磁通量這一該概念的重要性的認識,一系列有關電磁感應現象的規(guī)律都是以磁通量為核心概念發(fā)展起來的。從判斷是否產生感應電流,到判斷感應電流的方向,直到感應電動勢的大小,一直與磁通量有關。 通過電路知識的學習,已經知道以下知識:
一.感應電動勢的大小 產生感應電流的原因是回路中有電動勢,特意將此種電動勢命名為感應電動勢。在研究如何產生感應電流及感應電流方向時,已經發(fā)現磁通量變化快時電流表示數大??梢圆聹y感應電動勢可能與磁通量的變化率有關。 實驗觀察,重做上一節(jié)條形磁鐵插入或拔出螺線管中的實驗,得出定性結論。不建議此處輕易下結論,沒有定量的數據支持,一切只能是猜測,簡單的現象結合深入的思考和確切的實驗數據方能形成結論,還需要再次通過實驗進行檢驗。 教材中一筆帶過的,強調了一個重要的事實。紐曼和韋伯在對理論和實驗數據進行嚴格的分析后,得出了結論:閉合回路中的感應電動勢大小與通過回路的磁通量的變化率成正比。冠名權千萬注意,給了法拉第。有關感應電動勢大小的規(guī)律,實際是紐曼和韋伯得出的,但考慮到法拉第對研究電磁感應現象的巨大貢獻,特別命名為法拉第電磁感應定律。 法拉第是自學成才的典范,從感應電動勢的大小規(guī)律上來說,數學是其得出結論的瓶頸,物理大師的數學功底,通常都是可媲美數學家的。側面也說明了數學對物理學習的重要性。 各量單位取規(guī)定單位后,k=1。 對于多匝線圈: 細節(jié)1 截面積相同的多匝線圈,磁通量的變化量還是 ,也就是說線圈的匝數多了,磁通量還是BS,類似于地皮面積不會因為蓋高層而增大一樣。 由于線圈各匝之間是串聯關系,所以,對于n匝線圈產生的感應電動勢,相當于n匝線圈串聯而得的電動勢。 細節(jié)2 式子中的分母表示時間段,說明用此式得出的電動勢應該是平均電動勢,瞬時電動勢如何求?類比前面學過的類似情況。 二.法拉第電磁感應定律的分情況討論 由磁通量的計算式可知:磁通量有三種變化情況,一種是磁感應強度發(fā)生變化,回路面積不變;一種是磁感應強度不變,回路面積發(fā)生變化;再就是磁感應強度和面積都發(fā)生變化。高中階段主要研究前兩種情況。
原始公式變形為:應用時注意所求電動勢是平均值還是瞬時值。 2.S變化,B不變 原始公式變形為: 導體棒切割勻強磁場的磁感線時就是這種情況,平均瞬時一定要注意區(qū)分。 3.S、B都變化時 平均值原始公式直接求解: 瞬時值:應用多變量函數求導規(guī)律求解。 一般不考,考出來就不一般,大殺器級別。 三.試著從理論上推導S變化,B不變時的感應電動勢 導體中有自由電荷,在導體棒向右運動時,自由電荷隨導體棒有了向右運動的定向速度。就會受到洛倫茲力,在洛倫茲力的作用下,凈電荷就會向導體棒兩端集中,直至受到集中電荷的電場力和洛倫茲力平衡,相當于變成了電源的兩極。 與法拉第電磁感應定律所得結論一樣,在電路知識的學習時對電源已有所了解,電源是一個能量轉化裝置,將其他形式的能轉化為了電勢能,這種轉化是通過非靜電力做功來實現的。 思考:導體棒切割磁感線這種面積變化,磁感應強度不變的感應電動勢,其非靜電力是什么力?是什么能轉化為電勢能的? |
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