(共21张PPT)
第1章 电磁感应与现代生活
奥斯特梦圆“电生磁”
划时代的发现
法拉第心系“磁生电”
闭合电路
产生感应电流的条件
B变(磁场强弱发生变化)
磁通量发生变化
S变(回路面积变化)
9变(B与S夹角变化)
电
楞次定律:多用于回路中磁通量变化时
磁
感应电流的方向)
右手定则:多用于研究导体切割磁感线时
应
△d
感应电动势的大小
L为有效切割长度
Blu
T为有效切割速度
自感电动势E=L
△I
自感
自感现象
△t
自感系数L
自感现象的应用)(日光灯
特殊的电磁感应现象
涡流现象的应用)(电磁灶
》知识体系网络构建
宏观把握·理清脉络◆
》专题归纳整合提升
归纳整合·深度升华
本章优化总结
感应电动势大小的计算及方向的确定
1．感应电动势大小的求解公式
(1)E＝n，用于求解回路中(不一定闭合)平均感应电动势的大小．
(2)E＝BLv，用于求解导体棒平动切割磁感线产生的电动势的大小．
(3)E＝BL2ω，用于求解导体棒旋转切割磁感线产生的动生电动势的大小．
(4)E＝L·，用于求解自感电动势的大小．
2．感应电动势和感应电流方向的确定：右手定则和楞次定律是用来判断电磁感应现象中感应电动势和感应电流方向的．对于导体做切割磁感线的运动以及判断电势高低时，常常使用右手定则．对于磁通量发生变化而引起感应电动势、感应电流方向的判断，则需使用楞次定律．在电源内部，感应电流的方向由电源的负极指向正极，这是确定感应电动势方向的依据．
如图所示，水平放置的平行金属导轨MN和PQ，相距L＝0．50 m，导轨左端接一电阻R＝0．20 Ω，磁感应强度B＝0．40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ac垂直导轨放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计．当ac棒以v＝4．0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：
(1)ac棒中感应电动势的大小；
(2)回路中感应电流的大小和方向；
(3)维持ac棒做匀速运动的水平外力F的大小和方向．
[解析] (1)根据法拉第电磁感应定律，ac棒中的感应电动势为E＝BLv＝0．40×0．50×4．0 V＝0．80 V．
(2)根据闭合电路欧姆定律，感应电流大小为
I＝＝ A＝4．0 A
由右手定则可知，回路中感应电流的方向为aMRPca(或逆时针方向)．
(3)当ac棒向右匀速运动时，ac棒中有由c向a的电流，根据左手定则可知ac棒所受的磁场力F安水平向左．为维持ac棒做匀速运动，应施加一个与F安等值反向的水平外力F．即
F＝F安＝BIL＝0．40×4．0×0．50 N＝0．80 N
方向水平向右．
[答案] (1)0．80 V (2)4．0 A 方向为aMRPca(或沿逆时针方向) (3)0．80 N 方向水平向右
电磁感应中的图像问题
1．图像问题有两种情况：一是由给出的电磁感应过程选出或画出正确图像；二是由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量．
2．分析思路：利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势及感应电流的大小，利用楞次定律或右手定则判定感应电流的方向，利用图像法直观、明确地表示出感应电流的大小和方向．
如图所示，有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域，其直角边的边长为L，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B．边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd，从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a方向为感应电流的正方向，则表示导线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图像正确的是( )
[解析] 根据题意，由楞次定律和安培定则得，正方形导线框进入三角形磁场时，穿过导线框的磁通量逐渐增加，导线框中产生顺时针方向的电流，为正方向，选项D错误；正方形导线框离开三角形磁场时，穿过导线框的磁通量减少，导线框中产生逆时针方向的电流，为负方向，选项A错误；由于导线框切割磁感线的有效长度l＝vt·tan 45°＝vt，则导线框产生的感应电动势E＝Blv＝Bv2t，而感应电流i＝，又x＝vt＋L(x＜2L)或x＝vt＋2L(x＞2L)，所以感应电流i随着位置坐标x的增大而均匀增大，选项C正确．
[答案] C
电磁感应中的力、电综合问题
该问题涉及电路知识、动力学知识和能量观点．解决思路如下：
1．电磁感应电路分析
(1)“源”的分析——分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E和r．
(2)“路”的分析——分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力．
2．力和运动分析
(1)“力”的分析——分析研究对象(常是金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力；
(2)“运动”状态的分析——根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型，选用平衡或牛顿第二定律列方程．
3．功和能量分析
(1)做功分析——分析所研究的过程中，有哪些力做功，正功还是负功，特别要注意安培力做功情况．
(2)能量转化分析：不同力做功对应着不同形式能量之间的转化；弄清有哪些能量增加，哪些能量减小，最后根据所满足的规律列方程求解．
如图所示，“凸”字形硬质金属线框质量为m，相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab边长为l，cd边长为2l，ab与cd平行，间距为2l．匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面．开始时，cd边到磁场上边界的距离为2l，线框由静止释放，从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前，线框做匀速运动，在ef、pq边离开磁场后，ab边离开磁场之前，线框又做匀速运动．线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q．线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平，重力加速度为g．求
(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍；
(2)磁场上下边界间的距离H．
[解析] (1)设磁场的磁感应强度大小为B，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为v1，cd边上的感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律，有
E1＝2Blv1 ①
设线框总电阻为R，此时线框中电流为I1，由闭合电路欧姆定律，有
I1＝ ②
设此时线框所受安培力为F1，有
F1＝2I1lB ③
由于线框做匀速运动，其受力平衡，有
mg＝F1 ④
由①②③④式得
v1＝ ⑤
设ab边离开磁场之前，线框做匀速运动的速度为v2，同理可得
v2＝ ⑥
由⑤⑥式得
v2＝4v1． ⑦
(2)线框自释放直到cd边进入磁场前，由机械能守恒定律，有2mgl＝mv ⑧
线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有
mg(2l＋H)＝mv－mv＋Q ⑨
由⑦⑧⑨式得H＝＋28l．
[答案] (1)4 (2)＋28l
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