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磁通量、磁通量变化、磁通量变化率对比表
磁通量
磁通量变化
磁通量变化率
物理意义
某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数
穿过某个面的磁通量随时间的变化量
表述磁场中穿过某个面的磁通量变化快慢的物理量
大小计算
,为与B垂直的面积,不垂直式,取S在与B垂直方向上的投影
2-1,或,或
或
注意问题
若穿过某个面有方向相反的磁场,则不能直接用,应考虑相反方向的磁通量或抵消以后所剩余的磁通量
开始和转过1800时平面都与磁场垂直,但穿过平面的磁通量是不同的,一正一负,其中=B·S,而不是零
既不表示磁通量的大小也不表示磁通量变化的多少,在=t图像中,可用图线的斜率表示
电磁感应现象与电流磁效应的比较
电磁感应现象
电流磁效应
关系
利用磁场产生电流的现象
电流产生磁场
电能够生磁,磁能够生电
产生感应电动势和感应电流的条件比较
产生感应电流的条件
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生,即产生感应电流的条件有两个:
电路为闭合回路
回路中磁通量发生变化,
产生感应电动势的条件
不管电路闭合与否,只要电路中磁通量发生变化,电路中就有感应电动势产生
感应电动势
在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势,产生感应电流比存在感应电动势,产生感应电动势的那部分导体相当于电源,电路断开时没有电流,但感应电动势仍然存在。
电路不论闭合与否,只要有一部分导体切割磁感线,则这部分导体就会产生感应电动势,它相当于一个电源
不论电路闭合与否,只要电路中的磁通量发生变化,电路中就产生感应电动势,磁通量发生变化的那部分相当于电源。
公式与E=BLvsin的区别与联系
E=BLvsin
区别
(1)求的是时间内的平均感应电动势,E与某段时间或某个过程相对应
(1)求的是瞬间感应电动势,E与某个时刻或某个位置相对应
(2)求的是整个回路的感应电动势,整个回路的感应电动势为零时,其回路中某段导体的
(2)求的是回路中一部分导体切割磁感线是产生的感应电动势
(3)由于是整个回路的感应电动势,因此电源部分不容易确定
(3)由于是一部分导体切割磁感线的运动产生的,该部分就相当于电源。
联系
公式和E=BLvsin是统一的,当→0时,E为瞬时感应电动势,只是由于高中数学知识所限,现在还不能这样求瞬时感应电动势,而公式E=BLvsin中的v若代入,则求出的E为平均感应电动势
楞次定律
感应电流方向的判定方法
方法
内容及方法
使用范围
楞次定律
感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,这就是楞次定律
运用楞次定律判定感应电流方向的步骤:
分析穿过闭合回路的原磁场方向;
分析穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少;
根据楞次定律确定感应电流磁场的方向;
利用安培定则判定感应电流的方向、
使用与磁通量变化引起感应电流的各种情况(包括一部分导线做切割磁感线运动的情况)
右手定则
伸开右手,让大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线垂直传入掌心,大拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向。
闭合电路的部分导体做切割磁感线运动而产生感应电流的情况
楞次定律中“阻碍”的含义
谁阻碍谁
感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化
阻碍什么
阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身
如何阻碍
磁通量增加时,阻碍其增加,感应电流的磁场和原磁场方向相反,起抵消作用;磁通量减少时,阻碍其减少,感应电流的磁场和原磁场方向一致,起补偿作用
结果如何
“阻碍”不是“阻止”,只是延缓了磁通量的变化,但这种变化仍继续进行
对楞次定律中“阻碍”的含义还可以推广为感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因
阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化;
阻碍相对运动,可理解为“来拒去留”。
使线圈面积有扩大或缩小趋势;
阻碍原电流的变化。
电磁感应中的图像问题
图像问题
图像类型
磁感应强度B、磁通量、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像,即B-t图像、-t图像、E-t图像和I-t图像
对于切割磁感线产生感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图像,即E-x图像和I-x图像
问题类型
由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像
由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量
应用知识
左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、相关数学知识等
解决这类问题的基本方法
明确图像的种类,是B-t图像还是-t图像、或者E-t图像和I-t图像
分析电磁感应的具体过程
结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律等规律列出函数方程。
根据函数方程,进行数学分析,如斜率及其变化,两轴的截距等。
画图像或判断图像。
自感涡流
通电自感和断电自感比较
通电自感
断电自感
电路图
器材要求
A1、A2同规格,R=RL,L较大
L很大(有铁芯),RL《RA
现象
在S闭合瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终一样亮
在开关S断开时,灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后,重做实验,开关S断开时,会看到灯A较快熄灭)
原因
由于开关S闭合时,流过电感线圈的电流迅速增大,使线圈产生自感电动势,阻碍了电流的增大,是流过A1灯的电流比流过A
开关S断开时,流过线圈L的电流减小,产生自感电动势,阻碍了电流的减小,使电流继续存在一段时间;在S断开后,通过L的电流反向通过电灯A且由于R
2灯的电流增加的慢
L《RA,使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大,从而使A灯的发光功率突然变大
能量转化情况
电能转化为磁场能
磁场能转化为电能
自感电动势和自感系数
自感电动势:,式中为电流的变化率,L为自感系数。
自感系数:自感系数的大小由线圈本身的特性决定,线圈越长,单位长度的匝数越多,横截面积越大,自感系数越大,若线圈中加有铁芯,自感系数会更大。
日关灯的电路结构及镇流器、启动器的作用
电路图如下图所示
启动器:利用氖管的辉光放电,起着自动把电路接通和断开的作用。
镇流器:在日光灯点燃时,利用自感现象,产生瞬时高压;在日关灯正常发光时,利用自感现象起降压限流作用。
涡流
涡流的产生
涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象,只要把金属块放在变化的磁场中,或者是让金属块在磁场中运动,金属块中均可产生涡流
涡流的减少
在各种电机和变压器中,为了减少涡流,在电机和变压器上通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成的铁芯
涡流的利用
冶炼金属的高频感应炉就是利用强大的涡流使金属尽快熔化,电学测量仪表的指针快速停止摆动也是利用铝框在磁场中转动产生的涡流,家用电磁炉也是利用涡流原理制成的
9、电磁感应中的“棒-----轨”模型
(1)一根导体棒在导轨上滑动
类型
“电----动-----电”型
“动------电------动”型
示意图
导轨间距L,导体棒质量m,电阻R,导轨光滑,电阻不计。
导轨间距L,导体棒质量m,电阻R,导轨光滑,电阻不计。
运动分析
S闭合,棒ab受安培力,此时,棒ab速度v↑→感应电动势BLv↑→电流I↓→安培力F=BIL↓→加速度a↓,当安培力F=0时,a=0,v最大
棒ab释放后下滑,此时a=gsin,棒ab速度v↑→感应电动势BLv↑→电流I=↓→安培力F=BIL↓→加速度a↓,当安培力F=mgsin时,a=0,v最大
最终状态
棒做加速度逐渐减小得加速运动,最后做匀速运动,最大速度vm=E/BL
棒做加速度逐渐减小得加速运动,最后做匀速运动,最大速度
两根导体棒在导轨上滑动
类型
光滑平行导轨
光滑不等距导轨
示意图
导体棒质量m1、m2,电阻r1、r2,导轨间距L,电阻忽略不计。
导体棒质量m1、m2,电阻r1、r2,导轨间距L1=2L2,电阻忽略不计
稳态分析
杆MN做加速度逐渐减小得减速运动,杆PQ做加速度逐渐减小得加速运动,稳定时,两杆的加速度为零,以相等的速度匀速运动。
杆MN做加速度逐渐减小得减速运动,杆PQ做加速度逐渐减小得加速运动,稳定时,两杆的加速度为零,两杆的速度之比为1:2
示意图
导体棒质量m1、m2,电阻r1、r2,导轨间距L,电阻忽略不计。
导体棒质量m1、m2,电阻r1、r2,导轨间距L1=2L2,电阻忽略不计
稳态分析
杆MN做加速度逐渐增大的加速运动,杆PQ做加速度逐渐减小得加速运动,稳定时,两杆以相同的加速度做匀变速直线运动
杆MN做加速度逐渐增大的加速运动,杆PQ做加速度逐渐减小的加速运动,稳定时,两杆做匀变速直线运动,但杆PQ的加速度大于杆MN的加速度