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1、4.44.4法拉第电磁感应法拉第电磁感应定律二定律二1 1、如图如图, ,水平面上有两根相距水平面上有两根相距0.5m0.5m的足够长的平行金属的足够长的平行金属导轨导轨MNMN和和PQ,PQ,它们的电阻可忽略不计它们的电阻可忽略不计, ,在在M M和和P P之间接有阻之间接有阻值为值为R=3.0R=3.0的定值电阻的定值电阻, ,导体棒长导体棒长ab=0.5m,ab=0.5m,其电阻为其电阻为r=1.0,r=1.0,与导轨接触良好与导轨接触良好. .整个装置处于方向竖直向上的整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中匀强磁场中,B=0.4T.,B=0.4T.现使现使abab以以v=10mv=10m
2、s s的速度向右做匀的速度向右做匀速运动速运动. .（1 1）a ba b中的电流多大中的电流多大? a b? a b两点间的电压多大？两点间的电压多大？（2 2）维持）维持a ba b做匀速运动的外力多大？做匀速运动的外力多大？RBrPMNaQbv课堂练习课堂练习I=0.5AI=0.5AF=0.1NF=0.1NU=U=2 2V VNS电动机安 培 力 方 向 转 动 速 度 方 向四、反电动势四、反电动势问题问题1 1：电动机线圈的转动会产生感应电动势电动机线圈的转动会产生感应电动势. .这个这个电动势是加强了电源产生的电流电动势是加强了电源产生的电流, ,还是削弱了电源还是削弱了电源的电流
3、的电流? ?是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动? ?问题问题2 2：如果电动机因机械阻力过大而停止转动如果电动机因机械阻力过大而停止转动, ,会会发生什么情况发生什么情况? ?这时应采取什么措施这时应采取什么措施? ?电动机转动时产生的感应电动势电动机转动时产生的感应电动势削弱削弱了电源的电流了电源的电流, ,这个电动势称为这个电动势称为反电动势反电动势. .反电动势的作用是反电动势的作用是阻碍阻碍线圈的转动线圈的转动. .这样线圈要维持原来的转动就必须向这样线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能电动机提供电能, ,电能转化为其它形式的能电能转化为其它形式
4、的能. .电动机停止转动电动机停止转动, ,这时就没有了反电动势这时就没有了反电动势, ,线圈电线圈电阻一般都很小阻一般都很小, ,线圈中线圈中电流会很大电流会很大, ,电动机可能会电动机可能会烧毁烧毁. .这时这时, ,应应立即切断电源立即切断电源, ,进行进行检查检查. .请看实验请看实验导导体体棒棒绕绕一一端端垂垂直直于于匀匀强强磁磁场场做做匀匀速速圆圆周周运运动动时，如何求感应电动势时，如何求感应电动势如下图所示，长为如下图所示，长为L L的铜杆的铜杆OAOA以以O O为轴在垂直于匀为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度强磁场的平面内以角速度匀速转动，磁场的磁匀速转动，磁场的磁感应强度为
5、感应强度为B B，求杆，求杆OAOA两端的电势差。两端的电势差。AOA2 2、如图所示，平行金属导轨间距为如图所示，平行金属导轨间距为d d，一端，一端跨接电阻跨接电阻R R，匀强磁场磁感应强度为，匀强磁场磁感应强度为B B，方向垂直，方向垂直于导轨平面，一根长金属棒与导轨成于导轨平面，一根长金属棒与导轨成角放置，角放置，棒与导轨电阻不计，当棒沿垂直于棒的方向以恒棒与导轨电阻不计，当棒沿垂直于棒的方向以恒定速率定速率v v在导轨上滑行时，通过电阻的电流是在导轨上滑行时，通过电阻的电流是( () )1 1一一般般情情况况下下，计计算算感感应应电电动动势势的的平平均均值和瞬时值时分别用哪个公式？值
6、和瞬时值时分别用哪个公式？2 2两个公式的适用条件是什么？能用两个公式的适用条件是什么？能用E EBLvsinBLvsin 计算平均感应电动势吗？计算平均感应电动势吗？E EBlvsinBlvsin 区区别别研究研究对象对象一个回路一个回路在磁场中运动的一段在磁场中运动的一段导体导体物理物理意义意义求的是求的是t t时间内时间内的平均感应电动势，的平均感应电动势，E E与某段时间或某与某段时间或某个过程对应个过程对应若若v v为瞬时速度，公式为瞬时速度，公式求的是瞬时感应电动求的是瞬时感应电动势；若势；若v v为平均速度，为平均速度，公式求的是平均感应公式求的是平均感应电动势电动势适用适用范围
7、范围对任何电路普遍适对任何电路普遍适用用只适用于导体切割磁只适用于导体切割磁感线运动的情况感线运动的情况联联系系(1)E(1)EBlvsinBlvsin 是由是由 在一定条在一定条件下推导出来的件下推导出来的(2) (2) 一般用于求平均感应电动势，一般用于求平均感应电动势，在在t t0 0时时E E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势电磁感应中的电路问题电磁感应中的电路问题问题分类：问题分类：（1 1）确定等效电源的正负极、感应电流的方向、）确定等效电源的正负极、感应电流的方向、电势高低、电容器极板带电性质等问题。电势高低、电容器极板带电性质等问题。（2 2）根据闭合电路求解电路中的总电阻、路端
8、）根据闭合电路求解电路中的总电阻、路端电压、电功率等问题。电压、电功率等问题。（3 3）根据电磁感应的平均感应电动势求解电路）根据电磁感应的平均感应电动势求解电路中通过的电荷量：中通过的电荷量：把把总电阻阻为2R2R的均匀的均匀电阻阻丝焊接成一半径接成一半径为a a的的圆环，水平固定在，水平固定在竖直向下的磁感直向下的磁感应强强度度为B B的匀的匀强强磁磁场中，如中，如图所示，一所示，一长度度为2a2a，电阻等于阻等于R R，粗，粗细均匀的金属棒均匀的金属棒MNMN放在放在圆环上，它与上，它与圆环始始终保持保持良好接触。当金属棒以恒定速度良好接触。当金属棒以恒定速度v v向右移向右移动经过环心
9、心O O时，求：，求：（1 1）棒上）棒上电流的大小和方向；流的大小和方向；（2 2）棒两端的）棒两端的电压U UMNMN；（3 3）在）在圆环和金属棒上消耗的和金属棒上消耗的总热功率。功率。【总结提升总结提升】电磁感应问题的分析方法电磁感应问题的分析方法（1 1）明确电路结构，分清内、外电路。）明确电路结构，分清内、外电路。（2 2）根据产生感应电动势的方式计算感应电）根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小，如果是磁场变化，由动势的大小，如果是磁场变化，由E= E= 计计算；如果是导体切割磁感线，由算；如果是导体切割磁感线，由E=E=B Bl lv v计算。计算。（3 3）根据楞次定律
10、判断感应电流的方向。）根据楞次定律判断感应电流的方向。（4 4）根据电路组成列出相应的方程式。）根据电路组成列出相应的方程式。横截面横截面积S=0.2mS=0.2m2 2，匝数，匝数n=100n=100匝的匝的线圈圈A A，处在如在如图甲所甲所示的磁示的磁场中，磁感中，磁感应强强度度B B随随时间按按图乙所示乙所示规律律变化，化，方向垂直方向垂直线圈平面，圈平面，规定向外定向外为正方向。正方向。电路中路中R R1 1=4=4，R R2 2=6=6，C=30FC=30F，线圈圈电阻不阻不计。（1 1）闭合合S S稳定后，求通定后，求通过R R2 2的的电流大小和方向；流大小和方向；（2 2）闭合
11、合S S一段一段时间后再断开，后再断开，则断开后通断开后通过R R2 2的的电荷荷量是多少？量是多少？答案：（答案：（1）0.4 A 电流方向向下电流方向向下 （2）7.2105 C某某地地的的地地磁磁场场磁磁感感应应强强度度的的竖竖直直分分量量方方向向向向下下，大大小小为为4.54.510105 5 T T一一灵灵敏敏电电压压表表连连接接在在当当地地入入海海河河段段的的两两岸岸，河河宽宽100 100 m m，该该河河段段涨涨潮潮和和落落潮潮时时有有海海水水( (视视为为导导体体) )流流过过设设落落潮潮时时，海海水水自自西西向向东东流，流速为流，流速为2 2 m/sm/s. .下列说法中正
12、确的是下列说法中正确的是A A电压表记录的电压为电压表记录的电压为5 mV5 mVB B电压表记录的电压为电压表记录的电压为9 mV9 mVC C河南岸的电势较高河南岸的电势较高D D河北岸的电势较高河北岸的电势较高课堂练习课堂练习【答案答案】BD如图所示，边长为如图所示，边长为L L、不可形变的正方形导线框内有、不可形变的正方形导线框内有半径为半径为r r的圆形磁场区域，其磁感应强度的圆形磁场区域，其磁感应强度B B随时间随时间t t的变化的变化关系为关系为B Bktkt( (常量常量k0)k0)回路中滑动变阻器回路中滑动变阻器R R的最大阻值的最大阻值为为R R0 0，滑动片，滑动片P P
13、位于滑动变阻器中央，定值电阻位于滑动变阻器中央，定值电阻R R1 1R R0 0、R R2 2 . .闭合开关闭合开关S S，电压表的示数为，电压表的示数为U U，不考虑虚线，不考虑虚线MNMN右侧右侧导体的感应电动势，则导体的感应电动势，则( () )高考真题高考真题A AR R2 2两端的电压为两端的电压为B B电容器的电容器的a a极板带正电极板带正电C C滑动变阻器滑动变阻器R R的热功率为电阻的热功率为电阻R R2 2的的5 5倍倍D D正方形导线框中的感应电动势为正方形导线框中的感应电动势为kLkL2 2本题考查的是电磁感应与电路问题本题考查的是电磁感应与电路问题，利利用法拉第电磁
14、感应定律、楞次定律、串联和用法拉第电磁感应定律、楞次定律、串联和并联电路特点及欧姆定律和电功率的计算公并联电路特点及欧姆定律和电功率的计算公式解决问题式解决问题高考真题高考真题(2013(2013浙江高考浙江高考) )磁卡的磁条中有用于存储信磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈当以速度当以速度v v0 0刷卡时，在线圈中产生感应电动势，刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其其E Et t关系如图所示如果只将刷卡速度改为关系如图所示如果只将刷卡速度改为 ，线圈中的，线圈中的E Et t关系图可能是关系图可能是【答案答案】D2 2、在磁感应强度为在磁感应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中, ,有一个匝数有一个匝数为为n n的矩形线圈的矩形线圈, ,边长边长ab=Lab=L1 1,bc=L,bc=L2 2线圈绕中心轴线圈绕中心轴OOOO以角速度以角速度由图示位置逆时针方向转动。求由图示位置逆时针方向转动。求: :(1)(1)线圈转过线圈转过1/41/4周的过程中的平均感应电动势周的过程中的平均感应电动势(2)(2)线圈转过线圈转过1/21/2周的过程中的平均感应电动势周的过程中的平均感应电动势课堂练习课堂练习BdOOabc
