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内容举例: 5.磁通量发生变化的三种情况 (1)磁通量的变化是由面积变化引起时,ΔΦ=BΔS,则E=nBΔSΔt. (2)磁通量的变化是由磁场变化引起时,ΔΦ=ΔBS,则E=nΔBSΔt,注意S为线圈在磁场中的有效面积. (3)磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的,则根据定义求ΔΦ=|Φ末-Φ初|,E=n|B2S2-B1S1|Δt≠nΔBΔSΔt. 二、导线切割磁感线时的感应电动势 1.导线切割磁感线时感应电动势表达式的推导 如图所示,闭合电路一部分导线ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为l,ab以速度v匀速垂直切割磁感线. 则在Δt内穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BlvΔt 根据法拉第电磁感应定律得E=ΔΦΔt=Blv. 2.导线垂直于磁场方向运动,B、l、v两两垂直时,如图所示,E=Blv. 2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,如图所示,E=Blvsin_θ. 3.导体棒切割磁感线产生感应电流,导体棒所受安培力的方向与导体棒运动方向相反,导体棒克服安培力做功,把其他形式的能转化为电能. 4.公式E=Blv的特性 (1)当B、l、v三个量的方向互相垂直时,E=Blv;当有任意两个量的方向互相平行时,导线将不切割磁感线,E=0. (2)正交性:本公式要求磁场为匀强磁场,而且B、l、v三者互相垂直.当l垂直B且l垂直v,而v与B成θ角时,导线切割磁感线产生的感应电动势大小为E=Blvsin θ. (3)有效性:公式中的l为导体切割磁感线的有效长度.若导线是弯折的,或l与v不垂直时,E=Blv中的l应为导线在与v垂直的方向上的投影长度,即有效切割长度.如图中,导体棒的有效长度为ab间的距离. 图甲中的有效切割长度为:L=cdsin θ; 图乙中的有效切割长度为:L=MN; 图丙中的有效切割长度为:沿v1的方向运动时,L=2R;沿v2的方向运动时,L=R. (4)相对性:E=Blv中的速度v是导体相对磁场的速度,若磁场也在运动,应注意速度间的相对关系. 5.导体转动切割磁感线产生的电动势 ①如图所示,导体棒在磁场中绕A点在纸面内以角速度ω匀速转动,磁感应强度为B,则AC在切割磁感线时产生的感应电动势为E=Blv=Bl·ωl2=12Bl2ω. ②导体转动切割磁感线产生感应电动势的情况 若长为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,则 (1)以中点为轴时,E=0(不同两段的电动势的代数和). (2)以端点为轴时E=12BωL2(平均速度取中点位置的线速度12ωL). (3)以任意点为轴时E=12Bω(L21-L22)(L1>L2,不同两段的电动势的代数和). E=nΔΦΔt与E=Blv的比较 1.区别:E=nΔΦΔt研究的是整个闭合回路,适用于计算各种电磁感应现象中Δt内的平均感应电动势;E=Blv研究的是闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体,只适用于计算导体做切割磁感线运动产生的感应电动势,可以是平均感应电动势,也可以是瞬时感应电动势. 2.联系:E=Blv是由E=nΔΦΔt在一定条件下推导出来的,该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论. 电磁感应现象中电势高低的判断 (1)把产生感应电动势的部分电路或导体看作电源,其内部电流由低电势流向高电势. (2)外电路部分,顺着电流方向每经过一个电阻,电势都要降低. 专题 电磁感应中的电路、电荷量及图像问题 一、电磁感应中的电路问题 1.内电路和外电路 (1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源. (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻,其余部分是外电阻. 2.电源电动势和路端电压 (1)电动势:E=Blv或E=nΔΦΔt. (2)路端电压:U=IR=E-Ir=ER+r·R(外电路为纯电阻R). 3.解决电磁感应中的电路问题三部曲 1.“电源”的确定方法:“切割”磁感线的导体(或磁通量发生变化的线圈)相当于“电源”,该部分导体(或线圈)的电阻相当于“内电阻”. 2.电流的流向:在“电源”内部电流从负极流向正极,在“电源”外部电流从正极流向负极. 电磁感应中电路问题的误区分析 (1)不能正确分析感应电动势及感应电流的方向.因产生感应电动势的那部分电路为电源部分,故该部分电路中的电流应为电源内部的电流,而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势. (2)应用欧姆定律分析求解电路时,没有注意等效电源的内阻对电路的影响. (3)对连接在电路中电表的读数不能正确进行分析,特别是并联在等效电源两端的电压表,其示数应该是路端电压,而不是等效电源的电动势. 二、电磁感应中的电荷量问题 闭合回路中磁通量发生变化时,电荷发生定向移动而形成感应电流,在Δt内通过某一截面的电荷量(感应电荷量)q=I·Δt=ER总·Δt=nΔΦΔt·1R总·Δt=nΔΦR总. (1)由上式可知,线圈匝数一定时,通过某一截面的感应电荷量仅由回路电阻和磁通量的变化量决定,与时间无关. (2)求解电路中通过的电荷量时,I、E均为平均值. (3)计算通过导体截面的电荷量的两个途径: q=ItI=ER,E=nΔΦΔt→q=nΔΦRFA=BLI,FA·Δt=Δp→q=ΔpBL 三、电磁感应中的图像问题 1.问题类型 (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像. (2)由给定的图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量. 2.图像类型 (1)各物理量随时间t变化的图像,即B-t图像、Φ-t图像、E-t图像和I-t图像. (2)导体做切割磁感线运动时,还涉及感应电动势E和感应电流I随导体位移变化的图像,即E-x图像和I-x图像. 3.解决此类问题需要熟练掌握的规律:安培定则、左手定则、楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律、欧姆定律等.判断物理量增大、减小、正负等,必要时写出函数关系式,进行分析.
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