电磁感应物理竞赛课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《电磁感应物理竞赛课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电磁感应 物理 竞赛 课件
- 资源描述:
-
1、第第4 4讲讲电电 磁磁 感感 应应专题十三专题十三 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律专题十四专题十四 动生电动势动生电动势专题十五专题十五 感生电动势和感生电场感生电动势和感生电场(涡旋电场涡旋电场)专题十六专题十六 自感应互感应自感应互感应专题十三法拉第电磁感应定律专题十三法拉第电磁感应定律tttttN 21磁通匝链数或全磁通磁通匝链数或全磁通:=1+2+N tN(当1=2=N=时)通量法则通量法则例例 半径为半径为 a 的大圆线圈和半径为的大圆线圈和半径为 b(ba)的小圆线圈共轴平行放置,的小圆线圈共轴平行放置,两线圈间距为两线圈间距为 h(如图所示)。大线圈中通有恒定电流电流强度
2、为如图所示)。大线圈中通有恒定电流电流强度为 I,小,小线圈的电阻为线圈的电阻为R。小线圈以一条直径为轴,以角速度。小线圈以一条直径为轴,以角速度 匀角速旋转。试匀角速旋转。试求:求:1、小线圈中的感应电流强度;、小线圈中的感应电流强度;2、为使小线圈匀角速度旋转,应给、为使小线圈匀角速度旋转,应给小线圈加多大的外力矩?小线圈加多大的外力矩?3、小线圈对大线圈感应的电动势是多少?、小线圈对大线圈感应的电动势是多少?解解:1、23)(242220ahaIB大tbahaBcos)(2I4S2222023小大小tbahaItsin)(24-2222023小小tbahaIisin)(2R4R22220
3、23小小2、载流线圈在磁场中受安培力矩为:、载流线圈在磁场中受安培力矩为:3、现在很难求,利用互感应部分就容易求了。、现在很难求,利用互感应部分就容易求了。BmM则外加力矩则外加力矩大小小BmMtbahaIRM22222220sin)()(24123小例例 磁悬浮列车是一种高速运载工具它具有两个重要系统:一是悬浮系磁悬浮列车是一种高速运载工具它具有两个重要系统:一是悬浮系统,利用磁力统,利用磁力(可由超导电磁铁提供可由超导电磁铁提供)使车体在导轨上悬浮起来与轨道脱离接使车体在导轨上悬浮起来与轨道脱离接触;另一是驱动触;另一是驱动 系统,在沿轨道上安装的三相绕组系统,在沿轨道上安装的三相绕组(线
4、圈线圈)中,通上三相交中,通上三相交流电,产生随时间、空间作周期性变化的磁场,磁场与固连在车体下端的感流电,产生随时间、空间作周期性变化的磁场,磁场与固连在车体下端的感应金属板相互作用,使车体获得牵引力应金属板相互作用,使车体获得牵引力。设有一与轨道平面垂直的磁场,磁感应强度设有一与轨道平面垂直的磁场,磁感应强度B B 随时间随时间 t t 和空间位置和空间位置 x x 变化规律为变化规律为式中式中 ,均为己知常均为己知常量,坐标轴量,坐标轴x x与轨道平行,在任一时刻与轨道平行,在任一时刻t t 轨道平面上磁场沿轨道平面上磁场沿x x方向的分布是不方向的分布是不均匀的,如图所示均匀的,如图所
5、示.图中图中OxyOxy平面代表轨道平面,平面代表轨道平面,“”表示磁场的方向垂直表示磁场的方向垂直OxyOxy平面指向纸里,平面指向纸里,“”“”表示磁场的方向垂直表示磁场的方向垂直OxyOxy平面指向纸外平面指向纸外。规定指向规定指向纸外时纸外时B B取正埴,取正埴,“”和和“”“”的疏密程度表示沿着的疏密程度表示沿着x x轴轴B B的大小分布的大小分布。一一与轨道平面平行的具有一定质量的金属矩形框与轨道平面平行的具有一定质量的金属矩形框MNPQMNPQ处在该磁场中,已知与轨处在该磁场中,已知与轨道垂直的金属框边道垂直的金属框边MNMN的长度为的长度为l l,与轨道平行的金属框边,与轨道平
6、行的金属框边MQMQ的长度为的长度为d d,金属,金属框的电阻为框的电阻为R R,不计金属框的电感,不计金属框的电感。)cos(),(kxtBtxB0kB,0解法二:通量法则解法二:通量法则tldrkrtBsdBd)cos(0dxxldrkrtBd)cos(0)()cos(0krtdkrtklBdxx)sin()(sin0kxtdxktklB)cos(0krtBB)cos()()cos()(0kxtdxktkvklBdtdtE)cos()()cos()(0kxtdxktkvkRlBREtiltdxBtiltxBtitf),()(),()()(2220)cos()cos()()(kdkxtkxt
7、Rvklbtf当当kd=(2n+1),即即 当当kd=2n,即,即 lBv)(LlBv)(长为长为L的导体棒在磁场中作切割磁感应线运动而产生的动生电动势,的导体棒在磁场中作切割磁感应线运动而产生的动生电动势,ll dBvd)(Ll dBv)(FLBvqFEKK非静电力的场强为:非静电力的场强为:导体上导体上l 一段的电动势为一段的电动势为:或或等于其上各等于其上各 上的电动势的代数和,即上的电动势的代数和,即BvqFK专题十四专题十四动生电动势动生电动势非静电力:非静电力:或或例例 如图所示,水平放置的金属细圆环半径为如图所示,水平放置的金属细圆环半径为a,竖直放置的金属细圆柱竖直放置的金属细
8、圆柱(其半径比其半径比a小得多小得多)的端面与金属圆环的上表面在同一平面内,圆柱的细轴通过圆环的中心的端面与金属圆环的上表面在同一平面内,圆柱的细轴通过圆环的中心O。一质量为一质量为m,电阻为,电阻为R的均匀导体细棒被圆杯和细圆柱端面支撑,棒的一端有一小的均匀导体细棒被圆杯和细圆柱端面支撑,棒的一端有一小孔套在细轴孔套在细轴0上,另一端上,另一端A可绕轴线沿圆环作圆周运动,棒与圆环的摩擦系数为可绕轴线沿圆环作圆周运动,棒与圆环的摩擦系数为,圆环处在磁感应强度大小为圆环处在磁感应强度大小为Bkr、方向竖向上的恒定磁场中,式中、方向竖向上的恒定磁场中,式中 k 为大于零的为大于零的常量,常量,r
9、为场点到轴线的距离为场点到轴线的距离。金属细圆柱与圆环用导线金属细圆柱与圆环用导线 ed 连接连接。不计棒与轴及与不计棒与轴及与细圆柱端面的摩擦,也不计细圆柱、细圆柱端面的摩擦,也不计细圆柱、圆环及导线的电阻和感应电流产生的磁场圆环及导线的电阻和感应电流产生的磁场。问问沿垂直于棒的方向以多大的水平外力作用于棒沿垂直于棒的方向以多大的水平外力作用于棒的的A端才能使棒以角速度端才能使棒以角速度 匀速转动匀速转动。解解例:例:iiiiiiiirrkrrkrrBv2niiiniirrk12132233)()(33)(rrrrrrrr)(31332rrrrr331331323031311331)()()
10、(31)(31akrrrrrrkrrknninii RakRI33(1)(2)(3)(4)iiiAirkIrrBIfiiiAiirkIrrfM23131312131)(31kIarrkIrrkIMMniiiniiiniiRakM962mgaM21MMfamgRakf2195(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)例例(2727决决)如图如图(a)(a)所示所示,十二根均匀的导线杆联成一边长为十二根均匀的导线杆联成一边长为l l的刚性正方体的刚性正方体,每根每根导线杆的电阻均为导线杆的电阻均为R R,该正方体在匀强磁场中绕通过其中心且与该正方体在匀强磁场中绕通过其中心且与abcdabcd
11、面垂直的转面垂直的转动轴作匀速转动,角速度为动轴作匀速转动,角速度为。己知磁感应强度大小为。己知磁感应强度大小为B B,方向与转动轴垂直方向与转动轴垂直,忽忽略电路的自感。当正方体转动到如图略电路的自感。当正方体转动到如图(b)(b)所示的位置所示的位置(对角线对角线dbdb与磁场方向夹角为与磁场方向夹角为)时,求时,求1 1、通过导线、通过导线 baba、adad、bcbc和和cdcd 的电流强度。的电流强度。2 2、为维持正方体作匀速转动所需的外力矩。、为维持正方体作匀速转动所需的外力矩。解:解:1 1、设、设t t 时刻线圈如图时刻线圈如图(b)(b)所示,则所示,则sin22)(21B
12、llBvccaacos2222Blddbb(1)(1)(2)(2)根据电路的对称性可知根据电路的对称性可知1IIIIIcdcdbaba2IIIIIbcbcadad(3)(3)根据根据基尔霍夫第一定律,有基尔霍夫第一定律,有21IIIIccaa21IIIIddbb(4)(4)(5)(5)根据根据基尔霍夫第二定律,有基尔霍夫第二定律,有1211RIRIRIRIbbaa1222RIRIRIRIaadd(7)(7)(6)(6)根据根据(1)(7)(1)(7)解得解得)sin(cos8221RBlIIIcdba)sin(cos8222RBlIIIbcad(9)(9)(8)(8)2 2、当正方体转动到任意
13、位置当正方体转动到任意位置(对角线对角线dbdb与磁场夹角为任意与磁场夹角为任意)时,通过时,通过aaaa、cccc、bbbb、dddd的电流的电流sin422RBlIIIbaadaasin422RBlIIIcdbccccos422RBlIIIbcbabbcos422RBlIIIcdaddd(13)(13)(12)(12)(11)(11)(10)(10)为维持正方体作匀速转动所需的外力矩等于磁场对电路作用的合力矩,即为维持正方体作匀速转动所需的外力矩等于磁场对电路作用的合力矩,即aaccaaBlIFFbbddbbBlIIFcos222sin222lFlFMbbaaRlBM242专题十五感生电动
14、势和感生电场专题十五感生电动势和感生电场(涡旋电场涡旋电场)(BvEqFSttBlEK感生电动势的非静电力?感生电动势的非静电力?StB感生电动势计算公式:感生电动势计算公式:磁场随量间变化时能在周围空间激发电场。称这种电场为感生电场或磁场随量间变化时能在周围空间激发电场。称这种电场为感生电场或涡旋电场,用涡旋电场,用 表示。表示。KESdtBS或或1 1、感生电动势、感生电动势kr2krR22(rR)(rR)KEkSkS(rR)(rR)SdtBl dESLKrStBlESLK或或 长圆柱形均匀磁场区的涡旋电场长圆柱形均匀磁场区的涡旋电场显然有显然有 例半径为例半径为 R 的圆柱形区域内有匀强
15、磁场,磁场方向垂直于纸面向外。的圆柱形区域内有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外。磁感应强度磁感应强度 B 随时间均匀变化,变化率随时间均匀变化,变化率 Bt k(k为一正值常量),为一正值常量),圆柱外没有磁场。沿圆柱外没有磁场。沿AC弦方向画一直线,并向外延长弦方向画一直线,并向外延长,弦,弦AC与圆柱横与圆柱横截面半径截面半径 OA的夹角的夹角4。设直线上任一点。设直线上任一点P与与A点的距离为点的距离为 x,求直,求直线上线上AP两点简的电动势的大小。两点简的电动势的大小。解解P 点在磁场区域内,点在磁场区域内,xkRkxRkSAP22sin21OAP1P 点在磁场区域外点在磁场区域外,
16、:2Rx:2Rx)2(sin212cos2)sin21(22OCDOAC2kRRRRkSSkAP)扇形在在OCP中用正弦定理得:中用正弦定理得:)1(2122kRAP)sin(sin2RRx)sin(cos21)2()sin()2(sin4RxRxRcos2)2(sin2)2(RxRxRxRx)2(tanxRx)2(arctan)2arctan1(2122xRxkRAP例例 如图所示,一个用绝缘材料制成的扁平薄圆环,其内、外半径分如图所示,一个用绝缘材料制成的扁平薄圆环,其内、外半径分别为别为a1、a2,厚度可以忽略,厚度可以忽略。两个表面都带有电荷,电荷面密度两个表面都带有电荷,电荷面密度
17、随离开随离开环心距离环心距离r变化的规律均为变化的规律均为 ,为已知常量薄圆环绕通为已知常量薄圆环绕通过环心垂直环面的轴以大小不变的角加速度过环心垂直环面的轴以大小不变的角加速度 减速转动,减速转动,时刻的时刻的角速度为角速度为0。将一半径为将一半径为 a0(a0ara)产生的磁场的磁感应强度的大小)产生的磁场的磁感应强度的大小为:为:,式中式中k km m为已知常量,当线圈中的电流沿顺时针为已知常量,当线圈中的电流沿顺时针方向时,盘面上磁场方向垂直盘平面且竖直向上。静电力常量为方向时,盘面上磁场方向垂直盘平面且竖直向上。静电力常量为k ke e。322rIakBm解:解:电荷受的力电荷受的力
展开阅读全文