竞赛课件22:电磁感应面面观PPT格式课件下载.ppt
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vvAOC无限长直线电流周围磁感应强度的分布规律为无限长直线电流周围磁感应强度的分布规律为Ivd直角三角形线圈直角三角形线圈ABC的的AB边在距直线电流边在距直线电流d时的动生电动势为时的动生电动势为lAC直角三角形线圈的直角三角形线圈的BC边各段处在不同磁场边各段处在不同磁场,取第取第i段段:
有效切割长度有效切割长度:
fB如如图图所所示示,在在电电流流为为I的的无无限限长长直直导导线线外外有有与与它它共共面面的的直直角角三三角角形形线线圈圈ABC,其其中中AB边边与与电电流流平平行行,AC边边长长l,BCA=,线线圈圈以以速速度度v向向右右做匀速运动,求当线圈与直线电流相距做匀速运动,求当线圈与直线电流相距d时,线圈中的动生电动势时,线圈中的动生电动势.B如如图图所所示示,一一根根永永久久性性圆圆磁磁棒棒,在在它它的的磁磁极极附附近近套套上上一一环环形形线线圈圈,摆摆动动线线圈圈,使使线线圈圈沿沿轴轴做做简简谐谐运运动动,振振幅幅A=1mm(这这比比磁磁铁铁和和线线圈圈的的尺尺寸寸小小得得多多),频频率率f=1000Hz于于是是,在在线线圈圈里里产产生生感感应应电电动动势势,其其最最大大值值m=5V,如果线圈不动,线圈通以电流,如果线圈不动,线圈通以电流I=200mA,求磁场对线圈的作用力,求磁场对线圈的作用力.设线圈所在处磁场辐向分量为设线圈所在处磁场辐向分量为Bx,线圈摆动时,线圈摆动时“切割切割”Bx而而产生动生电动势,线圈简谐运产生动生电动势,线圈简谐运动最大速度动最大速度:
此时有最大电动势:
线圈通电时受所在处磁场辐向分量线圈通电时受所在处磁场辐向分量Bx安培力安培力:
返回返回一一个个“扭扭转转”的的环环状状带带子子(称称为为莫莫比比乌乌斯斯带带)是是由由长长度度为为L,宽宽度度为为d的的纸纸条条制制成成一一根根导导线线沿沿纸纸带带的的边边缘缘了了一一圈圈,并并连连接接到到一一个个电电压压表表上上,如如图图所所示示当当把把绕绕在在纸纸带带上上的的导导线线圈圈放放入入一一个个均均匀匀的的垂垂直直于于纸纸带带环环所所在在面面的的磁磁场场中中,且磁场随时间均匀变化,即且磁场随时间均匀变化,即,电压表记录的数据为多少?
,电压表记录的数据为多少?
专题专题22-例例3磁场随时间均匀变化磁场随时间均匀变化变化的磁场引起感生电场变化的磁场引起感生电场:
电压表读数电压表读数:
由法拉弟电磁感应定律由法拉弟电磁感应定律,每个每个线圈中的电动势为线圈中的电动势为:
一一个个长长的的螺螺线线管管包包括括了了另另一一个个同同轴轴的的螺螺线线管管,它它的的半半径径R是是外外面面螺螺线线管管半半径径的的一一半半,两两螺螺线线管管单单位位长长度度具具有有相相同同的的圈圈数数,且且初初时时都都没没有有电电流流在在同同一一瞬瞬时时,电电流流开开始始在在两两个个螺螺线线管管中中线线性性地地增增长长,任任意意时时刻刻,通通过过里里边边螺螺线线管管的的电电流流为为外外边边螺螺线线管管中中电电流流的的两两倍倍且且方方向向相相同同,由由于于增增长长的的电电流流,一一个个处处于于两两个个螺螺线线管管之之间间初初始始静静止止的的带带电电粒粒子子开开始始沿沿一一条条同同心心圆圆轨轨道道运运动动,如如图图所所示示,求求该该圆圆轨道半径轨道半径r.专题专题22-例例4变化电流在螺线管上产生变化的匀强变化电流在螺线管上产生变化的匀强磁场,变化的磁场产生感生电场。
带磁场,变化的磁场产生感生电场。
带电粒子在磁场及感生电场中受洛伦兹电粒子在磁场及感生电场中受洛伦兹力与电场力;
在向心力与速度相适配力与电场力;
在向心力与速度相适配的确定轨道做圆周运动的确定轨道做圆周运动.粒子绕行一周时间设为粒子绕行一周时间设为T,则则由动量定理,感生电场使静止粒子获得速度:
由动量定理,感生电场使静止粒子获得速度:
粒子运动的一个动力学方程为:
规律规律试手试手EeEFm由动量定理,感生电场使电子增加速度由动量定理,感生电场使电子增加速度v为:
为:
当电子速度为当电子速度为v时时,有:
有:
返回返回轨道所在处的磁场磁感应强度为轨道轨道所在处的磁场磁感应强度为轨道内磁场平均磁感应强度的一半内磁场平均磁感应强度的一半!
在在半半径径为为R的的圆圆柱柱形形体体积积内内充充满满磁磁感感应应强强度度为为B的的均均匀匀磁磁场场有有一一长长为为l的的金金属属棒棒放放在在磁磁场场中中,如如图图所所示示,设设磁磁场场在在增增强强,其其变变化化率率为为k求求棒棒中中的的感生电动势,并指出哪端电势高;
感生电动势,并指出哪端电势高;
如棒的一半在磁场外,其结果又如何?
回路中的感生电动势回路中的感生电动势BO棒一半在磁场外时棒一半在磁场外时右端电势高右端电势高一一个个很很长长的的直直螺螺线线管管半半径径为为R,因因线线圈圈通通过过交交流流电电而而在在线线圈圈内内引引起均匀的交变磁场起均匀的交变磁场B=B0sint,求螺线管内、外感生电场,求螺线管内、外感生电场E的分布规律的分布规律.把螺线管理想化为无限长通电直把螺线管理想化为无限长通电直螺线管,其磁场均匀且只分布在螺线管,其磁场均匀且只分布在管内由于磁场按正弦规律变化,管内由于磁场按正弦规律变化,必会引起感生电场必会引起感生电场.BO在管内在管内,距轴心距轴心r处处其中其中在管外在管外,距轴心距轴心r处处自感电动势自感电动势自感系数自感系数电感电感线圈面积线圈面积单位长度匝数单位长度匝数总匝数总匝数有无铁芯有无铁芯自感线圈中的磁场能自感线圈中的磁场能产产生生自自感感电电动动势势的的过过程程是是电电源源电电流流做做功功将将电电能能转转变变成成磁磁场场能的过程能的过程!
电源移送元电量为电源移送元电量为元功为元功为电流由电流由0增至增至I做的总功为做的总功为:
有有一一个个N匝匝的的螺螺旋旋状状弹弹簧簧如如图图所所示示,线线圈圈半半径径为为R、弹弹簧簧自自然然长长度度为为x0(x0R),劲劲度度系系数数为为k,当当电电流流I0通通过过弹弹簧簧时时,求求弹弹簧簧的的长长度度改改变变了了多多少?
少?
专题专题22-例例5先计算螺线管的自感系数先计算螺线管的自感系数达到稳定时达到稳定时,磁通量不变磁通量不变:
由能量守恒由能量守恒:
闭合开关稳定时闭合开关稳定时S这也是开关刚打开时电感的端电压!
这也是开关刚打开时电感的端电压!
开关打开过程,电源电流为开关打开过程,电源电流为0,通过,通过电表的是自感电流电表的是自感电流电感上电流从原来的电感上电流从原来的开关闭合过程,电源电流与自感电流叠加,通过电表的开关闭合过程,电源电流与自感电流叠加,通过电表的是自感电流是自感电流电感上电流从原来的电感上电流从原来的如如图图所所示示电电路路,直直流流电电源源的的电电动动势势为为E,内内阻阻不不计计,两两个个电电阻阻值值为为R,一一个个电电阻阻值值为为r,电电感感的的自自感感系系数数为为L,直直流流电电阻阻值值为为r闭闭合合开开关关S,待待电电路路电电流流稳稳定定后后,再再打打开开开开关关S(电电流流计计G内内阻阻不不计计)打打开开开开关关时时,电电阻阻值值为为r的的电电阻阻两两端端电电压压为为多多少少?
打打开开开开关关后后有有多多少少电电量量通通过过电电流流计计?
闭闭合合开开关关到到电电流流稳稳定时,有多少电量通过电流计?
定时,有多少电量通过电流计?
电电磁磁涡涡流流制制动动器器由由一一电电阻阻为为、厚厚度度为为的的金金属属圆圆盘盘为为主主要要部部件件,如如图图所所示示圆圆盘盘水水平平放放置置,能能绕绕过过中中心心O的的竖竖直直轴轴转转动动,在在距距中中心心O为为r处处,一一边边长长为为a的的正正方方形形区区域域内内有有垂垂直直于于圆圆盘盘平平面面的的匀匀强强磁磁场场,磁磁感感应应强强度度为为B,若若ra,试试写写出圆盘所受的磁制动力矩与圆盘转动角速度之间的关系式出圆盘所受的磁制动力矩与圆盘转动角速度之间的关系式.处在磁场中的小金属块电阻为:
处在磁场中的小金属块电阻为:
由法拉弟电磁感应定律,小金属块中的由法拉弟电磁感应定律,小金属块中的感应电动势为:
感应电动势为:
小金属块中产生的感应电流(涡流)为:
磁制动力矩:
释放后棒在重力与安培力共同作用下做加速度减小的加速释放后棒在重力与安培力共同作用下做加速度减小的加速运动,由于线圈自感及棒的切割运动,产生与电源电动势相反运动,由于线圈自感及棒的切割运动,产生与电源电动势相反的感应电动势,使通过的感应电动势,使通过ABAB棒的电流逐渐减小,当感应电动势与棒的电流逐渐减小,当感应电动势与电源电动势相等时,棒上无电流,棒加速度为电源电动势相等时,棒上无电流,棒加速度为g,此后感应电,此后感应电动势大于电源电动势,安培力与重力方向相反,当电流达到恒动势大于电源电动势,安培力与重力方向相反,当电流达到恒定,棒速度达到最大时,线圈自感电动势为零,通过电流定,棒速度达到最大时,线圈自感电动势为零,通过电流如如图图,在在竖竖直直面面内内两两平平行行导导轨轨相相距距l1m,且且与与一一纯纯电电感感线线圈圈L、直直流流电电源源E(,r)、水水平平金金属属棒棒AB联联为为一一闭闭合合回回路路,开开始始时时,金金属属棒棒静静止止,尔尔后后无无摩摩擦擦地地自自由由下下滑滑(不不脱脱离离轨轨道道)设设轨轨道道足足够够长长,其其电电阻阻可可忽忽略略,空空间间中中磁磁场场B的的大大小小为为0.4T,其其方方向向垂垂直直于于轨轨道道平平面面,已已知知电电源源电电动动势势为为9V,内内电电阻阻r0.5,金金属属棒棒质质量量m1kg,其其电电阻阻R1.1,线线圈圈自自感感系系数数L12H,试试求求金金属属棒下落可达到的最大速度棒下落可达到的最大速度EL
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- 竞赛 课件 22 电磁感应 面面观