电磁感应定律
电磁感应定律

电磁感应定律电磁感应定律是关于电磁学中电场和磁场相互作用的基本原理,它由法拉第于1831年首次发现,对电磁学的发展产生了深远的影响。
电磁感应定律可以分为法拉第第一定律和法拉第第二定律。
一、法拉第第一定律法拉第第一定律规定:当导体中的磁通量发生变化时,导体中会产生感应电动势。
这一定律表明,磁场的变化可以引起电场的产生。
根据右手定则,如果我们握住一段导体,拇指指向磁场的方向,其他四个手指的方向则代表了感应电流的方向。
这个定律在电磁感应的实际应用中十分重要,例如电动机、变压器、电感应加热等。
在数学上,法拉第第一定律可以用以下公式表示:ε = -dΦ/dt其中ε表示感应电动势,dΦ/dt表示磁通量的变化率。
负号表示感应电动势的方向和磁通量变化的方向相反。
二、法拉第第二定律法拉第第二定律规定:感应电动势的大小等于导体中电流的变化率乘以电流的阻力。
这一定律表明,感应电动势和电流之间存在一种直接的关系,可以通过改变电流的大小和方向来改变感应电动势的大小。
法拉第第二定律是电磁感应定律的核心内容。
在数学上,法拉第第二定律可以用以下公式表示:ε = -d(BA)/dt其中ε表示感应电动势,B表示磁场的强度,A表示导体所处的面积,d(BA)/dt表示磁通量的变化率。
三、电磁感应的应用电磁感应定律在现实生活中有着广泛的应用。
其中最常见的就是发电机原理。
根据电磁感应定律,当导体在磁场中运动时,会产生感应电动势,从而驱动电流的流动。
这就是发电机的基本原理,它将机械能转化为电能。
此外,电磁感应定律还应用于变压器、电感应加热、感应电动机等技术领域。
通过合理利用磁场和导体的相互作用,可以实现电能的传输、能量转换以及各种电磁设备的工作。
总结电磁感应定律是电磁学中的基本定律之一,它描述了磁场和导体之间的相互作用关系。
法拉第第一定律指出了磁场的变化可以引起感应电动势的产生,而法拉第第二定律则说明了感应电动势和电流之间的关系。
电磁感应定律的应用广泛,特别在发电、能量转换和电磁设备等领域发挥着重要作用。
根据电磁感应运动规律的公式总结与应用

根据电磁感应运动规律的公式总结与应用电磁感应是电磁场与导体相互作用所产生的一种物理现象。
根据电磁感应的基本原理和运动规律,可以得出一系列公式并应用于实际问题中。
1.法拉第电磁感应定律:当导体穿过磁场中的磁感线时,导体中就会产生感应电动势。
法拉第电磁感应定律的公式为ε=-dΦ/dt,其中,ε表示感应电动势,Φ表示穿过导体的磁通量,dt表示时间的微小变化量。
应用:根据法拉第电磁感应定律,可以解释电动机、发电机、变压器等设备的工作原理。
例如,发电机将机械能转化为电能,在发电机中通过转子中的导体与磁场相互作用产生感应电动势,从而输出电能。
2.楞次定律:根据楞次定律,当磁感线发生变化时,导体中将会产生电流,这个电流的方向与磁场变化的方式相互作用,使得导体产生的磁场的磁场力线的方向和磁场力线相对应。
公式为:ε=-dΦ/dt,其中ε表示感应电动势,dΦ/dt表示磁通量的变化率。
应用:楞次定律在电磁感应产生的电流方向问题上具有重要意义。
当导体穿过磁场时,感应电动势会产生电流,这个电流的方向为了抵消感应电动势改变磁场的方式。
例如,当我们拖着导体穿过一个恒定的磁场时,导体中会产生的感应电流将与磁场作用产生力,这个力称为洛伦兹力。
3.楞次-菲阿定律:根据楞次-菲阿定律,当一个线圈中的电流变化时,会在线圈附近产生霍尔电动势。
公式为ε=-L(dI/dt),其中ε表示感应电动势,L表示线圈的自感系数,dI/dt表示电流变化的速率。
应用:楞次-菲阿定律可以应用于电感器的设计和电路中的电感元件选择。
在电路中,当电流变化时,会产生感应电动势,这个感应电动势会影响电路的性能。
根据楞次-菲阿定律,可以计算感应电动势的大小,并针对电路设计进行调整。
4.反恢复力定律:根据反恢复力定律,当一个导体中有感应电流通过时,导体将受到一个恢复其原位的力。
公式为F=Il×B,其中F表示受力大小,I表示电流的大小,l表示导线长度,B表示磁场的大小。
电磁学四大基本定律

电磁学四大基本定律电磁学四大基本定律1、磁感应定律(法拉第定律)磁感应定律是指磁感应量与电流强度成正比,只有电流存在时,才能引起磁感应量。
这个定律被发现者法拉第于1820 年提出,故称法拉第定律:当一磁感应源(比如电流)引起一磁感应效应时,磁感应量H(磁感应强度)等于磁感应源的电流强度I的乘积:H=K × I其中K是一个系数,不同的情况K的值是不同的,这取决于磁场建立的介质及介质中磁性物质的种类和数量等。
2、电磁感应定律(迪瓦茨定律)电磁感应定律是指当一磁场和一电流交叉存在时,一电动势便会被产生,其大小与交叉面积及其形状有关,只有在磁场和电流都存在时,才能引起电动势。
该定律由迪瓦茨于1820 年提出,因此称为“迪瓦茨定律”:当一磁场与一电流交叉存在时,交叉面积上的电动势U 与磁场强度H和电流强度I的乘积成正比:U=K × H× I其中K是一个系数,取决于磁场建立的介质及介质中磁性物质的种类和数量等。
3、电流螺旋定律(麦克斯韦定律)电流螺旋定律是指电流在一磁场中的线路是螺旋状的。
该定律亦由法拉第提出,故称法拉第定律:当一电流在一磁场中传播,其线路同时会被磁场以螺旋状把电流围绕其方向线而改变。
该电流的方向与磁场强度和螺旋线圈数成反比:I ∝ --1/N其中N是螺旋线圈数(又称为电磁感应系数),表示电流的方向与每一圈半径r的变化方向保持一致。
4、等效电势定律(高斯定律)等效电势定律是指磁场的强度可用电势的梯度来表示,即:H= -V这个定律于1835 年由高斯提出,因此称为“高斯定律”:如果一磁场中只有一点源(比如电流)分布,磁场强度H可以用电势梯度的向量(由电势的变化率组成)来表示。
因而磁场的强度H可用电势梯度的公式来表示:H= -V其中V是电势,是导数的简写。
电磁感应定律及其应用知识点总结

电磁感应定律及其应用知识点总结电磁感应现象是物理学中非常重要的一个概念,它不仅为我们理解自然界中的许多现象提供了理论基础,还在实际生活和科技领域有着广泛的应用。
下面我们就来详细总结一下电磁感应定律及其应用的相关知识点。
一、电磁感应定律1、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律指出: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。
如果用 E 表示感应电动势,ΔΦ 表示磁通量的变化量,Δt 表示时间的变化量,那么法拉第电磁感应定律可以表示为:E =nΔΦ/Δt,其中 n 是线圈的匝数。
这个定律告诉我们,只要磁通量发生变化,就会产生感应电动势。
而磁通量的变化可以由多种方式引起,比如磁场的变化、线圈面积的变化、线圈与磁场的夹角变化等。
2、楞次定律楞次定律是用来确定感应电流方向的定律。
它指出:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
简单来说,如果磁通量增加,感应电流产生的磁场方向就与原磁场方向相反,以阻碍磁通量的增加;如果磁通量减少,感应电流产生的磁场方向就与原磁场方向相同,以阻碍磁通量的减少。
楞次定律的本质是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。
因为如果感应电流的方向不是这样,就会导致能量的无端产生或消失,这与能量守恒定律相违背。
二、电磁感应现象的产生条件要产生电磁感应现象,必须满足以下两个条件之一:1、穿过闭合电路的磁通量发生变化。
这可以是由于磁场的强弱变化、磁场方向的变化、闭合电路的面积变化或者闭合电路在磁场中的位置变化等原因引起的。
2、导体在磁场中做切割磁感线运动。
需要注意的是,如果导体整体都在匀强磁场中运动,而磁通量没有发生变化,是不会产生感应电流的。
三、电磁感应的应用1、发电机发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的装置。
在发电机中,通过转动线圈或者磁场,使线圈中的磁通量发生变化,从而产生感应电动势,向外输出电能。
常见的有交流发电机和直流发电机。
交流发电机产生的是交流电,其输出的电流方向和大小会周期性地变化;直流发电机则通过换向器等装置将交流电转化为直流电。
电磁学中的电磁感应定律

电磁学中的电磁感应定律电磁感应定律是电磁学中的重要基础知识,揭示了电磁现象和电磁场之间的关系。
它由法拉第在1831年提出,并被形式化为法拉第电磁感应定律。
本文将介绍电磁感应定律的基本原理、实验现象及其在日常生活和工业中的应用。
一、电磁感应定律的基本原理电磁感应定律建立在电磁现象的基础上,简而言之,它描述了磁场对电流回路中感应电动势的作用。
根据法拉第电磁感应定律,当一个闭合回路中的磁通量发生变化时,回路中将会产生感应电动势和感应电流。
这一定律可以用数学表达式表示为:ε = -dΦ/dt其中,ε表示感应电动势,Φ表示磁通量,dt表示时间的微元。
符号负号表示感应电动势的方向和磁通量变化的方向相反。
二、电磁感应定律的实验现象要理解电磁感应定律的实验现象,我们可以通过一个简单的实验来观察。
将一个线圈接入一个直流电源,将另一个线圈放置在靠近的位置。
当我们开关连接或断开,两个线圈中的感应电流会发生变化,因而产生感应电动势。
这种现象被称为自感和互感。
此外,电磁感应定律还可以解释许多其他实验现象,如发电机的工作原理,电磁铁的吸力和电感的产生等。
这些实验现象进一步验证了电磁感应定律的正确性和应用价值。
三、电磁感应定律的应用电磁感应定律在日常生活和工业中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景:1. 发电机:发电机是基于电磁感应定律原理的设备。
通过转动磁场与线圈之间的相对运动,感应电动势产生,并将机械能转化为电能。
这种设备广泛应用于电力供应和工业生产。
2. 变压器:变压器是运用电磁感应定律实现电压变换的设备。
通过改变线圈的匝数比,实现输入电压和输出电压之间的变换。
变压器被广泛应用于电力传输和电子设备中。
3. 感应炉:感应炉利用电磁感应定律原理,通过高频交变电流在导体内部产生感应电流和热量。
这种设备广泛应用于金属熔炼、加热和热处理等工业领域。
4. 磁卡:磁卡是基于磁场和电磁感应定律实现信息存储的设备。
磁条中储存着二进制码的信息,读卡器通过感应磁场变化读取信息。
电磁感应定律内容

电磁感应定律内容电磁感应定律是描述磁场和电流之间相互作用的物理定律。
该定律由法拉第在1831年实验中首次提出,被称为法拉第电磁感应定律,后来由美国物理学家亨利和英国物理学家麦克斯韦进一步发展和推广。
本文将从电磁感应定律的基本原理、数学表达式、实验方法以及应用领域等方面进行介绍。
电磁感应定律的基本原理是:当一个闭合电路中的磁通量发生变化时,闭合电路中会产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与磁通量变化的速率成正比,方向遵循自感应法则。
即感应电动势的方向使得通过闭合电路的电流产生磁场,与磁通量变化的方向相反,从而符合洛伦兹力定律。
电磁感应定律的数学表达式是:感应电动势(ε)等于磁通量(Φ)随时间的变率的负值,即ε = -dΦ/dt。
这个公式描述了感应电动势与磁通量变化速率的定量关系。
实际上,电磁感应定律不仅仅是描述感应电动势的产生,还可以推导出很多重要的结果。
其中最重要的是电磁感应定律与法拉第定律的关系。
根据法拉第定律,感应电流的大小与感应电动势成正比,与电阻和磁通量变化率的乘积成正比。
这个关系由法拉第定律的数学表达式表示为:I = ε/R,其中I是感应电流,ε是感应电动势,R是电路中的电阻。
为了验证电磁感应定律,实验方法包括使用变化的磁场和闭合电路。
通过改变磁场的强度、方向或者通过电路的运动方式来改变磁通量,观察闭合电路中产生的感应电流和电动势的变化。
例如,可以使用磁铁的移动或者通过电磁铁的通电和断电来改变磁场,观察到感应电路中的电流变化。
电磁感应定律在众多领域有着广泛的应用。
其中最常见的应用是发电机和变压器。
根据电磁感应定律的原理,通过旋转的磁场可以在线圈中产生感应电动势,使得发电机能够将机械能转化为电能。
而变压器则是利用电磁感应定律的原理,通过变换磁场的磁通量来改变电压的大小,实现电力的传输和变换。
此外,电磁感应定律还在电动机、感应加热、无线充电等方面有着重要的应用。
电动机通过切割磁力线产生力矩,从而将电能转化为机械能;感应加热则利用感应电流产生的热量进行加热;无线充电则是通过磁共振的原理,将电能通过变换磁场的方式传输到接收器中。
电磁感应的规律
电磁感应的规律电磁感应,指的是在一个物体运动中,由于它与外界磁场的相互作用而产生感应电动势。
电磁感应的规律是指描述感应电动势的数学关系,包括楞次定律和法拉第定律。
这两个定律是揭示电磁感应现象背后的基本规律,对于理解和应用电磁感应具有重要的意义。
一、楞次定律楞次定律是描述电磁感应中涉及的能量转换的基本规律。
它表明当一个导体中由外磁场变化产生的感应电流流过导体时,感应电流的方向使得产生的磁场与原磁场相互作用,抵消原磁场的变化。
举一个例子来说明楞次定律的作用。
假设我们有一根螺线管,通过其内部穿过的导线中有电流I流经。
当通过该螺线管的电流发生变化时,螺线管内部会产生感应电流。
根据楞次定律,这个感应电流的方向会使产生的磁场与变化磁场方向相反,从而抵消变化磁场对电流的影响。
楞次定律的应用十分广泛。
例如,电动发电机就是利用楞次定律将机械能转化为电能的重要装置,其基本原理就是通过转子的转动改变磁场,从而在线圈中感应出电流。
二、法拉第定律法拉第定律则是描述电磁感应中电动势与磁通量变化之间的关系。
它表明,当磁通量Φ通过一个线圈发生变化时,线圈中产生的感应电动势E与磁通量变化的速率成正比。
利用法拉第定律,我们可以推导出感应电动势的表达式为E = -dΦ/dt。
其中E表示感应电动势,dΦ表示磁通量的微小变化,dt表示时间的微小变化。
举一个实际应用法拉第定律的例子。
假设在一个电路中,有一个线圈,通过它的磁通量发生变化。
根据法拉第定律,线圈中将会产生感应电动势。
如果这个电路中连接了一个电阻,那么感应电动势将会驱动电流在电路中流动。
这就是电磁感应产生的电流现象。
以上所述的楞次定律和法拉第定律是电磁感应的两个基本规律,它们共同构成了电磁感应现象的描述和解释。
这两个定律不仅仅是理论上的重要结果,更是实际应用中的基础。
通过理解和应用这些规律,我们可以设计各种电磁设备,如发电机、电磁铁等,实现能量转换和控制。
最后,需要注意的是,在电磁感应的过程中,电磁感应的规律并不是僵化的,它们还会受到其他因素的影响。
电磁感应的电磁感应定律
电磁感应的电磁感应定律电磁感应作为电磁学的重要概念,有着广泛的应用。
它是指在磁场变化或导体电流变化时,产生感应电动势的现象。
电磁感应的基本原理由法拉第电磁感应定律和楞次定律组成。
一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是电磁感应的基础,由英国物理学家迈克尔·法拉第于19世纪提出。
法拉第电磁感应定律表明,当磁通量的变化穿过一个闭合回路时,感应在回路上的电动势与磁通量的变化率成正比,方向满足右手螺旋法则。
数学表达式为:ε = -Δϕ/Δt其中,ε表示感应电动势,Δϕ表示磁通量的变化量,Δt表示时间的变化量。
该定律说明了磁场变化可以引起感应电动势的产生。
二、楞次定律楞次定律是法拉第电磁感应定律的推论,由英国物理学家亨利·楞次于19世纪提出。
楞次定律表明,当导体中有电流通过时,如果存在变化磁场,该磁场将产生感应电动势,使电流方向发生变化,以阻止磁场的变化。
楞次定律可以用以下方式表达:感应电流的方向总是使得产生磁场与导致它产生的磁场方向相反。
这意味着在电流通过的导体中,感应电动势和感应电流的方向总是相对应的,从而使导体中电流的方向发生变化。
三、应用电磁感应定律在现代生活中有着广泛的应用。
下面分别从电磁感应和应用方面进行介绍。
1. 磁感应计磁感应计是一种利用电磁感应现象来测量磁感应强度的仪器。
它的原理是将待测磁场通过线圈(导体)中,由于磁通量的变化,导线中会产生感应电动势,通过测量感应电动势,可以间接测量磁感应强度。
2. 电磁感应发电电磁感应发电是一种利用电磁感应现象来产生电能的方法。
通过磁场与线圈的相互作用,线圈产生感应电动势,然后将其转化为电流,再通过发电机进行能量转换,最终输出电能。
3. 变压器变压器是利用电磁感应原理工作的电器设备。
它通过在一个线圈产生交变电流,从而产生交变磁场,在另一个线圈中感应出电动势,实现电压的升降。
四、结语电磁感应定律是电磁学中的重要内容,可以解释电磁感应现象的发生和规律。
电磁感应的基本原理
电磁感应的基本原理电磁感应是指当导体中的磁场发生变化时,在导体内部就会产生感应电流。
这一现象是由迈克尔·法拉第于1831年首次发现,并被称为法拉第电磁感应定律。
电磁感应是现代电磁理论的基础之一,广泛应用于发电、变压器、电动机和感应加热等领域。
本文将介绍电磁感应的基本原理以及其实际应用。
一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是电磁感应的基础原理,它描述了导体中感应电流的产生规律。
该定律可以用以下方程表示:ε = -dΦ/dt其中,ε代表感应电动势,Φ代表磁通量,t代表时间。
根据该定律,当磁场的磁通量发生变化时,感应电动势就会在导体中产生。
这一定律实际上是由安培定律和电磁场的相互作用推导得出的。
二、磁通量和磁感应强度磁通量表示磁场通过一个平面的总磁场量。
磁通量的计算公式为:Φ = B * A * cosθ其中,B代表磁感应强度,A代表磁场垂直平面的面积,θ代表磁场与法线方向的夹角。
根据法拉第电磁感应定律,当磁通量发生变化时,导体中就会产生感应电动势。
三、导体中的感应电流导体中感应电动势的产生会引起电子在导体内部的运动,从而形成感应电流。
导体中的感应电流遵循洛伦兹力定律,即感应电流会产生磁场,并且该磁场的方向与原磁场相反。
这一原理可以通过右手定则来理解,即让右手的拇指指向感应电流方向,食指指向磁感应强度方向,则中指的方向即为产生的磁场方向。
四、电磁感应的应用电磁感应的应用非常广泛,以下是其中几个重要的应用领域:1. 发电发电是利用电磁感应产生电能的过程。
常见的电力发电方式包括燃煤发电、水力发电和核能发电等。
在这些发电过程中,通过旋转的磁场和线圈之间的相互作用,产生感应电动势,进而产生电流,最终转化为电能。
2. 变压器变压器是利用电磁感应传输电能的重要设备。
变压器的工作原理是利用交流电的磁场变化,产生感应电动势,从而通过互感传输电能,并改变电压的大小。
通过变压器的使用,可以将电能从高压输送到低压,以满足不同用电设备的需求。
电磁感应的五个公式
电磁感应的五个公式
电磁感应是一种重要的物理现象,它是由于电磁场的存在而产生的。
电磁感应的五个公式是:
1. Faraday定律:电磁感应的强度与磁通率成反比,即B= -N∆Φ/∆t,其中B为磁感应强度,N为磁通率,Φ为磁通,t为时间。
2. 斯特林定律:电磁感应强度与磁通成正比,即B=μN,其中μ为磁导率。
3. 法拉第定律:电磁感应强度与电流成正比,即B=μI,其中I为电流。
4. 摩擦定律:电磁感应强度与电压成正比,即B=μV,其中V为电压。
5. 拉普拉斯定律:电磁感应强度与电场强度成反比,即B= -μ∇E,其中E为电场强度。
电磁感应是由于电磁场的存在而产生的,它是电磁学中最重要的现象之一。
电磁感应的五个公式是电磁学中最基本的公式,它们描述了电磁感应的强度与磁通率、磁导率、电流、电压和电场强度之间的关系。
电磁感应的公式可以用来计算电磁感应的强度,从而更好地理解电磁学中的现象。
电磁感应的公式不仅在电磁学中有重要的应用,而且在日常生活中也有广泛的应用。
例如,电磁感应的公式可以用来计算电机的功率,从而更好地控制电机的运行。
此外,电磁感应的公式还可以用来计算电磁波的传播速度,从而更好地控制电磁波的传播。
电磁感应的五个公式是电磁学中最基本的公式,它们描述了电磁感应的强度与磁通率、磁导率、电流、电压和电场强度之间的关系。
电磁感应的公式不仅在电磁学中有重要的应用,而且在日常生活中也有广泛的应用。
因此,学习和掌握电磁感应的五个公式对于理解电磁学中的现象和更好地应用电磁学都是非常重要的。
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电磁感应定律法拉第电磁感应定律即电磁感应定律。
因磁通量变化产生感应电动势的现象,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁感应。
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动,导体中就会产生电流。
这种现象叫电磁感应现象。
产生的电流称为感应电流。
这是初中物理课本为便于学生理解所定义的电磁感应现象,不能全面概括电磁感现象:闭合线圈面积不变,改变磁场强度,磁通量也会改变,也会发生电磁感应现象。
所以准确的定义如下:因磁通量变化产生感应电动势的现象。
[1]电动势的方向(公式中的负号)由楞次定律提供。
楞次定律指出:感应电流的磁场要阻碍原磁通的变化。
对于动生电动势也可用右手定则判断感应电流的方向,进而判断感应电动势的方向。
“通过电路的磁通量”的意义会由下面的例子阐述。
传统上有两种改变通过电路的磁通量的方式。
至于感应电动势时,改变的是自身的磁场,例如改变生成场的电流(就像变压器那样)。
而至于动生电动势时,改变的是磁场中的整个或部份电路的运动,例如像在同极发电机中那样。
感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定;e(t) = -n(dΦ)/(dt)。
对动生的情况也可用E=BLV来求。
法拉第电磁感应定律的综合一. 教学内容:法拉第电磁感应定律的综合二. 学习目标:1、掌握自感现象的原理及应用其典型的题型分析思路。
2、重点掌握电磁感应与能量综合、与图象综合类问题的分析方法。
3、掌握与电磁感应现象相联系的物理模型的分析。
考点地位:电磁感应现象与能量及图象的综合问题历来是高考的重点和难点,出题的形式一般以大型的计算题的形式出现,从深层次上考查了学生对于能量观点的理解,数学方法在分析物理问题中的应用能力,同时电磁感应问题与日常生活实际相联系的问题能够很好的考查学生抽象物理模型分析物理模型的能力,如2007年全国理综1卷第21题,2007年江苏卷第18题,2006年广东卷第16题,2006年上海高考试题的第22题,2006年天津理综卷的第20题,2005年江苏高考卷的第16题都突出了对于这方面问题的考查。
三. 重难点解析:1、自感现象(1)实验电路图1为通电自感实验,图2为断电自感实验。
说明:图1中调节R后使两灯泡亮度相同。
在图2中流过线圈L的电流大于流过灯泡L的电流,即。
(2)实验现象在图1中,闭合开关S,灯泡立刻正常发光,而跟线圈L串联的灯泡却是逐渐亮起来。
在图1中,断开开关S,灯泡L并非立即熄灭,而是过一会才逐渐熄灭。
(3)实验分析①现象分析:上述两种实验电路中有一个共同点,那就是闭合开关或断开开关时,流过线圈的电流都发生了变化。
概念:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫做自感现象。
说明:自感现象是一种特殊的电磁感应现象。
在断电自感实验中,S断开前后,流过灯泡L的电流方向相反。
②本质分析:由法拉第电磁感应定律知道,穿过线路的磁通量发生变化时,线路中就产生感应电动势。
在自感现象中,由于流过线圈的电流发生变化,导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势。
注意:在图1中,通电时产生的自感电动势阻碍线圈的电流增加,故逐渐亮起来;在图2中断电时产生的电动势阻碍线圈的电流减小,当S断开后,灯泡L和线圈L组成了新的闭合电路,自感电动势所提供的电流方向和线圈中原来的电流方向相同,但流过L的电流方向却和原来相反。
小结:自感电动势的作用:总是阻碍导体中原电流的变化,即总是起着推迟电流变化的作用。
2、自感电动势与自感系数(1)自感电动势在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。
其作用是阻碍导体本身电流的变化。
表达式:即自感电动势与电流的变化率成正比。
其中L为自感系数。
(2)自感电动势的方向自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化,当原来电流增大时,自感电动势与原来电流方向相反;当原来电流在减小时,自感电动势与原来电流方向相同。
(3)自感系数L①自感系数简称自感或电感,不同的线圈,在电流变化相同的条件下,产生的自感电动势不同,电学中用自感系数来表示线圈的这种特性。
②线圈的长度越长,线圈的面积越大,单位长度上匝数越多,线圈的自感系数越大。
线圈中有铁芯比无铁芯时自感系数大。
③单位:亨利,符号H,④物理意义:表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量,数值上等于通过线圈的电流在1s内改变1A 时产生的自感电动势的大小。
3、电磁感应现象中的图象问题(1)电磁感应现象中图象问题的分析,要抓住磁通量的变化是否均匀,从而推知感应电动势(电流)是否大小恒定。
用楞次定律判断出感应电动势(或电流)的方向,从而确定其正负,以及在坐标中的范围。
(2)电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图象,即B-t图象,-t图象、E-t图象和I-t图象。
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随线圈位移x变化的图象,即E-x图象和I-x图象。
这些图象问题大体上可分为两类:由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象,或由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量。
(3)电磁感应现象中图象问题的分析,要抓住磁通量的变化是否均匀,从而推知感应电动势(电流)是否大小恒定。
用楞次定律判断出感应电动势(或电流)的方向,从而确定其正负,以及在坐标中的范围。
分析回路中的感应电动势和感应电流的大小及其变化规律,要利用法拉第电磁感应定律来分析。
有些图象问题还要画出等效电路来辅助分析。
(4)另外,要正确解决图象问题,必须能根据图象的意义把图象反映的规律对应到实际过程中去,又能根据实际过程的抽象规律对应到图象中去,最终根据实际过程的物理规律进行判断,这样,才抓住了解决图象问题的根本。
【典型例题】问题1:自感现象的原理及其重要的题型:例1. 如图1电路中有两个完全相同的灯泡,线圈L的电阻忽略不计,下列说法中正确的是()。
图1A. 闭合S时,先亮,后亮,最后一样亮B. 断开S时,立刻熄灭,过一会熄灭C. 中的电流始终从a到bD. 中的电流始终从c到d答案:A变式1. 如图2所示的(a)、(b)两个电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯泡L的电阻,接通开关S,使电路达到稳定,灯泡L发光,则()。
图2A. 在电路(a)中,断开S后,L将逐渐变暗B. 在电路(a)中,断开S后,L将先变得更亮,然后逐渐变暗C. 在电路(b)中,断开S后,L将逐渐变暗D. 在电路(b)中,断开S后,L将先变得更亮,然后逐渐变暗答案:AD问题2:电磁感应与能量的综合类问题分析:例2. (2005年江苏)如图3所示,固定的水平光滑金属导轨,间距为L,左端接有阻值为R的电阻,处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m的导体棒与固定弹簧相连,放在导轨上,导轨与导体棒的电阻均可忽略。
初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有水平向右的初速度。
在沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。
图3(1)求初始时刻导体棒受到的安培力。
(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时,弹簧的弹性势能为,则这一过程中安培力所做的功和电阻R上产生的焦耳热分别为多少?(3)导体棒往复运动,最终将静止于何处?从导体棒开始运动直到最终静止的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q为多少?解析:(1)初始时刻棒中感应电动势①棒中感应电流②作用于棒上的安培力③联立①②③,得安培力方向:水平向左。
(2)由功和能的关系,得安培力做功电阻R上产生的焦耳热(3)由能量转化及平衡条件等,可判断:棒最终静止于初始位置变式2. 如图4所示,在一对平行光滑的金属导轨的上端连接一阻值为R的固定电阻,两导轨所决定的平面与水平面成30°角,今将一质量为m、长为L的导体棒ab垂直放于导轨上,并使其由静止开始下滑,已知导体棒电阻为r,整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中,磁感应强度为B。
求导体棒最终下滑的速度及电阻R最终发热功率分别为多少?图4解析:解法一:导体棒由静止释放后,加速下滑,受力如图5所示,导体棒中产生的电流逐渐增大,所受安培力(沿导轨向上)逐渐增大,其加速度逐渐减小,当时,导体棒开始作匀速运动,其速度也达到最大。
图5由平衡条件得①其中②③解①②③联立方程组可得R的发热功率为解法二:当棒匀速下滑时,重力做正功,安培力做负功。
导体棒的重力势能全部转化为回路中产生的电能,则有,即其中,解得由串联电路的功率分配关系可得,电阻R的发热功率问题3:电磁感应问题与图象的综合:例3. 匀强磁场的磁感应强度B=0.2T,磁场宽度l=3m。
一正方形金属框边长ad=l′=1m,其电阻。
金属框以的速度匀速穿过磁场区,其平面始终保持与磁感线方向垂直,如图6所示。
求:图6(1)画出金属框穿过磁场区域的过程中,金属框内感应电流的I-t图线;(2)画出ab两端电压的U-t图线。
解析:线框的运动过程分为三个阶段:第一阶段cd相当于电源,ab为等效外电路;第二阶段cd和ab相当于开路时两并联的电源;第三阶段ab相当于电源,cd相当于外电路。
如图7所示。
图7在第一阶段,有感应电流方向沿逆时针方向,持续时间为ab两端的电压为在第二阶段,有在第三阶段,有感应电流方向为顺时针方向。
规定逆时针方向为电流正方向,故I-t图线和ab两端的U-t图线分别如图8及图9所示。
图8 图9变式3. (2005年全国卷一)图10中两条平行虚线之间存在匀强磁场,虚线间的距离为l,磁场方向垂直纸面向里。
abcd是位于纸面内的梯形线圈,ad与bc间的距离也为l。
t=0时刻,bc边与磁场区域边界重合(如图10)。
现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域。
取沿a→b→c→d→a的感应电流为正,则在线圈穿越磁场区域的过程中,感应电流I随时间t变化的图线可能是图11中()。
图10图11问题4:与日常生活实际相联系的物理模型:模型1、电磁流量计模型:例4. 电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积)。
为了简化,假设流量计是如图12所示的横截面为长方形的一段管道,其中空部分的长、宽、高分别为图中a、b、c,流量计的两端与输送流体的管道相连(图中虚线)。
图中流量计的上下两面是金属材料,前后两面是绝缘材料,现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于前后两面,当导电流体稳定地流经流量计时,在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接,I表示测得的电流值,已知流体的电阻率,不计电流表的内阻,则可求得流量为()图12A. B.C. D.解题思路:在流量计的前后两面加上匀强磁场后,导电流体经过管道时受洛伦兹力作用会发生偏移(即霍耳效应),稳定时,由,得上、下两侧面间的电势差(即霍耳电压)为它相当于电源电动势,因此测量电路可等效成图13中的下图所示。