说明:1、法拉第电磁感应定律E= n
????中,表示在Δt时间内磁通量的平均变?t?t化率,E是在Δt时间内平均感应电动势,n是线圈的匝数。(若ΔΦ均匀变化,则平
均感生电动势等于瞬时感生电动势)。
2、公式E=BLvsinθ是法拉第电磁感应定律的一种特殊情形,也是电磁感应现象中最常用的公式。
(1)式中B与L垂直,V与L垂直,θ是V与B的夹角。
(2)式中B为匀强磁场的磁感应强度(或在切割导体所在区域大小相同),L为导体在磁场中的有效长度。
(3)当V是导体的平均速度时,E是平均感应电动势,当V是导体的瞬时速度时,E是瞬时感应电动势。
3、ε=Δφ/Δt和??Blv是一致的,前者是一般规律,后者是法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线时的具体表达式。在中学阶段,前者一般用于求平均值,后者用于求瞬时值。
4、 若切割速度V不变,ε为恒定值;若切割速度为即时速度,则ε为瞬时电动势。 (三)实例探究
【例题1】如下图所示,将一条形磁铁插入某一闭合线圈,第一次用0.05s,第二次用0.1s。设插入方式相同,试求: (1)两次线圈中的平均感应电动势之比? (2)两次线圈之中电流之比? (3)两次通过线圈的电荷量之比? (4)两次在R中产生的热量之比?
【同类变式3-1】有一面积为S=100cm2的金属环,电阻R=0.1Ω,环中磁场变化规律如下图所示,磁场方向垂直环面向里,在t1到t2时间内,通过金属环的电荷量是多少?
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【例题2】如下图所示,是一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻R=0.20Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动时,试求:
(1)导体ab上的感应电动势的大小 (2)回路上感应电流的大小
【同类变式3-2】如下图所示,导线全部为裸导线,半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场,磁感应强度为B。一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端,电路的固定电阻为R,其余电阻忽略不计。试求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流强度的平均值和最大值以及通过的电量。
【例题3】如下图所示,有一匀强磁场B=1.0×10-3T,在垂直磁场的平面内,有一金属棒AO,绕平行于磁场的O轴顺时针转动,已知棒长L=0.20m,角速度ω=20rad/s,求:棒产生的感应电动势有多大?
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【同类变式3-3】 一导体圆环的电阻为4Ω,半径为0.05m,圆环平面垂直匀强磁场,如图所示放置.磁感应强度为4T,两根电阻均为2Ω的导线 Oa和Ob,Oa固定,a端b端均与环接触,Ob以4rad/s的角速度逆时针沿圆环转动.求:当Ob的b端从a端滑过180°时,通过导线Oa中的电流是多少?
【例题4】如图,边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动,磁感应强度为B,初始时刻线框所在的平面与磁感线垂直,经过t时间转过1200角, 求:(1)线框内感应电动势在时间t内的平均值。 (2)转过1200角时感应电动势的瞬时值。
【同类变式3-4】如图所示,矩形线圈由100匝组成,ab边长L1=0.40m,ad边长L2=0.20m,在B=0.1T的匀强磁场中,以两短边中点的连线为轴转动,转速n′=50r/s求:
(1)线圈从图(a)所示的位置起,转过180o的平均感应电动势为多大?
(2)线圈从图(b)所示的位置起,转过180o的平均感应电动势为多大?
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四、达标演练
1.当线圈中的磁通量发生变化时,则( ) A.线圈中一定有感应电流 B.线圈中一定有感应电动势
C,感应电动势的大小与线圈电阻无关
D.如有感应电流,其大小与线圈的电阻有关
2.闭合电路中产生感应电动势的大小,跟穿过这一闭合电路的下列哪个物理量成正比?( )
A.磁通量 B.磁感应强度 C.磁通量的变化率 D.磁通量的变化量
3.一个N匝的圆形线圈,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,线圈平面跟磁场平面成30o角,磁感应强度随时间均匀变化,线圈导线规格不变,下列方法可使线圈中感应电流增加一倍的是( )
A.将线圈匝数增加一倍 B.将线圈面积增加一倍
C.将线圈半径增加一倍 D.适当改变线圈的取向
4.在竖直向下的匀强磁场中,一根水平放置的金属棒沿水平方向抛出,初速度方向和棒垂直,若棒在运动过程中始终保持水平,则棒两端产生的感应电动势将( ) A.随时间增大 B.随时间减小 C.不随时间变化 D.难以确定
5.如图所示,电阻为R的金属棒,从图示位置分别以速率v1,v2沿电阻不计的光滑轨道从ab匀速滑到a/b/处,若v1∶v2=1∶2,则在两次移动过程中( )
A.回路中感应电流强度I1∶I2=1∶2 B.回路中产生热量Q1∶Q2=1∶2
C.回路中通过截面的总电量q1∶q2=1∶2 D.金属棒产生的感应电动势E1:E2=1∶2
6.如图所示,MN为水平面内的平行金属导轨,导轨处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,ab、cd两根导体棒长为L,并以相同的速度V匀速运动,导轨间电阻为R,则MN间电压为 ,通过R的电流强度为 。
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