法拉第电磁感应定律及应用 法拉第电磁感应定律及应用 高考要求：1、法拉第电磁感应定律。 2、自感现象和自感系数。 3、电磁感应现象的综合应用。 一、法拉第电磁感应定律 1、 内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 即E＝nΔФ/Δt 2、说明：1）在电磁感应中，E＝nΔФ/Δt是普遍适用公式，不论导体回路是否闭合都适用，一般只用来求感应电动势的大小，方向由楞次定律或右手定则确定。 2）用E＝nΔФ/Δt求出的感应电动势一般是平均值，只有当Δt→0时，求出感应电动势才为瞬时值，若随时间均匀变化，则E＝nΔФ/Δt为定值 3）E的大小与ΔФ/Δt有关，与Ф和ΔФ没有必然关系。 3、 导体在磁场中做切割磁感线运动 1） 平动切割：当导体的运动方向与导体本身垂直，但跟磁感线有一个θ角在匀强磁场中平动切割磁感线时，产生感应电动势大小为：E＝BLvsinθ。此式一般用以计算感应电动势的瞬时值，但若v为某段时间内的平均速度，则E＝BLvsinθ是这段时间内的平均感应电动势。其中L为导体有效切割磁感线长度。 2） 转动切割：线圈绕垂直于磁感应强度B方向的转轴转动时，产生的感应电动势为：E＝Emsinωt＝nBSmsinωt。 3） 扫动切割：长为L的导体棒在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动时，棒上产生的感应电动势：① 以中心点为轴时E＝0；② 以端点为轴时E＝BL2ω/2；③ 以任意点为轴时E＝Bω（L12 －L22）／2。 二、自感现象及自感电动势 1、 自感现象：由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。 2、 自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。自感电动势的大小可由法拉第电磁感应定律计算。 3、 自感电流：自感现象中产生的电流叫自感电流。自感电流总是阻碍导体中原电流的变化，当自感电流是由于原电流的增加引起时，自感电流的方向与原电流方向相反；当自感电流是由于原电流的减少引起时，自感受电流的方向与原电流的方向相同。可记为“电流增反减同”。 三、日光灯的工作原理：日光灯由灯管、镇流器、启动器等构成。镇流器是一个带铁芯的线圈，日光灯的启动便是自感现象的应用，日光灯启动时，镇流器可产生瞬时高压，使灯管中气体放电发光，日光灯正常发光时，镇流器起降压限流作用，保证日光灯正常工作。 四、电磁感应中的常见题型 1、 电磁感应现象中的电路问题：将产生感应电动势部分电路当作电源，作出等效电路图，用直流电路知识求解。要注意产生感应电动势的相当于电源的那部分电路是否有电阻（电源内阻）。 2、 q＝ΔФ/R的分析与应用：在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流，设在Δt时间内通过导线裁面的电荷量为q，则根据电流定义式I＝q/Δt及法拉第电磁感应定律E＝nΔФ/Δt，得 q＝IΔt＝（E/R）Δt＝（nΔФ/RΔt）Δt＝nΔФ/R 如果闭合电路是一个单匝线圈（n＝1），则q＝ΔФ/R。 上式中n为线圈的匝数，ΔФ为磁通量的变化量，R为闭合电路的总电阻。 1 法拉第电磁感应定律及应用 3、 用能量观点解电磁感应问题：求解回路（或线圈）中因电磁感应而产生的焦耳热问题，如果直接用Q＝I2Rt求解，往往会碰到：①解答复杂；②电流I为变化量；③时间无法确定等问题。利用能量观点求解往往比较简单。 例如：如右图所示，足够长的光滑金属框竖直放置，框宽L＝0.5m， 框电阻不计，匀强磁场磁感应强度为B＝1T，方向与框面垂 L 直，金属棒MN电阻为1Ω、质量m＝0.1kg，无初速度地释 M N 放并与框保持接触良好地竖直下落，从释放到达最大速度的 过程中通过棒某一截面的电量为2C。求此过程中回路产生的 电能。（空气阻力不计，g＝10m/s2） 解：通过导体横截面电荷量q＝ΔФ/R＝BΔS/R＝BhL/R ∴h＝Rq/BL＝4m 又∵速度达最大时a＝0。mg＝BIL ∴I＝mg/BL＝2A 而I＝BLv/R，∴v＝IR/BL＝4m/s 下落过程中重力势能向电热能和动能转换 ∴Q＝mgh－mv2/2＝3.2J 4、 关于电磁感应的图象问题：在电磁感应现象中，各物理量的变化规律可用图象表示，如B－t、Ф－t、e－t、i－t、v－t、F－t等图象。在解题时要：①正确识别图象的物理意义。②分析清楚图象所反映的物理过程。 典型例题： 例1、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.2T，金属棒ab M a N 垂直在相互平行的金属导轨MN、PQ上向右做切割磁感 线的匀速运动，速度大小为v＝5m/s。导轨间距L＝40cm， R v 磁场方向垂直轨道平面，电阻R＝0.5Ω，其余电阻不计， B 摩擦也不计，试求：⑴感应电动势的大小；⑵感应电流的 P b Q 大小和方向；⑶使金属棒匀速运动所需的拉力；⑷感应电 流的功率；⑸拉力的功率。 例1图 例2、如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L L A1 的电阻可以忽略。下列说法中正确的是（ ） A 合上开关K接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮； A2 B 合上开关K接通电路时，A2和A1始终一样亮； K R C 断开开关K切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会儿才熄灭； D断开开关K切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭。 例2图 例3、用均匀导线做成的矩形线框长为0.3m，宽为0.1m，线框 a 左侧的1/3放在垂直纸面向里的匀强磁场中，如图所示。 当磁场以每秒10特的变化率均匀增大时，线框中a、b两 b 点间电压多大？哪点电势较高？ 例3图 例4、如图所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间 距L＝0.2m，电阻R＝1.0Ω；有一导体杆静止地放在轨道 上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个 R L F 装置处于磁感强度B＝0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直 轨道向下，现在一外力F沿轨道方向拉杆，使之做匀加速 运动，测得力F与时间t的关系为F＝1＋3t/29，求杆的质 量m和加速度a。 例4图 2 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/560a00635427a5e9856a561252d380eb629423f3.html