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第11章 第2讲 法拉第电磁感应定律、自感和涡流

2024-09-23教育




  1. 法拉第电磁感应定律的理解及应用 基础梳理 :感应电动势是在电磁感应现象中产生的,其产生条件是穿过回路的磁通量发生改变,与电路是否闭合无关。法拉第电磁感应定律内容为闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比,公式为,感应电流与感应电动势的关系为。 判断正误 :时,不一定等于 0;穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大;线圈匝数越多,磁通量越大,产生的感应电动势不一定越大。 方法技巧 :若已知图像,则图线上某一点的切线斜率为;当仅由的变化引起时,;当仅由的变化引起时,;当、同时变化时,,求瞬时值是分别求出动生电动势和感生电动势并进行叠加。 考向分析 判断感应电动势的方向及变化情况 :通过例题 1,分析导线框 R 中感应电动势的情况,得出在时为零,在和时最大,且在时沿顺时针方向,在到之间和到之间也为顺时针方向,其他时间为逆时针方向。 感应电动势、感应电流的计算 :通过例题 2,计算空间存在的匀强磁场中,圆环所受安培力的方向、感应电流的方向和大小以及感应电动势的大小。
  2. 导体切割磁感线产生的感应电动势 基础梳理 有效长度 :公式中的为导体两端点连线在垂直于速度方向上的投影长度,同时要注意相对速度,中的速度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。 导体转动切割磁感线 :当长为的导体在垂直于匀强磁场(磁感应强度为)的平面内,绕一端以角速度匀速转动,产生的感应电动势为。 判断正误 :公式中的不是导体棒的总长度;磁场相对导体棒运动,导体棒中也可能产生感应电动势。 考向分析 有效长度问题 :通过例题 3,分析正方形导线框 PM 刚进入磁场时线框中的感应电流、所受安培力以及两端的电压情况,同时得出 PM 进入磁场后线框中的感应电流逐渐变小的结论。 平动切割磁感线 :通过例题 4,根据线框中感应电动势随时间变化的图线,计算磁感应强度的大小、导线框运动的速度以及判断磁感应强度的方向,同时得出在特定时间内导线框所受安培力的大小。 转动切割磁感线 :通过例题 5,计算半径为的金属圆盘在磁场中转动时,通过电阻的电流的方向和大小。
  3. 自感现象 基础梳理 :当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势,这种现象称为自感,由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势,表达式为,自感系数的影响因素与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关。 判断正误 :线圈中电流越大,自感系数不一定越大;对于同一个线圈,电流变化越快,线圈中的自感电动势越大;自感电动势总是阻碍原电流的变化,但不是阻止。 方法技巧 :通过比较通电自感和断电自感的电路图、器材要求、通电时和断电时的情况,总结出自感电动势总是阻碍原电流的变化;同时分析了三个技巧,即通电自感时自感线圈相当于一个变化的电阻,阻值由无穷大逐渐减小;断电自感时自感线圈相当于电源,电动势由某值逐渐减小到零;电流稳定时,自感线圈相当于导体,是否需要考虑其电阻,根据题意而定。 例题分析 :通过例题 6,分析图甲和图乙中演示自感现象的两个电路图,得出在断开开关瞬间和闭合开关瞬间,灯、和的亮度变化情况,以及线圈、、灯、和变阻器的相关结论。
  4. 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 基础梳理 :涡流是块状金属放在变化磁场中,或者让它在非均匀磁场中运动时,金属块内产生的漩涡状感应电流,其产生原因是金属块内磁通量变化导致感应电动势和感应电流的产生。电磁阻尼是当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力总是阻碍导体的运动;电磁驱动是如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流使导体受到安培力而运动起来。 判断正误 :电磁阻尼体现了能量守恒定律;电磁阻尼阻碍相对运动,电磁驱动不是促进二者相对运动。 例题分析 :通过例题 7,分析真空冶炼炉、家用电磁炉锅体中的涡流、阻尼摆摆动时产生的涡流以及变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的作用;通过例题 8,分析在扫描隧道显微镜(STM)中,为了有效隔离外界振动对 STM 的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动的四种方案,得出对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案。