1、对于法拉第电磁感应定律E=
应从以下几个方面进行理解:
①它是定量描述电磁感应现象的普遍规律,不管是什么原因,用什么方式所产生的电磁感应现象,其感应电动势的大小均可由它进行计算。
②一般说来,在中学阶段用它计算的是Δt时间内电路中所产生的平均感应电动势的大小,只有当磁通量的变化率为恒量时,用它计算的结果才等于电路中产生的瞬时感应电动势。
③若回路与磁场垂直的面积S不变,电磁感应仅仅是由于B的变化引起的,那么上式也可以表述为:E=S,ΔB/Δt是磁感应强度的变化率,若磁场的强弱不变,电磁感应是由回路在垂直于磁场方向上的面积S的变化引起的,则E=
=B
。在有些问题中,选用这两种表达方式解题会更简单。
④若产生感应电动势的那部分导体是一个匝数为n的线圈,且穿过每匝线圈的磁通量的变化率又相同,那么线圈所产生的总的感应电动势E=nΔΦ/Δt(相当于许多相同电源串联)
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2、公式E=BLv使用时应注意:
①公式E=BLv是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式,不具有普遍适用性,仅适用于计算一段导体因切割磁感线而产生的感应电动势,且在匀强磁场中B、v、L三者必须互相垂直。
②当v是切割运动的瞬时速度时,算出的是瞬时电动势;当v是切割运动的平均速度时,算出的是一段时间内的平均电动势.
③若切割磁感线的导体是弯曲的,L应理解为有效切割长度,即导体在垂直于速度方向上的投影长。
④公式E=BLv一般适用于在匀强磁场中导体各部分切割速度相同的情况,对一段导体的转动切割,导体上各点的线速度不等,怎样求感应电动势呢?如图所示,一长为L的导体棒AC绕A点在纸面内以角速度ω匀速转动,转动区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场。AC转动切割时各点的速度不等,vA=0,vC=ωL,由A到C点速度按与半径成正比增加,取其平均切割速度ωL,得E=BL
BL2ω。
为了证明这样做的正确性,我们可以假设如图所示的闭合电路,经时间Δt,AC棒转过的角度=ωΔt,穿过回路的磁通量的变化量
=
,根据法拉第电磁感应定律
,又知金属棒AC是匀速转动,产生的感应电动势应该是不变的,即感应电动势的平均值和瞬时值是相等的,所以E=
BL2ω是正确的。
⑤若切割速度与磁场方向不垂直,如图所示,v与B的夹角为,将v分解为:v∥=
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vcos,v⊥=vsin
,其中v∥不切割磁感线,根据合矢量和分矢量的等效性得E=BLv⊥=BLvsinθ(想一想,此式还可适用于哪些情况?)
⑥区分感应电量与感应电流.回路中发生磁通量变化时,由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流,在Δt内迁移的电量(感应电量)为q=IΔt=,仅由回路电阻和磁通量变化决定,与发生磁通量变化的时间无关。因此,当用一根磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时,线圈里积聚的感应电量相等.但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同,外力做的功也不同。
例5、半径为10cm,电阻为的闭合金属圆环放在匀强磁场中,磁场方向垂直于圆环平面。当磁感应强度B从零开始随时间t成正比增大时,环中感应电流恒为0.lA,试求B与t的关系式。
解析:线圈平面与磁场垂直,,B=kt,
,
,
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,B=0.64t(T)
例6、如图所示,长宽
的矩形线圈电阻为
,处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘,线圈与磁感线垂直。求:将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中( )
(1)拉力F大小
(2)拉力的功率 P
(3)拉力做的功W
(4)线圈中产生的电热Q
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(5)通过线圈某一截面的电荷量q.
解析:(1)线框匀速运动右边切割磁感线速度恒定,感应电动势恒定,感应电流恒定。线框左边受到的安培力恒定拉力F恒定。
,
,
,∴
(2)
(3)
(4)
(5)