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第11章 第2講 法拉第電磁感應定律、自感和渦流

2024-09-23教育




  1. 法拉第電磁感應定律的理解及套用 基礎梳理 :感應電動勢是在電磁感應現象中產生的,其產生條件是穿過回路的磁通量發生改變,與電路是否閉合無關。法拉第電磁感應定律內容為閉合電路中感應電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比,公式為,感應電流與感應電動勢的關系為。 判斷正誤 :時,不一定等於 0;穿過線圈的磁通量變化越快,感應電動勢越大;線圈匝數越多,磁通量越大,產生的感應電動勢不一定越大。 方法技巧 :若已知影像,則圖線上某一點的切線斜率為;當僅由的變化引起時,;當僅由的變化引起時,;當、同時變化時,,求瞬時值是分別求出動生電動勢和感生電動勢並進行疊加。 考向分析 判斷感應電動勢的方向及變化情況 :透過例題 1,分析導線框 R 中感應電動勢的情況,得出在時為零,在和時最大,且在時沿順時針方向,在到之間和到之間也為順時針方向,其他時間為逆時針方向。 感應電動勢、感應電流的計算 :透過例題 2,計算空間存在的勻強磁場中,圓環所受安培力的方向、感應電流的方向和大小以及感應電動勢的大小。
  2. 導體切割磁感線產生的感應電動勢 基礎梳理 有效長度 :公式中的為導體兩端點連線在垂直於速度方向上的投影長度,同時要註意相對速度,中的速度是導體相對磁場的速度,若磁場也在運動,應註意速度間的相對關系。 導體轉動切割磁感線 :當長為的導體在垂直於勻強磁場(磁感應強度為)的平面內,繞一端以角速度勻速轉動,產生的感應電動勢為。 判斷正誤 :公式中的不是導體棒的總長度;磁場相對導體棒運動,導體棒中也可能產生感應電動勢。 考向分析 有效長度問題 :透過例題 3,分析正方形導線框 PM 剛進入磁場時線框中的感應電流、所受安培力以及兩端的電壓情況,同時得出 PM 進入磁場後線框中的感應電流逐漸變小的結論。 平動切割磁感線 :透過例題 4,根據線框中感應電動勢隨時間變化的圖線,計算磁感應強度的大小、導線框運動的速度以及判斷磁感應強度的方向,同時得出在特定時間內導線框所受安培力的大小。 轉動切割磁感線 :透過例題 5,計算半徑為的金屬圓盤在磁場中轉動時,透過電阻的電流的方向和大小。
  3. 自感現象 基礎梳理 :當一個線圈中的電流變化時,它所產生的變化的磁場線上圈本身激發出感應電動勢,這種現象稱為自感,由於自感而產生的感應電動勢叫作自感電動勢,運算式為,自感系數的影響因素與線圈的大小、形狀、匝數以及是否有鐵芯有關。 判斷正誤 :線圈中電流越大,自感系數不一定越大;對於同一個線圈,電流變化越快,線圈中的自感電動勢越大;自感電動勢總是阻礙原電流的變化,但不是阻止。 方法技巧 :透過比較通電自感和斷電自感的電路圖、器材要求、通電時和斷電時的情況,總結出自感電動勢總是阻礙原電流的變化;同分時析了三個技巧,即通電自感時自感線圈相當於一個變化的電阻,阻值由無窮大逐漸減小;斷電自感時自感線圈相當於電源,電動勢由某值逐漸減小到零;電流穩定時,自感線圈相當於導體,是否需要考慮其電阻,根據題意而定。 例題分析 :透過例題 6,分析圖甲和圖乙中演示自感現象的兩個電路圖,得出在斷開開關瞬間和閉合開關瞬間,燈、和的亮度變化情況,以及線圈、、燈、和變阻器的相關結論。
  4. 渦流、電磁阻尼和電磁驅動 基礎梳理 :渦流是塊狀金屬放在變化磁場中,或者讓它在非均勻磁場中運動時,金屬塊內產生的漩渦狀感應電流,其產生原因是金屬塊內磁通量變化導致感應電動勢和感應電流的產生。電磁阻尼是當導體在磁場中運動時,感應電流會使導體受到安培力,安培力總是阻礙導體的運動;電磁驅動是如果磁場相對於導體轉動,在導體中會產生感應電流使導體受到安培力而運動起來。 判斷正誤 :電磁阻尼體現了能量守恒定律;電磁阻尼阻礙相對運動,電磁驅動不是促進二者相對運動。 例題分析 :透過例題 7,分析真空冶煉爐、家用電磁爐鍋體中的渦流、阻尼擺擺動時產生的渦流以及變壓器的鐵芯用相互絕緣的矽鋼片疊成的作用;透過例題 8,分析在掃描隧道顯微鏡(STM)中,為了有效隔離外界振動對 STM 的擾動,在圓底盤周邊沿其徑向對稱地安裝若幹對紫銅薄板,並施加磁場來快速衰減其微小振動的四種方案,得出對於紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案。