磁场-电磁感应课件

磁场电磁感应G_+主讲:童善桃

磁场电磁感应G_+主讲:童善桃1理解要点：

应用楞次定律判断感应电流的方向之前，先要正确的理解“阻碍”两字是指阻碍穿过闭合电路的磁通量的变化(增加或减少)

(a).“阻碍”不是“阻止”,“阻碍变化”是指变化进行得慢些.(b).“阻碍”不等于“反向”,当原磁场减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,是阻碍原磁场的减少,因此定律可简化为“增反减同”.二．电磁感应现象

★楞次定律：一.定律内容：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。理解要点：二．电磁感应现象★楞次定律：一.定律内容：感应2

①确定研究对象,明确原磁场的方向;②根据题设条件,分析与明确磁通量的变化(增加还是减少).③应用楞次定律判断感应电流所产生的磁场的方向.④应用安培定则判断感应电流的方向.二．电磁感应现象

★楞次定律：二.应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤:(四步曲)①确定研究对象,明确原磁场的方向;二．电磁感应现象★楞次3二．电磁感应现象

★楞次定律：三.楞次定律的实质:能量守恒定律在电磁感应现象中得体现.四.楞次定律和安培定则的关系:都是用来判断感应电流的方向,但应用的范围有所不同,楞次定律应用范围要更广一些.五.楞次定律的引申含义:①阻碍原磁通量的变化.②阻碍(导体的)相对运动(由磁体相对运动引起的感应电流的二．电磁感应现象★楞次定律：三.楞次定律的实质:能量守恒定4二．电磁感应现象

★楞次定律：三.楞次定律的实质:能量守恒定律在电磁感应现象中得体现.四.楞次定律和安培定则的关系:都是用来判断感应电流的方向,但应用的范围有所不同,楞次定律应用范围要更广一些.五.楞次定律的引申含义:

情况).③阻碍原电流的变化(自感现象).二．电磁感应现象★楞次定律：三.楞次定律的实质:能量守恒定5例析例1:如图所示,光滑固定导轨MN水平放置,两根导棒P、Q平行放于导轨上,形成一个闭合回路,现有一条形磁铁从高处下落接近回路时,P、Q将如何运动?磁铁的加速度怎样变化?PQMN解析:当磁铁从高处下落时,回路中的磁通量增加,由引伸含义①得:P、Q将互相靠拢以减小回路面积,从而阻碍回路磁通量的增加.根据引伸含义②:感应电流的磁场要阻碍磁铁的相对运动,故磁铁将受到向上的作用力,使其加速度减小.例析例1:如图所示,光滑固定导轨MN水平放置,两根导棒P、Q6例析例1:如图所示,光滑固定导轨MN水平放置,两根导棒P、Q平行放于导轨上,形成一个闭合回路,现有一条形磁铁从高处下落接近回路时,P、Q将如何运动?磁铁的加速度怎样变化?PQMN答案:P、Q将互相靠拢以缩小回路面积;磁铁将受到向上的作用力,以便使其加速度减小.解析:当磁铁从高处下落时,回路中的磁通量增加,由引伸含义①得:P、Q将互相靠拢以减小回路面积,从而阻碍回路磁通量的增加.根据引伸含义②:感应电流的磁场要阻碍磁铁的相对运动,故磁铁将受到向上的作用力,使其加速度减小.F例析例1:如图所示,光滑固定导轨MN水平放置,两根导棒P、Q7例析例2:如图所示,ab是一个可绕垂直于纸面向里的轴O转动的闭合矩形导线框,当滑线变阻器R的滑针自左向右滑动时,线框将()(1990上海考题)A.将保持静止B.逆时针转动C.顺时针转动D.发生转动,但因电源极性不明,无法确定ab电源例析例2:如图所示,ab是一个可绕垂直于纸面向里的轴O转动的8例析例2:如图所示,ab是一个可绕垂直于纸面向里的轴O转动的闭合矩形导线框,当滑线变阻器R的滑针自左向右滑动时,线框将()(1990上海考题解析:滑线变阻器R的滑块P向右滑动时,接入电路的电阻变大,电流强度变小,穿过线框的磁通量减小,根据楞次定律的引伸含义①,线框ab应顺时针转动,以增大其垂直于磁感线方向投影的面积,才能阻碍线框磁通量的减少.ab电源例析例2:如图所示,ab是一个可绕垂直于纸面向里的轴O转动的9例析例2:如图所示,ab是一个可绕垂直于纸面向里的轴O转动的闭合矩形导线框,当滑线变阻器R的滑针自左向右滑动时,线框将()(1990上海考题)A.将保持静止B.逆时针转动C.顺时针转动D.发生转动,但因电源极性不明,无法确定abC例析例2:如图所示,ab是一个可绕垂直于纸面向里的轴O转动的10二．电磁感应现象

★法拉第电磁感应定律：一.定律内容：电磁感应电动势的大小与穿过电路的磁通量的变化率成正比.二.公式:在Ψ-t图中,

是磁通量的变化率.值是表示为曲线上各点的斜率.二．电磁感应现象★法拉第电磁感应定律：一.定律内容：电磁感11二．电磁感应现象

★法拉第电磁感应定律：三.理解要点:①感应电动势的大小与电路的电阻及电路是否闭合无关.②要严格区分求的是平均感应电动势.无关.的含义,的大小与③一般而言,公式内的二．电磁感应现象★法拉第电磁感应定律：三.理解要点:求的是12二．电磁感应现象

★法拉第电磁感应定律：五.两种常用变换形式:(磁感强度发生变化而面积不变时)(闭合线圈的面积发生变化时,而磁感强度不变)二．电磁感应现象★法拉第电磁感应定律：五.两种常用变换形13二．电磁感应现象

★法拉第电磁感应定律：五.导体在运强磁场中平动切割磁力线产生的感应电动势:①计算公式:②注意点:a.公式可由法拉第电磁感应定律推得.b.公式仅适用于B、L、v三者相互垂直的情况.c.若导体弯曲时,则L应取与B、v垂直的有效长度.d.若V是瞬时速度，则ε为瞬时电动势;若V是平均速度，则ε为平均电动势.二．电磁感应现象★法拉第电磁感应定律：五.导体在运强磁场中14例析例1<2001上海考题>如图所示,半径为a的圆形区域内有均匀磁场,磁感应强度为B,大小为B=0.2T.方向垂直纸面向里.半径为b的金属圆环与磁场同心放置,磁场与环面垂直,其中a=0.4m,求L1的功率.L1L2MNOO'b=0.6m,金属环上分别接有灯L1、L2,两灯电阻均是2Ω.一金属棒MN与金属环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计,则:(1).若棒以v0=5m/s的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径OO'的瞬时,MN中的电动势和流过灯L1上的电流.(2).若撤去中间的金属棒MN,将右面的半圆环OL2O'以OO'为轴向上翻转90度,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为例析例1<2001上海考题>如图所示,半径为a的圆形区域内有15例析L1L2MNOO'解析:当MN棒运动到OO'的瞬时,可以应用导体作切割磁力线运动的有关公式求出此时的感应电动势。此时两个灯泡是并联关系，可以根据闭合电路的欧姆定律求通过L1的电流;撤去中间的金属棒MN,电路中的两个灯泡是串联,若再将右图中的半圆以OO‘为轴向上翻转90度后,当磁场随时间均匀变化时而产生感应电动势,而有磁场穿过的线圈面积只有半圆,这样分析清楚后,可以运用法拉第电磁感应定律计算出该状态的电动势,再应用有关公式求出L1的功率.例析L1L2MNOO'解析:16例析L1L2MNOO'1.2.例析L1L2MNOO'1.2.17三．电磁感应综合应用★有三类重要的综合：解题思路:首先进行电路结构分析,后画出等效电路图,从而将电磁感应问题转化为电路问题.画等效电路图的一般方法是:①分析产生感应电动势的原因,确定感应电动势存在于何处.②判断感应电动势方向.③将产生感应电动势那部分导体用电源代替,而设有产生感应电动势那部分导体用电阻,从而画出等效电路图.1.电磁感应与电路规律的综合应用:三．电磁感应综合应用★有三类重要的综合：解题思路:18例析例1(1999上海考题)如图所示,把总电阻为R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环,水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中.一根长为2a,电阻为R,粗细均匀的金属棒MN放置在圆环上,接触良好.当MN一恒定的速度V向右移动经过环心O时,求:解析:将金属棒MN看作一内阻为r,电动势为ε的电源,两个半圆环看作两个并联电阻,作出其等效电路如右图所示.则:①棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN②在圆环和金属棒上消耗的总若功率.V电源电动势为例析例1(1999上海考题)如图所示,把总电阻为R的均匀电阻19例析解析:V外电路的电阻为棒上电流大小为电流方向为从N→M.棒两端电压为圆环和棒上消耗的总功率为例析解析:V外电路的电阻为棒上电流大小为电流方向为从N→M.20三．电磁感应综合应用★有三类重要的综合：这类综合问题涉及的是力学基本规律相关的动态分析.一般方法是:从导体在磁场中的受力情况和运动情况着手进行分析.在电磁感应过程中产生感应电动势ε→闭合电路中产生感应电流I→通电导线受到安培力→感应电动势变化••••••••

形成初态的变化程度依次减弱的循环,当循环最终时,物体的加速度为零.若处于稳定的运动状态,则应抓住物体所受的合外力为零而速度最大这个特点.2.电磁感应与力学规律的综合:三．电磁感应综合应用★有三类重要的综合：这类综合问21三．电磁感应综合应用★有三类重要的综合：2.电磁感应与力学规律的综合:解决电磁感应中的动力学问题基本程序可概括为:

寻找电源→电路分析→受力分析→运动分析→建立方程→讨论求解.

其中分析动态过程进而确定最终状态是解决此类问题的关键所在.三．电磁感应综合应用★有三类重要的综合：2.电磁感应与力学规22例析例.如图所示,两光滑平行金属导轨aa‘,bb’(电阻不计)相距L,上端a,b间通过电阻R相连,aa‘,bb’足够长,导轨平面与水平面成θ角.虚线cd垂直于导轨,其以下部分有一垂直于导轨平面向上的匀强磁场.一质量为m的金属棒ef处于垂直跨接在导轨上,现将ef在cd以上某处自由释放,使之沿光滑轨道向下滑动并进入匀强磁场区域,下滑过程中ef始终与导轨垂直.那么ef在进入匀强磁场后的一段时间里可能的运动情况是样的?(导轨与金属棒电阻不计)例析例.如图所示,两光滑平行金属导轨aa‘,bb’(电阻不计23例析解析:如图乙所示,设金属棒ef进入匀强磁场时的速度为v0,进入磁场后的由于切割磁力线而产生感应电流.乙电流大小为:电流方向为:f→e金属棒进入磁场区域后,将受到安培FA的作用,FA的方向沿斜面向上,刚进入磁场时安培力的大小为讨论:①当ef将沿斜面向下作匀速运动且例析解析:如图乙所示,设金属棒ef进入匀强磁场时的24例析解析:乙讨论:②当ef将作加速运动,加速度可由求得,随着ef下滑速度v增大,加速度减小,所以ef作加速度减小的变加速运动.当时,ef速度最大为并以此速度一直沿导轨匀速运动下去.例析解析:乙讨论:②当ef将作加速运动,加速度可由求得,随着25例析解析:乙讨论:③当ef将作减速运动,加速度可由求得,随着ef下滑速度v减小,加速度减小,所以ef作加速度减小的变减速运动.当时,ef速度最小为并以此速度一直沿导轨匀速运动下去.例析解析:乙讨论:③当ef将作减速运动,加速度可由求得,随着26例析解析:乙讨论:

由此可见,只要导轨足够长,金属棒ef最终都会做匀速运动,且速度大小均为(收尾速度)并以此速度一直沿导轨匀速运动下去.例析解析:乙讨论:由此可见,只要导轨足够长,金属27三．电磁感应综合应用★有三类重要的综合：3.电磁感应中的能量转化:由于电磁感应现象的实质是电能与其他形式的能量之间的相互转化的过程,因此解决这一类问题时不必取去追究其中间的具体某个变化的力,变化的电流做功的具体细节,而只需理清能量间的转化途径,紧紧抓住始末两态的能量转化情况,根据能的转化和守恒定律即可求解.三．电磁感应综合应用★有三类重要的综合：3.电磁感应中的能量28例析例.如图甲所示,相距为d的两水平滑线间有均匀磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里.金属线框abcd边长为L(L<d),质量为m,电阻为R,线框从磁场上方处自由下落,线框ab边刚进入磁场和刚A.感应电流做的功为2mgdB.感应电流做的功为mgdC.线框的最小速度一定为D.线框的最小速度一定为离开磁场时的速度相同.(如图乙,丙)设线框通过通过磁场保持与磁场垂直,则线框全部通过磁场的过程中()例析例.如图甲所示,相距为d的两水平滑线间有均匀磁场,磁感应29例析解析:

此题应用能量守恒定律求解较方便.此题从能量的角度看可以分为四个物理过程(1)线框自由落下h高度,重力势能向动能转化,有(2)ab边刚进入磁场到线框全部进入磁场,仅ab边切割磁感线,线框中产生感应电流.一部分机械能转化为电能,电流通过线框电阻R,实现由电能向内能之间转化而损失了,动能发生变化,有例析解析:(2)ab边刚进入磁场到线框全部进入磁场,仅ab边30例析(3)线框全部进入磁场,到ab边刚要出磁场.由于此过程中磁通量不变,故无感应电流产生.线框减少的重力势能全部转化为动能,有上分析得知,第二过程中v’最小速度,因为线框ab边刚进入磁场和刚离开磁场时速度相同,将第二、第三过程可以一起来考虑,其动能不变,势能减少,转化为电能,有解析:例析(3)线框全部进入磁场,到ab边刚要出磁场.由于此过程中31例析(4)ab边出磁场到线框全部离开磁场.由于此过程和第二过程能量转化情况完全相同.因此整个过程中电流做的功为由解析:例析(4)ab边出磁场到线框全部离开磁场.由于此过程和第二过32例析例.如图甲所示,相距为d的两水平滑线间有均匀磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里.金属线框abcd边长为L(L<d),质量为m,电阻为R,线框从磁场