2. E的常见表达式有三种:
(1)通式:E = n△?/△t = n△B/△t S = nB△S/△t
(2)平动切割式:E = BLV ( V只能是相对于磁场的垂直切割速度,即垂直切割相对速度,不一定是对地的速度)
(3)转动切割式:E =
二、自感现象
1. 自感——由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。 产生的电动势叫自感电动势。电流I变化时,自感电动势阻碍电流的变化(当I增加,自感电动势反抗I的增加,当I减小,自感电动势补充I的减小)
2. 原因——导体本身的电流变化,引起磁通量的变化 3. 自感电动势和自感系数E(1)反映电流变化的快慢
(2)自感系数L决定于线圈的自身(长度、截面积、匝数、铁芯) (3)自感电动势由L和I的变化率共同决定 (4)单位:亨利 1H=103 mH 1mH=10 3μH
自感现象只有在通过电路电流发生变化才会产生.在判断电路性质时,一般分析方法是:当流过线圈L的电流突然增大瞬间,我们可以把L看成一个阻值很大的电阻;当流经L的电流突然减小的瞬间,我们可以把L看作一个电源,它提供一个跟原电流同向的电流.
三、涡流 1. 涡流定义
块状金属放在变化的磁场中,或让它在磁场中运动,金属块内有感应电场产生,从而形成闭合回路,这时感生电场力可以在整块金属内部引起闭合涡旋状的感应电流,所以叫做涡电流。“涡电流”简称涡流。 2. 涡流的热效应
当变压器的线圈中通过交变电流时,在铁芯内部有变化的磁场,因而产生感生电场,引起涡流。涡流在通过电阻时也要放出焦耳热。
(1)应用:利用的热效应进行加热的方法称为感应加热。而涡流的大小和磁通量变化率成正比,磁场变化的频率越高,导体里的涡流也越大。实际上,一般使用高频交流电激发涡流。如:A.高频焊接.B.高频感应炉
(2)控制:导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时,因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。变压器、电机铁芯中的涡流热效应不仅损耗能量,严重时还会使设备烧毁.为减少涡流,变压器、电机中的铁芯都是用很薄的硅钢片叠压而成。因为在导体中涡流的大小和电阻有关,电阻越大涡流越小。为了减小涡流造成的热损耗,电机和变压器的铁芯常采用多层彼此绝缘的硅钢片迭加而成(材料采用硅钢以增加电阻)。这些薄片表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物。磁通穿过薄片的狭窄截面时,涡流被限制在沿各片中的一些狭小回路流过,这些回路中的净电动势较小,回路的长度较大,再由于这种薄片材料的电阻率大,这样就可以显著地减小涡流损耗。所以,交流电机、电器中广泛采用叠片铁心。 3. 涡流的磁效应 (1)电磁阻尼现象:
把铜板做成的摆放到电磁铁的磁场中,当电磁铁未通电时,摆要往复多次,摆才能停止下来.如果电磁铁通电,磁场在摆动的铜板中产生涡流。涡流受磁场作用力的方向与摆动方向相反,因而增大了摆的阻尼,
1B?L2 2?L?I?t
摆很快就能停止下来。这种现象称为电磁阻尼。
(2)应用:电磁仪表中的电磁阻尼器就是根据涡流磁效应制作的,在磁电式测量仪表中,常把使指针偏转的线圈绕在闭合铝框上,当测量电流流过线圈时,铝框随线圈指针一起在磁场中转动,这时铝框内产生的涡流将受到磁场作用力,抑止指针的摆动,使指针较快地稳定在指示位置上。此外,电气机车的电磁制动器也是根据这一效应制作的。
题型讲解
1. 对感应电流或感应电动势产生条件的理解:
如下图所示,正方形线圈在通电长直导线的磁场中运动;A向右平动,B向下平动,C绕轴转动(ad 边向外),D从纸面向纸外作平动,E向上平动(E线圈有个缺口),判断线圈中有没有感应电流。
【解析】在直导线电流磁场中的五个线圈,原来磁通量都是垂直纸面向里的,对直线电流来说,离电流越远,磁场就越弱。
A. 向右平动,穿过线圈的磁通量没有变化,故A线圈中没有感应电流。 B. 向下平动,穿过线圈的磁通量减少,必产生感应电动势和感应电流。 C. 绕轴转动,穿过线圈的磁通量变化,必产生感应电动势和感应电流。 D. 离开纸面向外,线圈中磁通量减少,故情况同B、C。
E. 向上平移,穿过线圈的磁通量增加,故产生感应电动势,但由于线圈没有闭合回路,因此无感应电流。
2. 感应电动势的计算
如图甲所示,水平放置的U形金属框架中接有电源,电源的电动势为E,内阻为r.现在框架上放置一质量为m、电阻为R的金属杆,它可以在框架上无摩擦地滑动,框架两边相距L,匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向上.ab杆受到水平向右的恒力F后由静止开始向右滑动,求:
图甲
(1)ab杆由静止启动时的加速度. (2)ab杆可以达到的最大速度vm.
(3)当ab杆达到最大速度vm时,电路中每秒放出的热量Q. 【解析】(1)ab滑动前通过的电流:I=
E
r+R
BEL
受到的安培力F安=,方向水平向左
r+R所以ab刚运动时的瞬时加速度为: F-F安FBELa1==-.
mm(r+R)m
(2)ab运动后产生的感应电流与原电路电流相同,到达最大速度时,感应电路如图乙所示.此时电流Im=E+BLvm.
R+r
图乙
由平衡条件得: F=BImL=
BL(BLvm+E)
R+rF(R+r)-BLE
.
B2L2
BLvm+EF
= BLR+rF2(R+r). B2L2
故可得:vm=
(3)方法一 由以上可知,Im=
由焦耳定律得:Q=Im2(R+r)=
方法二 由能量守恒定律知,电路每秒释放的热量等于电源的总功率加上恒力F所做的功率,即: Q=E·Im+F·vm ==
EFF2(R+r)-BLEF
+ BLB2L2F2(R+r)
. B2L2
F(R+r)-BLEFBEL
【答案】(1)- (2)
m(r+R)mB2L2F2(R+r)
(3) B2L2
点评:①本例全面考查了感应电路的特点,特别是对于电功率的解析,通过对两种求解方法的对比能很好地加深对功能关系的理解. ②ab棒运动的v-t图象如图丙所
图丙
3. 对于公式E?BLvsin?的理解和运用:
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:(1)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及通过的电荷量。(2)MN从圆环左端滑到右端的过程中,电阻R上的电流强度的最大值。
【解析】(1)根据法拉第电磁感应定律,回路中产生的平均感应电动势为:
① ②
③
由①②③式知I??Brv 2R?Br2Q?It?R
通过的电荷量为:
(2)当导线运动到圆环的圆心处时,切割磁感线的有效长度最大,产生的感应电动势也就最大,电阻R上的电流强度也最大,此时
④
所以 Im?EmR ⑤
由以上两式,得Im
?2Brv R4. 自感现象的运用——日光灯
(1)启动器:利用氖管的辉光放电,起自动把电路接通和断开的作用
(2)镇流器:在日光灯点燃时,利用自感现象,产生瞬时高压,在日光灯正常发光时,,利用自感现象,起降压限流作用。
(3)日光灯的工作原理图如下:
图中A镇流器,其作用是在灯开始点燃时起产生瞬时高压的作用;在日光灯正常发光时起起降压限流作用.B是日光灯管,它的内壁涂有一层荧光粉,使其发出的光为柔和的白光;C是启动器,它是一个充有氖气的小玻璃泡,里面装上两个电极,一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形触片组成.
如图所示,A、B是两个完全相同的白炽灯泡,L时是直流电阻不计的电感线圈,如果断开开关S1,而闭合开关S2,A、B两灯都能同样发光。最初开关S1

