第十单元 电磁感应2Word格式.docx
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1.2.2大小:
安培力F=BIL3
1.2.3直流电动机3
1.3磁场对运动电荷的作用力3
1.3.1洛伦兹力:
f=qυB3
2电磁感应4
2.1感应电流产生的条件4
2.1.1闭合电路中的磁通量发生变化4
2.2感应电流的方向4
2.2.1右手定则:
切割产生电流4
2.2.2楞次定律:
磁场变化产生电流4
2.3感应电动势4
2.3.1法拉第电磁感应定律:
ε=NΔφ/Δt4
2.3.2导线切割磁感线:
ε=BLυ5
1磁场
1、磁场定义:
磁铁和电流周围存在磁场,磁铁之间、电流之间、磁铁与电流是通过磁场作为媒介而发生相互作用的。
磁场是一种物质。
2、磁现象的电本质:
(拓展型P53页)
磁场是由运动的电荷产生的。
3、磁场的方向规定:
小磁针北极静止时所指的方向。
4、磁场的基本性质:
对放入磁场中的磁铁或电流有力的作用。
1.1磁场的描述
1.1.1磁感线
1、在磁体的外部,磁感线N极出发到S极;
在磁体的内部,磁感线从S极到N极,形成封闭的曲线。
2、磁感线上某点的切线方向,就是该点的磁场方向。
3、磁感线越密的地方,磁场越强。
4、磁感线是用来形象地描述磁场而引入的假想模型,不是实际存在的。
5、磁感线分布特征:
近密远疏,内密外疏,内外反向。
练习:
关于磁感线,正确的说法是(A)铁屑在磁场中的分布所形成的曲线就是磁感线,(B)磁感线总是从磁体的N极发出终止于磁体的S极,(C)磁体S极放入磁场中受力方向与该处磁感线方向相反,(D)任何磁感线都是闭合曲线。
1.1.1.1磁铁的磁感线
1.1.1.1.1条形磁铁
1.1.1.1.2蹄形磁铁
磁场对磁极的作用
确定下列各磁体A、B、C所受磁场力的方向。
.1.1.2电流的磁感线
右手螺旋定则
1.1.1.2.1直线电流
1.1.1.2.2环形电流
1.1.1.2.3通电螺旋管
请画出地磁场的分布
练习1:
在同一平面上有a、b、c三根等距平行放置的长直导线,依次载有电流强度为1安、2安和3安的电流,各电流的方向如图所示,则导线a所在处磁场方向向___________,导线b所在处磁场方向向____________。
练习2:
定性出图中通电导体在A、B、C各点处合磁场方向。
1.1.1.2.4匀强磁场
B=F/IL
1、物理意义:
用来描述磁场的强弱和方向。
2、矢量性:
磁感强度是矢量,它的方向就是磁场方向,与电流受力方向垂直。
3、固有性:
与放入的电流无关,只由原磁场的性质决定;
磁感强度B与式中的F、I、L无关,I称为检验电流。
4、条件性:
本定义式只适用于电流放置方向与磁场垂直的情况,在非匀强磁场中还必须要求L足够短。
5、普适性:
比值定义法适用于一切磁场;
6、叠加性:
遵循平行四边形法则。
7、磁感应强度的测量:
1)用磁传感器伸进通电螺线管内测得B—x曲线;
2)电流天平;
例:
如图所示的电流天平可用来测定磁感应强度,天平的右臂下挂有一矩形线圈,宽为L,共N匝,线圈下部悬在待测定的匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,当线圈中通以顺时针流动的电流I时,在天平两端各加上质量为m1、m2的砝码,天平平衡,当电流方向相反,大小不变时,右边再加上质量为m的砝码后,天平重新平衡,试求磁感应强度的大小和方向。
3)利用地磁场测磁铁磁场的磁感应强度;
同一小段通电导线放入磁场中:
(A)在某处不受磁场力作用,则该处磁感应强度必为零,
(B)放甲处所受磁场力比放乙处所受磁场力大,则甲处磁感应强度比乙处磁感应强度大,
(C)放某处所受磁场力方向与该处磁感应强度相同,
(D)磁感应强度与放入场中的电流成反比,
(E)磁感应强度决定于场源电流和与场源电流的距离。
2.一通电导线顺+y轴放时不受磁场力,顺+z轴方向放时受磁场力沿+x方向,则B的方向如何?
φ=BS⊥
1、定义:
穿过某一截面的磁感线的多少,就叫做穿过这截面的磁通量。
2、条件性:
本式仅只适用于B与S垂直的情况,只适用匀强磁场的计算。
3、单位:
wb(韦伯)
4、特点:
1)标量性:
只有大小,没方向,但有正负;
2)合磁通:
穿过某一面的抵消后的净剩磁感线的多少;
3)磁通量的改变量:
⊿Φ=Φ2-Φ1
4)磁通量与线圈的匝数无关;
(七)磁通密度:
1)定义:
垂直磁场方向单位面积上的磁通量,即单位面积上的磁感线条数,磁通密度与磁感应强度大小相等;
2)表达式:
B=Φ/S
关于磁通量,下列说法中正确的是:
(A)同一线圈放在B大处时也大,
(B)某线圈内=0时,B必为零,
(C)B即单位面积上的磁通量,
(D)磁通量即垂直穿过线圈的磁感线多少,
(E)磁通量是标量。
2.如图两通电线圈交叉放置,使三块面积相等,比较三块面积中的磁通量大小。
3.一线圈如图套在通电长螺线管外,其中的磁通量如何?
1.2磁场对电流的作用
1、电流之间通过磁场发生相互作用,其作用特点是:
同向电流相吸,反向电流相斥。
2、适用的因果关系:
因:
电流(通电导线在磁场)果:
受力(有时表现为运动)
电流是“因”,受力(运动)是“果”。
左手定则
B与I可以不垂直,
但F一定与B、I都垂直
安培力F=BIL
公式适用的条件:
1、匀强磁场中电流的受力;
2、电流方向与磁场方向垂直;
当电流方向与磁场方向平行时,磁场对电流没有力的作用。
3、式中的L是通电导线在磁场中的等效长度:
导线在垂直于磁场方向的投影长度。
例1:
分析下列通电线圈A的受力情况。
总结:
导体运动方向的判断
1、微元法:
对导体的每一小段应用左手定则,然后求合力;
2、等效法:
将小磁针(条形磁铁)与环形电流等效;
3、推论法:
利用两通电导线“同向相吸,反向相斥”的结论;
4、特殊位置法:
利用导体便于分析的特殊位置判断。
明确研究对象——作截面图或俯视图——受力分析
例2:
重为0.1N、长为10cm的金属棒用长为20cm的绝缘细线悬挂起来,棒呈水平状态,通以图示方向的5A电流,加一水平且垂直于棒的匀强磁场,磁感应强度为0.2T,求:
(1)此棒所受安培力,
(2)每根细线所受张力。
例3:
如图,质量为m、长为L、电阻为r的金属棒搁在与水平面成角放置的两平行光滑金属导轨上,导轨电阻不计,上端连一电阻R和一内阻也为r的电源,空间有一垂直于导轨平面斜向下、磁感应强度为B的匀强磁场,金属棒恰静止在导轨上,求:
(1)此时棒中的电流,
(2)电源的电动势。
如图,质量为m、长为L、电阻为r的金属棒搁在水平放置的两平行光滑金属导轨上,导轨电阻不计,右端连一电阻R和一电动势为、内阻也为r的电源,空间有一与水平面成角斜向上,且垂直于金属棒的匀强磁场,其磁感应强度多大时棒对导轨恰无压力,在这种情况下刚释放棒时棒的加速度。
2.如图,质量为40g、长为40cm的金属棒搁在与水平面成30角放置的两平行光滑金属导轨上,棒内通以图示方向的5A电流,空间有一匀强磁场,棒恰静止,求下述三种情况下,磁感应强度的大小,
(1)B垂直于导轨平面,
(2)B水平向左,(3)B竖直向上。
3:
一边长为5m、总重为0.2N的正方形通电线框可绕过其一边的OO’轴自由转动,电流方向为adcba,线框处于竖直向下的磁感应强度为1T的匀强磁场中,静止时线框与竖直平面的夹角为37,则此时线框中的电流多大?
4、(安培力的作用点)匀质金属棒长为L.质量为m,上端悬挂于垂直于纸面的水平轴O点上,下端固定一质量也为m的金属小球,棒可在竖直平面内绕O点自由转动,棒与弧形导电导轨MN始终良好接触,弧的圆心在O点,半径为3L/4,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于OMN平面向里,闭合电键后棒偏转到新的位置平衡,此时电流表示数为I,则此时棒与竖直方向的夹角为_______。
1.2.3直流电动机
1、原理:
电流在磁场中受安培力矩而转动。
2、主要部件:
转子(线圈)、定子(磁体)、换向器(线圈过平衡位置时改变线圈中的电流方向)、电刷。
3、将电能转化为机械能的装置:
转化效率η=P出/P入=(UI-I2r)/UI
1.3磁场对运动电荷的作用力
f=qB
1、矢量性:
洛伦兹力的方向遵循左手定则。
适用于带电粒子的速度方向与磁场方向垂直,两者平行时不受力。
3、带电粒子垂直射入匀强磁场时,在不计重力条件下,洛伦兹力提供向心力,粒子在磁场中做匀速圆周运动。
2电磁感应
2.1感应电流产生的条件
下列说法正确的是:
(A)电路所在处的磁场发生变化时电路中必有感应电流,
(B)导体做切割磁感线运动时导体中必有感应电流,
(C)电路中要有感应电流,电路必须在磁场中,
(D)闭合电路所在处磁场不发生变化时电路中也可能出现感应电流。
2.1.1闭合电路中的磁通量发生变化
磁通变化的三种情形:
1、闭合电路的回路面积变化;
2、闭合电路所在处的磁场强弱发生变化;
3、闭合电路的截面与磁感线夹角发生变化(线圈在磁场中转动)。
2.2感应电流的方向
切割产生电流
适用的因果关系是:
因:
导线运动(切割磁感线)果:
(闭合电路的一部分导体)产生电流
运动是“因”,电流是“果”
注意与左手定则适应的因果关系恰好相反。
ε=BL
1、产生感应电动势导体,相当于一个电流,其电阻即为电流内阻,其两端的电压即为端电压,而非电动势。
2、条件性
(1)适用于导线在匀强电场中且B与υ垂直情形
(2)式中的L可理解为导线在垂直于磁场方向的投影长度。
例1圆环直径1m,由电阻为12的裸导线弯接而成,磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场垂直于环面向里,铜棒AB长1.5m、电阻为0.6,以垂直于棒的速度v=6m/s沿环向右匀速运动,棒与环始终良好接触,经过圆心时,求:
(1)棒中的电流,
(2)棒两端点间的电压,(3)移动棒所需外力。
1一边长为L、每边电阻为R的正方形导线框abcd以速度v匀速向右穿过磁感应强度为B、宽为s的匀强磁场区,求:
(1)穿进和穿出两种情况下ab两点间的电压,
(2)当L>s或L<s两种情况下穿过过程中拉力所做的功。
2 一边长为2L、每边电阻为R的正方形导线框abcd以速度v匀速从磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场区向右穿过宽为L的无磁场区,进入磁感应强度为2B、方向垂直纸面向外的匀强磁场区,如图,试讨论线框中感应电流的变化情况,画出其变化图线。
例2质量为m=0.1kg、电阻为R=2、边长为L=0.5m的正方形导线框竖直放置,静止起下落h高后进入水平方向的匀强磁场,磁感应强度为B=1T,磁场区高为H=1.35m,如图,落入磁场时刚好匀速运动,求:
(1)高h,
(2)下边通过磁场区所需时间。
1长为
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