强度逐渐增强BG中电流向下，强度逐渐增强CG中电流向上，强度逐渐减弱，最后为零DG中电流向下，强度逐渐减弱，最后为零,考点1、楞次定律的理解,D,考点1、楞次定律的理解 二次电磁感应问题 互感,BC,例2 如图所示，导线全都是裸导线，半径为r的圆内有垂直圆平面的匀强磁场，磁感强度为B一根长度大于2r的导线MN以速率v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路中的定值电阻为R，其余电阻不计求：MN从圆环的左端滑到右端的全过程中电阻R上的电流强度的平均值及通过R的电量,此题属磁通变化类型还是切割类型？,能用 E=Blv计算出感应电动势吗？,本题中何时感应电流最大？感应电流最大值为多少？,感应电流的平均值I为什么不等于最大电流Imax与最小电流Imin=0的算术平均值？,考点2 电磁感应中的电路问题,为使MN能保持匀速运动，需外加的拉力是恒力还是变力？,电磁感应的动力学问题,（1）给杆初速度,（2）给杆一个恒定拉力,能的观点：,“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.,电磁感应的动力学问题,电能求解思路主要有三种：1利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功.2得用能量守恒求解：开始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能（只有重力弹簧弹力和安培力做功）.3利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算.,电磁感应的动力学问题,例3 如图所示，竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B0.5T+0.1t,水平放置的导轨不计电阻，不计摩擦阻力，宽度l=0.5m，在导轨上浮放着一金属棒MN，电阻R0=0.1，并用水平细线通过定滑轮悬吊着质量 M=2kg的重物导轨上的定值电阻R=0.4，与P、Q端点相连组成回路又知PN长d=0.8m，求：从磁感强度为B开始计时，经过多少时间金属棒MN恰能将重物拉起？,考点2 电磁感应中的动力学问题,导轨滑杆模型,例4 如图所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为l，导轨平面与水平面的夹角为，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感强度为B，在导轨的A、D端连接一个阻值为R的电阻一根垂直于导轨放置的金属棒ab，其质量为m，从静止开始沿导轨下滑求：ab棒下滑的最大速度（要求画出ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为，导轨和金属棒的电阻都不计）,考点 电磁感应中的动态分析问题,导轨滑杆模型,例5、如图所示，固定在水平面上的间距为L的平行光滑导轨之间，接有阻值为R的电阻（导轨电阻不计）。匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直导轨平面向下。一根电阻为2R，质量为m，长为2L的金属杆ab垂直导轨放置，且杆中心在两导轨正中间。今施加一水平向右的恒力F，使得导体杆ab以水平向右的初速度v0匀速前行，求：（1）恒力F的大小；（2）ab杆两端的电势差；（3）克服安培力做功的功率；（4）整个回路的电功率；（5）电阻R消耗的电功率。,导轨滑杆模型,例6两根金属导轨平行放置在倾角为=300的斜面上，导轨左端接有电阻R=10，导轨自身电阻不计。匀强磁场垂直于斜面向上，磁感强度B=0.5T。质量为m=0.1kg，电阻R，=10的金属棒ab静止释放，沿导轨下滑。如图所示，设导轨足够长，导轨宽度L=2m，金属棒ab下滑过程中始终与导轨接触良好，当金属棒下滑h=3m时，速度恰好达到最大速度2m/s，求此过程中电阻R中产生的热量？,导轨滑杆模型,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.在对物体进行受力分析时，由于电磁感应现象，多了一个安培力的作用，这一点是不能忽视的。,基本思路：,确定电源（画等效电路）(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,矩形线框有界磁场模型,进入过程：1到2位置，进入速度决定运动情景 匀速进入：重力安培力 加速进入：重力安培力，加速度减小的加速运动 减速进入：重力 安培力，加速度减小的减速运动,完全在磁场中：只受重力，竖直下抛运动,出磁场：4到5位置，运动情景？,磁场区域比较窄又怎样？,匀速进入磁场，又怎样出磁场？,3.质量为m、边长为L的正方形导体框，从有界的匀强磁场上方由静止自由下落线框每边电阻为R匀强磁场的宽度为H(LH)磁感应强度大小为B方向垂直于纸面向内线框下落过程中ab边与磁场边界平行且沿水平方向已知ab边刚进入磁场和刚穿出磁场时线框都做减速运动，加速度大小都是g/3求：(1)ab边刚进入磁场时ab边的电势差Uab(2)cd边刚进入磁场时的速度(3)线框进入磁场的过程中，ab边的发热量,4.图中虚线为相邻两个匀强磁场区域1和2的边界，两个区域的磁场方向相反且都垂直于纸面，磁感应强度大小都为B，两个区域的高度都为L一质量为m、电阻为R、边长也为L的单匝矩形导线框abcd，从磁场区上方某处竖直自由下落，ab边保持水平且线框不发生转动当ab边刚进入区域1时，线框恰开始做匀速运动；当线框的ab边下落到区域2的中间位置时，线框恰又开始做匀速运动求：（1）当ab边刚进入区域1时做匀速运动的速度v1；（2）当ab边刚进入区域2时，线框的加速度大小与方向；（3）线框从开始运动到ab边刚要离开磁场区域2时的下落过程中产生的热量Q,7.水平地面上方的H高区域内有匀强磁场，水平界面PP是磁场的上边界，磁感应强度为B，方向是水平的，垂直于纸面向里。在磁场的正上方，有一个位于竖直平面内的闭合的矩形平面导线框abcd，ab长为L1 bc长为L2，L1L2，线框的质量为m，电阻为R。使线框abcd从高处自由落下，ab边下落的过程中始终保持水平，已知线框进入磁场的过程中的运动情况是cd边进入磁场以后，线框先做加速运动，然后做匀速运动，直到ab边到达边界PP为止。从线框开始下落到cd边刚好到达水平地面的过程中，线框中产生的焦耳热为Q。(1)线框abcd在进入磁场的过程中，通过导线的某一横截面的电荷量是多少?,(1)线框abcd在进入磁场的过程中，通过导线的某一横截面的电荷量是多少?(2)线框是从c边距边界PP多高处开始下落的?(3)线框的cd边到达地面时线框的速度大小是多少?,1、定性或定量地表示出所研究问题的函数关系,2、在图象中E、I、B等物理量的方向是通过正负值来反映,3、画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达,4、要注意区别正弦波、方波、锯齿波、一次函数差异,选择题技巧：先看正负，再看形状、走势，最后看特殊位置,利用图像解题技巧：看坐标轴，看斜率，看特殊点，最后看走势,电磁感应的图像问题,方向,变化：VEI,某边进入、出,例5 如图甲所示，一个由导体做成的矩形线圈，以恒定速率v运动，从无磁场区进入匀强磁场区，然后出来若取反时针方向为电流正方向，那么图乙中的哪一个图线能正确地表示电路中电流与时间的函数关系？,考点:电磁感应中的图像问题,L恒定，电动势如何变化看速度V的变化,V恒定，电动势如何变化看有效长度L的变化,多边进入磁场，涉及到多个电源的连接问题要注意方向,电磁感应图像题技巧：先看正负，再看形状、走势，最后看特殊位置,p102,15竖直平行导轨MN上端接有电阻R，金属杆ab质量为m，跨在平行导轨间的长度为L，垂直导轨平面的水平匀强磁场方向向里，不计ab杆及导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好，如图.若ab杆在竖直方向外力F作用下匀速上升h，则（）,A.拉力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热B.金属杆ab克服安培力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热C.拉力F和重力做功的代数和等于R上产生的焦耳热D.拉力F与安培力的合力所做的功大于mgh,F,mg,F安,跟踪练习,返回目录,由静止释放，在EF棒滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段.今用大小为F，方向沿斜面向上的恒力把EF棒从BD位置由静止推至距BD,9.如图所示，AB和CD是足够长的平行光滑导轨，其间距为l，导轨平面与水平面的夹角为.整个装置处在磁感应强度为B，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.AC端连有电阻值为R的电阻.若将一质量M，垂直于导轨的金属棒EF在距BD端s处,跟踪练习,返回目录,端s处，突然撤去恒力F，棒EF最后又回到BD端.求：（1）EF棒下滑过程中的最大速度；（2）EF棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中，有多少电能转化成了内能（金属棒、导轨的电阻均不计）？,解析（1）如图当EF从距BD端s处由静止开始滑至BD的过程中，受力情况如图所示.安培力：根据牛顿第二定律：,