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内容举例: 对导体切割磁感线时产生感应电动势的理解 1. 对公式E=Blv的理解 (1)在公式E=Blv中,l是指导体的有效切割长度,即导体在垂直于速度v方向上的投 影长度,如图所示的几种情况中,感应电动势都是E=Blv。 (2)公式中的v应理解为导体和磁场间的相对速度,当导体不动而磁场运动时,也有 感应电动势产生。 (3)当v与l或v与B的夹角为θ时,公式E=Blv仍可用来求解导体切割磁感线时产生的感应电动势,但应注意的是其中的l或v应用有效切割长度或有效切割速度。 当B、l、v三个量的方向相互垂直时,θ=90°,感应电动势最大;当有任意两个量的 方向平行时,θ=0°,感应电动势为0。 (4)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论,通常用来求导线运动速度为v 时的瞬时感应电动势,随着v的变化,E也相应变化;若v为平均速度,则E就为平均感应电动势。 (5)如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,长为l的金属棒绕O点在垂直于匀强磁场 的平面内以角速度ω转动。O点在棒的端点时,E=Blˉv=Blv中=1/2Bl2ω。O点在棒的中点时,E=0。O点为任意点时,E=1/2Bl_1^2ω-1/2Bl_2^2ω。 2. 公式E=nΔΦ/Δt与E=Blv的区别与联系E=nΔΦ/Δt E=Blv 区 别 研究对象 整个闭合回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体适用范围 各种电磁感应现象 只适用于导体切割磁感线的情况计算结果 求得的是Δt时间内的平均感应电动势 求得的是某时刻的瞬时感应电动势(若v为平均速度,求的是平均感应电动势) 联系 E=Blv可由E=nΔΦ/Δt推导出来。对于公式E=nΔΦ/Δt,当Δt➝0时,E为瞬时感应电动势 五、电磁感应的图像问题 1. 常见图像问题 图像类型 ①磁感应强度B、磁通量Φ、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、Φ-t图像、E-t图像和I-t图像。 ②对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随导线位移x变化的图像,即E-x图像和I-x图像 常见问题类型 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、右手定则、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 2. 解决图像问题的一般步骤 (1)明确图像的种类: ①随时间t变化的图像,如B-t图像、Φ-t图像、E-t图像、 I-t图像、U-t图像、F安-t图像、F外-t图像等; ②随位移x变化的图像,如E-x图像、I-x图像等。 (2)由给定的有关图像分析电磁感应过程。 (3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系。 (4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出函数关系式,一般按照E=Blv→I=E/(R+r)→U外=IR→F安=BIl→P安=F安v的思路找关系式。 (5)根据函数关系式进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。 (6)画图像或判断图像。 六、电磁感应的电路问题 1. 电磁感应的电路问题 2. 解决电磁感应中电路问题的一般步骤 (1)用法拉第电磁感应定律、楞次定律和安培定则确定感应电动势的大小和方向。 (2)画等效电路图。 (3)运用闭合电路的欧姆定律,串、并联电路的性质等求解。 3. 与上述问题相关的几个知识点 七、电磁感应中动力学问题的分析方法 1. 通电导体在磁场中受到安培力作用,电磁感应问题往往和力学问题联系在一起。解决的基本方法如下: 2. 理解电磁感应问题中的两个研究对象及其相互制约关系 3. 领会力与运动的动态关 4. 电磁感应中的动力学临界问题 解题思路如下: 5. 求解基本步骤 (1)明确研究对象和物理过程,即研究哪段导体在哪一过程切割磁感线。 (2)根据导体运动状态,应用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电动势的大小和方向。 (3)画出等效电路图,应用闭合电路欧姆定律求回路中的感应电流。 (4)分析导体的受力情况,要特别注意安培力的方向。 (5)列出动力学方程或平衡方程求解。 八、电磁感应中功能问题的分析方法 1. 电磁感应过程的实质是不同形式的能量之间转化的过程,而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的,安培力做正功的过程是电能转化为其他形式能的过程,外力克服安培力做功的过程,则是其他形式的能转化为电能的过程。 2. 能量转化及焦耳热的求法 (1)能量转化 (2)求解焦耳热Q的三种方法 ①利用焦耳定律求解:Q=I2Rt。 ②利用功能关系求解:Q=W克服安培力。利用能量转化求解:Q=ΔE其他能的减少量。 注意 在利用能量守恒解决电磁感应问题时,第一要准确把握参与转化的能量的形式和种类;第二要确定哪种能量增加,哪种能量减少。 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 一、电磁感应现象中的感生电场 1. 感生电场 19世纪60年代,英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出:磁场变化时能在周围空间激发电场,这种电场与静电场不同,它不是由电荷产生的,我们把它叫作感生电场。 2. 感生电动势 磁场变化时会在周围空间激发感生电场,处在感生电场中的闭合导体中的自由电荷在感生电场的作用下做定向移动,产生感应电流,或者说,导体中产生了感应电动势。由感生电场产生的电动势叫作感生电动势。 (1)感生电动势的大小可由法拉第电磁感应定律求解,公式为E=nΔΦ/Δt。 (2)感生电动势的方向与感生电场的方向相同,与感应电流的方向相同。 二、涡流 概念 由于电磁感应,在导体中产生的像水中的漩涡的感应电流 特点 整块金属的电阻很小,涡流往往很强,产生的热量很多 应用 (1)涡流热效应的应用:如真空冶炼炉。 (2)涡流磁效应的应用:如探雷器、安检门 防止 电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量,损坏电器。 途径一:增大铁芯材料的电阻率; 途径二:用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯 块状金属在匀强磁场中运动时,穿过金属块的磁通量不变,金属块中不产生涡流。
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