高中物理c选修3-2 3)当断开开美S的一瞬间,线圈P里有没有感应电流? (4)在上面三种情况里。如罘线P里有感应电流,线圈P的哪一端相当于条形磁铁 的N? 画画画 图43-12线图P中有没有 图43-13磁极移近或远离 感应电流? 圆环会产生什么现象? 6.图43-B3中的A和B都是很轻的铝环,环A是闭合的、环B是断开的。用碳铁的任 意一极去接近A环、会卢生什么現象?把铁从A环移开,会产生什么现象?磁极 移近或远离B环时,又会产生什么现象?解释所发生的現象。 7.1831年10月28日,法拄第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机,它是利用电 磕感应的原理制成的、是人类历史上的第一台发电机。据说,在法拉第表演他的圈 盘发电机时,一位贵妇人问遒:“法拉第先生,这东西有什么用呢?”汝拉第道 夫人,一个刚刚出生的婴儿有什么用呢? 图43-14乙是这个圆盘发电机的示意图:铜盘安裟在水平竹铜轴上,它的边 正好在两磕极之间、两块铜片C、D分别与特动轴和盘的边接触。使铜盘转动, 电肛R中就有电流通过。 n 图43-14法拉第的圆盘发电机 (1)说明圆盘发电机的原理 (2)盘如图示方向转动、请判断通过R的电流方向。 14
法拉第电碱戚应定律 第 章 穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就有感应电流。既然闭合电路中有感应电流,电 电路中就一定有电动势。如果电路没有闭合,这时虽然没有感应电流,电动劳依然存在,在 电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势( induction electromotive force).产生感应电应 动势的那部分导体就相当于电源。 感应电动势的大小跟哪些因素有关呢? 在用导线切割磁感线产生感应电流的实验中,导线运动的速度越快、磁体的磁场越强, 产生的感应电流就越大x在向线圈中插入条形磁铁的实验中,磁铁的磁场越强、插入的速度 越快,产生的感应电流就越大。这些经验向我们提示,感应电动势可能与磁通量变化的快慢 有关,而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示。 电磁感应定律在法拉第、纽曼( F,E Neumann.17981895)、韦伯(W. E. Weber,1804 1891)等人工作的基础上,人们认识到: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,这就是法拉第电磁感应定律( Faraday law of electromagnetic induction) 如果时刻1穿过闭合电路的磁通量为,时刻4穿过闭合电路的磁通量为,则在时 A中 间M=12-1内,磁通量的变化量为△=中一中,磁通量的变化率就形·用E表示闭合 电路中的感应电动势,那么电磁感应定律就可以表示为 △中 Ea 式中电动势的单位是伏(V)、磁通量的单位是韦伯(Wb)、时 这几个公式只表示怨 间的单位是秒(s)。 电动势的大小,不涉及 闭合电路常常是一个匝数为n的线圈,而且穿过每匝线圈的 它的正员,计算时△应 取绝对值,至于感应电流 磁通量总是相同的。由于这样的线圈可以看成是由n个单匝线圈申 的方向,可以用上节学到 联而成的,因此整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍,即 的榜次定律去判定 E 导线切割磁感线时的感应电动势根据法拉第电磁感应定c 律,只要知道磁通量的变化率,就可以算出感应电动势。常见的 望 种情况是,导线做切割磁感线运动而使磁通量变化,这时法拉 第电磁感应定律可以表示为一种更简单、更便于应用的形式。 DX X XMX XM 如图441所示,把矩形线框CDMN放在磁感应强度为B的 图441计算导线切割 匀强磁场里,线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分MN的长 磁感线时的感应电动势 15
高中物理c选修3-2 度为l,它以速度v向右运动,在M时间内,由原来的位置MN移到MN1,这个过程中线 框的面积变化量是 AS=lt△ 穿过闭合电路的磁通量的变化量则是 △Φ=BAS=Bb△t 根据法拉第电磁感应定律,E 由此求得闭合电路的感应电动势 E= Blo 在国际单位制中,B、1、”的单位分别是特斯拉(T)、 米(m)、米每秒(ms),E的单位是伏(V)。 导线的横数面 如果导线的运动方向与导线本身是垂直的,但与磁感线方 向有一个夹角(图442),速度D可以分解为两个分量:垂直 于磁感线的分量1=sinO和平行于磁感线的分量2= tos 0 后者不切割磁感线,不产生感应电动势。前者切害磁感线,产 生的感应电动势为 图4.42导线运动方向不与 E=Blo 磁感线垂直时的情况 考虑到1=sin,因此 E= Blsin e (4) 反电动势我们在初中学过了直流电动机的原理,它是由于通电导线在磁场中受到了安 培力而产生了运动。学过了电磁感应现象以后,我们可以从另外一个角度审视这个问题。 惠考与讨论 在图443中,电源在电动机线圈中产生的电流的 方向以及AB、CD两个边受力的方向都已经标出。 M 现在的问题是,既然线圈在磁场中转动,线圈中 就会产生感应电动势。感应电动势是加强了电源产生的 电流,还是削弱了它?是有利于线圈的转动,还是阻 碍了线圈的转动? 图4.43电动机转动时,线圈 内是否也会产生感应电动势? 电动机转动时,线圈中也会产生感应电动势,这个感应电动势总要削弱电源电动势的作 用,我们把这个电动势称为反电动势。它的作用是阻碍线圈的转动。如果要使线圈维持原来 的转动,电源就要向电动机提供能量。这正是电能转化为其他形式能的过程 16
如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动,这时没有了反电动势,电阻很小的线 圈直接连在电源的两端,电流会很大,时间长了很可能把电动机烧毁。所以,如果电动机由 第 于机械故障停转,要立即切断电源,进行检查。 如图444.将玩具电动机通过开关、电流表接到电池上。闭合开关S.观察 章电磁感应 电动机启动过程中电流表读数的变化。怎样解释电流的这种变化? 在电动机上加一定的负载,例如用手轻触转子的轴.观察电流表读数的变化 并做出解释 E 电动机启动时的电流与正常工作时的电流不同,有负载时与空载时的电流不图444观察电动机启 同。这在技术上会引起什么问题?如果有问题.应该沿什么途径解决? 动过程中电流的变化 问题与练习 1.关于电感应、下送说法正确的是什么? A.穿过线圈的磕量越大,感应电动势越大。 B.穿过线圓妁礒通量为零、感应电动势一定为零 C.穿过线的屨通的变侻越大,感应电动势越大。 D.穿过线圈的屦邏量变化越快,感应电动勢越大。 2.有一个1000匝的线圈,在04s内过它的逋量从0.02Wb增加到0.09Wb,求 线團中的感应电动势。如果线圈的电阻是109,把一个电阻为990g的电热器违接 在它的两端,通过电热器的电流是多大? 3.当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时,从中释救一顆卫星,卫星与航天飞机保持 相对静止,两者用导电缆绳相连,这种卫星称为绳系卫星,利用它可以进行多种科 学实验。 现有一颗绳系卫星在地球赤道上空沿东西方向运行,卫星位于航天飞机正上方 它与航天飞机间的距离是20.5km,卫星所在位置的地磁场为B=46×10-°T,浯 水平方向由南向北。如果航天飞机和卫星的运行速度是76kms,求缆绳中的感应 电动势 4.动图式杨声器的结构如图445所示。线图圆筒安 放在永屨休磕间的空隙中,能够自由运动。随声 形纸盘 音变化的电流通进线圈,安培力使线运动。纸盆 与线圈接、随着线圈振动而发声 久磁体 这样的杨声器能不能当做话局使用?也就是 说,如果我们对着纸盆说话,杨声器能不能把声音 变成相应的电流?为什么? 图445动圈式扬声器
高中物理c选修3-2 5.如图446、矩形线圈在匀强磕场中绕OO’轴转动时,线圈 中的感应电动势是否变化?为什么?设线圈的两个边长分别 是L:和L,转动时角速度是ω、磕的磕感应强度为B。试 证明:在图示位置时,线圈中的感应电动势为 B E=BS 其中S=LL为线圈面积。 图446证明线圈此时 的感应电动势为Bsa 6如图447所示,A、B两个闭合线圈用同样的导线制成,匝 数均为10匝,半径R4=2R3,图示区域内有匀强磁场,且 磁感应强度随时间均匀减小。 (1)A、B线图中卢生的感应电动势之比EA:E是多少? (2)两线中感应电流之比:是多少? 图44-7两线中感应电 动势之比、感应电流之比 各是多少? 7.图4.48是电磕流量计的示意图。圃管由非磁性材計制成、空间有匀强场,当管中 的导电液休流过磕场区城时,测岀管壁上MN两点间妁窀动勢E、就可以知遒管申液 体的流量q——单位时间内流过管道横截面的液体的体积,已知管的直径为d,感 应强度为B、试推出q与E美系的表达式。假定管中各处液休的流逵相同 电流量计的管道内没有任何阻碍流体流动的鰭构,所以常用来测量高黏度及强 蚀性流体的流量。它的优点是测量范国宽、反应快、易与其他自动挖制浆置配套 B x Ax x 甲:从圆管侧面看 乙:对看液体流来的方向看 图4.48电磁流量计的示意图 18